Клапан управления заслонкой впускного коллектора

Описание

Впускной коллектор – это часть двигателя, которая обеспечивает равномерное распределение горючей смеси между всеми цилиндрами. На каждый цилиндр идет отдельный патрубок, по которому воздух или топливно-воздушная смесь проходит, двигаясь за счет создаваемого отходящими вниз поршнями разрежения в коллекторе. В этой системе также нейтрализуются картерные газы, которые втягиваются через систему вентиляции картера во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью и поступают в цилиндры.

Для того, чтобы топливо не оседало в виде конденсата на стенках коллектора, его внутреннюю поверхность делают шероховатой, вследствие чего в нем создается турбулентность и мельчайшие капли распыленного топлива не конденсируются. Форма самого коллектора всегда ровная, не имеющая угловатых изгибов, что объясняется стремлением изготовителя исключить лишние перепады давления при работе двигателя.

Устройство и принцип действия

В устройстве данного узла немаловажное, практически решающее, значение имеет переключающий клапан. Такой клапан используется только в атмосферных двигателях, поскольку при принудительном наддуве нет необходимости создавать дополнительное давление таким образом. При уже закрытом впускном клапане воздух колеблется с частотой, пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя.

В момент резонанса начинает происходить резонансный наддув, из-за чего воздух во впускные клапаны поступает под увеличенным давлением.

При разной скорости вращения коленчатого вала двигателя воздух по коллектору идет с разной скоростью и положение клапана системы изменения геометрии впускного коллектора тоже разное. Когда двигатель не запущен, шток пневмокамеры, регулирующей положение клапана, выдвинут до конца и коллектор находится в коротком положении. Когда же происходит запуск, то клапан открывается и пропускает разреженный воздух через систему в пневмокамеру, которая втягивает шток, переводя коллектор на длинное положение. Проходя по длинному коллектору, воздух под более высоким давлением поступает в цилиндры и на низких оборотах двигатель работает ровно и уверенно.

До достижения 4,5 тыс. об/мин клапан так и находится в режиме длинного коллектора, но по достижении электронный блок управления отключает подачу напряжения на клапан и он переходит в закрытое положение, вакуум на воздушную камеру перестает поступать. Чтобы система вернулась в изначальное состояние необходимо высокое давление в пневмокамере спустить, для чего есть на электромагнитном клапане атмосферный штуцер. Когда отключается напряжение, электромагнитный клапан открывает соединение пневмокамеры с атмосферным штуцером и в нее набирается воздух, шток выдвигается.

Электромагнитный клапан состоит из трех штуцеров и электромагнитной катушки. На разных автомобилях он располагается несколько по-разному, однако, найти его всегда можно около ресивера. Атмосферный клапан закрыт крышечкой, которую нужно иногда снимать для проверки на загрязнение и периодически проверять напряжение на подводящем проводе для диагностики возможных проблем при неровной работе двигателя.

Ресивер и пневмокамера

Эта важная деталь отвечает за переключение клапана и иногда ее нужно проверять, чтобы не допустить разгерметизации и других нарушений. Внутри цилиндрической емкости находится обратный клапан. Для того, чтобы проверить узел нужно:

• Проверить на наличие дырок и трещин, чтобы не было утечки воздуха;
• Снять трубку от электромагнитного клапана, отсоединить трубку от коллектора и подуть в нее. Воздух должен не проходить, но если втянуть – должен.

Пневмокамера, к которой ресивер имеет прямое отношение, состоит их штока, диафрагмы и пружинки, заключенных в металлический или пластмассовый корпус. Устройство переключения самое слабое во всей цепи. Диафрагма часто изнашивается и поэтому нарушается изменение геометрии впускного коллектора, поэтому стоит уделить ей особое внимание и быть готовым к периодической замене. Для проверки работоспособности системы можно снять вакуумную трубку и вдавить шток клапана. При хорошем состоянии узла шток при отпускании резко выдвигается обратно, входит ровно и не заедает. Далее при вдавленном штоке нужно закрыть пальцем штуцер и при этом первый должен остаться на месте. В случае, если он при закрытом штуцере выходит, порвана диафрагма.

В случае, когда произошло такое нарушение сразу заметны провалы в работе двигателя, рывки и дребезжание, когда их быть не должно вовсе. Также повышаются обороты двигателя на холостых оборотах. Это связано с подсосом воздуха и, как следствие, неправильному соотношению топливо/воздух в системе. Замена пневмокамеры в таком случае неизбежна и обязательна.

Однако, если такая проблема застала вдалеке от дома или магазина, то можно штуцер коллектора заглушить, надев на него загнутый кусочек шланга.

ВАЖНО. Нельзя заглушать штуцер, вставив в него зубочистку или что-то подобное.

