Клапаны ДВС – это важнейшие элементы газораспределительного механизма, отвечающие за своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных каналов цилиндров. От их надежной работы напрямую зависит эффективность сгорания топлива и, как следствие, мощность и экономичность двигателя.
Принцип работы клапана заключается в следующем: под воздействием кулачка распределительного вала стержень клапана перемещается, преодолевая сопротивление пружины, и тарелка клапана открывает канал. Впускные клапаны открываются для заполнения цилиндра топливовоздушной смесью, а выпускные – для удаления отработавших газов. После прохождения пика кулачка пружина возвращает клапан в исходное положение, герметично закрывая канал.
Существует несколько основных типов клапанов ДВС, различающихся по конструкции и материалам изготовления. Наиболее распространены тарельчатые клапаны, состоящие из стержня и тарелки. Тарелка перекрывает седло клапана, обеспечивая герметичность камеры сгорания. Стержень, в свою очередь, служит для передачи усилия от толкателя или коромысла к тарелке.
Впускные и выпускные клапаны различаются по конструкции и материалам. Впускные клапаны, как правило, изготавливаются из более легких материалов, таких как алюминиевые сплавы или титан, для обеспечения быстрого открытия и закрытия. Тарелка у впускных клапанов изготавливается большего диаметра, чем у выпускных. Это связано в первую очередь с тем что, что отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньше нагрузки он испытывает. Выпускные клапаны подвергаются воздействию высоких температур отработавших газов и поэтому изготавливаются из жаропрочных сталей или сплавов с высоким содержанием никеля и хрома.
Помимо традиционных тарельчатых клапанов, существуют и другие типы, например, золотниковые клапаны. Они имеют сложную конструкцию, но обеспечивают более высокую пропускную способность и лучшее наполнение цилиндров. Однако, из-за сложности и высокой стоимости, золотниковые клапаны используются редко, в основном в спортивных двигателях.
В современных двигателях используются клапаны, изготовленные из жаропрочных, износостойких металлов, обладающих коррозийной стойкостью. Не существует идеального металла, подходящего для всех типов двигателей и условий эксплуатации.
Наиболее распространенным материалом для впускных клапанов является хромистая сталь. Она обладает хорошей износостойкостью и жаропрочностью при умеренных температурах. Для выпускных клапанов, которые подвергаются гораздо более высоким температурам, обычно используются жаропрочные сплавы на основе никеля или титана. Никелевые сплавы обеспечивают отличную жаропрочность и коррозионную стойкость, но они дороже стали. Титановые сплавы обладают высокой прочностью при малом весе, что позволяет снизить инерцию клапана и увеличить частоту вращения двигателя, но они более дорогие и менее износостойкие, чем сталь или никелевые сплавы.
В заключении можно сказать, что выбор типа и конструкции клапанов ДВС зависит от множества факторов, включая тип двигателя, его мощность, рабочие обороты и условия эксплуатации. Правильный выбор клапанов обеспечивает оптимальную работу двигателя, его долговечность и надежность.
