Диаграмма фаз газораспределения 4-тактного двигателя: если клапаны открыты во время верхней мёртвой точки, не ударят ли они по поршню?

Вопрос 1. Это зависит от конструкции двигателя.
В двигателе с перекрытием фаз клапаны могут сталкиваться с поршнями, поэтому необходимо разработать схему синхронизации, чтобы этого избежать.
В двигателях без перекрытия фаз в камере сгорания достаточно места, чтобы клапаны никогда не сталкивались с поршнями.

Вопрос 2:
Как говорит @Paulster2, мы говорим о 4-тактном двигателе, поэтому у вас есть 2 положения верхней мёртвой точки, и только в одном из них происходит сгорание.

Выпускной клапан открывается в нижней мёртвой точке и остаётся открытым во время такта выпуска, а возможно, и до начала такта впуска. Так что здесь проблем нет.
Впускной клапан открывается во время такта впуска и закрывается в начале такта сжатия. Оба клапана закрыты во время такта сжатия и такта сгорания. Таким образом, давление сгорания не теряется через клапаны.

Во-первых, помните, что мы говорим о четырёх различных циклах работы двигателя: впуск, сжатие, воспламенение/сгорание, выпуск. Верхняя мёртвая точка (ВМТ) находится между двумя из этих циклов: между сжатием и сгоранием, а затем снова между выпуском и впуском. Поршень и клапан не соприкасаются, потому что либо поршень следует за выпускным клапаном, либо впускной клапан следует за поршнем. Когда я говорю, что выпускной клапан «следует» за поршнем или наоборот, я имею в виду, что при подъёме поршня выпускной клапан закрывается, что не позволяет им соприкоснуться. Когда я говорю, что впускной клапан «следует» за поршнем, я имею в виду, что он открывается достаточно медленно, чтобы поршень успел уйти с его пути до того, как произойдёт контакт. (ПРИМЕЧАНИЕ: Медленно — это относительное понятие... подумайте о скорости поршня и скорости открытия/закрытия клапана.) Клапан не открывается полностью сразу, а открывается постепенно, следуя профилю кулачка. Кроме того, это не значит, что клапаны и поршни не пересекаются, просто это происходит в разные моменты цикла. Такие двигатели называются интерференционными двигателями. Если ремень ГРМ соскользнёт или порвётся во время работы двигателя, это приведёт к катастрофическим последствиям и серьёзным повреждениям двигателя (обычно требуется полная замена двигателя, но как минимум может потребоваться ремонт или замена головки блока цилиндров).

Взрыв был бы не таким мощным, потому что при воспламенении свечи зажигания оставались бы открытыми каналы, что привело бы к плохой компрессии.

Почти на протяжении всего цикла сжатия и сгорания впускной и выпускной клапаны закрыты, что обеспечивает полную герметичность камеры сгорания и помогает использовать всю доступную мощность. Надеюсь, я не запутал вас, но скажу, что впускной клапан остаётся открытым в течение короткого промежутка времени в начале цикла сжатия, а выпускной клапан открывается до того, как поршень достигнет нижней точки цикла сгорания, но причины этого, вероятно, лучше оставить для другой статьи.

Излишне говорить, что система газораспределения намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Разработчики двигателей учитывают множество факторов, чтобы избежать сбоев.