Zawór silnika. Cel, urządzenie, projekt

Aby czterosuwowy silnik spalinowy dowolnego samochodu działał, jego urządzenie zawiera wiele różnych części i mechanizmów, które są ze sobą zsynchronizowane. Jednym z takich mechanizmów jest synchronizacja. Jego funkcją jest zapewnienie terminowej aktywacji rozrządu zaworowego. Co to jest szczegółowo opisane tutaj.

Krótko mówiąc, mechanizm dystrybucji gazu otwiera zawór wlotowy / wylotowy we właściwym czasie, aby zapewnić synchronizację procesu podczas wykonywania określonego skoku w cylindrze. W niektórych przypadkach wymagane jest, aby oba otwory były zamknięte, w drugim jeden lub nawet oba były otwarte.

Przyjrzyjmy się bliżej jednemu szczegółowi, który pozwala ustabilizować ten proces. To jest zawór. Co jest specjalnego w jego konstrukcji i jak działa?

Co to jest zawór silnika

Zawór to metalowa część zamontowana w głowicy cylindrów. Jest częścią mechanizmu dystrybucji gazu i jest napędzany przez wałek rozrządu.

W zależności od modyfikacji samochodu silnik będzie miał dolny lub górny rozrząd. Pierwsza opcja nadal występuje w niektórych starszych modyfikacjach jednostek napędowych. Większość producentów już dawno przeszła na drugi typ mechanizmów dystrybucji gazu.

Powodem tego jest to, że taki silnik jest łatwiejszy do dostrojenia i naprawy. Aby wyregulować zawory, wystarczy zdjąć pokrywę zaworów i nie ma konieczności demontażu całej jednostki.

Cel i cechy urządzenia

Zawór jest elementem sprężynowym. W spoczynku szczelnie zamyka otwór. Kiedy wałek rozrządu obraca się, znajdująca się na nim krzywka popycha zawór w dół, obniżając go. To otwiera dziurę. Układ wałka rozrządu opisano szczegółowo w kolejna recenzja.

Każda część spełnia swoją funkcję, która jest strukturalnie niemożliwa do spełnienia dla podobnego elementu znajdującego się w pobliżu. Na cylinder przypadają co najmniej dwa zawory. W droższych modelach jest ich cztery. W większości przypadków te elementy są parami i otwierają różne grupy otworów: niektóre są wlotem, a inne wylotem.

Zawory dolotowe są odpowiedzialne za zasysanie świeżej porcji mieszanki paliwowo-powietrznej do cylindra oraz w silnikach z wtryskiem bezpośrednim (rodzaj układu wtrysku paliwa, opisano tutaj) - objętość świeżego powietrza. Proces ten zachodzi w momencie, gdy tłok kończy suw dolotowy (od górnego martwego punktu po usunięciu wydechu porusza się w dół).

Zawory wydechowe mają tę samą zasadę otwierania, tylko mają inną funkcję. Otwierają otwór do odprowadzania produktów spalania do kolektora wydechowego.

Konstrukcja zaworu silnika

Przedmiotowe części znajdują się w grupie zaworów mechanizmu dystrybucji gazu. Wraz z innymi częściami zapewniają szybką zmianę rozrządu zaworowego.

Rozważ cechy konstrukcyjne zaworów i powiązanych części, od których zależy ich skuteczne działanie.

Zawory

Zawory mają kształt pręta, po jednej stronie którego znajduje się głowica lub grzybek, a po drugiej pięta lub koniec. Płaska część przeznaczona jest do szczelnego uszczelniania otworów w głowicy cylindrów. Płynne przejście między talerzem a prętem, a nie krokiem. Pozwala to na usprawnienie zaworu tak, aby nie powodował oporu przy ruchu płynu.

W tym samym silniku zawory dolotowe i wydechowe będą nieco inne. Tak więc pierwsze typy części będą miały szerszą płytę niż druga. Powodem tego jest wysoka temperatura i wysokie ciśnienie podczas usuwania produktów spalania przez wylot gazu.

