Устройство и принцип работы регулирующего клапана

Средства для чистки нагара на клапанах

Многих автовладельцев интересует вопрос о том, чем отмыть нагар на клапанах? В настоящее время существует ряд химических средств, предназначенных непосредственно для удаления такого нагара. Как правило, это присадки, добавляемые в топливо. Они смешиваются с бензином, и в процессе сгорания вместе с топливовоздушной смеси размягчают этот состав, способствуя его сжиганию вместе с топливом. Среди таких присадок особой популярностью у автовладельцев пользуются:

• Очиститель клапанов от Liqui Moly Ventil Sauber. Присадка предназначена для добавление в бензин при очередной заправке. Может быть использована с любым видом бензинов. Функция присадки заключается в удалении отложений, образованных на клапанах, форсунках, карбюраторе и других элементах впускного тракта. Также защищает перечисленные элементы от воздействия коррозии. Может быть использована с двигателями с каталитическими нейтрализаторами и турбонаддувом. Реализуется в баллончике объемом 250 мл, который рассчитан на растворение в 75 литрах топлива. Артикул такой упаковки — 1989. Ее цена по состоянию на зиму 2018/2019 годов составляет порядка 470 рублей.
• Очиститель клапанов и системы питания HI-GEAR FUEL SYSTEM & VALVES CLEANER. Еще одно популярное у автолюбителей средство. Очень хорошо чистит не только клапана, но и другие элементы системы питания. Может использоваться с любыми бензиновыми двигателями, в том числе, оснащенных катализаторами и турбокомпрессорами. Средство предназначено для двигателей объемом до 2,5 литров. Рекомендуется использовать как профилактическое средство через каждые 3000 тысячи километров пробега. Реализуется в двух разных банках — объемом 295 мл и 325 мл. Объема второй банки (325 мл) хватает для разбавления в 40 литрах бензина. Артикулы этих упаковок — HG3235 и HG3236. Цены соответственно — 440 рублей и 530 рублей.
• Чистка двигателя без разбора MITSUBISHI SHUMMA ENGINE CONDITIONER. Это средство специально создано специалистами известного японского автопроизводителя Мицубиси для автомобилей этой торговой марки, оснащенных двигателями с непосредственным впрыском топлива (GDI). Рекомендуется использовать данное средство в качестве профилактического через каждые 100 тысяч километров пробега. Однако учитывая, что данные рекомендации приведены для японских условий, то для отечественных дорог и бензина этот интервал необходимо значительно сократить. Средство представляет собой пенный очиститель, с помощью которого необходимо обрабатывать внутренние рабочие поверхности элементов топливной системы. Подробная инструкция приведена на упаковке (в частности, работать нужно при холодном двигателе!). Отзывы о средстве весьма положительные. Реализуется в баллончике объемом 250 мл. Артикул такой упаковки — MZ100139EX. Ее цена на указанный выше период составляет порядка 1300 рублей.

Очиститель нагара клапанов Wurth. Как и предыдущее, это средство является пенным моющим составом, с помощью которого моют загрязненные поверхности элементов топливной системы автомобиля. Позволяет выполнять чистку без разбора двигателя. Так, для этого нужно лишь отсоединить несколько шлангов. Подробная инструкция указывается в описании к препарату

Обратите внимание, что данное средство можно использовать лишь в сочетании с распылительным зондом. Одного баллона хватает для обработки четырехцилиндрового двигателя, а двух баллонов — для обработки шести- и восьмицилиндровых моторов. Также кроме фабричных средств нагар с клапанов можно удалить при помощи ортофосфорной кислоты

Можно использовать не чистый ее состав, а разбавленный. Она отлично удаляет различные отложения, поэтому хорошо справится и с нагаром. Проверено автолюбителями на практике! Интересно, что в составе популярного напитка Coca-Cola также в небольшом количестве имеется ортофосфорная кислота, поэтому его также можно использовать для отмывки загрязнения

Также кроме фабричных средств нагар с клапанов можно удалить при помощи ортофосфорной кислоты. Можно использовать не чистый ее состав, а разбавленный. Она отлично удаляет различные отложения, поэтому хорошо справится и с нагаром. Проверено автолюбителями на практике! Интересно, что в составе популярного напитка Coca-Cola также в небольшом количестве имеется ортофосфорная кислота, поэтому его также можно использовать для отмывки загрязнения.

Выбор распредвала для тюнинга авто

Расскажем про выбор оптимального распределительного вала для тюнинга машины. Первое, что необходимо сделать, — это чёткое определение рабочего режима работы двигателя и что хотите получить.

Какие бывают спортивные распредвалы?

