Что такое шток клапана
Впускные и выпускные клапаны на бензиновом и дизельном двигателе симптомы и причины выхода из строя
Клапаны двигателя — одна из важнейших механических частей бензиновых и дизельных двигателей. Как распознать неисправность клапана? Какие симптомы? Сколько стоит ремонт?
Клапаны двигателя изготовлены из очень прочной стали, устойчивой к температурам, достигающим нескольких сотен градусов по Цельсию. Клапан двигателя полностью литой. В нем два элемента — шток (шток клапана) и диск с круглой «головкой». На штоке клапана установлено уплотнение клапана для защиты цилиндра от попадания в него моторного масла.
Клапаны являются частью системы газораспределения, используемой в бензиновых и дизельных двигателях.
Система ГРМ работает в головке блока цилиндров. За что отвечает система хронометража?
• В двигателях с непосредственным впрыском топлива (дизельные двигатели с Common Rail, а также бензиновые двигатели TCe, TwinAir, Ecoboost и других типов) контролирует подачу свежего воздуха в отдельные цилиндры, а также удаление выхлопных газов из цилиндры.
• В двигателях с непрямым впрыском топлива (например, многоточечный MPI в бензиновых двигателях) он регулирует приток топливовоздушной смеси, а также удаление выхлопных газов из цилиндров.
Современные двигатели — это верхние клапаны. Таким образом, головка с системой газораспределения расположена над блоком двигателя. Клапаны установлены над каждым цилиндром. Используются два типа клапанов:
• Впускные клапаны, также известные как впускные клапаны — контролируют воздух или топливно-воздушную смесь.
• Выпускные клапаны — при открытии они позволяют выхлопным газам выходить из камер сгорания.
Впускные клапаны имеют заглушки большего размера. В свою очередь выхлопные трубы более устойчивы к высоким температурам. Во время работы выход нагревается до 550 градусов С, а выход даже до 700 градусов С. Нижняя часть клапанов нагревается от процессов сгорания топливовоздушной смеси, происходящих в цилиндрах. Выхлопные клапаны также нагреваются от горячего выхлопного газа.
Работа системы газораспределения тесно синхронизирована с работой коленчатого вала. Привод ГРМ заботится о правильной синхронизации. Это может быть цепь или ремень ГРМ, в зависимости от используемого раствора. Ремень или цепь приводят в движение распределительный вал или два распределительных вала, которые, в свою очередь, посредством кулачков или толкателей открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны конкретного цилиндра с точно определенным положением коленчатого вала.
Время и момент открытия клапана также изменяются системами изменения фаз газораспределения (можно регулировать давлением масла в двигателе).
Над одним цилиндром может быть три седла клапана (два впускных и одна выпускная система), четыре (два впускных и два выпускных) или пять (три впускных и два выпускных) клапана. Самая популярная система два плюс два с четырехцилиндровым двигателем — 16V (шестнадцать клапанов).
Клапаны изнашиваются в результате продолжительной работы при очень высоких температурах. На их долговечность также может влиять качество материалов, используемых в производстве.
Клапаны могут подвергаться износу, повреждению в результате поломки привода ГРМ, отложений на них или в результате поломки привода ГРМ. Давайте посмотрим на типичные отказы клапанов.
• Изношенный шток (шток клапана). Возникает при большом пробеге (более 250 000 км) из-за износа.
Симптомы износа штока клапана (износ штока клапана): большой расход моторного масла (двигатель забирает масло), сгорание моторного масла (изменение цвета выхлопных газов), запах сгоревшего моторного масла в выхлопных газах, потеря мощности двигателя.
Ремонт: замена клапанов на новые.
• Износ плунжера клапана (точнее, лица клапана), который должен плотно прилегать к отверстию в головке двигателя и плотно его закрывать.
Симптомы изношенной плунжера клапана: пропадание мощности, проблемы с запуском двигателя.
Как проверить? Измерьте компрессию на каждом цилиндре.
Ремонт: замена клапанов на новые.
• Отложение нагара на впускных клапанах из-за использования некачественного моторного масла, продолжительной езды на низких оборотах (например, при экологическом вождении), из-за перегрева двигателя и т. Д. Ускоряет износ клапанов.
Симптомы: потеря динамики.
Ремонт: очистка клапанов специальными препаратами. Обменять на новый.
• Клапаны погнуты из-за поломки привода ГРМ. Это результат обрыва ремня ГРМ или цепи ГРМ, потери синхронизации и столкновения поршней с клапанами.