Aby części były tańsze, zawory są podzielone na dwie części. Różnią się składem. Te dwie części są łączone przez spawanie. Osobnym elementem jest także skos roboczy grzybka zaworu wylotowego. Osadzany jest z innego rodzaju metalu, który ma właściwości żaroodporne, a także odporność na naprężenia mechaniczne. Oprócz tych właściwości końcówki zaworów wydechowych są mniej podatne na tworzenie się rdzy. To prawda, że ​​ta część w wielu zaworach jest wykonana z materiału identycznego z metalem, z którego wykonana jest płyta.

Głowice elementu wlotowego są zwykle płaskie. Ten projekt ma wymaganą sztywność i łatwość wykonania. Silniki wzmocnione mogą być wyposażone w wklęsłe zawory talerzowe. Ta konstrukcja jest nieco lżejsza niż standardowy odpowiednik, co zmniejsza siłę bezwładności.

Jeśli chodzi o odpowiedniki wylotowe, kształt ich głowy będzie płaski lub wypukły. Druga opcja jest bardziej wydajna, ponieważ zapewnia lepsze usuwanie gazów z komory spalania dzięki opływowej konstrukcji. Dodatkowo wypukła płytka jest trwalsza w porównaniu do płaskiego odpowiednika. Z drugiej strony taki element jest cięższy, przez co cierpi jego bezwładność. Tego typu części wymagają sztywniejszych sprężyn.

Również konstrukcja trzpienia zaworów tego typu różni się nieco od części wlotowych. Aby zapewnić lepsze odprowadzanie ciepła z elementu, pasek jest grubszy. Zwiększa to odporność części na mocne nagrzewanie. Jednak takie rozwiązanie ma wadę - stwarza większą odporność na usuwane gazy. Mimo to producenci nadal stosują tę konstrukcję, ponieważ spaliny emitowane są pod dużym ciśnieniem.

Obecnie istnieje innowacyjny rozwój zaworów z wymuszonym chłodzeniem. Ta modyfikacja ma pusty rdzeń. Płynny sód jest wpompowywany do jego wnęki. Substancja ta odparowuje po silnym ogrzaniu (znajduje się w pobliżu głowy). W wyniku tego procesu gaz absorbuje ciepło z metalowych ścian. W miarę unoszenia się w górę gaz ochładza się i skrapla. Ciecz spływa do podstawy, gdzie proces się powtarza.

Aby zawory zapewniały szczelność interfejsu, w gnieździe i na dysku wybiera się fazkę. Odbywa się to również ze skosem, aby wyeliminować stopień. Podczas instalowania zaworów na silniku pociera się je o głowicę.

Na szczelność połączenia gniazdo-głowica wpływa korozja kołnierza, a na częściach wylotowych często osadza się nagar. Aby wydłużyć żywotność zaworu, niektóre silniki są wyposażone w dodatkowy mechanizm, który lekko obraca zawór, gdy wylot jest zamknięty. To usuwa powstałe osady węgla.

Czasami zdarza się, że trzpień zaworu pęka. Spowoduje to wpadnięcie części do cylindra i uszkodzenie silnika. W przypadku awarii wystarczy, że wał korbowy wykona kilka bezwładnościowych obrotów. Aby temu zapobiec, producenci zaworów samochodowych mogą wyposażyć tę część w pierścień ustalający.

Trochę o cechach pięty zaworu. Na tę część działa siła tarcia, na którą oddziałuje krzywka wałka rozrządu. Aby zawór się otworzył, krzywka musi docisnąć go w dół z wystarczającą siłą, aby ścisnąć sprężynę. Ta jednostka musi otrzymać wystarczające smarowanie, aby nie zużywała się szybko, jest utwardzona. Niektórzy projektanci silników stosują specjalne nasadki zapobiegające zużyciu drążka, które są wykonane z materiałów odpornych na takie obciążenia.

