Создана первая в мире полностью цифровая система управления клапанами ДВС

Британская компания Camcon Automotive выпустила первую в мире электронную систему управления работой клапанов ДВС. Здесь нет ни распределительного вала, ни ременных передач или пружин, вообще ничего, что связывало бы работу конкретного клапана с состоянием двигателя. Эта технология позволяет управлять каждым клапаном независимо и создавать любые комбинации, в зависимости от поставленной задачи.

Для каждого клапана в этой системе предусмотрен персональный привод с электромотором, который позволяет открывать и закрывать его с идеальной точностью. Можно закрыть клапан на половине пути, вернуть его в исходное положение или сместить на нужное расстояние в произвольный момент времени. Система отслеживает положение всех клапанов и может идеально синхронизировать их работу между собой, перестраивая конфигурацию на лету.

Что дает эта технология? Если кратко: полный, всеобъемлющий контроль над работой ДВС. Адаптация под новый вид топлива, регулировка выхлопа, оптимизация экономии горючего при разной работе, возможность наконец-то построить гибридную силовую установку с высоким КПД. Представьте машину, которая несколько секунд движется на электротяге, а потом на мгновение переключается на ДВС, с нулевой потерей мощности и скорости, потому что бортовой компьютер идеально все рассчитал, а механическая часть теперь способна реализовать его команды!

ДВС с цифровым управлением клапанами Технология позволить использовать прогрессивную компоновку с разделением цилиндров вместо одного цельного блока

Но настоящее преимущество технологии в ее пока неизученном потенциале. Инженеры надеются, что цифровой контроль станет инструментом для изучения и решения фундаментальных проблем. Например, как сделать так, чтобы нагрузка между клапанами равномерно распределялась на сотни тысяч километров пробега и десятки лет эксплуатации, а параллельно еще и контролировался износ сопутствующих механизмов? Вариантов применения технологии в коммерческих продуктах много и Camcon Automotive ищет партнеров, которые помогли бы реализовать это лучшим образом.

[источники]
Источник — Camcon Automo
http://www.camcon-automotive.com/
https://www.techcult.ru/auto/5639-polnostyu-cifrovaya-sistema-upravleniya-klapanami

Это копия статьи, находящейся по адресу http://masterokblog.ru/?p=8802.

Автомобильный двигатель без распределительного вала

В схеме газораспределительного механизма Архангельского имеется центробежный регулятор, сдвигающий моменты открытия и закрытия клапанов в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Клапан Архангельского открывается при срабатывании электромагнита и закрывается возвратной пружиной.

Использование для перемещения клапана двух электромагнитов позволяет избавиться от возвратных пружин.

В новой конструкции газораспределительного механизма привод расположен сбоку от блока цилиндров. Применение длинных соленоидов увеличивает ход клапанов, позволяет его регулировать в широких пределах.

‹

›

Исторически сложилось так, что отечественное автомобилестроение развивалось в попытках догнать западных коллег. По-настоящему оригинальные модели (к ним относится, скажем, “Победа”) можно пересчитать по пальцам. И все же интересные разработки, внедрение которых позволило бы нашим автомобилестроителям успешно конкурировать с зарубежными, появляются. Предлагаем вниманию читателей рассказ о необычном механизме, предложенном доцентом кафедры “Электротехника и электрооборудование” Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета) Д. А. Сосниным. Устройство позволяет отказаться от применения в двигателе привычного распределительного вала и в то же время гибко управлять фазами газораспределения и величиной хода клапанов.

ТАМ, ГДЕ ЭЛЕКТРОНИКА ПАСУЕТ

Любой автомобилестроитель стремится к тому, чтобы двигатели внутреннего сгорания (ДВС) на его машинах работали в оптимальном режиме: обеспечивали максимальную мощность, равномерность крутящего момента, минимальный расход топлива, наименьшую токсичность выхлопных газов. Однако пока этого никому не удалось добиться в полной мере, поскольку улучшение одних характеристик приводит к ухудшению других. В последнее время, правда, достигнут существенный прогресс благодаря применению автоматизированного управления работой двигателя с широким использованием электроники.

При составлении программы для системы управления двигатель на специальном испытательном стенде вводят в устойчивый режим работы и последовательно корректируют все параметры так, чтобы для данного режима они обеспечивали наилучшие выходные характеристики. То же проделывают при других режимах. Результаты записывают в постоянную память электронного блока в виде многомерной диаграммы, с помощью которой в дальнейшем формируются управляющие сигналы по каждому из параметров.

