Motorventil. Syfte, enhet, design

För att fyrtaktsförbränningsmotorn i vilken bil som helst ska fungera, innehåller dess enhet många olika delar och mekanismer som är synkroniserade med varandra. Bland sådana mekanismer är tidpunkten. Dess funktion är att säkerställa snabb aktivering av ventiltimingen. Vad det är beskrivs i detalj här.

Kort sagt öppnar gasfördelningsmekanismen inlopps- / utloppsventilen vid rätt tidpunkt för att säkerställa tidpunkten för processen under utförandet av ett visst slag i cylindern. I vissa fall krävs det att båda hålen är stängda, i det andra är det ena eller till och med båda öppna.

Låt oss titta närmare på en detalj som låter dig stabilisera denna process. Det här är en ventil. Vad är speciellt med dess design och hur fungerar det?

Vad är en motorventil

Ventilen är en metalldel installerad i topplocket. Det är en del av gasfördelningsmekanismen och drivs av en kamaxel.

Beroende på modifiering av bilen har motorn en lägre eller övre timing. Det första alternativet finns fortfarande i vissa äldre modifieringar av kraftenheter. De flesta tillverkare har sedan länge bytt till den andra typen av gasdistributionsmekanismer.

Anledningen till detta är att en sådan motor är lättare att ställa in och reparera. För att justera ventilerna räcker det att ta bort ventilkåpan och det är inte nödvändigt att demontera hela enheten.

Enhetens syfte och funktioner

Ventilen är ett fjäderbelastat element. I vila stänger den hålet tätt. När kamaxeln vrider, skjuter kammen på den ventilen ner och sänker den. Detta öppnar hålet. Kamaxelarrangemanget beskrivs i detalj i ytterligare en recension.

Varje del spelar sin egen funktion, vilket är strukturellt omöjligt att utföra för ett liknande element i närheten. Det finns minst två ventiler per cylinder. I dyrare modeller finns det fyra av dem. I de flesta fall är dessa element i par och de öppnar olika grupper av hål: vissa är inlopp och andra är utlopp.

Inloppsventiler ansvarar för intaget av en ny del av luftbränsleblandningen i cylindern och i motorer med direktinsprutning (en typ av bränsleinsprutningssystem, beskrivs det här) - volymen av frisk luft. Denna process inträffar i det ögonblick då kolven utför inloppsslaget (från det övre dödläget efter att avgaserna tagits bort, rör sig det nedåt).

Avgasventilerna har samma öppningsprincip, bara de har en annan funktion. De öppnar ett hål för avlägsnande av förbränningsprodukter i avgasgrenröret.

Motorventildesign

Delarna i fråga ingår i ventilgruppen för gasfördelningsmekanismen. Tillsammans med andra delar ger de en snabb förändring av ventiltimingen.

Tänk på designfunktionerna för ventiler och relaterade delar, som deras effektiva funktion beror på.

ventiler

Ventilerna är i form av en stång, på vilken ena sidan finns ett huvud- eller poppelement och på den andra - en häl eller ände. Den plana delen är utformad för att täta öppningarna i topplocket tätt. En smidig övergång görs mellan cymbalen och staven, inte ett steg. Detta gör att ventilen kan strömlinjeformas så att den inte skapar motstånd mot vätskerörelsen.

I samma motor kommer insugnings- och avgasventilerna att vara något annorlunda. Så de första typerna av delar kommer att ha en bredare platta än den andra. Anledningen till detta är den höga temperaturen och det höga trycket när förbränningsprodukterna avlägsnas genom gasutloppet.

För att göra delarna billigare finns ventilerna i två delar. De skiljer sig åt i sammansättning. Dessa två delar förenas genom svetsning. Avfasningen på utloppsventilskivan är också ett separat element. Det avsätts från en annan typ av metall, som har värmebeständiga egenskaper samt motstånd mot mekanisk påkänning. Utöver dessa egenskaper är avgasventilernas ändyta mindre känslig för rostbildning. Det är sant att denna del i många ventiler är gjord av ett material som är identiskt med metallen från vilken plattan är tillverkad.

Inloppselementens huvuden är vanligtvis plana. Denna design har den nödvändiga styvheten och enkel utförande. Uppgraderade motorer kan utrustas med konkava skivventiler. Denna design är något lättare än standardmotparten, vilket minskar tröghetskraften.

