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:
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).
Что делать, если стучат клапаны в двигателе
Главная причина стука от работающего ГРМ – избыточное расстояние между торцом клапана и приводом. Кулачок распредвала, который находится в головке или в теле блока, неправильно соприкасается с рокером, что вызывает металлический цокот.
Шум может появляться на холодном или горячем моторе, а также пропадать по мере прогрева. Но при появлении посторонних звуков следует убедиться в корректности воздушного промежутка в ГРМ, а затем приступить к ревизии прочих систем двигателя.
Как отрегулировать клапана
Между торцом впускного либо выпускного клапана и приводом (кулачком или рокером) имеется воздушный промежуток. Диапазон размеров определяется на этапе разработки двигателя и должен соблюдаться при эксплуатации.
Избыточный зазор приводит к неполному отпиранию клапана и появлению стука при работе агрегата после холодного старта. Слишком маленькое расстояние вызывает неполное закрытие, подгорание седла и тарелки впускного либо выпускного клапана.
На части двигателей для привода впускных и выпускных клапанов смонтированы гидравлические компенсаторы, автоматически выставляющие требуемый зазор и не нуждающиеся в настройке. Детали при работе изнашиваются, но ресурс сопоставим со сроком эксплуатации мотора до капитального ремонта.
Азиатские производители (например, Toyota) часто упрощают конструкцию ГРМ и используют для регулировки зазоров сменные шайбы, ресурс которых не превышает 100 тыс. км. Двигатели старого образца (ВАЗ для «классического» ряда) требуют периодической ручной корректировки ГРМ.
Если регулировка не позволила восстановить работу ГРМ, то требуется ремонт системы. Процедура более трудоемка, чем снятие шариковой конструкции (например, ниппеля шины), при которой достаточно снять пружину, манжету и вынуть клапан. Для демонтажа клапана впускной или выпускной системы необходимо снять и частично разобрать головку блока.
Использование специальных инструментов
Корректировка работы клапанов впускной и выпускной системы силовой установки автомобиля не требует специальной оснастки. В гараже и на небольших сервисах используются стандартными щупами. На крупных СТО могут применять индикаторные стойки.
У дилеров встречаются специальные стенды для проверки впускного и выпускного клапанов, схема которых регламентируется производителем агрегата.
Регулировка с помощью щупа и контргаек
Изменение зазора путем вращения контргайки производится на силовых установках с любым местонахождением распределительного вала. Для выполнения работ понадобится набор щупов и гаечных ключей. Перед началом работ требуется снять крышку газораспределительного механизма и уточнить диапазон значений зазора по заводской документации.
Следует учесть, что расстояния между торцом и рокером отличаются для впускного и выпускного клапана, а на ряде ДВС различаются и по номерам цилиндров. Работы выполняют только на остывшем моторе (температура +20⁰…+25⁰С). При нагреве детали увеличиваются, что ведет к искажению значения зазора.
Периодичность обслуживания ГРМ указывается в заводской документации (например, для двигателей ВАЗ настройка зазора ГРМ проводится через 20-30 тыс. км).
Алгоритм настройки:
- Вывести поршень цилиндра, в котором проводится настройка, в верхнее положение. Оба клапана закрыты, приводы должны свободно перемещаться в пределах зазора.
- Отвернуть контрящую гайку на регуляторе, а затем повернуть винт в требуемую сторону (отверткой или гаечным ключом – в зависимости от модификации мотора).
- Вставить в промежуток между торцом и узлом для привода (например, рокером) щуп требуемой толщины и выставить расстояние винтом.
- Затянуть контрящую гайку и повторно проконтролировать зазор клапана впускной или выпускной системы. Щуп должен проходить через промежуток с легким усилием.
- Последовательно отрегулировать клапаны в остальных цилиндрах, выставляя поршни в верхнюю позицию.
Регулировка с помощью шайб
Перед тем, как отрегулировать впускной или выхлопной клапан в механизме с шайбами или стаканчиками, надо определить зазор щупами. Затем вынуть шайбы для замеров, нанося на детали метки для определения места установки.
После высчитать толщину новых регуляторов, вычитая из толщины старой детали значение номинального зазора и добавляя число номинального расстояния.
Полученное значение округляют в сторону ближайшего габарита шайбы.
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.