Например, в комплексной электронной системе “Motronic” (ФРГ), которая управляет впрыском топлива и зажиганием, пять таких диаграмм: для корректировки угла опережения зажигания, времени впрыска топлива, положения клапана рециркуляции (устройства, возвращающего часть выхлопных газов в цилиндр для лучшего дожигания топлива), времени накопления энергии в катушке зажигания и положения дроссельной заслонки. В качестве входных параметров в этой системе используются частота вращения коленчатого вала, крутящий момент и температура двигателя, а также напряжение аккумуляторной батареи. На выходе контролируют соответствие оборотов двигателя крутящему моменту и содержание окиси углерода в выхлопных газах.

К сожалению, в автомобиле есть система, которая не поддается регулированию даже самой изощренной автомобильной электроникой. Это газораспределительный механизм с жесткой кинематической связью между коленчатым и распределительным валами.

Специалисты считают, что классический двигатель достаточно совершенен и если иногда плохо работает, то лишь потому, что “задыхается от собственного выхлопа”; стоит дать двигателю побольше кислорода, позволить “дышать полной грудью”, и ему не будет альтернативы.

Помочь двигателю можно, если бы удалось сдвигать моменты открытия и закрытия клапанов, в первую очередь впускных. Вспоминается, как еще в начале 70-х годов прошлого века автогонщики прибалтийских

республик выигрывали состязания, добиваясь частоты вращения коленчатого вала до 3000 об/мин на холостом ходу и до 8000 об/мин на полном газу. Впоследствии выяснилось, что они раздобыли шаблон распределительного вала, наплавляли кулачки и затем вручную доводили их форму. С такими распредвалами двигатели выдавали высокие характеристики (мощность и крутящий момент), но только на больших оборотах. Для спортивных машин это хорошо, но для “частных” — неприемлемо. Тем не менее такой факт говорит о заметной роли запаздывания или опережения фазы клапанов.

Как же заставить клапан открываться и закрываться в тот момент, который соответствует оптимальной работе двигателя? Ясно, что нужно управлять фазами газораспределения в зависимости от частоты вращения, положения и нагрузки коленчатого вала. Традиционный кулачковый распредвал не позволяет решить эту задачу.

В небольших пределах соотношение фаз газораспределения можно регулировать с помощью механических, электромеханических, гидравлических, пневматических приводов клапанов. Но наиболее перспективным считается электромагнитный привод, управляемый электроникой. С его помощью можно не только оптимизировать работу двигателя, но и расширить его функциональные возможности. Так, четырехцилиндровый двигатель при изменении порядка срабатывания клапанов можно заставить действовать как двух- или трехцилиндровый; он более равномерно работает при переменных нагрузках, потребляет меньше топлива на максимальных оборотах при заданной мощности. Не будет у такого двигателя проблем с изменением направления вращения коленчатого вала.

На первый взгляд все выглядит очень просто, но почему-то на автомобилях электромагнитные клапана пока встречаются только в экспериментальных разработках.

КЛАПАН АРХАНГЕЛЬСКОГО

Попытку реализовать идею электромагнитного клапана с гибким управлением предпринял в середине XX века профессор МАДИ В. М. Архангельский. Включение и выключение электромагнитов происходило при замыкании и размыкании контактов, связанных с кулачками распределительного вала. На место клапан возвращался пружиной.

В схеме Архангельского был предусмотрен центробежный регулятор на распределительном валу. При изменении частоты вращения он смещал положение кулачков и вызывал опережение открывания и закрывания клапанов. Таким образом, регулятор играл роль обратной связи. Это позволяло обходиться без программного управления, которого, кстати, тогда и не могло быть.

К сожалению, несмотря на изящество схемы, работоспособную конструкцию создать не удалось. Дело в том, что клапан должен быстро срабатывать и надежно закрываться, а поэтому требуется возвратная пружина с большой жесткостью. Соответственно нужен мощный электромагнит, который потребляет значительный ток из бортовой сети автомобиля. В те времена не было мощных полупроводниковых вентилей и металлические контакты при коммутации больших токов быстро выгорали. Наконец, при закрытии клапана возвратной пружиной происходил сильный удар головки клапана о гнездо, что вызывало шум при работе газораспределительного механизма и вело к частым поломкам клапанов.

