Устройство, принцип работы и регулировка клапанного механизма двигателя
Клапанный механизм является непосредственно исполнительным устройством ГРМ, который осуществляет своевременную подачу топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя и дальнейший выпуск отработавших газов. Ключевыми элементами системы являются клапаны, которые также обеспечивают герметичность камеры сгорания. Они испытывают большие нагрузки, поэтому к их работе предъявляются особые требования.
Устройство клапанного механизма
Для работы обычного двигателя необходимо минимум два клапана на каждый цилиндр. Один впускной и один выпускной. Сам клапан состоит из стержня и тарелки (головка). Место соприкосновения тарелки с ГБЦ называю седлом. Впускные клапаны имеют больший диаметр тарелки, чем выпускные. Это обеспечивает лучшее наполнение камеры сгорания топливовоздушной смесью.
Устройство клапанного механизма
Весь клапанный механизм состоит из следующих основных элементов:
- впускной и выпускной клапаны;
- направляющие втулки (обеспечивают точное направление движения клапанов);
- пружина (возвращает клапан в исходное положение);
- седло клапана (место соприкосновения тарелки с корпусом);
- сухари (два сухаря обеспечивают опорную поверхность для пружины и фиксируют всю конструкцию);
- маслосъемные колпачки или маслоотражательные кольца (не дает маслу попасть в цилиндр);
- толкатель (передает нажимное усилие от кулачка распредвала).
Кулачки на распределительном вале нажимают на клапаны. Их возврат в исходное положение обеспечивается за счет пружины. Пружина крепится на стержне с помощью сухарей и тарелки пружины. Для гашения резонансных колебаний на стержне могут устанавливаться не одна, а две пружины с разносторонней навивкой.
Направляющие втулки клапанов
Направляющая втулка представляет собой деталь цилиндрической формы. Она снижает трение и обеспечивает ровный и правильный ход стержня. В работе эти детали также подвергаются нагрузкам и воздействию температуры. Поэтому для ее изготовления применяются износостойкие и жаростойкие сплавы. Втулки выпускного и впускного клапанов несколько отличаются друг от друга в связи с разницей в нагрузках.
Особенности работы
Клапаны постоянно подвержены воздействиям высокой температуры и давления. Это требует особого внимания к конструкции и материалам данных деталей. Особенно это касается выпускной группы, так как через них выходят горячие газы. Тарелка выпускного клапана в бензиновых двигателях может разогреваться до 800˚С – 900 ˚С, а в дизельных 500˚С – 700˚С. Нагрузка на тарелку впускного в несколько раз ниже, но и она достигает 300˚С, что также немало.
Именно поэтому в их производстве применяются жаропрочные сплавы металлов, содержащие легирующие присадки. Также выпускные клапаны часто имеют полый стержень с натриевым наполнителем. Это делается для лучшей терморегуляции и охлаждения тарелки. Натрий внутри стержня плавится, течет и забирает часть тепла с тарелки и переносит его на стержень. Так можно избежать перегрева детали.
Клапанный механизм двигателя
На седле в процессе работы может образоваться нагар. Чтобы избежать этого, применяют конструкции, которые вращают клапан. Седло представляет собой кольцо из высокопрочных стальных сплавов, которое напрессовывается непосредственно на головку цилиндров для более плотного контакта.
Также для правильной работы механизма должен соблюдаться регламентированный тепловой зазор. От высоких температур детали расширяются, что может привести к неправильной работе клапана. Зазор выставляется между кулачками распредвала и толкателями путем подбора специальных металлических шайб определенной толщины или самих толкателей (стаканов). Если в двигателе применяются гидрокомпенсаторы, то зазор регулируется автоматически.
Слишком большой тепловой зазор, будет препятствовать полному открытию клапана, а следовательно, цилиндры будут менее эффективно наполняться свежим зарядом. Маленький зазор (или его отсутствие) не позволит клапанам закрыться до конца, что приведет к их прогару и снижению компрессии в двигателе.
Количество клапанов
В классическом варианте четырехтактному двигателю для работы достаточно иметь по два клапана на каждый цилиндр. Но к современным моторам предъявляются все большие требования по мощности, расходу топлива и экологичности, поэтому для них этого уже становится недостаточно. Поскольку чем больше клапанов, тем более эффективно происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. В разное время на двигателях пробовались следующие схемы:
- трехклапанные (впуск – 2, выпуск – 1);
- четырехклапанные (впуск – 2, выпуск – 2);
- пятиклапанные (впуск – 3, выпуск – 2).
Лучшее наполнение цилиндров и их очистка обеспечиваются при использовании большего числа клапанов на один цилиндр. Но при этом усложняется конструкция двигателя.