В таком случае может засосать посторонний предмет в коллектор, что крайне нежелательно. Следующий шаг – утопить шток на камере, зафиксировав его. Так можно ехать сколько угодно без какого-либо вреда, однако, на высоких оборотах динамика будет плохой.

Замена деталей

Чтобы заменить пневмокамеру не понадобится сложных инструментов и долгих манипуляций. Сначала откручивается крепление и снимается шток, после чего снимается камера и ставится новая. Иногда возможно коррозийное разрушение корпуса самой емкости, на предмет чего тоже нужно ее периодически проверять.

Для замены клапана управления заслонками впускного коллектора понадобится набор отверток, плоскогубцы, ключи. На всю работу уйдет не более двадцати минут:

• Сперва откручиваются винты крепления планки, на которой находятся клапаны;
• Устанавливаются новые клапаны;
• Прикручивается вся конструкция на место;
• Измеряется сопротивление – его значение должно быть от 33.2 до 33.3 Ом.

Замена недолгая и простая, поэтому ее можно провести даже во дворе дома, взяв нужные инструменты.

Очень редко случается, что клапаны разрушаются и засоряют обломками коллектор. Обычно это происходит на некачественных двигателях, в следствии перегрева мотора или если сами клапаны были заменены на контрафактный аналог.

Заключение

Клапан впускного коллектора – сложная и жизненно важная для двигателя система, которая позволяет ему переключаться на режим более высокой производительности при высоких оборотах и эффективно использовать топливо при низких. Когда двигатель начинает работать неровно и теряется приемистость «на низах», стоит сразу провести простейшую диагностику данного узла, поскольку в нем имеется несколько слабых деталей, чаще остальных дающих сбой. При правильном подходе к диагностике и ремонту автомобиль будет ездить долго и радовать владельца не один десяток лет.

Устройство автомобилей

Детали клапанной группы

Клапанная группа

Завершающим звеном механизма газораспределения является клапанная группа, которая включает в себя клапан, пружину, детали крепления клапана и пружины, направляющую втулку и седло клапана.

Клапанная группа работает при больших механических и тепловых нагрузках. Наиболее нагруженным является сопряжение «клапан-седло». Эти детали подвергаются наибольшим ударным воздействиям при посадке клапана в седло, и работают в условиях высоких температур.

Сопряжение «клапан-седло-направляющая втулка» работает при недостаточном смазывании и высокой скорости перемещения клапана, что вызывает их интенсивное изнашивание.

Исходя из условий, в которых работают детали этой группы ГРМ, к клапанной группе предъявляются следующие требования:

• герметичное закрытие клапанов;
• малое сопротивление рабочей смеси и отработавшим газам при впуске и выпуске (хорошая обтекаемость);
• минимальная масса деталей;
• высокая прочность и жесткость;
• высокая тепловая стойкость;
• эффективный отвод тепла от клапана (особенно для выпускного);
• высокая износостойкость (особенно в сопряжении «втулка-клапан»);
• высокая коррозийная стойкость в сопряжении «седло-клапан».

Клапаны

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия в головке блока цилиндров. Основные элементы клапана: головка 12 и стержень 9 (рис. 1). Головку клапана иногда называют тарелкой клапана.
Плавный переход от головки к стержню снижает сопротивление потоку газов при их истечении через газообменные отверстия. Поскольку отработавшие газы удаляются через выпускной клапан при значительном давлении, головку этого клапана обычно выполняют меньшего диаметра, чему головку впускного клапана.
Температура головки выпускного клапана бензиновых двигателей достигает 800…900 ˚С, а в дизельных двигателях – 500…700 ˚С.
Температурная нагрузка на головки впускных клапанов значительно ниже, тем не менее она приводит к нагреву тарелки клапана до 300 ˚С.

Поэтому для изготовления выпускных клапанов применяются жаропрочные сплавы и материалы, в качестве которых обычно используют жаропрочные стали с большим содержанием легирующих присадок. В целях экономии дорогостоящих жаростойких материалов выпускные клапаны изготовляют из двух частей. При этом для головки используется жаростойкий материал, а для стержня – углеродистые стали.
Головка и стержень в данном случае соединяются между собой стыковой сваркой.

Для повышения коррозийной стойкости и уменьшения изнашивания в выпускных клапанах рабочие поверхности фаски, а в некоторых случаях и поверхность головки со стороны цилиндра наплавляют слоем твердого сплава толщиной 1,5…2,5 мм (рис. 1).

Так как впускные клапаны омываются свежим зарядом и находятся в более легких температурных условиях, к материалу впускных клапанов предъявляются менее жесткие требования и для их изготовления используются хромистые и хромоникелевые среднеуглеродистые стали.