ОДИН ХОРОШО, А ДВА ЛУЧШЕ

Избавиться от многих недостатков, присущих клапану Архангельского, можно, если вместо одного электромагнита поставить два — открывающий и закрывающий. Подобная схема была разработана одним из студентов Тольяттинского государственного университета в дипломном проекте под руководством доктора технических наук профессора В. В. Ивашина.

В данном варианте конструкции пружины не нужны, и поэтому электромагниты могут быть меньших размеров и мощности — ведь большой ток потребляется лишь при закрывании и открывании клапанов, а для их удержания достаточна сила тока в десять раз меньше.

Но главное, теперь можно обойтись совсем без распределительного вала, поскольку задавать время срабатывания и силу тока через обмотку электромагнита может программируемый контроллер — электронное устройство, обычно на микропроцессоре, управляющее работой двигателя и других систем автомобиля.

В НАМИ под руководством кандидата технических наук А. Н. Терехина начали проводить исследовательские и конструкторские разработки газораспределительного механизма с электромагнитным приводом клапанов на базе двигателя М-412. В результате был создан действующий макет газораспределительного механизма с двухсторонними электромагнитами на восьми клапанах. Но с начала 1990-х годов финансирование прекратилось, и перспективная разработка затерялась в архивах.

Несколько лет назад работы над новым газораспределительным механизмом были возобновлены на Волжском автозаводе под руководством главного конструктора АвтоВАЗа П. М. Прусова. Так, среди тем Всероссийского конкурса “Русский автомобиль” (см. “Наука и жизнь” № 12, 2002 г.) была объявлена “Разработка системы электромагнитного привода газораспределительных клапанов для 16-клапанного двигателя ВАЗ”. На конкурс были представлены два проекта, но оба совсем “не по делу”, и их даже не стали рассматривать.

Тем временем над усовершенствованием электромагнитного привода клапанов начали работать японские, американские и (с наибольшим успехом) немецкие автомобилестроители. Уже в 2002 году компания БМВ приступила к испытаниям на реальном 16-клапанном двигателе газораспределительного механизма с электромагнитным приводом всех клапанов.

КОНКУРЕНТОСПОСОБНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Тогда же к разработке электромагнитных газораспределительных клапанов приступили на кафедре “Электротехника и электрооборудование” МАДИ (ГТУ).

Хотя на Западе нас не признавали конкурентами: мол, “отстали на 10 миль” (на жаргоне автогонщиков так говорят об отставших на два круга, что означает — слабаки), однако автором запатентована конструкция, которая решает большинство проблем, присущих электромагнитным приводам.

В ней вместо громоздких электромагнитов, установленных над клапанами, применены длинные соленоиды. Торможение сердечника в длинном соленоиде реализуется не жесткими упорами, а краевыми магнитными полями, и работа привода становится бесшумной. Кроме того, ход клапана может быть сколь угодно большим и регулируемым. Возвратно-поступательное движение от электромагнита к клапану передается через штангу и качающееся коромысло. Благодаря этому привод можно устанавливать не над блоком цилиндров, а на его боковой поверхности. В результате значительно уменьшается высота двигателя, а для охлаждения и смазки деталей привода используются штатные системы автомобиля.

Теперь дело за моторостроителями. Если удастся воплотить идею в металле, в России появится приемистый и экономичный автомобиль, который к тому же будет удовлетворять самым жестким требованиям по чистоте выхлопа.

Перепускной клапан — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перепускной клапан (переливной клапан) — это устройство, предназначенное для поддержания давления среды на требуемом уровне путём перепуска её через ответвление трубопровода^[1].

Среда может быть жидкая или газообразная^[2].

Перепускной клапан поддерживает давление в системе путём непрерывного отвода жидкости (газа), чем он отличается от предохранительного клапана, который ограничивает повышение давления в системе сверх заданного путём однократного или периодического отвода жидкости (газа) из системы.

Внешне перепускной и предохранительный клапаны могут не отличаться друг от друга.

Также, как и редукционный клапан, перепускной клапан поддерживает постоянство давления в системе. Однако перепускной клапан поддерживает постоянным давление на входе в клапан («до себя»), а редукционный клапан поддерживает постоянство давления на выходе («после себя»).