Существующие распредвалы для автомобилей можно разделить на три категории: низовые, универсальные и спортивные (высокооборотистые). Отличительной чертой низовых распредвалов является наиболее пологие и ровные кривые момента и мощности в большом диапазоне оборотов из этих трёх типов. Это делает двигатель приёмистей, а автомобиль динамичней в разгоне с малых оборотов или со старта.

Спортивные валы отличаются крутизной этих кривых, т.е. большой мощностью на предельных для стандартного движка оборотах и меньшим моментом и мощностью на низких и средних оборотах (примерно до 3000). Универсальные распредвалы для тюнинга являются компромиссом между двумя предыдущими типами.

Чтобы понять, почему так происходит — рассмотрим работу распределительного механизма.

Начнём со впуска

Наиболее очевидная зависимость — связь длительности открытия впускного клапана и заполняемостью цилиндра рабочей смесью. При увеличении длительности впуска в цилиндр попадает больше рабочей смеси, но это имеет пределы. Так как фаза впуска превышает 180 градусов, то впускной клапан будет открываться немного раньше прохождения поршнем ВМТ и закрываться несколько позже НМТ. Увеличение фазы впуска приведёт к увеличению этих опережений/задержек.

Тюнинг Ford Fiesta — сладкая ягодка

При прохождении поршнем НМТ в цилиндре ещё остаётся небольшое разрежение, которое продолжает втягивать рабочую смесь, поэтому некоторая задержка закрытия впускного клапана оправдана, но в дальнейшем поршень начинает процесс активного сжатия рабочей смеси и, если клапан ещё не закрылся, выталкивает часть смеси обратно. При значительном опережении открытия клапана, часть отработавших газов, выталкиваемых поршнем из цилиндра, может просочиться через впускной клапан и обеднить поступающую рабочую смесь. Это характерно для работы двигателя на низких оборотах.

Впускной и выпускной клапан — отличия

Главное отличие впускного клапана от выпускного – диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.

Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) – одинаковое, а скорость – разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка – больше в диаметре. 

Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов – равное количество – по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.

Второе важное отличие в конструкции клапанов – их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее – раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов

Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.

KnowCar — понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные — внизу сайта.

Впускной и выпускной клапан — отличия

Главное отличие впускного клапана от выпускного – диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.

Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) – одинаковое, а скорость – разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка – больше в диаметре.

Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов – равное количество – по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.

Второе важное отличие в конструкции клапанов – их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее – раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов

Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.

KnowCar — понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные — внизу сайта.

ДРУГИЕ ВОЗМОЖНЫЕ СТУКИ В ГРМ

Что делать, если стучат клапана даже после правильно выполненной регулировки? В таком случае необходимо проверить состояние толкателей, распределительного вала. Для этого снимается распредвал и проверяется:

• Целостность кулачков распредвала и состояние его опор;
• Зазор между толкателем и посадочным гнездом в ГБЦ;
• Состояние постели распредвала в головке блока.Многих владельцев ВАЗ заботит стук клапанов на холодном двигателе. Но клапана стучат одинаково как на «холодную», так и на «горячую». В ГРМ ВАЗ овских двигателей нет штанг, как в некоторых моторах ГАЗ и УАЗ, поэтому с нагревом зазор на 2114 практически не меняется.

  Алюминиевые поршни по мере прогрева расширяются и зазор уменьшается. Соответственно, пропадает и стук.

Конструкция клапанов двигателя

Механизм привода клапанов – это часть более крупного газораспределительного механизма (ГРМ). По конструкции ГРМ может быть с верхним или с нижним расположением клапанов. В современных двигателях чаще применяется первая схема.

Посредством клапана в цилиндр напрямую подается топливовоздушная смесь в точной дозировке. Также может осуществляться подача просто воздуха. Выпуск отработавших газов из цилиндра происходит аналогично при помощи клапана. Поэтому четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь на каждый цилиндр минимум два клапана, чтобы реализовывался принцип его работы.

По прямому назначению клапаны можно поделить на два вида:

• впускной клапан;
• выпускной клапан.

Частью клапана является его тарелка. Конструкция современных двигателей такова, что клапаны расположены в головке блока цилиндров (сокращенно ГБЦ). Место контакта клапана и ГБЦ называется седлом клапана. Седло изготавливают из стали или чугуна и запрессовывают в ГБЦ.

Чтобы цилиндр наполнялся топливно-воздушной смесью или воздухом максимально эффективно, тарелка впускного клапана должна превышать тарелку выпускного по диаметру. Это главное отличие между впускными и выпускными клапанами. Благодаря большему диаметру тарелки впускной клапан наполняет цилиндр воздухом или топливной смесью более качественно.

