В крышке каждого цилиндра устанавливается один или более выпускных клапанов тарельчатого типа, форма которого напоминает перевернутый гриб. Клапан открывается внутрь цилиндра, чтобы усилить эффект уплотнения при наличии давления в цилиндре и обеспечить его работу как невозвратного клапана. Давление газов действует на тарелку клапана, создавая дополнительное усилие прижатия его к седлу (кроме усилия пружины). Увеличенные контактные напряжения в зоне клапан-седло разрушают отложения нагара в зазоре, увеличивая плотность закрытия. В противном случае возможен прорыв горячих газов через неплотности и подгорание рабочих поверхностей тарелки клапана и седла. Защита этих поверхностей от воздействия пламени и горячих газов обеспечивается также специальной формой тарелки.

Выпускные клапана четырехтактных, а также некоторых ранних моделей двухтактных двигателей имеют механический привод от распределительного вала, размеры и форма кулачных шайб которого определяют моменты открытия и закрытия клапана и величину открытия. При вращении кулачной шайбы она своим выступом воздействует на ролик толкателя, поднимая его. Усилие толкателя передается штангой на рычаг коромысла, другой конец которого нажимает на стержень клапана и открывает его, преодолевая сопротивление пружины. В течение времени открытия клапана пружина сжата, и когда выступ кулачной шайбы проходит под роликом толкателя, ее усилие закрывает клапан.

 

Наиболее распространены в клапанных приводах спиральные цилиндрические пружины, подобранные так, чтобы обеспечить достаточное усилие закрытия клапана и исключить вибрации. Размеры пружин деталей клапанного привода не должны быть слишком велики, чтобы уменьшить инерционные нагрузки и затраты мощности на работу привода. Чтобы облегчить разборку клапана без снятия крышки цилиндра, клапан вместе с пружиной и другими деталями привода часто монтируется в отдельном корпусе.

Выпускные клапана изготавливаются обычно из жаропрочной легированной стали. С целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости опорную фаску тарелки, а иногда и фаску клапанного седла покрывают стеллитом. Весь клапан может быть изготовлен также из специального сплава NIMONIC с высоким содержанием никеля.

Охлаждение выпускных клапанов значительно продлевает срок службы клапанов, седел и направляющих. Оно поддерживает достаточно низкую температуру, чтобы предотвратить подгорание и быстрый износ этих деталей, а также улучшает условия смазки стержня и направляющей, уменьшая их износ и вероятность заклинивания. При сжигании тяжелых топлив, с высоким содержанием соединений ванадия и натрия, необходимо поддерживать температуру клапанов ниже 530 С, так как при более высоких температурах происходит отложение этих солей с резким возрастанием интенсивности коррозии.

Охлаждение осуществляется циркулирующей через корпус клапана и седло охлаждающей пресной водой. Иногда стержень и тарелка клапана охлаждаются изнутри по каналам с гибким соединением с внешней системой. Клапана и седла должны изготавливаться из материалов с высокой теплопроводностью, для интенсивного отвода тепла от тарелки клапана. Корпус клапана должен быть хорошо подогнан к посадочному месту в крышке, для улучшения теплоотвода от корпуса к крышке.

Для удаления отложений между тарелкой клапана и седлом применяется проворачивание клапана в процессе его работы. Эта мера позволяет также выравнивать температурное поле в тарелке клапана. Вращение осуществляется либо механически, с использованием насечек или узла трения на верхней части стержня, либо газодинамически, при помощи крыльчатки, установленной на стержне клапана и вращающейся потоком газов во время его открытия.

Наличие зазора между толкателем клапана и коромыслом необходимо для компенсации термического расширения стержня клапана при высоких рабочих температурах, а также для обеспечения гарантированного закрытия клапана после износа посадочных поверхностей тарелки и седла в процессе работы. Зазор обычно регулируется на холодном двигателе, в положении, когда кулачная шайба не касается ролика толкателя. В процессе износа клапанного привода зазор увеличивается.

Избыточный зазор в толкателе приводит к позднему открытию и раннему закрытию клапана, а также уменьшению величины максимального открытия. Это снижает качество продувки и наполнения цилиндра, приводит к потере мощности и неполному сгоранию топлива, дымному выхлопу. В механизме появляются стуки и возможны повреждения вследствие ударов соприкасающихся поверхностей деталей привода.

Недостаточный зазор вызывает ранее открытие и позднее закрытие клапана, увеличивает его открытие. В худшем случае это может привести к неполному закрытию клапана в процессе сжатия и расширения в цилиндре, что вызывает прорыв газов, подгорание клапана, ухудшение компрессии и т.д.