На сегодняшний день наиболее популярными являются моторы с 4 клапанами на цилиндр. Первые такие двигатели появились еще в 1912 году на автомобиле Peugeot Gran Prix. Тогда широкого применения данное решение не получило, но начиная с 1970 года начали активно выпускаться серийные автомобили с таким количеством клапанов.
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.
Стук при работе
Основной неисправностью клапанов (не считая прогара) считается появляющийся стук на холодном или горячем двигателе. Стук на холодном двигателе исчезает после набора температуры. Когда они разогреваются и расширяются, тепловой зазор закрывается. Также причиной может стать вязкость масла, которое не поступает в нужном объеме в гидрокомпенсаторы. Загрязнение масляных каналов компенсатора также может вызывать характерный стук.
На горячем двигателе клапана могут стучать из-за низкого давления масла в системе смазки, загрязнения масляного фильтра или неправильного теплового зазора. Также следует учитывать естественный износ деталей. Неисправности могут быть в самом клапанном механизме (износ пружины, направляющей втулки, гидротолкателей и т.д.).
Регулировка зазора
Регулировку проводят только на холодном двигателе. Текущий тепловой зазор определяется специальными металлическими плоскими щупами разной толщины. Для изменения зазора на коромыслах имеется специальный регулировочный винт, который проворачивается. В системах с толкателями или регулировочными шайбами регулировка происходит путем подбора деталей нужной толщины.
Регулировка клапанов для механизма с коромыслами
Рассмотрим пошаговый процесс регулировки клапанов для двигателей с толкателями (стаканами) или шайбами:
- Снимите клапанную крышку двигателя.
- Проверните коленчатый вал так, чтобы поршень 1-го цилиндра находился в ВМТ. Если это сложно сделать по меткам, то можно выкрутить свечу и вставить в колодец отвертку. Ее максимальное перемещение вверх покажет мертвую точку.
- С помощью набора плоских щупов измерьте зазор в приводе клапанов под теми кулачками, которые не нажимают на толкатели. Щуп должен иметь плотный, но не слишком свободный ход. Запишите номер клапана и величину зазора.
- Проверните коленчатый вал на один оборот (360°) так, чтобы поршень 4-го цилиндра находился в ВМТ. Измерьте зазор под оставшимися клапанами. Запишите данные.
- Проверьте, в каких клапанах зазор не попадает в допуск. Если такие имеются, то подберите толкатели нужной толщины, снимите распредвалы и установите новые стаканы. На этом процедура закончена.
Проверку зазора рекомендуется проводить каждые 50-80 тысяч километров пробега. Данные о стандартных зазорах можно найти в руководстве по ремонту автомобиля.
Величина допускаемого зазора для впускных и выпускных клапанов иногда может отличаться.
Правильно настроенный и отрегулированный газораспределительный механизм обеспечит ровную и плавную работу ДВС. Также это положительно скажется на ресурсе мотора и комфорте водителя.
Источник
Работа 16 клапанного двигателя
16 клапанный двигатель
В настоящее время именно 16 клапанный двигатель взят за основу работы многих
автомобилей. Это и не странно, ведь он отличается высокой степенью экономичности и
надежности. Для 8 клапанного двигателя такие характеристики в плене эксплуатации
попросту недостижимы. Что касается воздействия на окружающую среду, то эти
экземпляры в процессе своей работы оказывают на нее минимальное отрицательное
влияние. Это очень важно в эпоху, когда растительность и свежий воздух становятся чем-
то экстравагантным. Не стоит забывать и об экономичности 16 клапанного двигателя. Он
потребляет на несколько процентов меньше горючего, чем его 8 клапанный собрат.
Именно о поколении шестнадцатиклапанных агрегатов сегодня и пойдет речь. Не забудем
мы и о принципе работы этого устройства.
Устройство и работа
Начать разговор, разумеется, нужно с устройства 16 клапанного двигателя. На каждый
цилиндр в моторе в данном случае будет приходиться по 2 клапана. Это не единственное
отличие данного агрегата от своего младшего собрата. Здесь монтируется целых 2
распределительных вала. Для 16 клапанного двигателя это норма. Один из распредвалов
отвечает за управление удалением отработанных газов, то есть, по сути, осуществляет
процесс выпуска. Второй при этом полностью берет на себя открытие впускных клапанов,
которые поставляют свежую порцию горючего в цилиндры. Для этого двигателя
характерно, что с одной стороны происходит поступление бензина или дизеля к рабочему
органу, а с другой — удаляются все отработанные вещества. По сути, смешивания не
происходит. Благодаря этому и происходит экономия. Только для 16 клапанного
двигателя это характерно.
Распределительный вал
Так как строение цилиндров несколько изменено, это не могло сказаться на камере
сгорания. Она имеет некоторые отличительные особенности в своей структуре. Благодаря
новому построению в цилиндрах в значительной степени снижен риск детонации.