Симптомы: установка не работает, шум, дым.
Ремонт: капитальный ремонт двигателя или замена двигателя на новый.
Замена клапанов — сложная и дорогостоящая операция.
Необходимо разобрать головку двигателя (ранее всю проводку и систему зажигания на бензиновых автомобилях), привод ГРМ и сам ГРМ (например, толкатели). Необходимо использовать новые клапаны, новый привод ГРМ (и сопутствующие элементы: водяной насос, шкивы и др.), Прокладку головки, прокладку клапанной крышки, новое моторное масло с фильтром и охлаждающей жидкостью.
Различные типы клапанов, используемых в трубопроводах — полное руководство по трубопроводным клапанам
Существует много видов клапанов, выполняющих различные функции:
Они отличаются принципом действия, диаметром, способом установки и другими особенностями, которые нужно учитывать при проектировании инженерных систем.
Основные детали
Устройство регулирующего клапана
Устройство регулирующих клапанов включает: корпус, крышку (головку), седло, затвор (заслонка) и шток (шпиндель) с маховиком. Иногда маховик может быть заменен на автоматическое приспособление. Все составляющие объединены посредством корпуса. Рабочая материя подается вовнутрь устройства через корпус. Шпиндель, находящийся в головке (здесь же расположен уплотняющий сальник), заставляет затвор передвигаться, в результате чего открывается или закрывается отверстие, имеющееся в седле. Рабочий состав, поступая сквозь него, выходит с другой стороны. Поток может быть прямым или заворачивать.
Тип подключения
По видам подключения к трубам сетей регулирующие клапаны бывают:
Сварная арматура (под приварку) выпускается только в стальном корпусе. Данный тип присоединения является самым надежным, но имеет высокую цену исполнения, ограничен в ремонтопригодности. Используется в промышленных сетях.
Фланцевые изделия нашли самое широкое применение во всех крупных магистралях с различной средой.
В бытовых коммуникациях регулирующую арматуру подключают через резьбовые соединения на муфтах.
Материалы для производства
Чугунный клапан
Для изготовления таких конструкций используют материалы, которые соответствуют необходимым требованиям, выставляемым для определенного вида труб и рабочих составов.
Клапан может быть изготовлен с использованием следующих материалов:
Материалы, которые годятся для такого производства, отличаются по цене, и степени стойкости к температурным перепадам и образованию ржавчины.
Из серого чугуна, например, в большинстве случаев изготавливают низкопробные приспособления. Бронза, ввиду своей высокой стойкости к коррозии, применяется для работы с коррозионно-активными материалами. Углеродистую сталь, как наиболее прочный из перечисленных металлов, используют там, где поддерживается высокое давление. Жаропрочный хромомолибденовый материал используют на производствах, где температура воздуха может подниматься до 600°С.
Клапаны, состоящие из вышеперечисленных металлов, применяются для оснащения городских гидросистем. Элементы, вмонтированные во внутрь конструкции, могут быть изготовлены из тех же сплавов, что и корпус, а могут состоять из пластмассовых (чаще всего используются в гравитационных моделях) и резиносодержащих материалов.
Для уплотнения и улучшения герметизации седла, штока клапана и затвора, в большинстве случаев используют графит, хлопок, резину или тефлон (все зависит от разновидности и температуры содержимого труб, а также от условий, в которых используется прибор).
Назначение и сферы применения
Необходимость в регулировании потока возникает при контроле за технологическими процессами различной степени сложности, обеспечении стабильности протекания переходных режимов.
Оба представителя регулирующей техники используются в газовых, промышленных и коммунальных трубопроводах, трубах канализации, на таких сложных объектах, как АЭС и ТЭЦ.
Конструкции подобного типа широко применяются в бытовых системах водоснабжения и отопления.
Разновидности клапанов
Затворный клапан
*
Конструкцию с линейным перемещением затвора или шибер (задвижка) часто применяется для трубопроводов. Такой промышленный клапан называется затворным. Он может быть полностью закрыт или открыт. Открытый дает возможность потоку материи проходить по трубопроводу почти беспрепятственно.
Вентильный механизм, если сравнить его с шибером, значительно затрудняет продвижение состава по трубам. Перепады давления, происходящие на вентиле, применяются для урегулирования расхода материи или давления внутри трубопровода.
Вентильный механизм снабжен вращающимся шпинделем. Когда вращается маховик, шпиндель передвигается относительно резьбы головки. В результате происходит подъем или опускание затвора.
