Motorklep. Doel, apparaat, ontwerp

Om een ​​viertaktmotor met inwendige verbranding van een auto te laten werken, bevat het apparaat veel verschillende onderdelen en mechanismen die met elkaar zijn gesynchroniseerd. Een van dergelijke mechanismen is de timing. Zijn functie is om de tijdige werking van de kleptiming te verzekeren. Wat het is, wordt in detail beschreven hier.

Kortom, het gasdistributiemechanisme opent de inlaat- / uitlaatklep op het juiste moment om de timing van het proces te garanderen bij het uitvoeren van een bepaalde slag in de cilinder. In sommige gevallen is het vereist dat beide gaten gesloten zijn, in de andere een of zelfs beide open.

Laten we een detail nader bekijken waarmee we dit proces kunnen stabiliseren. Dit is een klep. Wat is de eigenaardigheid van het ontwerp, en ook hoe werkt het?

Wat is een motorklep

De klep is een metalen onderdeel dat in de cilinderkop is geïnstalleerd. Het maakt deel uit van het gasdistributiemechanisme en wordt aangedreven door een nokkenas.

Afhankelijk van de modificatie van de auto heeft de motor een lagere of hogere timing. De eerste optie is nog steeds te vinden in enkele oude modificaties van krachtbronnen. De meeste fabrikanten zijn allang overgeschakeld op het tweede type gasdistributiemechanismen.

De reden hiervoor is dat een dergelijke motor gemakkelijker af te stemmen en te repareren is. Om de kleppen af ​​te stellen, volstaat het om het kleppendeksel te verwijderen en het is niet nodig om de hele eenheid te demonteren.

Doel en kenmerken van het apparaat

De klep is een veerbelast element. In een rustige staat sluit het het gat stevig af. Wanneer de nokkenas draait, duwt de nok erop de klep naar beneden en laat deze zakken. Dit opent het gat. Het ontwerp van de nokkenas wordt in detail beschreven in nog een recensie.

Elk onderdeel vervult zijn eigen functie, die voor een vergelijkbaar element in de buurt structureel onmogelijk is uit te voeren. Er zijn minimaal twee kleppen per cilinder. In duurdere modellen zijn er vier. In de meeste gevallen zijn deze elementen in paren en openen ze verschillende groepen gaten: sommige zijn inlaat en andere zijn uitlaat.

Inlaatkleppen zijn verantwoordelijk voor de opname van een vers deel van het lucht-brandstofmengsel in de cilinder, en bij motoren met directe injectie (een type brandstofinjectiesysteem, wordt beschreven hier) - het volume frisse lucht. Dit proces vindt plaats op het moment dat de zuiger de inlaatslag uitvoert (vanuit het bovenste dode punt na het verwijderen van de uitlaat beweegt deze naar beneden).

De uitlaatkleppen hebben hetzelfde openingsprincipe, alleen hebben ze een andere functie. Ze openen een gat voor de afvoer van verbrandingsproducten in het uitlaatspruitstuk.

Motorklep ontwerp

De betreffende onderdelen zijn opgenomen in de klepgroep van het gasverdeelmechanisme. Samen met andere onderdelen zorgen ze voor een tijdige wijziging van de kleptiming.

Overweeg de ontwerpkenmerken van kleppen en aanverwante onderdelen, waarvan hun effectieve werking afhangt.

Kleppen

De kleppen hebben de vorm van een staaf, aan de ene kant is er een kop- of schotelelement en aan de andere kant een hiel of uiteinde. Het platte deel is ontworpen om de openingen in de cilinderkop goed af te dichten. Er wordt een soepele overgang gemaakt tussen het bekken en de staaf, geen stap. Hierdoor kan de klep worden gestroomlijnd, zodat deze geen weerstand creëert tegen de vloeiende beweging.

In dezelfde motor zullen de inlaat- en uitlaatkleppen enigszins verschillen. De eerste soorten onderdelen hebben dus een bredere plaat dan de tweede. De reden hiervoor is de hoge temperatuur en hoge druk wanneer de verbrandingsproducten via de gasuitlaat worden afgevoerd.