När det gäller avgaserna kommer deras huvud att vara antingen platt eller konvex. Det andra alternativet är effektivare eftersom det ger bättre avlägsnande av gaser från förbränningskammaren på grund av dess strömlinjeformade design. Dessutom är den konvexa plattan mer hållbar jämfört med den platta motsvarigheten. Å andra sidan är ett sådant element tyngre, varför dess tröghet lider. Dessa typer av delar kräver styvare fjädrar.

Dessutom är spindeldesignen för denna typ av ventiler något annorlunda än insugningsdelarna. För att ge bättre värmeavledning från elementet är stången tjockare. Detta ökar motståndet mot stark uppvärmning av delen. Denna lösning har dock en nackdel - den skapar ett större motstånd mot avlägsnade gaser. Trots detta använder tillverkarna fortfarande denna design, eftersom avgaserna släpps ut under starkt tryck.

Idag sker en innovativ utveckling av tvångskylda ventiler. Denna modifiering har en ihålig kärna. Flytande natrium pumpas in i håligheten. Detta ämne avdunstar vid stark uppvärmning (ligger nära huvudet). Som ett resultat av denna process absorberar gasen värme från metallväggarna. När den stiger upp svalnar gasen och kondenserar. Vätskan rinner ner till basen, där processen upprepas.

För att ventilerna ska se till att gränssnittet är tätt väljs en avfasning i sätet och på skivan. Det görs också med en fas för att eliminera steget. När ventilerna installeras på motorn gnuggas de mot huvudet.

Tätheten i sätet mot huvudanslutningen påverkas av flänskorrosion och utloppsdelarna lider ofta av kolavlagringar. För att förlänga ventilens livslängd är vissa motorer utrustade med en extra mekanism som vrider ventilen något när utloppet är stängt. Detta tar bort de resulterande kolavlagringarna.

Ibland händer det att ventilskaftet går sönder. Detta kommer att få delen att falla ner i cylindern och skada motorn. För misslyckande räcker det för vevaxeln att göra ett par tröghetsvarv. För att förhindra denna situation kan tillverkare av autoventiler utrusta delen med en låsring.

Lite om ventilhälsfunktionerna. Denna del utsätts för friktionskraft eftersom den påverkas av kamaxelkammen. För att ventilen ska kunna öppnas måste kammen trycka ner den med tillräckligt kraft för att komprimera fjädern. Denna enhet måste ha tillräckligt med smörjning och så att den inte slits ut snabbt är den härdad. Vissa motorkonstruktörer använder speciella lock för att förhindra slitage på stången, som är gjorda av material som är motståndskraftiga mot sådana belastningar.

För att förhindra att ventilen fastnar i hylsan under uppvärmningen är delen av stammen nära cymbalen något tunnare än delen nära hälen. För att fixera ventilfjädern görs två spår i slutet av ventilerna (i vissa fall en), i vilka stödets krackor sätts in (en fast platta där fjädern vilar).

Ventilfjädrar

Fjädern påverkar ventilens effektivitet. Det behövs så att huvudet och sätet ger en tät anslutning och arbetsmediet inte tränger igenom den formade fisteln. Om denna del är mycket styv slits kamaxelns kam eller häl på ventilspindeln snabbt. Å andra sidan kommer en svag fjäder inte att kunna säkerställa en tät passning mellan de två elementen.

Eftersom detta element fungerar under förhållanden med snabbt föränderliga laster kan det gå sönder. Drivlinjetillverkare använder olika typer av fjädrar för att förhindra snabba nedbrytningar. I vissa tider installeras dubbla typer. Denna modifiering minskar belastningen på ett enskilt element och ökar därmed dess livslängd.

I denna design kommer fjädrarna att ha en annan riktning på svängarna. Detta förhindrar att partiklar från den trasiga delen kommer in mellan varandras varv. Fjäderstål används för att tillverka dessa element. Efter att produkten har bildats tempereras den.

Vid kanterna slipas varje fjäder så att hela lagerdelen är i kontakt med ventilhuvudet och den övre plattan fäst vid topplocket. För att förhindra att delen oxideras är den belagd med ett kadmiumskikt och galvaniserat.

