Впускной и выпускной клапан двигателя: устройство, ремонт и настройка элементов системы газораспределения ДВС

Впускной клапан – один из основных компонентов механизма распределения газов в 4-тактных моторах. В открытом состоянии обеспечивает отвод выхлопа, а в закрытом не допускает потерю давления сжимаемого воздуха либо топливовоздушной смеси. В некоторых двигателях устанавливается по 2 клапана впуска на цилиндр, позволяющих ускорить удаление выхлопа.

Впускной и выпускной клапан ДВС: в чем отличие

Назначение впускных и выпускных клапанов – обеспечение газообмена в цилиндрах 4-тактного силового агрегата. Для привода распределительного механизма используется кулачковый вал, получающий вращающий момент от коленчатого вала косозубой зубчатой передачей, цепью (однорядной либо двухрядной) либо ремнем.

ГРМ осуществляет подачу воздуха и отвод продуктов сгорания с обеспечением герметичности цилиндров при закрытом впуском либо выпускном клапане.

Материалы изготовления

При производстве выпускного клапана применяется легированная жаропрочная сталь. Материал должен сохранять прочность при температуре свыше +850⁰С. В ряде двигателей стержень клапана выполняется пустотелым для последующего заполнения натрием для лучшего охлаждения.

В тарелке есть заглушка, которая имеет жесткую посадку и не выпадает при работе мотора. Выпускные клапаны с заполнением натрием использовались на ряде моторов для грузовых автомобилей (например, на унифицированных агрегатах ЗиЛ-375 и ЗиЛ-130).

Для изготовления клапанов в СССР и РФ использовались стали ЭСХ8, Х10СМ или ЭЯ2. Для снижения себестоимости выпускные клапаны могли иметь составную конструкцию: тарелки выполнялись из жаропрочных материалов, а стержни – из бюджетных сталей 40Х или 40ХН. Затем детали сваривали на специальных станках.

Для обеспечения износостойкости на кромки тарелок могут наплавляться слои композитов на базе кобальта или хрома. Высокая температура газового потока определяет разницу материалов, применяемых для клапанов, распложенных во впускном или выпускном тракте.

Устройство и размеры

В поршневых моторах транспортных средств (вне зависимости от способа воспламенения и схемы ГРМ) по размерам почти всегда больше впускной клапан. Причина – условия работы. При смещении поршня вниз на такте впуска, в полости цилиндра создается разряжение и поток воздуха или смеси имеет небольшую скорость. При вытеснении продуктов сгорания, поток продолжает расширяться и дополнительно ускоряется поршнем.

Но в случае использования 5-клапанного корпуса головки блока цилиндров (например, на некоторых моторах Volkswagen или Mitsubishi) выпускные клапаны крупнее впускных. Это связано с необходимостью оптимизации газообмена.

Три канала на впуске обеспечивают быстрое заполнение цилиндра, а пара выпускных клапанов должна стабильно отводить газы после сгорания топлива.

Даже если тарелка клапана выхлопа имеет больший диаметр, конструкция и сечение стержня для клапанов в пределах одной модели силового агрегата всегда идентичны. Детали имеют одинаковую длину, габариты канавки для установки сухарей.

На чертеже показаны клапаны для двигателя ВАЗ-2108. Фаска (угол 30 или 45⁰) на кромке тарелки обеспечивает герметичность стыка с седлом, а скругленный участок между стержнем и передней тарелкой повышает прочность и направляет газовый поток. Разные габариты фаски определяются отличными условиями работы впускного и выпускного клапана.

Принцип работы

При запуске 4-тактного двигателя начинает работать газораспределительный механизм. Момент открытия впускных клапанов наступает до смещения поршней в крайнее верхнее положение, обозначающее начало такта впуска. Затем поршень движется вниз.

Разряжение затягивает воздух либо топливовоздушную смесь. Цилиндр продолжает наполняться и после нижней крайней отметки (за счет инерционных вихрей). Запирание впускного клапана наступает спустя 15⁰…25⁰ после начала обратного движения вверх.