Aby zapobiec zakleszczaniu się zaworu w tulei podczas podgrzewania, część trzpienia w pobliżu talerza jest nieco cieńsza niż część przy pięcie. Aby zamocować sprężynę zaworową, na końcu zaworów wykonuje się dwa rowki (w niektórych przypadkach jeden), w które wkładane są pęknięcia wspornika (stała płyta, na której spoczywa sprężyna).

Sprężyny zaworowe

Sprężyna wpływa na sprawność zaworu. Jest to potrzebne, aby głowa i gniazdo zapewniały szczelne połączenie, a czynnik roboczy nie przenikał przez uformowaną przetokę. Jeśli ta część jest bardzo sztywna, krzywka wałka rozrządu lub pięta trzpienia zaworu szybko się zużyją. Z drugiej strony słaba sprężyna nie będzie w stanie zapewnić ciasnego dopasowania między dwoma elementami.

Ponieważ ten element działa w warunkach szybko zmieniających się obciążeń, może się zepsuć. Producenci układów napędowych używają różnych typów sprężyn, aby zapobiec szybkim awariom. W niektórych przypadkach instalowane są podwójne typy. Ta modyfikacja zmniejsza obciążenie pojedynczego elementu, zwiększając w ten sposób jego żywotność.

W tej konstrukcji sprężyny będą miały inny kierunek zwojów. Zapobiega to przedostawaniu się cząstek zepsutej części między zwojami drugiej. Do wykonania tych elementów używana jest stal sprężynowa. Po uformowaniu produkt jest hartowany.

Na krawędziach każda sprężyna jest szlifowana tak, że cała część łożyska styka się z głowicą zaworu i górną płytą przymocowaną do głowicy cylindra. Aby zapobiec utlenianiu części, pokryto ją warstwą kadmu i ocynkowano.

Oprócz klasycznych zaworów rozrządu w pojazdach sportowych można zastosować zawór pneumatyczny. W rzeczywistości jest to ten sam element, tyle że wprawiany jest w ruch przez specjalny mechanizm pneumatyczny. Dzięki temu uzyskuje się taką dokładność działania, że ​​silnik jest w stanie rozwijać niesamowite obroty - do 20 tys.

Taka sytuacja pojawiła się już w latach 1980. Przyczynia się do wyraźniejszego otwierania / zamykania otworów, czego nie zapewnia żadna sprężyna. Siłownik ten jest zasilany sprężonym gazem w zbiorniku nad zaworem. Kiedy krzywka uderza w zawór, siła uderzenia wynosi około 10 barów. Zawór otwiera się, a gdy wałek rozrządu osłabia uderzenie w piętę, sprężony gaz szybko przywraca część na swoje miejsce. Aby zapobiec spadkowi ciśnienia w wyniku ewentualnych nieszczelności, układ został wyposażony w dodatkową sprężarkę, której zbiornik jest pod ciśnieniem około 200 barów.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT Test Jerez, luty 2012

Taki system stosowany jest w motocyklach klasy MotoGP. Ten transport o pojemności jednego litra silnika jest w stanie rozwinąć 20-21 tysięcy obrotów wału korbowego. Jeden model z podobnym mechanizmem to jeden z modeli motocykli Aprilia. Jego moc wynosiła niewiarygodne 240 KM. To prawda, jak na pojazd dwukołowy to za dużo.

Prowadnice zaworów

Rolą tej części w działaniu zaworu jest zapewnienie jego ruchu w linii prostej. Rękaw pomaga również chłodzić wędkę. Ta część wymaga ciągłego smarowania. W przeciwnym razie pręt będzie poddawany ciągłym naprężeniom termicznym, a tuleja szybko się zużyje.

Materiał, który można wykorzystać do produkcji takich tulei, musi być odporny na ciepło, wytrzymywać stałe tarcie, dobrze odprowadzać ciepło z sąsiedniej części, a także wytrzymywać wysokie temperatury. Takie wymagania może spełnić żeliwo szare perlitowe, brąz aluminiowy, ceramika z chromem lub chromoniklem. Wszystkie te materiały mają porowatą strukturę, dzięki czemu pomagają zatrzymać olej na ich powierzchni.

