В поршневом двигателе синхронизация клапанов — это точная синхронизация открытия и закрытия клапанов. В двигателе внутреннего сгорания это обычно тарельчатые клапаны , а в паровом двигателе — это обычно золотниковые или поршневые клапаны .
В четырехтактных двигателях и некоторых двухтактных двигателях фаза газораспределения контролируется распределительным валом . Ее можно изменять путем изменения распределительного вала или во время работы двигателя с помощью переменной фазы газораспределения . На нее также влияет регулировка клапанного механизма, в частности зазор толкателя. Однако это изменение обычно нежелательно.
При традиционном фиксированном времени газораспределения двигатель будет иметь период «перекрытия клапанов» в конце такта выпуска, когда и впускной, и выпускной клапаны открыты. Впускной клапан открывается до того, как выхлопные газы полностью покинут цилиндр, и их значительная скорость способствует втягиванию свежего заряда. Конструкторы двигателей стремятся закрыть выпускной клапан как раз в тот момент, когда свежий заряд из впускного клапана достигает его, чтобы предотвратить либо потерю свежего заряда, либо непрокачанные выхлопные газы. На диаграмме периоды перекрытия клапанов обозначены перекрытием красной и синей дуг.
Ключ:
Клапан открывается до того, как головка поршня достигает верхней мертвой точки или нижней мертвой точки . Количество градусов коленчатого вала, на которое клапаны открываются до достижения верхней мертвой точки или нижней мертвой точки, называется опережением клапана. Количество градусов коленчатого вала, на которое клапаны закрываются после достижения верхней мертвой точки или нижней мертвой точки, называется задержкой клапана. Перекрытие клапанов является вторичным средством охлаждения выпускных клапанов впускным воздухом во время перекрытия клапанов. Первичное охлаждение достигается путем рассеивания тепла в седлах клапанов. [1]
Двигатели, которые всегда работают на относительно высокой скорости, например, двигатели гоночных автомобилей, будут иметь значительное перекрытие фаз газораспределения для максимальной объемной эффективности. Двигатели дорожных автомобилей отличаются тем, что им требуется работать на холостом ходу менее 1000 об/мин, а чрезмерное перекрытие клапанов сделает плавный холостой ход невозможным из-за смешивания свежих и выхлопных газов. Изменяемые фазы газораспределения могут обеспечить как максимальную мощность на высоких оборотах, так и плавный холостой ход на низких оборотах, внося небольшие изменения в относительное угловое положение распределительных валов и тем самым изменяя перекрытие клапанов.
Многие двухтактные двигатели и все двигатели Ванкеля не имеют распределительного вала или клапанов, а синхронизацию портов можно изменять только путем обработки портов и/или модификации юбки поршня (двухтактные применения). Однако некоторые двухтактные дизельные двигатели с наддувом (например, авиационный двигатель Wilksch ) имеют головку цилиндра и тарельчатые клапаны, как и четырехтактный двигатель.
Фазы газораспределения дизельного двигателя также зависят от зазора толкателей впускных и выпускных клапанов.
Если зазор толкателя меньше, то клапан откроется раньше и закроется позже. [2] Если зазор толкателя больше, то клапан откроется позже и закроется раньше. Зазор толкателя измеряется прибором, который называется щуп .
В двигателе внешнего сгорания , таком как паровой двигатель , управление фазами газораспределения осуществляется клапанным механизмом . В типичном поршневом клапанном устройстве фазы впуска и выпуска для каждого цилиндра неразрывно связаны, поскольку они регулируются движением одного поршня, открывающего два порта. Однако длительность впуска можно контролировать («отсечку») с помощью реверсивного механизма, и это снижает расход пара в крейсерских условиях.
Клапанный механизм Капротти более тесно связан с механизмом двигателя внутреннего сгорания, использует тарельчатые клапаны и был разработан для обеспечения независимой синхронизации впускных и выпускных событий. Он никогда не использовался так широко, как поршневые клапаны или более ранние золотниковые клапаны.