Затем идет стадия сжатия газовой среды. Процесс горения начинается до смещения поршня в верхнее положение. При начавшемся расширении происходит смещение поршня вниз, выпускной клапан размыкается заранее, обеспечивая снижение давления на поршень при вытеснении отработавших газов.

Стадии перекрытия клапанов, при которой оба канала газообмена не герметичны, имеются на всех моторах.

На схеме показана диаграмма газораспределения для дизеля трактора Т-130М, график для другого мотора будет выглядеть иначе. Фазы определяются конструктором на стадии разработки мотора с учетом геометрии каналов впуска и выпуска и инерционных течений газовых потоков.

Характерные поломки

Основные неисправности выпускных клапанов:

Изгиб стержня при обрыве привода газораспределительного механизма, возникающий при ударе тарелки о днище поршня. Дефект возможен и при попадании в цилиндр постороннего предмета (например, отломившегося электрода свечи или фрагмента седла клапана, установленного во впускной или выпускной магистрали).

Образование слоя нагара на фаске, что ведет к потере необходимого показателя компрессии из-за недостаточной герметичности стыка с седлом.

Появление царапин или борозд на стержне из-за недостаточного уровня либо использования некондиционного масла. Дефект приводит к повреждению направляющих и заклиниванию деталей ГРМ.

Выработка или прогар рабочей поверхности на тарелке клапана выпускной системы из-за ошибочной регулировки зажигания или неправильного зазора в приводе. Дефект возникает из-за перегрева двигателя или некорректной регулировки фаз газораспределения (например, при установке шестерен, цепи или зубчатого ремня).

Выработка на торцевой части стержня впускного или выпускного клапана из-за неправильного зазора, неисправных гидравлических компенсаторов или ошибочной регулировки фаз.

Перед тем как определить состояние деталей газораспределительного механизма, следует проверить исправность цепного или ременного привода. Для устранения дефектов ГРМ необходим демонтаж головки. Некоторые поломки можно устранить без замены деталей (например, небольшие каверны на фаске или торце стержня убирают шлифовкой).

Регулировка с помощью индикатора и рейки

При настройке ГРМ двигателей внутреннего сгорания может использоваться стрелочный прибор часового типа с индикаторной рейкой. В набор входит жесткая стальная направляющая, которую временно крепят на головке со снятой крышкой клапанов. Рейку фиксируют болтами через штатные отверстия. В эпоху СССР существовали специальные наборы для корректировки зазоров для карбюраторных моторов «классических» моделей ВАЗ.

Поршень в регулируемом цилиндре выставляют в верхнее положение, ставят индикатор около клапана выпускной системы. Входящим в набор ключом поворачивают распределительный вал для имитации работы ГРМ. Затем зазор корректируют и последовательно проверяют впускные и выпускные клапаны остальных цилиндров.

Метод был популярен в эпоху СССР, поскольку из-за дефицита запасных частей двигатели эксплуатировали с изношенными распредвалами. Щуп не учитывает дефекты на поверхностях, а индикатор позволяет точно замерить зазор в ГРМ.

Проверка работоспособности

После завершения настройки впускного и выпускного клапанов следует установить на место крышку механизма ГРМ и остальные детали и проверить работу двигателя. При большом зазоре буден слышен металлический стук (пропадающий по мере прогрева), при маленьком расстоянии неизбежна потеря мощности мотора.

Какие клапана больше – на впуске или выпуске, особого значения не имеет. Здесь важнее своевременно обслуживать двигатель с использованием рекомендованных изготовителем моторных масел. Регулярная проверка зазоров обеспечит надежную работу ГРМ и снизит риск поломки впускного либо выпускного клапана.

А как часто вы проверяете ГРМ на работоспособность и ошибки в работе впускного клапана? Поделитесь опытом с другими автовладельцами в комментариях. Сохраните полезный материал в закладках, чтобы в любое время иметь к нему доступ.

https://dvigatel.expert/ustrojstvo/vpusknoj-klapan/