Однако есть причины для увеличения диаметра тарелки и выпускного клапана. К примеру, это улучшает очистку цилиндров от продуктов горения. Однако нельзя увеличивать диаметры тарелок обоих клапанов до бесконечности – они должны поместиться в геометрические размеры камеры сгорания, расположенной в головке блока цилиндров.

Во время работы клапаны мотора подвергаются большим нагрузкам как по механическим параметрам, так и по температуре. По этой причине изготавливают их из специальных сплавов, способных противостоять высокой температуре и механическому разрушению. Особо усиливают кромку тарелки, да и ей самой придают дополнительную механическую прочность при помощи напыления из керамики. Впускной клапан имеет обычно стержень из цельного куска металла, а вот стержень выпускного содержит внутри полость с натрием. Это обеспечивает ему повышенную теплопроводность для быстрого отведения тепла от тарелки клапана.

Поверхность прикосновения тарелки клапана к блоку цилиндров называется фаской. В этом месте очень нежелательно образование нагара. Чтобы предотвратить такое явление, а также более равномерно распределить тепло, в конструкции механизма клапанов применяется определенное инженерное решение. А именно клапан вращается во время работы двигателя.

В настоящее время чаще всего используются ДВС с четырехклапанной схемой. То есть каждый цилиндр такого мотора имеет два впускных и два выпускных клапана. Когда клапан на впуске опускается, открывается кольцевой проход между седлом и тарелкой. Через этот проход осуществляется наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью или просто воздухом. Площадь сечения прохода напрямую влияет на скорость наполнения цилиндра и, как следствие, на производительность мотора.

Кроме вышеописанной схемы, встречаются двух-, трех- и пятиклапанные. У двухклапанной системы один впускной и один выпускной клапан в каждом из цилиндров. Трехклапанная содержит два впускных и один выпускной. Если клапанов пять, три служат для впрыска и два для выпуска отработавших газов. Количество клапанов определяется размером камеры сгорания в конкретном двигателе, типом привода клапанов. Также число клапанов зависит от форсированности ДВС и других показателей.

Клапан открывается за счет нажатия на его стержень. Осуществляет это нажатие привод. Таким образом посредством привода клапана происходит передача усилия от распределительного вала. В современных двигателях реализовано две основных схемы привода: передача движения от гидравлических толкателей или привод, базирующийся на роликовых рычагах.

Закрывается клапан посредством пружины, подобранной по жесткости. Благодаря давлению пружины тарелка клапана герметично перекрывает каналы впуска и выпуска. Для удержания клапана на стержне служат сухари и тарелка клапанной пружины. Однако двигатель в работающем состоянии, особенно при нагрузке, способен вызывать на клапанах резонансные колебания. Для борьбы с этим эффектом устанавливают две пружины, витки которых имеют разное направление.

Какой толкатель клапана выбрать?

Как мы уже отметили ранее, существуют механические, роликовые и гидравлические элементы. При замене данных деталей встает вопрос о выборе наилучшего типа толкателя. Итак, давайте по порядку. Механические элементы – это наиболее простые и удешевленные толкатели. Главный их недостаток – невозможность компенсирования зазора. В результате при наборе двигателем рабочей температуры они начинают издавать характерный шум. Все зазоры приходится выставлять вручную, через регулировочный болт. Что касается гидравлических, они автоматически выставляют все зазоры.

Данные толкатели являют собой небольшую камеру, кода входит масло под давлением. Таким образом, регулировка зазоров выполняется самой смазочной системой. Стоят они недорого, а дополнительно настраивать их нет необходимости. Единственный недостаток – это «зависание» толкателей на высоких оборотах. Но в таком случае используют роликовые элементы на их основе. Гидравлические роликовые толкатели рассчитаны на большой срок эксплуатации. Благодаря им можно значительно увеличить мощность агрегата. Размеры толкателей клапанов данного типа идентичны стандартным, поэтому трудностей с заменой у вас не будет. Сейчас это наиболее подходящий вариант среди всех, что есть на рынке.

Впускные и выпускные клапаны: важность правильного соотношения размеров

При этом следует максимально практично распределить пространство камеры сгорания между выпускным и впускным клапаном. Поэтому попробуем разобрать, что более целесообразно: клапаны одинакового размера или один из клапанов больше второго.

Решение этого вопроса лежит в принципе действия клапанов. Выпускной клапан используется для выхода отработанных газов из системы. А из-за того, что объем таких газов больше, чем тех, которые были втянуты в систему, то большой выпускной клапан – это вполне рациональное решение. Но не стоит забывать, что для опустошения цилиндра необходимо больше мощности, чем для его наполнения. Доказано, что наилучшее соотношение размеров впускного и выпускного клапанов – это 4:3. Следовательно, и соотношение потоков через данные клапана аналогично их размерам. Данное правило используется в том случае, если клапаны занимают все пространство камеры сгорания, то есть для автомобилей, главная задача которых выдавать большую мощность.