Om de onderdelen goedkoper te maken, bestaan ​​de kleppen uit twee delen. Ze verschillen in samenstelling. Deze twee delen zijn verbonden door lassen. De afschuining van de uitlaatklepschijf is ook een apart element. Het is afgezet van een ander type metaal, dat hittebestendige eigenschappen heeft, evenals weerstand tegen mechanische spanning. Naast deze eigenschappen is het uiteinde van de uitlaatkleppen minder vatbaar voor roestvorming. Toegegeven, dit onderdeel is in veel kleppen gemaakt van een materiaal dat identiek is aan het metaal waarvan de plaat is gemaakt.

De koppen van de inlaatelementen zijn meestal vlak. Dit ontwerp heeft de vereiste stijfheid en gemak van uitvoering. Opgewaardeerde motoren kunnen worden uitgerust met concave schijfkleppen. Dit ontwerp is iets lichter dan de standaard tegenhanger, waardoor de traagheidskracht wordt verminderd.

Wat betreft de tegenhangers van de uitlaat, de vorm van hun hoofd zal ofwel plat of convex zijn. De tweede optie is efficiënter, omdat het dankzij het gestroomlijnde ontwerp een betere afvoer van gassen uit de verbrandingskamer oplevert. Bovendien is de bolle plaat duurzamer dan de platte tegenhanger. Aan de andere kant is zo'n element zwaarder, waardoor zijn traagheid lijdt. Voor dit soort onderdelen zijn stijvere veren nodig.

Ook is het ontwerp van de steel van dit type kleppen iets anders dan de inlaatdelen. Om een ​​betere warmteafvoer van het element te krijgen, is de staaf dikker. Dit verhoogt de weerstand tegen sterke verhitting van het onderdeel. Deze oplossing heeft echter een nadeel: ze zorgt voor een grotere weerstand tegen de verwijderde gassen. Desondanks gebruiken fabrikanten dit ontwerp nog steeds, omdat het uitlaatgas onder hoge druk wordt uitgestoten.

Tegenwoordig is er een innovatieve ontwikkeling van gedwongen gekoelde kleppen. Deze modificatie heeft een holle kern. Vloeibaar natrium wordt in zijn holte gepompt. Deze stof verdampt bij sterke verhitting (gelegen nabij het hoofd). Als gevolg van dit proces neemt het gas warmte op van de metalen wanden. Terwijl het stijgt, koelt het gas af en condenseert het. De vloeistof stroomt naar de basis, waar het proces wordt herhaald.

Om ervoor te zorgen dat de kleppen de dichtheid van de interface garanderen, wordt een afschuining geselecteerd in de zitting en op de schijf. Het wordt ook gedaan met een afschuining om de stap te elimineren. Bij het installeren van de kleppen op de motor worden ze tegen de kop gewreven.

De dichtheid van de zitting-kop-verbinding wordt beïnvloed door flenscorrosie, en uitlaatdelen hebben vaak last van koolstofafzettingen. Om de levensduur van de klep te verlengen, zijn sommige motoren uitgerust met een extra mechanisme dat de klep lichtjes laat draaien als de uitlaat gesloten is. Dit verwijdert de resulterende koolstofafzettingen.

Soms komt het voor dat de klepsteel breekt. Hierdoor valt het onderdeel in de cilinder en wordt de motor beschadigd. Bij een storing is het voldoende dat de krukas een paar inertiële omwentelingen maakt. Om deze situatie te voorkomen, kunnen fabrikanten van autokleppen het onderdeel uitrusten met een borgring.

Een beetje over de kenmerken van de klephak. Dit onderdeel is onderhevig aan wrijvingskracht omdat het wordt beïnvloed door de nokkenasnok. Om de klep te openen, moet de nok deze met voldoende kracht naar beneden drukken om de veer samen te drukken. Dit toestel moet voldoende gesmeerd worden, en zodat het niet snel verslijt, is het uitgehard. Sommige motorontwerpers gebruiken speciale kappen om slijtage van de staaf te voorkomen, die zijn gemaakt van materialen die bestand zijn tegen dergelijke belastingen.