Перепускной клапан и турбонаддув двигателя внутреннего сгорания[править | править код]

Перепускной клапан (blow-off) используется для сброса избыточного давления, создаваемого во впускном коллекторе, в атмосферу. Также, существует вариант сброса избыточного давления в начало тракта впуска (bypass).

Избыточное давление образуется вследствие работы турбонаддува ДВС.

Перепускной клапан в системе подачи топлива[править | править код]

Перепускной клапан в системе подачи топлива устанавливается рядом с топливным насосом^[3], а иногда и объединяется с ним. Он предназначается для слива избыточного топлива, подаваемого топливным насосом, обратно в топливные баки.^[4] Таким образом, перепускной клапан обеспечивает одинаковое давление в топливоподкачивающей системе, независимо от режима работы двигателя.^[5] Соленоидный клапан работает вместе с перепускным, перекрывая его, таким образом, герметизируя цепь высокого давления.^[6]

Перепускной клапан в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания[править | править код]

Перепускной клапан предназначен для возвращения жидкости из расширительного бака в радиатор охлаждения. Это необходимо, потому что при охлаждении антифриз уменьшается в объёме и в системе образуется разрежение.^[7]

Регулирующий клапан — Википедия

Современный регулирующий клапан с электрическим приводом.

Регулирующий клапан — один из конструктивных видов регулирующей трубопроводной арматуры. Это наиболее часто применяющийся тип регулирующей арматуры как для непрерывного (аналогового), так и для дискретного регулирования расхода и давления. Выполнение этой задачи регулирующие клапаны осуществляют за счёт изменения расхода среды через своё проходное сечение^[1].  Материал изготовления регулирующих клапанов зависит напрямую от типа рабочей среды, с которой клапан будет иметь контакт.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации применяются различные виды управления регулирующей арматурой, чаще всего при этом используются специальные приводы и управление с помощью промышленных микроконтроллеров по команде от датчиков, фиксирующих параметры среды в трубопроводе. Используются электрические, пневматические, гидравлические и электромагнитные приводы для регулирующих клапанов. В современной промышленности уже редко, но все же встречается, основной способ управления регуляторами в прошлом — ручное управление^[2].

Проходной запорно-регулирующий клапан с электрическим приводом.

Также применяются запорно-регулирующие клапаны, с помощью этих устройств осуществляется как регулирование по заданной характеристике, так и уплотнение затвора по нормам герметичности для запорной арматуры, что обеспечивается специальной конструкцией плунжера, имеющего профильную часть для регулирования, а также уплотнительную поверхность для плотного контакта с седлом в положении «закрыто».

Для присоединения регулирующих клапанов к трубопроводам применяются все известные способы (фланцевый, муфтовый, штуцерный, цапковый, приваркой), но приварка к трубопроводу используется только для клапанов, изготовленных из сталей.

Большинство из регулирующих клапанов весьма схожи по конструкции с запорными клапанами, но есть и свои специфические виды.

По направлению потока рабочей среды регулирующие клапаны делятся на:

• проходные — такие клапаны устанавливаются на прямых участках трубопровода, в них направление потока рабочей среды не изменяется;
• угловые — меняют направление потока на 90°;
• трехходовые (смесительные) — имеют три патрубка для присоединения к трубопроводу (два входных и один выходной) для смешивания двух потоков сред с различными параметрами в один. В сантехнике такое устройство имеет название смеситель.

Основные различия регулирующих клапанов заключаются в конструкциях регулирующих органов^[1][3].

На поясняющем рисунке справа изображен простейший проходной односедёльный регулирующий клапан в разрезе. Где:

• B — корпус арматуры;
• F — фланец для присоединения арматуры к трубопроводу.
• P — узел уплотнения, обеспечивающий герметичность арматуры по отношению к внешней среде;
• S — шток арматуры, передающий поступательное усилие от механизированного или ручного привода затвору, состоящему из плунжера и седла;
• T — плунжер, своим профилем определяет характеристику регулирования арматуры;
• V — седло арматуры, элемент, обеспечивающий посадку плунжера в крайнем закрытом положении.

Усилие от привода с помощью штока передается на затвор, состоящий из плунжера и седла. Плунжер перекрывает часть проходного сечения, что приводит к уменьшению расхода через клапан. Согласно закону Бернулли при этом увеличивается скорость потока среды, а статическое давление в трубе падает. При полном закрытии плунжер садится в седло, поток перекрывается, и, если затвор будет полностью герметичен, давление после клапана будет равно нулю^[1].