А для автомобилей, мощность для которых не является основным приоритетом, клапаны имеют меньший размер и не занимает все пространство камеры сгорания

Поэтому соблюдения этого соотношения размеров впускного и выпускного клапана не насколько важно

Правило 4:3 можно игнорировать, если не требуется максимальная мощность автомобиля, а также, если в нем используется турбонаддув и система впрыска закиси азота. Для таких автомобилей рекомендуется применять соотношение 10:9. При необходимости соотношение может быть изменено в пользу выпускного клапана.

Однако выпускной клапан повышенного размера устанавливается также с впускным клапаном обычного размера. Дело в том, что внутри головки блока находится водяная рубашка, расположенная возле седел выпускного клапана. Именно она дает возможность клапанам не нагреваться. Однако именно из-за этого довольно часто невозможно установить клапаны во всем объеме камеры сгорания. А из-за тепла, которое выделяется при больших мощностях, снижается долговечность головки, а седла быстрее изнашиваются.

В том случае, если не требуется высокая мощность двигателя, а основная цель – это экономия топлива, можно увеличить размер выпускного клапана по сравнению с размером впускного. Такое соотношение достигает 0,75 к 1. К тому же при таком соотношение значительно возрастает долговечность мотора. Однако не стоит забывать, что при чрезмерном увеличении этого соотношения в пользу выпускных клапанов экономия топлива снижается, так же как и мощность двигателя.

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Впускной клапан большого диа­метра — увеличение количества впускаемого воздуха

Пружина с переменным шагом навивки

Почему диаметр впускных клапанов больше диаметра выпускных

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; после всего отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.

Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т. е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска окиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

Хорошим примером того, что может быть сделано с выпускными клапанами, иллюстрирует головка блока двигателя CHVY 186 («Шевроле»). Обычно эти головки оснащены выпускными клапанами диаметром 38,1 мм. Испытания на стенде показали, что увеличение диаметра выпускных клапанов до 42,7 мм и неизменность размера впускного клапана поможет увеличению мощности и топливной эффективности.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора, является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении дна-метра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90-95% от размера впускного клапана, даюг очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

Установлено, что опустошить цилиндр легче, чем наполнить его. Это кардинальное правило диктует оптимальные размеры клапанов. Проверки показали, что у всех гоночных двигателей максимальная мощность будет получена тогда, когда размер выпускного клапана составляет примерно 0,75% от размера впускного клапана.

Камеры сгорания

Большинство дискуссий, относящихся к типам камер сгорания, касается того, какой из них лучше для форсированного двигателя. Двумя основными типами, имеющимися в распоряжении для конструкторов двигателей, являются следующие:

Как будут работать клапана при неправильно выставленном зазоре

Двигатель работает в жёстком температурном режиме, от высокой температуры металл расширяется. Поэтому, если толкатель плотно прижимается к кулачку распредвала, происходит следующее:

1. При нагреве впускной клапан не сможет герметично прилегать на своё место, и часть воспламенившейся смеси будет выброшена через эту щель.
2. Из-за неплотного прилегания широкой части клапана к блоку нарушается его охлаждение, и он быстрее разрушается. Особенно это касается выпускных клапанов, работающих в более жестких температурных условиях. Впускные охлаждаются поступающей смесью.
3. Нарушается компрессия, мощность заметно падает, износ деталей сильно ускоряется.

То же самое произойдет, если неплотно закрываются выпускные клапана.

Уменьшится зазор может из-за износа фаски на широкой части клапана – «тарелке», да и его «седло» также изнашивается из-за постоянных ударов и высокой температуры. Поэтому «тарелка» постепенно утопает в «седле» немного глубже, а толкатель приближается к кулачку. Конечно, эти величины очень малы – микроны, но всё-таки постепенно начинают сказываться на работе двигателя.

Случается и обратная ситуация, когда зазор слишком велик. Например, неизбежно происходит износ кулачков распредвала и поверхности толкателя. Зазор между ними увеличивается. В итоге нарушается работа двигателя – впускные клапана открываются чуть позже, и смесь не успевает попасть в камеру сгорания в достаточном количестве. От этого мощность двигателя падает, и работает он с шумом – из-за стука распредвала по толкателям. Ситуация усугубляется и более поздним открытием выпускных клапанов, отчего отработанные газы удаляются из цилиндра не полностью.

В любом случае, как только двигатель стал хуже «тянуть», тем более еще и работать с большим шумом, пора отправляться на СТО. Иначе однажды поездка закончится вызовом эвакуатора, а затем заменой некоторых узлов двигателя. Так экономия нескольких сотен рублей и часа времени приводит к длительному и дорогостоящему ремонту.