Om te voorkomen dat het ventiel tijdens het verwarmen in de huls vast komt te zitten, is het deel van de steel bij het bekken iets dunner dan het deel bij de hiel. Om de klepveer te bevestigen, worden aan het uiteinde van de kleppen twee groeven gemaakt (in sommige gevallen één), waarin de crackers van de steun worden gestoken (een vaste plaat waar de veer op rust).

Ventielveren

De veer beïnvloedt de efficiëntie van de klep. Het is nodig zodat het hoofd en de stoel een stevige verbinding vormen en het werkmedium niet door de gevormde fistel dringt. Als dit onderdeel erg stijf is, zal de nokkenasnok of hiel van de klepsteel snel slijten. Aan de andere kant zal een zwakke veer niet in staat zijn om een ​​strakke passing tussen de twee elementen te garanderen.

Omdat dit element werkt onder omstandigheden van snel veranderende belastingen, kan het breken. Fabrikanten van aandrijflijnen gebruiken verschillende soorten veren om snelle defecten te voorkomen. In sommige timing zijn dubbele typen geïnstalleerd. Deze aanpassing vermindert de belasting van een afzonderlijk element, waardoor de levensduur wordt verlengd.

In dit ontwerp hebben de veren een andere richting van de windingen. Dit voorkomt dat deeltjes van het kapotte onderdeel tussen de windingen van de ander komen. Voor het maken van deze elementen wordt verenstaal gebruikt. Nadat het product is gevormd, wordt het getemperd.

Aan de randen is elke veer geslepen zodat het gehele lagerdeel in contact is met de klepkop en de bovenplaat is bevestigd aan de cilinderkop. Om oxidatie van het onderdeel te voorkomen, is het bedekt met een laag cadmium en verzinkt.

Naast de klassieke distributiekleppen kan een pneumatisch ventiel worden gebruikt in sportwagens. In feite is dit hetzelfde element, alleen wordt het in beweging gebracht door een speciaal pneumatisch mechanisme. Dankzij dit wordt een zodanige nauwkeurigheid bereikt dat de motor ongelooflijke snelheden kan ontwikkelen - tot 20 duizend.

Een dergelijke ontwikkeling deed zich voor in de jaren tachtig. Het draagt ​​bij aan het duidelijker openen / sluiten van de gaten, wat geen enkele veer kan bieden. Deze actuator wordt aangedreven door gecomprimeerd gas in een reservoir boven de klep. Als de nok de klep raakt, is de slagkracht ongeveer 1980 bar. De klep gaat open en wanneer de nokkenas de impact op zijn hiel verzwakt, keert het gecomprimeerde gas snel terug naar zijn plaats. Om drukval door mogelijke lekken te voorkomen, is het systeem uitgerust met een extra compressor waarvan het reservoir op een druk van ongeveer 10 bar staat.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT-test Jerez februari 2012

Dit systeem wordt gebruikt bij motorfietsen van de MotoGP-klasse. Dit transport met een liter motorvolume kan 20-21 duizend krukasomwentelingen ontwikkelen. Een model met een soortgelijk mechanisme is een van de motormodellen van Aprilia. Zijn vermogen was maar liefst 240 pk. Toegegeven, voor een tweewielig voertuig is dit te veel.

Klepgeleiders

De rol van dit onderdeel bij de werking van de klep is ervoor te zorgen dat deze in een rechte lijn beweegt. De sleeve helpt ook om de hengel te koelen. Dit onderdeel heeft constante smering nodig. Anders wordt de staaf aan constante thermische spanning blootgesteld en zal de huls snel slijten.

Het materiaal dat kan worden gebruikt voor de vervaardiging van dergelijke bussen moet hittebestendig zijn, bestand zijn tegen constante wrijving, de warmte goed van het aangrenzende onderdeel afvoeren en ook bestand zijn tegen hoge temperaturen. Aan dergelijke eisen kan worden voldaan door perlietgrijs gietijzer, aluminiumbrons, keramiek met chroom of chroomnikkel. Al deze materialen hebben een poreuze structuur, waardoor de olie op hun oppervlak blijft.

