Для чего клапана нужны: Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение
Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение
Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:
- своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
- последующий отвод выхлопных газов.
Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.
Общее устройство
Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных.
Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.
Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:
- стальная пружина;
- устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
- втулка, направляющая движение;
- посадочное седло.
Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.
Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.
К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:
- минимально возможный вес;
- антикоррозийная устойчивость;
- безупречная теплоотдача клапана;
- устойчивость к высоким температурам;
- герметичность работы при контакте с седлом;
- повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
- отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
- максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.
Конструктивные особенности
Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.
В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.
Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.
Конструктивно деталь состоит из двух частей:
- головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
- стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.
Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.
К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.
Требования к изготовлению пружин и втулок
Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.
Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.
Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки.
Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.
Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.
Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.
- двигатель
- устройство автомобиля
Клапаны, устройство и назначение клапана
Кла́пан — это устройство, предназначенное для открытия, закрытия, а также регулирования потока горючей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.
Для нормальной работы четырехтактного двигателя требуется, как минимум, по два клапана на каждый цилиндр — впускной клапан и выпускной клапан. В данный момент широкое распространение получили клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для качественного наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается немного больше, чем у выпускного.
Из чего изготавливают клапана
Седла клапанов изготавливаются из чугуна или стали, затем запрессовываются в головку блока цилиндров. Клапаны во время работы двигателя подвержены значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому необходимо подбирать специальный сплав для изготовления детали.
Клапана для высокофорсированных двигателей должны хорошо охлаждаться, поэтому в них применяют клапаны с полым стержнем, с наполнением натрия внутри. При достижении рабочей температуры натрий плавится и начинает перетекать от тарелки клапана, к стержню равномерно распределяя тепло.
Для равномерности теплопередачи и уменьшения нагара на фасках клапана применяют механизмы вращения клапана.
Виды ГРМ
Существуют следующие виды газораспределительных механизмов: нижнеклапанный ГРМ и верхнеклапанный ГРМ. Сегодня, на современных автомобилях, используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров.
Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью клапанной пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость (оптимальную, чтобы не увеличивать ударную нагрузку на седло клапана) для гарантированного закрытия клапана во время работы.
Чтобы снизить потери на трение в ГРМ применяют ролики, которые установлены на рычагах и толкателях привода клапанов. Применение роликов в клапанном механизме заменяет трение скольжения, на трение качение, что значительно уменьшает потери на привод клапанов.
При открытии впускного клапана проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) наполняя цилиндр двигателя. Чем больше площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, что приводит к повышению выходных показателей цилиндра при рабочем ходе. Для улучшения очистки цилиндров от продуктов сгорания увеличивают диаметр тарелки выпускного клапана. Правда, размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Многое также зависит от регулировки клапанов.
Применение четырех клапанов на цилиндр началось еще в 1912 г. на двигателе автомобиля PeugeotGranPrix. Широкое использование такой схемы в серийном производстве легковых автомобилях началось только в конце 1970-х гг. Сегодня ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей.
Mercedes выпускает двигатели, которые имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).
Существует практика использования даже 5 клапанов на цилиндр (3 впускных и 2 выпускных). Такой технологией практикует автомобильная группа Volksvagen-Audi, но при этом значительно усложняется привод клапанного механизма
.сердечных клапанов, анатомия и функция | ColumbiaDoctors
Записаться на прием
Что такое сердечные клапаны?
Сердце состоит из четырех камер, двух предсердий (верхние камеры) и двух желудочков (нижние камеры). Есть клапан, через который проходит кровь, прежде чем покинуть каждую камеру сердца. Клапаны препятствуют обратному току крови. Эти клапаны представляют собой настоящие створки, расположенные на каждом конце двух желудочков (нижних камер сердца). Они действуют как односторонние входы крови с одной стороны желудочка и односторонние выходы крови с другой стороны желудочка. Нормальные клапаны имеют три створки, за исключением митрального клапана, который имеет две створки. Четыре сердечных клапана включают следующее:
- трехстворчатый клапан: расположен между правым предсердием и правым желудочком
- клапан легочной артерии: расположен между правым желудочком и легочной артерией
- митральный клапан:
- аортальный клапан: расположен между левым желудочком и аортой
Как функционируют сердечные клапаны?