Tuleja zaworu wydechowego będzie miała nieco większy luz między trzpieniem niż jej odpowiednik wlotowy. Powodem tego jest większa rozszerzalność cieplna zaworu usuwania spalin.

Gniazda zaworów

Jest to część stykowa otworu głowicy cylindrów w pobliżu każdego cylindra i dysku zaworu. Ponieważ ta część głowicy jest narażona na naprężenia mechaniczne i termiczne, musi mieć dobrą odporność na wysokie temperatury i częste uderzenia (gdy samochód jedzie szybko, obroty wałka rozrządu są na tyle duże, że zawory dosłownie wpadają w gniazdo).

Jeśli blok cylindrów i jego głowica są wykonane ze stopu aluminium, gniazda zaworów będą koniecznie wykonane ze stali. Żeliwo już dobrze radzi sobie z takimi obciążeniami, więc siodło w tej modyfikacji jest wykonane w samej głowie.

Dostępne są również siodełka wtykowe. Wykonane są z żeliwa stopowego lub stali żaroodpornej. Aby faza elementu nie zużywała się tak bardzo, jest wykonywana poprzez nakładanie warstw metalu żaroodpornego.

Gniazdo płytki jest mocowane w otworze głowicy na różne sposoby. W niektórych przypadkach jest wciskany, aw górnej części elementu wykonuje się rowek, który podczas montażu wypełnia się metalem korpusu głowicy. Tworzy to integralność zespołu z różnych metali.

Stalowe siedzisko jest mocowane przez rozszerzanie górnej części w korpusie głowy. Istnieją cylindryczne i stożkowe siodła. W pierwszym przypadku są zamontowane do ogranicznika, a drugi mają małą szczelinę końcową.

Liczba zaworów w silniku

Standardowy czterosuwowy silnik spalinowy ma jeden wałek rozrządu i dwa zawory na cylinder. W tej konstrukcji jedna część odpowiada za wtrysk mieszanki powietrza lub po prostu powietrza (jeśli układ paliwowy ma wtrysk bezpośredni), a druga odpowiada za odprowadzanie spalin do kolektora wydechowego.

Bardziej wydajna praca w modyfikacji silnika, w której na cylinder są cztery zawory - po dwa na każdą fazę. Dzięki takiej konstrukcji zapewnione jest lepsze wypełnienie komory nową porcją VTS lub powietrza, a także przyspieszone usuwanie spalin i wentylacja komory cylindra. Samochody zaczęto wyposażać w takie silniki już w latach 70.ubiegłego wieku, chociaż rozwój takich jednostek rozpoczął się w pierwszej połowie lat 1910-tych.

Do tej pory, aby poprawić działanie jednostek napędowych, opracowano silnik, w którym znajduje się pięć zaworów. Dwa na wylot i trzy na wlot. Przykładem takich jednostek są modele koncernu Volkswagen-Audi. Chociaż zasada działania paska rozrządu w takim silniku jest identyczna jak w klasycznych wersjach, konstrukcja tego mechanizmu jest skomplikowana, dlatego nowatorskie opracowanie jest kosztowne.

Podobne niekonwencjonalne podejście stosuje również producent samochodów Mercedes-Benz. Niektóre silniki tego producenta są wyposażone w trzy zawory na cylinder (2 wlotowe, 1 wydechowy). Dodatkowo w każdej komorze garnka zamontowane są dwie świece zapłonowe.

Producent określa liczbę zaworów na podstawie wielkości komory, do której wpływa paliwo i powietrze. Aby polepszyć jego napełnianie, konieczne jest zapewnienie lepszego dopływu świeżej porcji BTC. Aby to zrobić, możesz zwiększyć średnicę otworu, a wraz z nim rozmiar płyty. Jednak ta modernizacja ma swoje ograniczenia. Ale całkiem możliwe jest zainstalowanie dodatkowego zaworu wlotowego, więc producenci samochodów opracowują właśnie takie modyfikacje głowicy cylindrów. Ponieważ prędkość dolotu jest ważniejsza niż wydech (wydech jest usuwany pod ciśnieniem tłoka), przy nieparzystej liczbie zaworów zawsze będzie więcej elementów dolotowych.