De bus voor de uitlaatklep heeft iets meer speling tussen de steel dan het inlaatequivalent. De reden hiervoor is de grotere thermische uitzetting van de rookgasafvoerklep.

Klepzittingen

Dit is het contactgedeelte van de cilinderkopboring nabij elke cilinder en klepschijf. Aangezien dit deel van de kop mechanische en thermische spanningen ondervindt, moet het goed bestand zijn tegen hoge temperaturen en frequente schokken (wanneer de auto hard rijdt, is de nokkenassnelheid zo hoog dat de kleppen letterlijk in de stoel vallen).

Als het cilinderblok en de kop van een aluminiumlegering zijn gemaakt, zijn de klepzittingen noodzakelijkerwijs van staal. Gietijzer kan dergelijke belastingen al goed aan, dus het zadel bij deze aanpassing is in het hoofd zelf gemaakt.

Insteekzadels zijn ook beschikbaar. Ze zijn gemaakt van gelegeerd gietijzer of hittebestendig staal. Zodat de afschuining van het element niet zo veel verslijt, wordt dit uitgevoerd door hittebestendig metaal in lagen te leggen.

De insteekzitting wordt op verschillende manieren in de kopboring gefixeerd. In sommige gevallen wordt het ingedrukt en wordt een groef gemaakt in het bovenste deel van het element, dat tijdens de installatie wordt gevuld met het metaal van het koplichaam. Dit creëert de integriteit van de assemblage van verschillende metalen.

De stalen zitting wordt bevestigd door de bovenkant in het hoofdlichaam uit te lopen. Er zijn cilindrische en conische zadels. In het eerste geval zijn ze tegen de aanslag gemonteerd en het tweede heeft een kleine eindopening.

Aantal kleppen in de motor

Een standaard 4-takt verbrandingsmotor heeft één nokkenas en twee kleppen per cilinder. In dit ontwerp is het ene onderdeel verantwoordelijk voor de injectie van een mengsel van lucht of alleen lucht (als het brandstofsysteem directe injectie heeft), en het andere is verantwoordelijk voor het verwijderen van uitlaatgassen in het uitlaatspruitstuk.

Efficiënter werken bij de motoraanpassing, waarbij er vier kleppen per cilinder zijn - twee voor elke fase. Dankzij dit ontwerp is een betere vulling van de kamer met een nieuw deel VTS of lucht verzekerd, evenals een versnelde afvoer van uitlaatgassen en ventilatie van de cilinderholte. Auto's werden vanaf de jaren 70 van de vorige eeuw uitgerust met dergelijke motoren, hoewel de ontwikkeling van dergelijke eenheden begon in de eerste helft van de jaren 1910.

Tot op heden is er een motorontwikkeling met vijf kleppen om de werking van krachtbronnen te verbeteren. Twee voor de uitlaat en drie voor de inlaat. Een voorbeeld van dergelijke units zijn de modellen van het Volkswagen-Audi concern. Hoewel het werkingsprincipe van de distributieriem in een dergelijke motor identiek is aan de klassieke opties, is het ontwerp van dit mechanisme gecompliceerd, waardoor innovatieve ontwikkeling duur is.

Een soortgelijke niet-standaard benadering wordt ook gevolgd door de automaker Mercedes-Benz. Sommige motoren van deze automaker zijn uitgerust met drie kleppen per cilinder (2 inlaat, 1 uitlaat). Bovendien zijn er in elke kamer van de pot twee bougies geïnstalleerd.

De fabrikant bepaalt het aantal kleppen aan de hand van de grootte van de kamer waarin brandstof en lucht binnenkomt. Om de vulling te verbeteren, is het noodzakelijk om te zorgen voor een betere doorstroming van het verse deel van BTC. Om dit te doen, kunt u de diameter van het gat vergroten en daarmee de grootte van de plaat. Deze modernisering heeft echter zijn eigen grenzen. Maar het is heel goed mogelijk om een ​​extra inlaatklep te installeren, dus autofabrikanten ontwikkelen precies dergelijke wijzigingen in de cilinderkop. Omdat de inlaatsnelheid belangrijker is dan de uitlaat (de uitlaat wordt verwijderd onder de druk van de zuiger), zullen er bij een oneven aantal kleppen altijd meer inlaatelementen zijn.