Когда сердечная мышца сокращается и расслабляется, клапаны открываются и закрываются, позволяя крови попеременно поступать в желудочки и предсердия.
Ниже приведена пошаговая иллюстрация нормального функционирования клапанов левого желудочка:
После того, как левый желудочек сокращается, аортальный клапан закрывается, а митральный клапан открывается, позволяя крови течь из левого предсердия в левый желудочек.
По мере сокращения левого предсердия в левый желудочек поступает больше крови.
Когда левый желудочек сокращается, митральный клапан закрывается, а аортальный открывается, поэтому кровь поступает в аорту.
Что такое порок сердечного клапана?
Клапаны сердца могут иметь одну из двух неисправностей:
- регургитация (или негерметичность клапана): Клапан (клапаны) закрывается не полностью, в результате чего кровь течет обратно через клапан. Это приводит к утечке крови обратно в предсердия из желудочков (в случае митрального и трехстворчатого клапанов) или утечке крови обратно в желудочки (в случае аортального и легочного клапанов).
- стеноз (или сужение клапана): Отверстие клапана(ов) сужается или клапаны повреждаются или рубцуются (жесткие), препятствуя оттоку крови из желудочков или предсердий. Сердце вынуждено перекачивать кровь с повышенной силой, чтобы протолкнуть кровь через суженный или тугоподвижный (стенозированный) клапан (клапаны).
Сердце вынуждено перекачивать кровь с повышенной силой, чтобы протолкнуть кровь через суженный или тугоподвижный (стенозированный) клапан (клапаны).Клапаны сердца могут иметь обе неисправности одновременно (регургитация и стеноз). Кроме того, одновременно может быть поражено несколько сердечных клапанов. Когда сердечные клапаны не открываются и не закрываются должным образом, последствия для сердца могут быть серьезными, возможно, препятствуя способности сердца адекватно перекачивать кровь по телу. Проблемы с сердечным клапаном являются одной из причин сердечной недостаточности.
Роль ваших четырех сердечных клапанов
Чтобы лучше понять состояние вашего клапана и то, что обсудит ваш лечащий врач, полезно знать роль каждого сердечного клапана в здоровом кровообращении. Каждая часть системы кровообращения должна работать вместе, чтобы доставлять кровь, кислород и питательные вещества ко всем тканям. Посмотрите анимацию сердечных клапанов.
Какую роль каждый из них играет в здоровом кровообращении?
Четыре клапана в порядке циркуляции:
- Трехстворчатый клапан
- Имеет три листочка или бугорка.
- Отделяет верхнюю правую камеру (правое предсердие) от нижней правой камеры (правый желудочек).
- Открывается, позволяя крови течь из правого предсердия в правый желудочек.
- Предотвращает обратный ток крови из правого желудочка в правое предсердие.
Сопутствующие заболевания клапана включают: атрезию трикуспидального клапана, регургитацию трикуспидального клапана, стеноз трикуспидального клапана
- Легочный клапан (или легочный клапан)
(ссылка открывается в новом окне)
Посмотрите анимацию анатомии сердечного клапана.
- Имеет три листовки.
- Отделяет правый желудочек от легочной артерии.
- Открывается для перекачки крови из правого желудочка в легкие (через легочную артерию), где она будет получать кислород.
- Предотвращает обратный ток крови из легочной артерии в правый желудочек.
Связанные проблемы с клапанами включают: стеноз клапана легочной артерии, недостаточность клапана легочной артерии
- Митральный клапан
- Имеет две листовки.
- Отделяет верхнюю левую камеру (левое предсердие) от нижней левой камеры (левого желудочка).
- Открывается, позволяя крови течь из левого предсердия в левый желудочек.
- Предотвращает обратный ток крови из левого желудочка в левое предсердие.
Сопутствующие заболевания клапана включают: пролапс митрального клапана, недостаточность митрального клапана, стеноз митрального клапана
- Аортальный клапан
- Имеет три створки, если только это не аномалия от рождения, например двустворчатый аортальный клапан.
- Отделяет левый желудочек от аорты.
Comments |0|
Category: Разное