Z czego wykonane są zawory

Ponieważ zawory pracują w warunkach maksymalnej temperatury i naprężeń mechanicznych, wykonane są z metalu odpornego na takie czynniki. Przede wszystkim nagrzewa, a także napotyka na naprężenia mechaniczne miejsce styku gniazda z dyskiem zaworu. Przy wysokich obrotach silnika zawory szybko zapadają się w gniazda, powodując wstrząsy na krawędziach części. Również w procesie spalania mieszanki powietrza i paliwa cienkie krawędzie płyty poddawane są gwałtownemu nagrzewaniu.

Oprócz tarczy zaworowej tuleje zaworowe są również poddawane naprężeniom. Negatywne czynniki powodujące zużycie tych elementów to niewystarczające smarowanie i stałe tarcie podczas szybkiego ruchu zaworu.

Z tych powodów na zawory nakładane są następujące wymagania:

1. Muszą uszczelniać wlot / wylot;
2. Przy silnym nagrzewaniu krawędzie płyty nie powinny odkształcać się od uderzeń w siodło;
3. Musi być dobrze zorganizowany, aby nie był stawiany żaden opór dla przychodzącego lub wychodzącego medium;
4. Część nie powinna być ciężka;
5. Metal musi być twardy i trwały;
6. Nie powinien ulegać silnemu utlenianiu (gdy samochód rzadko jeździ, krawędzie głowic nie powinny rdzewieć).

Część, która otworzyła dziurę w silnikach wysokoprężnych, nagrzewa się do 700 stopni, aw analogach benzyny - do 900 powyżej zera. Sytuację komplikuje fakt, że przy tak mocnym grzaniu otwarty zawór nie chłodzi. Zawór wylotowy może być wykonany z dowolnej stali wysokostopowej, która może wytrzymać wysokie temperatury. Jak już wspomniano, jeden zawór jest wykonany z dwóch różnych rodzajów metalu. Głowica wykonana jest ze stopów wysokotemperaturowych, a trzpień ze stali węglowej.

Jeśli chodzi o elementy dolotowe, to są one chłodzone przez kontakt z siedziskiem. Niemniej jednak ich temperatura jest również wysoka - około 300 stopni, dlatego nie jest dozwolone, aby część ulegała deformacji po podgrzaniu.

Chrom jest często dodawany do surowców do zaworów, co zwiększa jego stabilność termiczną. Podczas spalania benzyny, gazu lub oleju napędowego uwalniane są pewne substancje, które mogą agresywnie oddziaływać na części metalowe (na przykład tlenek ołowiu). Aby zapobiec niepożądanym reakcjom, materiał głowicy zaworu może zawierać związki niklu, manganu i azotu.

I w końcu. Dla nikogo nie jest tajemnicą, że w jakimkolwiek silniku z czasem przepalają się zawory. Oto krótki film o przyczynach takiego stanu rzeczy:

POWODY, DLA KTÓRYCH ZAWORY W SILNIKU SAMOCHODU SPALAJĄ 95% kierowców NIE WIESZ

Pytania i odpowiedzi:

Co robią zawory w silniku? Po otwarciu zawory dolotowe umożliwiają przepływ świeżego powietrza (lub mieszanki paliwowo-powietrznej) do cylindra. Otwarte zawory wydechowe prowadzą spaliny do kolektora wydechowego.

Jak zrozumieć, że zawory są przepalone? Kluczową cechą przepalonych zaworów jest trójka silnika, niezależnie od prędkości obrotowej. Jednocześnie moc silnika jest przyzwoicie zmniejszona, a zużycie paliwa wzrasta.

Jakie części otwierają i zamykają zawory? Trzpień zaworu jest połączony z krzywkami wałka rozrządu. W wielu nowoczesnych silnikach między tymi częściami montowane są również podnośniki hydrauliczne.