Односедёльные и двухседёльные[править | править код]

В седёльных клапанах подвижным элементом служит плунжер, который может быть игольчатым, стержневым или тарельчатым. Плунжер перемещается перпендикулярно оси потока среды через седло (или сёдла), изменяя проходное сечение. Наиболее часто встречаемые — двухседёльные клапаны, так как их затвор хорошо уравновешен, что позволяет их применять для непрерывного регулирования давления до 6,3 МПа в трубопроводах диаметром до 300 мм, при этом используя исполнительные механизмы меньшей мощности, чем односедёльные. Односедёльные клапаны применяются чаще всего для небольших диаметров прохода из-за своего неуравновешенного плунжера. Также преимущество двухседёльных клапанов состоит в том, что такой конструкцией гораздо легче обеспечить требуемую для запорно-регулирующей арматуры герметичность с помощью плунжера, имеющего специальный регулирующий профиль для контакта с одним седлом, а для посадки в другое седло — уплотнительную поверхность для более плотного контакта^[1][3].

Клеточные[править | править код]

Затвор клеточных клапанов выполняется в виде полого цилиндра, который перемещается внутри клетки, являющейся направляющим устройством и, одновременно, седлом в корпусе. В клетке имеются радиальные отверстия (перфорация), позволяющие регулировать расход среды. Ранее такие клапаны назывались поршневыми перфорированными. Клеточные клапаны за счёт своей конструкции позволяют снизить шум, вибрацию и кавитацию при работе арматуры^[1][3].

Мембранные[править | править код]

В клапанах этого типа используются встроенные или вынесенные мембранные пневмо- или гидроприводы. В случае встроенного привода расход рабочей среды напрямую изменяется за счёт перекрытия прохода в седле гибкой мембраной из резины, фторопласта или полиэтилена, на которую воздействует давление управляющей среды. Если привод вынесен, то перестановочное усилие передаётся через мембрану на опору штока клапана, а через него на регулирующий орган; когда давление управляющей среды сбрасывается, пружина возвращает мембрану в начальное положение. Чтобы усилия от среды и сила трения в направляющих и уплотнении не приводили к снижению точности работы клапана, в такой арматуре часто используются дополнительные устройства — позиционеры, контролирующие положение штока. Мембранные клапаны могут быть как одно-, так и двухседёльные. Основным достоинством таких клапанов является высокая герметичность подвижного соединения и коррозионная стойкость материалов, из которых изготавливаются мембраны, что позволяет обеспечить хорошую защиту внутренних поверхностей арматуры от воздействия рабочих сред, которые могут быть агрессивными^[1][3][2].

Золотниковые[править | править код]

В этих устройствах регулирование расхода среды происходит при повороте золотника на необходимый угол, в отличие от других клапанов с поступательным движением штока или мембраны. Такие клапаны применяются, как правило, в энергетике и имеют альтернативное название «регулирующий кран», так как по принципу действия принадлежат к кранам^[1][3].

1. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7} Поговорим об арматуре. Р.Ф.Усватов-Усыскин — М.: Vitex, 2005.
2. ↑ ^{1 2} Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под общей редакцией С.И.Косых. — Л.: Машиностроение, 1982.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5} Трубопроводная арматура. Справочное пособие. Д.Ф.Гуревич — Л.: Машиностроение, 1981.

Клапан холостого хода — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Клапан холостого хода (КХХ) — деталь двигателя внутреннего сгорания в современных автомобилях.

Неправильное название — «датчик холостого хода». Во впрысковых системах автомобилей ВАЗ более распространено название РХХ (регулятор холостого хода), у автомобилей ГАЗ — РДВ (регулятор добавочного воздуха), в карбюраторных системах используют термины «электромагнитный клапан» и «электропневмоклапан».

Клапан холостого хода является исполнительным устройством.

