Впускной клапан двигателя: описание, устройство

Впускной клапан является важным элементом системы газораспределения двигателя. От его исправной работы зависит мощность, расход топлива и ресурс автомобиля. Давайте подробно разберем назначение, устройство и особенности этой детали.

Назначение впускного клапана

Главная функция впускного клапана - регулировать поступление воздушно-топливной смеси в цилиндр двигателя. Когда клапан открывается, смесь заполняет полость цилиндра, а закрывшись, он удерживает эту смесь внутри, не давая выйти обратно.

Также от состояния впускного клапана зависит степень наполнения цилиндра рабочей смесью, что влияет на мощность и крутящий момент двигателя. Оптимальная компрессия обеспечивает полное сгорание топлива, экономичный расход и высокие эксплуатационные характеристики.

Еще впускной клапан контролирует порядок работы 4-тактного двигателя. Его своевременное открытие и закрытие на тактах впуска и сжатия позволяет выполнить полный рабочий цикл, превращая энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала.

Конструкция впускного клапана

Конструктивно впускной клапан состоит из нескольких основных деталей:

• Тарелка клапана - располагается в цилиндрическом гнезде головки блока, плотно прилегая к седлу клапана. Именно тарелка открывает и перекрывает впускной канал, регулируя поток газов.
• Стержень клапана - соединяет тарелку с остальным клапанным механизмом, передает усилие от привода для открытия тарелки.
• Пружины клапана - возвращают тарелку в исходное закрытое положение после хода открытия.
• Сухари - направляют ход тарелки, не давая ей смещаться в стороны и повредить цилиндрическое гнездо.

Впускной клапан изготавливается из жаропрочных сталей и сплавов, стойких к окислению и высоким механическим нагрузкам. Стержни обычно делают из хромоникелевых или хромомарганцевых железных сплавов (например, сталь 40ХН). Для тарелок помимо легированных сталей, применяют сплавы на основе кобальта или никеля с добавками хрома, вольфрама и молибдена. Такая композиция металлов позволяет выдерживать высокие рабочие температуры и агрессивную газовую среду внутри двигателя.

Параметры впускного клапана

Основные параметры впускного клапана:

1. Диаметр тарелки
2. Максимальный ход подъема клапана
3. Жесткость возвратных пружин
4. Величина зазора в клапанном механизме

Эти показатели подбираются конструктором под конкретный тип и размер двигателя. От их оптимальности зависит степень наполнения цилиндров рабочей смесью, интенсивность газообмена, ресурс до капитального ремонта.

Например, чем больше рабочий объем двигателя, тем, как правило, крупнее диаметры впускных клапанов и их максимальный ход. Это позволяет быстрее заполнить цилиндры воздушно-топливной смесью. В мощных спортивных моторах применяют увеличенные клапаны для форсирования наполнения.

Рассмотрим заводские параметры впускных клапанов на примере нескольких популярных автомобильных двигателей:

Как видно из таблицы, с увеличением объема диаметр тарелки и ход клапана ВАЗа меньше. Это обусловлено меньшей форсированностью и необходимостью интенсивного газообмена в базовом моторе. В то время как 3-литровый немецкий двигатель имеет более широкие газовые каналы и повышенный максимальный ход клапанов.

Диагностика впускного клапана

Для оценки технического состояния впускного клапана и своевременного выявления неисправностей проводится периодическая диагностика. Основные методы диагностики:

1. Визуальный осмотр на наличие внешних повреждений или следов сильного износа.
2. Проверка герметичности закрытия впускного клапана с помощью компрессометра.
3. Замер и регулировка зазоров в клапанном механизме.
4. Контроль износа седел клапанов с помощью спецщупов или индикаторов.

Периодичность диагностики впускного клапана для инжекторных двигателей - каждые 30-40 тыс. км пробега или раз в 2 года. Для карбюраторных моторов - через каждые 20-25 тыс. км или ежегодно.

Неисправности впускного клапана

Основные типичные неисправности впускного клапана:

• Деформация или поломка пружин клапана.
• Износ тарелки или стержня клапана.
• Закоксовка и засорение канала подвода воздуха.
• Нарушение регулировки зазоров в клапанном механизме.