Förutom de klassiska ventilerna kan en pneumatisk ventil användas i sportfordon. I själva verket är detta samma element, bara det sätts i rörelse av en speciell pneumatisk mekanism. Tack vare detta uppnås en sådan noggrannhet i drift att motorn kan utveckla otroliga varv - upp till 20 tusen.

En sådan utveckling uppstod redan på 1980-talet. Det bidrar till tydligare öppning / stängning av hålen, vilket ingen fjäder kan ge. Detta ställdon drivs av komprimerad gas i en behållare ovanför ventilen. När kammen träffar ventilen är slagkraften ungefär 10 bar. Ventilen öppnas, och när kamaxeln försvagar stöten på hälen, återvänder den komprimerade gasen snabbt delen till sin plats. För att förhindra tryckfall på grund av eventuella läckor är systemet utrustat med en ytterligare kompressor vars behållare har ett tryck på cirka 200 bar.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT Test Jerez februari 2012

Detta system används i motorcyklar i MotoGP-klassen. Denna transport med en liter motorvolym kan utveckla 20-21 tusen vevaxelvarv. En modell med liknande mekanism är en av Aprilia-motorcykelmodellerna. Kraften var otroligt 240 hk. Det är sant att det är för mycket för ett tvåhjuligt fordon.

Ventilstyrningar

Rollen för denna del i ventildriften är att säkerställa att den rör sig i en rak linje. Hylsan hjälper också till att kyla stången. Denna del behöver konstant smörjas. I annat fall utsätts stången för konstant värmespänning och hylsan slits snabbt ut.

Materialet som kan användas för att göra sådana bussningar måste vara värmebeständigt, tåla konstant friktion, ta väl bort värme från den intilliggande delen och tåla höga temperaturer. Sådana krav kan uppfyllas av pärlgrått gjutjärn, aluminiumbrons, keramik med krom eller krom-nickel. Alla dessa material har en porös struktur som hjälper till att hålla kvar olja på ytan.

Bussningen för avgasventilen har något mer spelrum mellan spindeln än inloppsekvivalenten. Detta beror på den större termiska expansionen av avgasventilen.

Ventilsäten

Detta är kontaktdelen av cylinderhuvudhålet nära varje cylinder och ventilskiva. Eftersom denna del av huvudet möter mekaniska och termiska spänningar måste det ha god motståndskraft mot hög värme och frekventa stötar (när bilen kör snabbt är kamaxelns varvtal så hög att ventilerna bokstavligen faller in i sätet).

Om cylinderblocket och dess huvud är tillverkade av aluminiumlegering kommer ventilsätena nödvändigtvis att vara av stål. Gjutjärn klarar redan bra med sådana belastningar, så sadeln i denna modifiering är gjord i själva huvudet.

Plug-in sadlar finns också. De är gjorda av legerat gjutjärn eller värmebeständigt stål. Så att avfasningen av elementet inte slits ut så mycket, utförs den genom skiktning av värmebeständig metall.

Insatsens säte är fäst i huvudhålet på olika sätt. I vissa fall pressas den in och ett spår görs i elementets övre del som fylls med metallhuvudets metall under installationen. Detta skapar monteringens integritet från olika metaller.

Stolsätet fästs genom att fälla ut toppen i huvudkroppen. Det finns cylindriska och koniska sadlar. I det första fallet är de monterade vid anslaget och det andra har ett litet ändgap.

Antal ventiler i motorn

En standard fyrtakts förbränningsmotor har en kamaxel och två ventiler per cylinder. I denna design är en del ansvarig för insprutningen av en blandning av luft eller bara luft (om bränslesystemet har direktinsprutning), och den andra ansvarar för avlägsnandet av avgaser i avgasröret.

Effektivare drift vid motormodifiering, där det finns fyra ventiler per cylinder - två för varje fas. Tack vare denna konstruktion tillhandahålls en bättre fyllning av kammaren med en ny del av VTS eller luft, samt påskyndat avlägsnande av avgaser och ventilation av cylinderhålan. Bilar började utrustas med sådana motorer som började på 70-talet under förra seklet, även om utvecklingen av sådana enheter började under första hälften av 1910-talet.

Idag, för att förbättra driften av kraftenheter, finns det en motorutveckling där det finns fem ventiler. Två för utloppet och tre för inloppet. Ett exempel på sådana enheter är modellerna från Volkswagen-Audi-koncernen. Trots att principen för kuggremmen i en sådan motor är identisk med de klassiska versionerna, är konstruktionen av denna mekanism komplicerad, varför innovativ utveckling är dyr.