КХХ впрыскового двигателя в режиме холостого хода отвечает за подачу воздуха в обход дроссельной заслонки во впускной коллектор и используется для удержания холостых оборотов мотора в пределах, заданных конструктивно (обычно это 700 — 900 об/мин коленчатого вала). Регулируемое положение КХХ задается электронным блоком управления (ЭБУ) двигателя, который опирается на показания ряда своих датчиков.^[1]

Когда клапан ХХ по команде ЭБУ увеличивает количество проходящего через себя воздуха, он участвует в поддержании или изменении оборотов двигателя и таким образом компенсируется нагрузка со стороны навесного оборудования: генератора, ГУРа, кондиционера. Также клапан ХХ отвечает за прогревочные обороты двигателя, увеличивая скорость вращения коленвала холодного мотора и плавно снижая их по мере его нагрева.

Клапан холостых оборотов карбюраторного двигателя входит в систему ЭПХХ^[2] и принципиально отличается от КХХ впрыскового двигателя: он управляет не воздухом, а топливом в канале холостого хода карбюратора — во время торможения двигателем клапан перекрывает подачу топлива, обеспечивая тем самым экономию горючего.

Наиболее распространённые конструкции клапанов впрысковых систем представляют из себя либо электромагнитные клапаны с ШИМ-управлением, либо клапаны с шаговыми двигателями.

Клапан располагается в непосредственной близости от дросселя: обычно он интегрирован в узел дроссельной заслонки, крепится к ней на винтах или запрессовывается в неё, так как его задача — перепускать воздух в обход заслонки. Иногда клапан может быть выполнен в виде отдельного устройства, которое установлено поблизости от дросселя и соединяется с воздушными каналами, обходящими заслонку при помощи гибких шлангов.

На двигателях с электронной дроссельной заслонкой (с электроприводом вместо тросового) КХХ отсутствует — подачу воздуха на всех режимах, включая холостой ход, регулирует заслонка.

Редукционный клапан — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 марта 2015; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 марта 2015; проверки требуют 4 правки. Рис. 1. Конструктивная схема простейшего редукционного клапана Рис. 2. Условное графическое обозначение редукционного клапана У этого термина существуют и другие значения, см. Клапан.

Редукционный клапан — это автоматически действующий пневматический или гидравлический дроссель, предназначенный для поддержания на постоянном уровне давления на выходе. Сопротивление редукционного клапана в каждый момент пропорционально разности между переменным давлением на входе и постоянным (редуцированным) давлением на выходе.

Виды редукционных клапанов:

• Редукционный клапан прямого действия (не требует внешнего источника питания).
• Клапаны, управляемые пневмо- или электроприводом.

Эти клапаны применяются в гидроприводе в том случае, когда от одного источника гидравлической энергии (насоса) необходимо запитать несколько потребителей гидравлической энергии (гидродвигателей), работающих одновременно и имеющих разный характер нагрузки. Необходимость применения редукционного клапана обусловлена тем, что включение в работу одного из гидродвигателей приводит (при отсутствии данного редукционного клапана) к изменению давления на входе в остальные гидродвигатели, а следовательно, и к падению усилий на выходных звеньях гидродвигателей. Если гидродвигатели включаются в работу не одновременно или имеют одинаковые нагрузочные характеристики, то использование редукционных клапанов, как правило, не является обязательным. Например, отвал бульдозера приводится в движение обычно двумя гидроцилиндрами. Но поскольку оба гидроцилиндра приводят в движение один и тот же рабочий орган (то есть, отвал), то их характер нагрузки является одинаковым, и в гидросистемах бульдозеров редукционные клапаны, как правило, не применяются.

В пневмоприводах применение редукционных клапанов является обязательным, поскольку, вследствие сжимаемости воздуха, пневмосистемы склонны к значительным колебаниям давления.

На рис. 1 показана конструктивная схема простейшего редукционного клапана. При увеличении входного давления Рн возрастает давление в полости Б, а также давление в полости В (редуцированное давление Рред). Под действием возросшего редуцированного давления плунжер смещается влево, тем самым уменьшая размер дроссельной щели у. При этом возрастает сопротивление потоку жидкости при прохождении её через дроссельную щель, а значит, возрастают и потери давления. Как следствие уменьшается значение редуцированного (выходного) давления Рред. Таким образом обеспечивается устойчивость значения выходного давления при изменении входного давления. Следует отметить, что в описанном процессе возросшее давление в полости Б не мешает перемещению плунжеров влево, так как это возросшее давление действует не только на дросселирующую конусную головку, но и на уравновешивающий поршень, и эти силовые воздействия уравновешивают друг друга.

• Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. — Москва: Машиностроение, 1972. — С. 320.

• Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.