Waar zijn kleppen van gemaakt

Omdat de kleppen werken onder omstandigheden van maximale temperatuur en mechanische belasting, zijn ze gemaakt van metaal dat bestand is tegen dergelijke factoren. Bovenal warmt op, en komt ook mechanische spanning tegen, de plaats van contact tussen de zitting en de klepschotel. Bij hoge motortoerentallen zinken de kleppen snel in de stoelen, waardoor een schok ontstaat aan de randen van het onderdeel. Ook worden tijdens het verbrandingsproces van een mengsel van lucht en brandstof de dunne randen van de plaat aan scherpe verhitting onderworpen.

Naast de klepschotel worden ook de klephulzen belast. De negatieve factoren die tot slijtage van deze elementen leiden, zijn onvoldoende smering en constante wrijving tijdens snelle klepbewegingen.

Om deze redenen worden aan afsluiters de volgende eisen gesteld:

1. Ze moeten de inlaat / uitlaat afdichten;
2. Bij sterke verwarming mogen de randen van de plaat niet vervormen door stoten op het zadel;
3. Moet goed gestroomlijnd zijn zodat er geen weerstand ontstaat tegen het inkomende of uitgaande medium;
4. Het onderdeel mag niet zwaar zijn;
5. Het metaal moet taai en duurzaam zijn;
6. Mag geen sterke oxidatie ondergaan (wanneer de auto zelden rijdt, mogen de randen van de koppen niet roesten).

Het deel dat het gat opende in dieselmotoren, warmt op tot 700 graden, en in benzine-tegenhangers - tot 900 boven nul. De situatie wordt gecompliceerd door het feit dat bij zo'n sterke verwarming de geopende klep niet afkoelt. De uitlaatklep kan worden gemaakt van elk hooggelegeerd staal dat bestand is tegen hoge temperaturen. Zoals eerder vermeld, is één klep gemaakt van twee verschillende soorten metaal. De kop is gemaakt van hoge temperatuur legeringen en de steel is gemaakt van koolstofstaal.

De inlaatelementen worden gekoeld door contact met de zitting. Hun temperatuur is echter ook hoog - ongeveer 300 graden, dus het is niet toegestaan ​​dat het onderdeel bij verwarming wordt vervormd.

Chroom wordt vaak in de grondstof voor kleppen opgenomen, wat de thermische stabiliteit verhoogt. Bij de verbranding van benzine, gas of diesel komen enkele stoffen vrij die metalen onderdelen agressief kunnen aantasten (bijvoorbeeld loodoxide). Nikkel-, mangaan- en stikstofverbindingen kunnen in het materiaal van de klepkop worden opgenomen om ongewenste reacties te voorkomen.

En tenslotte. Het is voor niemand een geheim dat kleppen in een motor na verloop van tijd doorbranden. Hier is een korte video over de redenen hiervoor:

REDENEN WAAROM DE KLEPPEN IN DE MOTOR VAN DE AUTO UITBRANDEN 95% van de bestuurders WIST HET NIET

Vragen en antwoorden:

Wat doen kleppen in een motor? Als ze openen, laten de inlaatkleppen verse lucht (of lucht / brandstofmengsel) in de cilinder stromen. Open uitlaatkleppen leiden uitlaatgassen naar het uitlaatspruitstuk.

Hoe te begrijpen dat de kleppen zijn doorgebrand? Een belangrijk kenmerk van doorgebrande kleppen is de drievoudige beweging van de motor, ongeacht het toerental. Tegelijkertijd wordt het motorvermogen behoorlijk verminderd en neemt het brandstofverbruik toe.

Welke onderdelen openen en sluiten de kleppen? De klepsteel is verbonden met de nokkenasnokken. In veel moderne motoren zijn tussen deze onderdelen ook hydraulische klepstoters gemonteerd.