Причинами выхода впускного клапана из строя могут стать:

• Эксплуатация на загрязненном топливе или моторном масле.
• Использование некачественного бензина с присадками.
• Работа двигателя с перегревом из-за неисправности системы охлаждения.
• Нарушение периодичности техобслуживания воздушного фильтра и системы впуска.

Замена впускного клапана

Когда неисправность впускного клапана носит неустранимый характер, требуется полная замена клапана на новый. Процедура замены включает следующие этапы:

1. Демонтаж старого впускного клапана из цилиндрического гнезда головки блока цилиндров.
2. Контроль технического состояния и при необходимости ремонт сопрягаемых поверхностей гнезда.
3. Подбор и приемка нового впускного клапана по каталожным номерам и размерам.
4. Установка и регулировка зазоров нового впускного клапана с затяжкой всех крепежных элементов.

После замены впускного клапана рекомендуется провести обкатку двигателя в течение 300-500 км с постепенным увеличением частоты вращения для приработки и притирки всех сопрягаемых поверхностей.

Регулировка впускного клапана

Впускной клапан требует периодической регулировки воздушных зазоров в приводном механизме. Это необходимо чтобы обеспечить полное открытие клапана на такте впуска и плотное закрытие на такте сжатия. Регулировка зазора выполняется с помощью гаечного ключа, щупа и контргайки на регулировочных винтах.

Также для проверки и настройки впускных клапанов может использоваться специальный регулировочный набор с индикаторной стойкой и контрольной рейкой. Этот метод более точный и позволяет выявить даже незначительный износ в клапанном механизме по величине замеренного зазора.

Особенности впускного тракта

Помимо непосредственно впускного клапана, на работу системы газораспределения влияют и другие элементы впускного тракта - впускной коллектор, дроссельная заслонка, воздухозаборник, впускные трубопроводы, ресивер и впускной бачок. Их состояние и герметичность так же крайне важны.

Например, изношенный впускной бачок с просачиванием воздуха на холостом ходу создает дополнительную нагрузку на впускной клапан и ведет к его преждевременному выходу из строя. Поэтому при эксплуатации автомобиля следует уделять внимание обслуживанию всех элементов впускного тракта.

Притирка впускных клапанов

Для восстановления герметичности посадочных мест и улучшения приработки рекомендуется периодически проводить притирку впускных клапанов. Эта процедура позволяет компенсировать естественный износ сопрягаемых поверхностей и продлить ресурс работы клапанного механизма.

Для качественной притирки понадобятся специальные абразивные пасты, притирочные комплекты с направляющими оправками или станок для притирки клапанов. Суть процесса заключается в равномерном пришлифовывании рабочих фасок впускного клапана и его гнезда с постепенным уменьшением зернистости паст для достижения зеркальной чистоты стыкуемых поверхностей.

После притирки обязательно контролируют качество выполненных работ. Для этого измеряют степень компрессии в цилиндрах или проверяют герметичность закрытия впускного клапана с помощью спецщупа.

Ремонт впускного клапана

При определенных видах неисправностей имеет смысл провести ремонт впускного клапана без полной замены. Например, при трещинах или сколах тарелки клапана, можно выполнить местную прошлифовку поврежденных участков. Также возможна правка деформированных пружин или стержня клапана.

Для ремонта потребуются абразивные круги, надфили, сверлильный или токарно-винторезный станок. Разумеется, операции по восстановлению геометрии клапана должны выполняться с соблюдением всех регламентов и допусков завода-изготовителя. После ремонта обязательны испытание на стенде и контроль качества восстановленных деталей.

Форсирование впускного клапана

Для форсирования двигателя - увеличения его мощности, крутящего момента и прироста оборотов, помимо прочих мероприятий по модернизации силового агрегата, применяют установку увеличенных впускных клапанов.

Форсированный впускной клапан отличается увеличенным диаметром тарелки и более высоким подъемом, что позволяет эффективнее наполнять цилиндр рабочей смесью за счет повышения интенсивности впускного потока. Также подбираются усиленные возвратные пружины и форсированные распредвалы.

Однако перед увеличением размеров впускного клапана следует убедиться в возможности двигателя работать на повышенных оборотах без разрушений и перегрева. Для этого требуется проверка прочности основных деталей мотора на стендах.