Клапаны двигателя — это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания для обеспечения или ограничения потока жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя.
Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, чтобы открываться и закрываться в правильной последовательности и с правильное время.
Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха как часть систем контроля выбросов и рециркуляции выхлопных газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не будет рассматриваться в этой статье.
Клапаны двигателя являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются по количеству цилиндров, представляющих собой камеры сгорания, которые генерируют энергию за счет воспламенения топлива.
Они также различаются по типу работы (2-тактный или 4-тактный) и по конструктивному расположению клапанов в двигателе [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .
Двигатель с верхним расположением клапанов (OHV) представляет собой поршневой двигатель, клапаны которого расположены в головке блока цилиндров над камерой сгорания. Это контрастирует с более ранними двигателями с плоской головкой, где клапаны располагались ниже камеры сгорания в блоке цилиндров.
Распределительный вал в традиционном двигателе с верхним расположением клапанов расположен в блоке цилиндров. Движение распределительного вала передается с помощью толкателей и коромысла для управления клапанами в верхней части двигателя.
Двигатель с верхним распределительным валом (OHC) также имеет верхние клапаны; однако, чтобы избежать путаницы, двигатели с верхним расположением клапанов, в которых используются толкатели, часто называют «двигателями с толкателями». В некоторых ранних двигателях с системой «впуск над выпуском» использовалась гибридная конструкция, сочетающая элементы как боковых, так и верхних клапанов.
Клапан, который пропускает смесь в цилиндр, является впускным клапаном; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открытия и закрытия в точные моменты, чтобы двигатель мог работать эффективно на всех скоростях.
Операция управляется грушевидными кулачками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распределительном валу, приводимом в движение цепью, ремнем или набором шестерен от коленчатого вала.
Там, где распределительный вал установлен в блоке цилиндров, небольшие металлические толкатели цилиндров находятся в каналах над каждым кулачком, а от толкателей вверх в головку цилиндров выходит металлический толкатель. Верх каждого толкателя встречается с коромыслом, которое упирается в шток клапана, который удерживается в приподнятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной — пружиной клапана.
Когда толкатель поднимается по кулачку, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давления его пружины. По мере дальнейшего вращения кулачка пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой с верхним расположением клапанов (OHV).
У некоторых двигателей нет толкателей; клапаны приводятся в действие одним или двумя распределительными валами в самой головке блока цилиндров в системе верхнего распредвала.
Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод с верхним кулачком (OHC) более эффективен и производит больше мощности для данной мощности двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях. В любой системе в рабочем механизме должен быть некоторый свободный ход, чтобы клапан мог полностью закрыться, когда детали расширились из-за нагрева.
Предварительно установленный зазор между штоком клапана и коромыслом или кулачком необходим для обеспечения возможности расширения. Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.
Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются раньше, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.
Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей компрессии. Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.
Большинство клапанов двигателя спроектированы как тарельчатые клапаны из-за их хлопкового движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к обработанному седлу клапана для герметизации прохода жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана.
Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит скругление, которое ведет к поверхности седла, обработанной под определенным углом, чтобы соответствовать обработке седла клапана, с которым оно будет совпадать. Прилегание поверхности клапана к седлу клапана обеспечивает уплотнение клапана от давления сгорания.
Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые управляют клапаном, создавая силу для перемещения штока против давления посадки, создаваемого пружиной клапана. Удерживающая канавка используется для удерживания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана постоянно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, который приводит клапан в действие.
Существует 3 различных типа клапанов двигателя:
Он также известен как грибовидный клапан из-за его формы. Он используется для контроля времени и количества газа, поступающего в двигатель. Это наиболее широко используемый клапан в автомобильном двигателе. Тарельчатый клапан получил свое название из-за его движения вверх и вниз.
Он состоит из головки и стебля. Торец клапана обычно с углом от 30° до 45° идеально отшлифован, так как он должен совпадать с седлом клапана для идеального уплотнения. Шток имеет стопорную канавку для пружинного фиксатора, а его конец контактирует с кулачком для движения клапана вверх и вниз. В выхлопе перепад давления помогает герметизировать клапан. Во впускных клапанах перепад давления помогает их открыть.
Гильзовый клапан, как следует из названия, представляет собой трубку или гильзу, которая помещается между поршнем и стенкой цилиндра в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, где он вращается/скользит.
Отверстия на боковой стороне гильз совпадают с впускными и выпускными отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.
Внутренняя поверхность втулки образует внутреннюю гильзу цилиндра, в которой скользит поршень. Гильза, находящаяся в непрерывном движении, пропускает и вытесняет газы за счет периодического совпадения прорези отверстия в гильзе с отверстиями, образованными через отливку главного цилиндра.
Преимущества: Эти клапаны просты по конструкции и бесшумны в работе. Шум возникает из-за отсутствия шумообразующих деталей, таких как кулачки клапанов, коромысла, толкатели клапанов и т. д. Втулочный клапан имеет меньшую склонность к детонации. Охлаждение очень эффективно, так как клапан находится в контакте с водяными рубашками.
Существует много типов поворотных клапанов. На рисунке показан поворотный клапан дискового типа. Он состоит из вращающегося диска с портом. При вращении он попеременно сообщается с впускным и выпускным коллекторами.
Преимущества: Поворотные затворы просты по конструкции и изготавливаются дешевле. Они подходят для высокоскоростных двигателей. Эти клапаны имеют меньше напряжений и вибраций. Вращающиеся икры выполняют плавные, равномерные и бесшумные операции.
Что такое Sprocket? – Определение, типы и терминология
Что такое маховик? - Определение, детали, типы и функции
Что такое четырехтактный двигатель? Запчасти и работа
Что такое двухтактный двигатель? Типы и работа
Что такое поршень? - Определение, детали и типы