Обтекаемость клапана, работоспособность его фасок во многом зависит от формы головки. Для впускных клапанов чаще используют головки плоской формы (см. рис. 1 и 2), отличающиеся простотой конструкции и достаточной жесткостью. В форсированных двигателях иногда применяют впускные клапаны с вогнутыми головками (см. рис. 1, в). Такие клапаны имеют меньшую массу, чем клапаны с плоской головкой и их движение вызывает меньшие инерционные нагрузки.

Головки выпускных клапанов выполняются или плоскими (рис. 1, 2 и 3, г), или выпуклыми (рис. 3, б). Выпуклая форма головки способствует улучшению обтекаемости клапана со стороны цилиндра и повышению его жесткости, но вместе с тем увеличивается и масса клапана, что отрицательно сказывается на его инерционности.

Сопряжение между тарелкой (головкой) клапана и седлом осуществляется по фаске – специальному пояску на боковой поверхности головки. Угол наклона фаски у впускных клапанов для большинства двигателей составляет 45˚, а у выпускных – 45 и 30˚.
В процессе изготовления клапанов фаски головок шлифуют, а при установке на двигатель притирают к седлу. Ширина притертого пояска фаски для выпускных клапанов должна быть не менее 0,8 мм; для впускных клапанов допускается более узкий поясок, который, тем не менее, не должен прерываться по периметру окружности фаски.
Для обеспечения надежного контакта между клапаном и седлом по наружной кромке фаски клапана угол фаски клапана делают на 0,5…1˚ меньше угла фаски седла.

Коррозийный и механический износ фасок на клапане и седле резко снижает эффективность работы двигателя. На фасках выпускных клапанов в процессе работы постепенно откладывается нагар, который тоже препятствует герметичному закрыванию выпускного отверстия. Для предотвращения образования нагара на фасках выпускных клапанов и повышения их долговечности, в некоторых двигателях выпускной клапан в процессе работы принудительно проворачивается с помощью специального механизма (см. рис. 1, поз. 5).

Механизм принудительного вращения клапана (рис. 4) состоит из неподвижного корпуса 3, расположенных в углублениях этого корпуса пяти шариков 2 с возвратными пружинами 1, конической дисковой пружины 4, опорной тарелки 5 и пружины клапана 7.
Все детали в собранном состоянии скрепляются пружинным кольцом 6.

При открытии клапана от усилия пружины дисковая пружина 4, опирающаяся при закрытом клапане на буртик корпуса 3, деформируется и ложится на шарики 2, которые в это время располагаются в мелкой части углубления корпуса.
Под давлением пружины шарики перекатываются по углублению корпуса в более глубокую часть, поворачивая при этом коническую пружину 4, опорную тарелку 5, пружину клапана и сам клапан вокруг его оси.

После закрытия клапана, когда усилие пружины клапана уменьшается, коническая дисковая пружина 4 возвращается в исходное положение, при этом шарики освобождаются и возвратными пружинами 1 перемещаются в более мелкую часть углубления в корпусе 3, подготавливая механизм к следующему циклу работы.

В двигателях марок «ЗМЗ», «ЯМЗ» возможность проворачивания в процессе работы впускных и выпускных клапанов обеспечивается установкой между опорной тарелкой и сухарями промежуточной втулки (см. рис. 1, поз. 13; рис. 2, поз. 11; рис. 3, поз. 4).

Промежуточные втулки имеют небольшую контактную поверхность с подвижными опорными тарелками пружин, следовательно, трение между этими деталями невелико. Поэтому при открытии клапана вследствие вибрации всех деталей механизма клапан периодически поворачивается.

Ниже фаски головка клапана имеет цилиндрический поясок, который предохраняет ее от обгорания, сохраняет диаметр тарелки клапана при перешлифовке и обеспечивает жесткость головки.

Для предотвращения падения клапана в цилиндр при поломке хвостовика стержня или клапанной пружины, на его стержне может устанавливаться пружинное стопорное кольцо (см. рис. 3, д, поз. 1).

Торцы стержней (пятки клапанов), находящиеся в контакте с коромыслом или кулачком, подвергаются закаливанию. В некоторых двигателях вместо закаливания на концы стержней надеваются колпачки (см. рис. 1, поз. 21) из износостойких материалов и сплавов.

На стержень впускных клапанов надевают резиновый колпачок (см. рис. 3, е, поз. 5), который во время такта впуска препятствует проходу масла в камеру сгорания через зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана.

Для предотвращения заклинивания выпускных клапанов в отверстии направляющей втулки при температурном расширении, их стержни вблизи головки выполняют несколько меньшего диаметра, чем по остальной длине.

Для крепления клапанных пружин на конце стержня выполняются одна или две выточки, в которые при сборке входят выступы сухарей 2 (рис. 3, д, е).