Клапан (ДВС) Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Клапан. Рис.1 Тарельчатый клапан с пружиной, верхней тарелкой и сухарями

Тарельчатый клапан — деталь большинства поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), является частью газораспределительного механизма, непосредственно управляющей потоками рабочего тела, поступающего и выходящего из цилиндра. Используются также в крупных компрессорах, паровых машинах.

Устройство тарельчатого клапана

Тарельчатый клапан состоит из собственно круглой тарелки и стержня меньшего диаметра. Из соображений прочности и аэродинамики переход между тарелкой и стержнем выполняется большим радиусом (рис.1). Некоторое время были популярны тарелки зонтичной (тюльпанообразной) формы, уменьшавшие вес впускного клапана до веса выпускного (диаметр впускных клапанов выбирают больше, так как сопротивление впускного тракта сильнее снижает мощность двигателя, чем сопротивление выпуска) при одновременном снижении гидравлического сопротивления. Однако при этом растёт площадь камеры сгорания, что увеличивает выбросы углеводородов.

Клапан совершает перемещения по оси стержня, при этом тарелка открывает путь газам, а при посадке на седло — плотно запирает его. Некоторый зазор между стержнем и втулкой клапана необходим, чтобы избежать заедания при нагреве клапана, и чтобы тарелка могла самоустановиться на седло. Для поддержания самоустановки, а следовательно, плотности запирания, тарелка имеет фаску под углом 45 или 30 градусов к её плоскости.

Рис.2 Тарельчатый клапан в нижнеклапанном двигателе

Силовое замыкание кинематической схемы привода клапанов (то есть, и возврат клапана в закрытое положение) осуществляется витыми клапанными пружинами, на быстроходных спортивных двигателях — с помощью десмодромного механизма. Стержень клапана имеет обычно термоупрочнённый торец, куда передаётся усилие от рокера, коромысла или стакана, и одну или несколько канавок для установки сухарей (канавка видна на рис.1). Меньше распространена передача усилия через внутреннюю резьбу в стержне клапана от толкателя (такую конструкцию имеет клапан на В-2 и всех последующих модификациях, изготовляемых сейчас «Барнаултрансмашем»)

Между пружиной и плоскостью головки, кроме стальной закалённой шайбы, может быть установлен механизм проворота клапана (иначе называемый механизм самопритирки). Это позволяет продлить интервалы между притиркой клапанов, сохраняя плотность их посадки в течение длительного времени^[1].

Компоновка клапанов в двигателе

Количество клапанов в двигателе зависит от принятой схемы газораспределительного механизма^[2]. Типовое значение 2 или 4 клапана на цилиндр, но встречаются схемы с 5 клапанами (из них 3 впускные), или даже 1 большим выпускным клапаном (прямоточная продувка 2-тактного дизеля). Клапанные пружины, поддерживающие кинематику ГРМ, всегда спиральные с плоскими шлифованными торцами. На один клапан приходится обычно 1 (реже 2) пружины, и 2 сухаря. Размеры и форма сухарей индивидуальны, обычно каждый двигатель имеет оригинальные сухари клапанов.

Рис.3 Пример компоновки: 4 клапана на цилиндр

Клапаны могут размещаться по нижнеклапанной или верхнеклапанной схеме, располагаться под углом друг к другу или параллельно. Целью работы конструктора при их размещении является надёжный газообмен с небольшим аэродинамическим сопротивлением, необходимое размещение коллекторов в подкапотном пространстве, компактность камеры сгорания, соблюдение норм выхлопа и др.

Применяемые материалы и технологии

Впускные клапана двигателей обычно изготовляют высадкой из сильхромовой стали типа 40Х9С2, 40Х10С2М. Эти стали обладают довольно высокой жаростойкостью, и поскольку температура отходящих газов у дизелей меньше (по причине высокой степени сжатия), чем у искровых моторов, используются и для изготовления выпускных клапанов дизелей.

Выпускные клапана старых искровых моторов также делали сильхромовыми, недостаточную жаростойкость компенсировали удобством притирки (ГАЗ-51), напайкой кромки тарелок стеллитом; наполнение клапанов натрием для теплоотдачи от тарелки применялось ранее (ГАЗ-66/ГАЗ-53, ЗИЛ-130), и применяется сейчас^[3][4][5][6].