Игольчатый клапан
Игольчатое устройство невелико. По форме рабочая область штока игольчатого устройства напоминает конус, позволяющий без рывков регулировать расход рабочей материи.
Устройство мембранного типа
Клапан мембранного типа выглядит как вентиль, на шпинделе которого (между корпусом и головкой) расположена гибкая мембрана. Под воздействием штока мембрана, перемещаясь, либо регулирует текущее положение механизма, либо полностью его перекрывает. Подвижные составляющие такого механизма не взаимодействуют с потоком жидкости, потому мембрана не нуждается в замене затвора или уплотнительных материалов. Предназначение мембранных устройств — взаимодействовать с жидкостями, содержащими твердые частицы или являющимся носителями агрессивной среды.
Применение обратного клапана
Назначение обратного механизма — предотвратить возвратное продвижение жидкости внутри трубопровода. Известно о существовании двух основных видов обратных клапанов. Они могут быть откидными и подъемными. Первые снабжены шарнирной заслонкой, закрепленной над седлом. Под воздействием потока, идущего со стороны отверстия, заслонка открывается, а жидкость беспрепятственно проникает через клапан. Если поток изменит направление движения, заслонка опустится и закроет отверстие, плотно прижавшись к седлу под давлением жидкости. Подъемная створка функционирует по аналогичному принципу, перемещаясь в вертикально расположенном направляющем цилиндре. Когда поток изменит направление, заслонка опустится и плотно прижмется к седлу.
Тарельчатый механизм
Тарельчатыми называют односедельные клапаны, открывающиеся посредством «кулачков» и рычажков, а закрывающиеся благодаря действию пружин. Автомобилисты используют такие устройства для подачи топлива и воздуха в цилиндры и двигатель автомобиля, а также для выброса использованных газов. Описанный тарельчатый механизм установлен в некоторых видах паровых машин и в паровых турбинах как приспособление для регулирования подачи пара.
Устройство с сильфоном
Сильфонный клапан имеет гофрированную конструкция из металлических материалов. Такое изделие сохраняет прочность и герметичность при неоднократных сжатиях, растяжениях, изгибах. Применяется в трубопроводной арматуре как герметизирующий, силовой элемент.
Применение импульсных устройств
Для защиты от механического разрушения трубопроводов слишком высоким давлением используются импульсные клапаны. Путем автоматического выпуска проходящей среды из систем они понижают силу увеличившегося давления.
Редукционный механизм
Назначение редукционного устройства — понижать давление внутри трубопровода. Величина проходного отверстия варьируется автоматически. Внутри он оснащен перемещающимся штоком и специальным приспособлением, посредством которого может быть изменено положение относительно седла.
Регулирующее приспособление в большинстве случаев изготавливают в виде профилированной детали. В простых моделях урегулированное давление оказывает действие на мембрану, которая закреплена на штоке. При помощи пружины или грузка давление уравновешивается, а его сила изменяется, когда меняется натяжение пружины во время перемещения груза на рычаге. Мембрана, как правило, находится под воздействием давления потока, идущего над или под клапаном. В силовых приводах, в большинстве случаев, нет необходимости.
Четырехходовой клапан
Там, где необходимо регулирование теплоносителя, применяются устройства четырехходового типа. Добиться нужной температуры в системе можно лишь одним способом – смешиванием горячей и холодной среды, получая на выходе нужный результат. Успешное выполнение такого процесса и обеспечивает четырехходовой клапан.
Виды и конструкции
В зависимости от функций по изменению направления потока, рассматриваемые нами устройства, бывают:
По своим конструктивным особенностям регулирующие затворы бывают:
Клапаны, оснащенные поворотным затвором
Дроссельный механизм
Изделия дроссельного типа нужны для регулировки или перекрывания доступа к газу, жидким или двухфазным потокам. Тонкая заслонка внешне напоминает две сложенные вместе глубокие тарелки. В проходном отверстии дроссельного устройства может находиться уплотняющая прослойка из мягкого материала. Шпиндель перемещается относительно заслонки. При закрытии заслонка препятствует прохождению потока, принимая перпендикулярное положение и плотно примыкая к мягкому прокладочному материалу, расположенному внутри корпуса. Когда дроссельный клапан открыт, значит, заслонка расположена параллельно потоку.
Устройство шаровой конструкции
Регулирующая деталь шарового клапана похожа на шар со сквозным отверстием. Под воздействием шпинделя он может вращаться с амплитудой 90°С. Когда механизм открыт, это значит, что внешние концы сквозного отверстия на шаре совпали с отверстиями на седлах. Когда он находится в закрытом состоянии – отверстия в шаре не совпадают с отверстиями в седлах, а седла перекрыты, потому что плотно примыкают к поверхности.