Ett liknande okonventionellt tillvägagångssätt används också av biltillverkaren Mercedes-Benz. Vissa motorer från denna biltillverkare är utrustade med tre ventiler per cylinder (2 insug, 1 avgaser). Dessutom är två tändstift installerade i varje kammare i krukan.

Tillverkaren bestämmer antalet ventiler efter storleken på kammaren i vilken bränsle och luft kommer in. För att förbättra fyllningen är det nödvändigt att säkerställa ett bättre inflöde av den nya delen av BTC. För att göra detta kan du öka hålets diameter och därmed plattans storlek. Denna modernisering har dock sina egna gränser. Men det är fullt möjligt att installera en ytterligare insugningsventil, så biltillverkarna utvecklar just sådana ändringar av topplocket. Eftersom insugningshastigheten är viktigare än avgaserna (avgaserna avlägsnas under kolvens tryck), med ett udda antal ventiler, kommer det alltid att finnas fler inloppselement.

Vilka ventiler är gjorda av

Eftersom ventilerna arbetar under maximala temperaturer och mekanisk belastning är de gjorda av metall som är motståndskraftig mot sådana faktorer. Mest av allt värms upp och stöter också på mekanisk stress, kontaktplatsen mellan sätet och ventilskivan. Vid höga motorhastigheter sjunker ventilerna snabbt i sätena, vilket skapar en chock i kanterna på delen. Vid förbränning av en blandning av luft och bränsle utsätts även de tunna kanterna på plattan för skarp uppvärmning.

Förutom ventilskivan är också ventilhylsorna stressade. De negativa faktorerna som leder till slitage på dessa element är otillräcklig smörjning och konstant friktion under snabb ventilrörelse.

Av dessa skäl ställs följande krav på ventiler:

1. De måste täta inlopp / utlopp;
2. Med stark uppvärmning bör plattans kanter inte deformeras från stötar på sadeln.
3. Måste vara väl strömlinjeformad så att inget motstånd skapas mot det inkommande eller utgående mediet;
4. Delen ska inte vara tung;
5. Metallen måste vara seg och hållbar;
6. Bör inte genomgå kraftig oxidation (när bilen sällan kör, bör huvudet inte rosta).

Den del som öppnade hålet i dieselmotorer värms upp till 700 grader och i bensinanaloger - till 900 över noll. Situationen är komplicerad av det faktum att den öppna ventilen inte svalnar med så stark uppvärmning. Utloppsventilen kan vara tillverkad av vilket höglegerat stål som helst som tål hög värme. Som redan nämnts är en ventil tillverkad av två olika typer av metall. Huvudet är tillverkat av högtemperaturlegeringar och skaftet är tillverkat av kolstål.

När det gäller insugningselementen kyls de genom kontakt med sätet. Ändå är deras temperatur också hög - cirka 300 grader, så det är inte tillåtet att delen deformeras vid uppvärmning.

Krom ingår ofta i råvaran för ventiler, vilket ökar dess termiska stabilitet. Under förbränningen av bensin, gas eller dieselbränsle frigörs vissa ämnen som aggressivt kan påverka metalldelar (till exempel blyoxid). Nickel-, mangan- och kväveföreningar kan inkluderas i ventilhuvudmaterialet för att förhindra negativ reaktion.

Och slutligen. Det är ingen hemlighet för någon att ventilerna brinner ut i någon motor över tid. Här är en kort video om orsakerna till detta:

ORSAKER SOM VENTILER bränner ut i en BILMOTOR 95% av förarna VISSTE DET INTE

Frågor och svar:

Vad gör ventiler i en motor? När de öppnas låter insugningsventilerna frisk luft (eller luft/bränsleblandning) strömma in i cylindern. Avgasventiler som är öppna leder avgaserna till avgasgrenröret.

Hur förstår man att ventilerna är utbrända? En nyckelfunktion hos utbrända ventiler är motortripletten, oavsett varvtal. Samtidigt reduceras motoreffekten anständigt och bränsleförbrukningen ökar.

Vilka delar öppnar och stänger ventilerna? Ventilskaftet är anslutet till kamaxelns kammar. I många moderna motorer installeras även hydrauliska lyftare mellan dessa delar.