Позднее перешли на сварные клапаны: стержень из сталей типа 40ХН, 38ХС, тарелка из сталей типа 40Х14Н14В2М, 45Х22Н4М3. На дизелях такие стали не применяют: дизельное топливо содержит серу, а сернистые газы быстро разрушают никельсодержащие стали. Применяется и напайка кромок твёрдыми материалами: стеллитом, нихромом^[7].

Неисправности клапанов

Основными неисправностями тарельчатых клапанов являются^[8]:

• неплотность;
• прогорание тарелки;
• износ стержня, зазор по направляющей клапана;
• изгиб клапанов после соударения с поршнем.

Неплотность клапанов может быть с момента изготовления, развиться в течение работы, либо быть следствием некачественного ремонта или неверной регулировки клапанов. Впускной клапан может длительное время пропускать газ без прогорания, но искровой двигатель при этом обычно потряхивает: во впускной тракт забрасывает отработавшие газы, и воспламенение такой разбавленной смеси становится ненадёжным. Дизель, соответственно, дымит^[9]. Ещё одной причиной может быть загиб клапанов^[10], двигатель при этом трясётся очень сильно, а заводится плохо.

В случае умеренной неплотности клапанов, они ещё могут быть притёрты, но чаще всего их меняют комплектом. Причина в том, что к этому времени обычно происходит износ стержня клапана с увеличением расхода масла, а при долгой притирке старого клапана выступание его торца над плоскостью головки увеличивается — гидрокомпенсатор может выйти из рабочей зоны. Если выступание превышает допустимое уже с новым клапаном, то по инструкции нужно менять головку блока, на практике — торец клапана шлифуют для уменьшения высоты.

Прогорание тарелки выпускного клапана всегда является следствием сильного перегрева при отсутствии клапанного зазора и большом прорыве газов. Тарелка впускного клапана прогореть не может, так как задолго до этого при прорыве газов на впуск цилиндр работать перестанет, и температура газов снизится. Однако у дизелей при этом могут возникать другие проблемы.

Износ стержня и/или втулки клапана приводит к нарушению работы сальников клапанов, а значит — высокому расходу масла. Поэтому при ремонте головки блока цилиндров может возникать необходимость в замене клапанов и/или направляющих. После смены направляющих требуется обычно обработать седло шарошками на оправке, базирующейся по новой направляющей, после чего притереть клапан. Обычно разом меняют все направляющие, либо только впускные (зазор во втулках впускных клапанов решающий для расхода масла, ввиду меньшего давления во впускной трубе).

См. также

Примечания

1. ↑ Автомобильные двигатели: теория и техническое обслуживание, 4-е издание. — Издательский дом Вильямс. — 660 с. — ISBN 9785845909541.
2. ↑ Александр Попов, П. Клюкин, Александр Солнцев, Владислав Осипов, Виталий Гаевский. Основы конструкции современного автомобиля. — Litres, 2017-09-05. — 338 с. — ISBN 9785457387928.
3. ↑ Sanders, J. C., Wilsted, H. D., Mulcahy, B. A. Operating temperatures of a sodium-cooled exhaust valve as measured by a thermocouple (англ.) // Digital Library. — 1943.
4. ↑ truck, car and. Клапаны Federal-Mogul (рус.). Дата обращения 30 октября 2018.
5. ↑ Fernando Zenklusen, Marcio Coenca, Alexander Puck. Sodium Cooling Efficiency in Hollow Valves for Heavy Duty Engines (англ.) // SAE Technical Paper Series. — 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA, United States: SAE International, 2018-04-03. — doi:10.4271/2018-01-0368.
6. ↑ How are valves cooled in internal combustion engines? — Quora (англ.). www.quora.com. Дата обращения 30 октября 2018.
7. ↑ Холмянский И.А. Констрирование двигателей внутреннего сгорания. — Омск, 2010. — С. 86-91. — 155 с.
8. ↑ Автомобильные двигатели: теория и техническое обслуживание, 4-е издание. — Издательский дом Вильямс. — 660 с. — ISBN 9785845909541.
9. ↑ Гладкий Алексей Анатольевич. Техоблуживание и мелкий ремонт автомобиля своими руками. — БХВ-Петербург, 2011. — 202 с. — ISBN 9785977505550.
10. ↑ Александр Леонидович Буров. Основы технического обслуживания автомобилей: учеб. пособие. — МГИУ, 2008. — 104 с. — ISBN 9785276015538.