Для понижения температуры выпускных клапанов диаметр их головок уменьшают, а диаметр стержня увеличивают. Такое техническое решение позволяет повысить тепловую стойкость клапана, но увеличивает сопротивление потоку выпускаемых газов. Впрочем, поскольку выброс отработавших газов из цилиндра осуществляется под значительным давлением (по сравнению с давлением впуска), то этим недостатком пренебрегают.

Более эффективным является способ принудительного охлаждения выпускных клапанов. Для этого стержень выпускного клапана делают пустотелым (см. рис. 1, а, в) и заполняют металлическим натрием, который имеет низкую температуру плавления (97 ˚С). При работе жидкий натрий, нагреваясь от головки клапана, испаряется, поглощая большое количество теплоты. Поднявшись в верхнюю часть стержня, пары натрия конденсируются и передают теплоту верхней части стержня, которая работает в менее теплонапряженных условиях.

Клапанные пружины

Клапанная пружина должна обеспечивать плотную посадку клапана в седло. Она работает в условиях резко меняющихся динамических нагрузок, способных вызвать резонанс и последующую поломку пружины.
Чаще всего применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянным шагом витков.
Для предотвращения резонансных явлений могут применяться пружины с переменным шагом, конические пружины и двойные пружины. При использовании двойных пружин возрастает надежность работы ГРМ и уменьшается общий размер пружин.
Направление витков внутренней и внешней пружин выполняют разным, чтобы исключить резонанс и, в случае поломки одной из пружин, предотвратить попадание обломков между витками второй пружины.

Клапанные пружины изготавливают навивкой проволоки из пружинной стали. После навивки пружины подвергаются термической обработке (закалка и отпуск), а для повышения усталостной прочности обдуваются стальной дробью.

Концевые витки пружин шлифуются для получения плоской кольцевой опорной поверхности. Для повышения коррозионной стойкости пружины оксидируют, оцинковывают и кадмируют.

Пружины опираются на головку блока цилиндров через специальные неподвижные тарелки (см. рис. 2, поз. 4), которые штампуются, как и верхние подвижные тарелки из малоуглеродистой стали. Верхняя тарелка пружины фиксируется на клапане с помощью сухарей.

Направляющие втулки клапанов

Направляющая втулка обеспечивает перемещение клапана и отвод теплоты от его стрежня во время работы. При этом нижний конец самой втулки (особенно выпускного клапана) омывается горячими газами. При недостаточном поступлении смазочного материала в зазоры между стержнем клапана и внутренней поверхностью втулки трение между этими деталями приближается к полусухому.
По этой причине к материалу направляющих втулок предъявляются требования высокой износостойкости, достаточной жаростойкости и хорошей теплопроводности. Кроме того, он должен обладать высокими антифрикционными качествами. Этим требованиям удовлетворяют перлитные серые чугуны, алюминиевые бронзы, спекаемая хромистая или хромоникелевая керамика. Пористая структура данных материалов хорошо удерживает смазочный материал.

Для фиксации в головке блока цилиндров втулки выполняются с выточкой под пружинное кольцо (см. рис. 3, а, поз. 1) или с наружными заплечиками.

Зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана для впускных клапанов устанавливается меньше, чем для выпускных, из-за разной температуры нагрева. Для предотвращения заклинивания клапана во втулке при высокой температуре и перекоса (в приводе клапана непосредственно от распределительного вала) нижнюю внутреннюю поверхность втулки выполняют конусной (см. рис. 3, г) или уменьшают диаметр стержня клапана у головки (см. рис. 1, б).

Седла клапанов

Седло клапана обеспечивает долговечность контактной зоны клапана с головкой блока цилиндров. В головках из алюминиевого сплава используют стальные седла, а в чугунных головках они растачиваются непосредственно в теле (см. рис. 2, а). Для изготовления вставных седел используют специальные легированные чугуны или жаростойкие стали. Для повышения износостойкости фаски седел выпускных клапанов наплавляются слоем твердого сплава (см. рис. 1, поз. 18).

Седло представляет собой кольцо с цилиндрической или конической наружной поверхностью. Крепится седло в головке с натягом при запрессовке или путем расчеканивания головки (см. рис. 3, к). Стальные седла могут крепиться развальцовкой верхней части седла (см. рис. 3, л). При креплении седел запрессовкой на их наружной поверхности часто выполняются кольцевые проточки (см. рис. 3, з, и), которые в процессе запрессовки заполняются металлом головки.

Цилиндрические седла вставляются до упора, а конические – с небольшим торцевым зазором.

Для получения надежного уплотнения поясок седла шириной около 2 мм выполняют с переменным углом (см. рис. 3, ж).

http://swapmotor.ru/ustrojstvo-dvigatelya/klapan-vpusknogo-kollektora.html
Источник Источник http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/3_dvs_8_4/