Опасность этого страшного явления практически сведена к минимуму. Это так же не
могло ни сказаться на популярности двигателя данного типа. Даже если человек заливает
в бензобак горючее низкого качества, на работу двигателя это не оказывает практически
никакого влияния. Разумеется, машина будет работать не так качественно, как на хорошем
горючем, но при этом никакой детонации не произойдет. Очень важный аспект, благодаря
которому каждый водитель, который страдает невнимательностью при выборе бензина,
может быть спокоен за свое существование и работу своего двигателя.
Что касается системы охлаждения, то в таких моторах она работает достаточно стабильно.
Это сказывается на их продолжительности жизни, которая значительно продлевается.
Преимущества
Здесь их вытекает огромное количество. Принцип работы шестнадцатиклапанного
двигателя говорит нам о том, что цилиндры в гораздо большей степени наполняются
смесью горючего, а это напрямую влияет на выходную мощность агрегата. она возрастает.
Причем, коэффициент полезного действия остается на высоте.
Это не единственное преимущества данной модели двигателя. Как уже отмечалось ранее,
построение камеры сгорания дает возможность защитить себя от случайной детонации,
даже если в бак льется не совсем качественное топливо. Современная действительность
такова, что на многих АЗС именно таковое и распространяется.
Система охлаждения таких агрегатов построена уникальным образом, что позволяет
долгие годы эксплуатировать 16 клапанный двигатель без особых проблем.
Компоновка устройств в камере сгорания позволяет разнести между собой такты впуска и
выпуска. Это очень сильно сказывается на КПД механизма.
Еще одной отличительной чертой данной модели является улучшение тяги на больших
оборотах. Принцип работы 8 клапанного агрегата не позволяет этого сделать.
Модернизация
Разумеется, многие люди, которые имеют в своем арсенале только 8 клапанный двигатель,
рано или поздно начинают задумываться о том, чтобы увеличить его мощность и
повысить КПД. Это можно сделать путем модернизации. По сути, она сводится к тому,
что одна головка меняется на другую. Только на новой будет присутствовать 16 клапанов.
Первая проблема, с которой придется столкнуться автолюбителю — это несоответствие
диаметров и длины болтов, которые крепят головку на ее законном месте. Здесь придется
проявить смекалку и хитрость. Так как для крепления 16 клапанной головки двигателя
используются болты с меньшим диаметром, новы модифицированные крепежи будут
иметь большее значение этого параметра, то для них придется заранее подготовить
головку, то есть попросту рассверлить уже готовые отверстия. Их длина при этом будет
оставаться неизменной. Прокладку блока цилиндров так же придется поменять. Это и
естественно, ведь старая предназначена для крепления другой головки. Если этого не
сделать, то герметизация может быть попросту нарушена.
16 клапанный двигатель с чугунным блоком цилиндров
Перед тем, как установить головку, придется внести изменения в конструкцию и самого
блока цилиндров. Конструкция поршней, которые используются для данного агрегата,
несколько отличается от тех, которые использовались в 8 клапанниках. Их попросту
нужно заменить.
Когда мы говорим о старой модели автомобиля, то вполне вероятно, что шатуны в не так
же имеют не те стандарты, которые необходимы для монтажа новинки. Здесь придется так
же потратить лишнюю копеечку, что бы произвести замену. Это характерно для машин,
которые выпускались еще в 80 и 90 годах прошлого столетия. Примером могут служить
ВАЗ 2108 или Ваз 2109.
не может модернизация двигателя не сказываться и на проводке и работе блока
управления. Некоторые датчики в шестнадцатиклапанном варианте смещены от
стандартного расположения. Придется приобрести несколько метров провода, чтобы
нарастить те элементы, до которых достать будет проблематично.
Для тех людей, кто хочет сэкономить на монтаже, есть еще несколько вариантов того, как
можно это сделать. Патрубок можно не менять, а произвести его модернизацию. Это позволит сохранить некоторое количество денежных средств, которое тратится на
приобретение коллектора с катализатором.
После того, как работа, связанная с тюнингом завершена, можно направиться к
специалисту по настройке двигателя. Он с помощью компьютера и соответствующего
программного обеспечения произведет отладку работы устройства. В противном случае
могут возникать самые разнообразные проблемы, ведь изменения самого мотора будут
весьма глобальными.
Таким образом, в настоящее врем шестнадцатиклапанные двигатели становятся все
актуальнее. они устанавливаются практически на все автомобили отечественного и
зарубежного производства. Это позволяет увеличить коэффициент полезного действия, и
значительно повысить мощностные характеристики агрегатов. Как видно,
самостоятельный тюнинг так же возможен. В этом нет ничего сверхъестественного.
Источник