Регулирующий механизм чем-то напоминает редукционный. Он снабжен специальным приводом (как правило – электрическим или пневматическим), сопряженным с автоматическим регулятором. Касаемо характеристики блока управления регулирующего клапана, то можно отметить, что по сути, он является устройством для измерения расхода жидкости, температуры или давления с последующим сравнением уровня этих величин с требуемыми. Из блока управления поступает команда, повинуясь которой, рабочий орган принимает нужное положение. Перемещение элемента внутри клапана непрямого действия может носить поступательный или вращательный характер. По конструкции регулирующий механизм может быть вентильного или дроссельного типа.
Посредством регулирующих клапанов можно контролировать расход вещества и уровень давления, поэтому механизм практически не бывает полностью открытым или закрытым. Так как он служит для дросселирования потока (процесса, для которого характерно понижение давления). Материал, из которого изготовлено регулирующее устройство, должен отличаться высокой стойкостью к эрозии. Понижение давление иногда заканчивается кавитацией (если речь идет о жидких веществах) и шумами (если речь идет о потоках пара или газа). Современные регулирующие клапаны обладают повышенной стойкостью к кавитации и шумам, что делает их пригодными для работы в самых неблагоприятных условиях.
Управление и технические характеристики
На смену ручному в настоящее время пришли современные способы управления регулировочной арматурой, основанные на применении различного типа приводов, комбинации датчиков, улавливающих малейшие изменения в состоянии трубопроводного содержимого.
Согласно назначению и условиям использования, применяются следующие типы управления:
Как и у клапанов других видов, основными техническими параметрами регулировочного клапана являются:
Указанные характеристики можно узнать из технической документации, прикладываемой производителями к изделию.
Особенности, присущие этому виду регулировочной арматуры – быстрая реакция на перемены характеристик среды, надежная герметичность.
Правила монтажа и эксплуатации прибора
Устанавливают аппарат в соответствии с инструкцией по эксплуатации, которую необходимо прочитать перед монтажом.
Прибор осматривают, удаляют посторонние частицы, мусор.
При монтаже соблюдают направление установки в соответствии со стрелкой на корпусе аппарата.
Во время эксплуатации устройство необходимо раз в полугодие осматривать на предмет общего состояния, проверять крепежные элементы.
Необходимые инструменты и материалы
Для работы понадобятся инструменты для проведения крепежных операций и материал в зависимости от типа устройства.
Схема подключения
Схема монтажа трехходового регулирующего клапана:
Ход работ
Определяют место установки на трубопроводе. Оно должно быть доступным для дальнейшего обслуживания аппарата.
Если производится фланцевое соединение, особое внимание обратить на недопустимость перекосов и натягов.
Проверяют правильное положение корпуса прибора по отношении к направлению потока.
После монтажа устройство проверяют на предмет герметичности соединений.
Осуществляют пробный пуск клапана с приводом, проверяют работу исполнительного механизма.
Советы по выбору
Выбор запорной арматуры для дома следует начать с определения материала. Современные вентили бывают стальные и латунные, изредка встречаются с чугунным корпусом. Рабочий орган всегда выполняется из стали, чаще всего из нержавеющей.
Вентили обычно устанавливаются в точках водоразбора, где не требуется смешение горячей холодной воды: в туалетах, для подключения бачков, в подсобных помещениях. Иногда их устанавливают на вводе холодной или горячей воды. При установке на вводе следует взвесить тот факт, что они заметно снижают давление воды в домашней сети. Для точки водоразбора имеется такой плюс, как возможность использования в качестве регулирующего прибора для потока воды (для крана с его рабочим ходом в 90 ° это сделать несколько сложнее).
Вентили для металлопластика встречаются крайне редко. Фланцевые изделия на трубопроводы диаметром менее 50 мм также обычно не ставят. Иногда выбирают изделия со штуцерным подключением.
Латунь и бронза хороши тем, что не ржавеют.
По конструкции клапаны для дома обычно муфтовые. Практически вся клапанная арматура, продающаяся в строительных супермаркетах, отличается ценой, производителем и дизайном. Вероятность купить откровенно некачественное изделие мала. Но чек на всякий случай не помещает.
Практически выбор домашнего мастера сводится к выбору дизайна и цены. Удачного Вам выбора!