Исправная работа впускных и выпускных клапанов напрямую влияет на ресурс двигателя, расход топлива и стабильность работы автомобиля. Даже внешне схожие детали имеют принципиальные конструктивные различия и их путаница или неверная замена могут привести к серьезным последствиям: от потери мощности до дорогостоящего ремонта головки блока цилиндров.
На Челябинском автомеханическом заводе, который более 60 лет выпускает клапаны ДВС для двигателей ГАЗ, Урал и КАМАЗ, отмечают: понимание отличий впускного и выпускного клапана – основа грамотного ремонта и обслуживания мотора.
Основные отличия впускного и выпускного клапанов
1. Функциональное назначение
Впускной клапан открывается во время такта впуска, обеспечивая поступление горючей смеси или воздуха в камеру сгорания. Его работа синхронизирована с движением поршня вниз.
Выпускной клапан открывается после завершения рабочего хода, в момент такта выпуска, когда поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы в выхлопную систему.
Период, когда оба клапана открыты одновременно (перекрытие клапанов), происходит вблизи верхней мертвой точки между тактами выпуска и впуска и улучшает продувку цилиндра.
2. Геометрия тарелки и ее влияние
Диаметр тарелки впускного клапана больше. Свежий заряд засасывается в цилиндр под действием разрежения, поэтому необходимо минимизировать гидравлическое сопротивление на впуске.
Диаметр тарелки выпускного клапана меньше. Отработавшие газы удаляются из цилиндра за счет избыточного давления, поэтому даже узкого канала достаточно для полного вытеснения газов. Увеличение диаметра выпускной тарелки потребовало бы ослабления перемычек между седлами в головке блока цилиндров.
3. Температурные условия и требования к материалам
Впускной клапан:
- Работает в щадящем тепловом режиме.
- Поступающий свежий заряд имеет температуру не более 80-100 °C, что обеспечивает дополнительное охлаждение тарелки и стержня.
- Легированные стали с хорошей износостойкостью и умеренной жаропрочностью.
Выпускной клапан:
- Подвергается воздействию отработавших газов с температурой в бензиновых двигателях 800-900 °C, в дизельных – 500-700 °C.
- Дополнительные воздействия: агрессивные химические соединения (окислы азота, углекислый газ, сажа, кислоты).
- Из жаропрочных сплавов на основе никеля, кобальта, хрома и молибдена.
- В высоконагруженных двигателях применяется натриевое охлаждение: стержень выполняется полым и заполняется металлическим натрием, который при рабочей температуре plavitsya и циркулирует, перенося тепло от тарелки к верхней части стержня.
4. Тепловые зазоры и регулировка
Металлические детали при нагреве расширяются и поскольку выпускной клапан нагревается сильнее, его стержень удлиняется в большей степени. Для компенсации этого эффекта тепловой зазор для выпускных клапанов устанавливается больше, чем для впускных. Если зазор недостаточен, клапан не будет полностью закрываться на прогретом двигателе, что приводит к прорыву газов, падению компрессии и быстрому прогару тарелки. Слишком большой зазор вызывает ударные нагрузки, шум и сокращает время открытия клапана, ухудшая наполнение цилиндра.
На двигателях без гидрокомпенсаторов регулировка тепловых зазоров производится вручную с помощью щупов, строго на холодном моторе. Несоблюдение регламента регулировки – одна из частых причин преждевременного выхода клапанов из строя.
Сравнительная таблица
|
Параметр |
Впускной клапан |
Выпускной клапан |
|
Функция |
Подача в цилиндр топливно-воздушной смеси (бензиновые двигатели) или чистого воздуха (дизели и двигатели с непосредственным впрыском) |
Отвод отработавших газов из цилиндра после сгорания топлива |
|
Диаметр тарелки |
Больший (для снижения сопротивления впускному потоку) |
Меньший (газы выталкиваются поршнем под давлением) |
|
Температура работы |
300-400 °C, охлаждается потоком свежей смеси |
700-900 °C в бензиновых двигателях, 500-700 °C в дизелях |
|
Материалы изготовления |
Легированные стали (хромистые) |
Жаропрочные сплавы на основе никеля, хрома, молибдена, часто с наплавкой или натриевым охлаждением |
|
Конструкция тарелки и стержня |
Цельнометаллическая, форма оптимизирована для наполнения цилиндра |
Возможно полое исполнение с заполнением натрием для отвода тепла от тарелки к стержню |
|
Тепловой зазор |
Меньший (меньше коэффициент теплового расширения) |
Больший (сильнее нагревается и удлиняется) |
Признаки неисправностей впускного и выпускного клапанов
Характер проявления неисправности зависит от того, какой именно клапан (впускной или выпускной) поврежден, так как их функции и условия работы различны.
Неисправности выпускного клапана (прогар, деформация тарелки):
- Хлопки в выхлопной системе (глушитель), особенно при резком нажатии на педаль газа.
- Появление черного или сизого дыма из выхлопной трубы.
- Потеря мощности, двигатель не развивает максимальные обороты.
- Металлический звон или цокот в районе головки блока цилиндров.
- Снижение компрессии в одном или нескольких цилиндрах, иногда до нуля.
Неисправности впускного клапана (нагар, неплотное прилегание, закоксовка):
- Хлопки во впускном коллекторе (воздушном фильтре).
- Нестабильная работа на холостом ходу, двигатель может глохнуть.
- Затрудненный пуск, особенно при низкой температуре окружающего воздуха.
- Обратные выбросы пламени при неполном сгорании смеси.
- Повышенный расход топлива.
Общие признаки (характерны для обоих типов): падение компрессии, neстабильная работа цилиндров (двигатель работает с перебоями), свечение индикатора Check Engine на приборной панели, повышенная вибрация.
Правильный выбор впускных и выпускных клапанов с учетом их конструктивных различий обходится существенно дешевле, чем капитальный ремонт двигателя из-за ошибок при замене. Использование качественных деталей и соблюдение особенностей каждого типа (диаметр тарелки, материал, тепловой зазор) позволяют продлить ресурс мотора и предотвратить серьезные поломки.
