Ventil motoru. Účel, zařízení, konstrukce

Aby čtyřtaktní spalovací motor jakéhokoli automobilu fungoval, jeho zařízení obsahuje mnoho různých částí a mechanismů, které jsou navzájem synchronizovány. Mezi takové mechanismy patří načasování. Jeho funkcí je zajistit včasnou aktivaci časování ventilů. Co to je, je podrobně popsáno zde.

Stručně řečeno, mechanismus distribuce plynu otevírá sací / výfukový ventil ve správný čas, aby zajistil načasování procesu při provádění konkrétního zdvihu ve válci. V některých případech je nutné, aby byly oba otvory uzavřené, v druhém je jeden nebo dokonce oba otevřené.

Podívejme se blíže na jeden detail, který vám umožní stabilizovat tento proces. Toto je ventil. Co je na jeho designu zvláštní a jak funguje?

Co je to ventil motoru

Ventil je kovová součást instalovaná v hlavě válců. Je součástí mechanismu distribuce plynu a je poháněn vačkovým hřídelem.

V závislosti na úpravě vozu bude mít motor nižší nebo horní časování. První možnost se stále nachází v některých starších modifikacích pohonných jednotek. Většina výrobců již dávno přešla na druhý typ mechanismů distribuce plynu.

Důvodem je to, že takový motor je snazší vyladit a opravit. K nastavení ventilů stačí sejmout kryt ventilu a není nutné demontovat celou jednotku.

Účel a vlastnosti zařízení

Ventil je pružinový prvek. V klidném stavu těsně uzavírá otvor. Když se vačkový hřídel otáčí, vačka na něm umístěná tlačí ventil dolů a snižuje jej. Tím se otevře díra. Konstrukce vačkového hřídele je podrobně popsána v další recenze.

Každý detail hraje svou vlastní funkci, kterou je konstruktivně nemožné provést pro podobný prvek umístěný poblíž. Na válec jsou alespoň dva ventily. U dražších modelů jsou čtyři. Ve většině případů jsou tyto prvky v párech a otevírají různé skupiny otvorů: některé jsou vstupní a jiné výstupní.

Sací ventily jsou odpovědné za přívod čerstvé části směsi vzduchu a paliva do válce a u motorů s přímým vstřikováním (je popsán typ systému vstřikování paliva) zde) - objem čerstvého vzduchu. K tomuto procesu dochází v okamžiku, kdy píst provede sací zdvih (z horní úvrati po odstranění výfuku se pohybuje dolů).

Výfukové ventily mají stejný princip otevírání, pouze mají jinou funkci. Otevírají otvor pro odvod spalin do sběrného výfukového potrubí.

Konstrukce ventilu motoru

Dotyčné části jsou zahrnuty do ventilové skupiny mechanismu distribuce plynu. Spolu s dalšími částmi poskytují včasnou změnu v časování ventilů.

Zvažte konstrukční vlastnosti ventilů a souvisejících dílů, na kterých závisí jejich efektivní provoz.

Ventily

Ventily jsou ve formě tyče, na jedné straně s hlavou nebo talířovým prvkem a na druhé straně s patou nebo koncem. Plochá část je navržena tak, aby těsně utěsnila otvory v hlavě válců. Mezi činelem a prutem je proveden plynulý přechod, nikoli krok. To umožňuje, aby byl ventil zefektivněn, takže nevytváří odpor vůči pohybu tekutiny.

U stejného motoru budou sací a výfukové ventily mírně odlišné. První typy dílů budou mít tedy širší desku než druhé. Důvodem je vysoká teplota a vysoký tlak, když jsou produkty spalování odváděny výstupem plynu.

Aby byly díly levnější, jsou ventily rozděleny na dvě části. Liší se složením. Tyto dvě části jsou spojeny svařováním. Samostatným prvkem je také zkosení disku výstupního ventilu. Je uložen z jiného druhu kovu, který má tepelně odolné vlastnosti a odolnost proti mechanickému namáhání. Kromě těchto vlastností je konec výfukových ventilů méně náchylný k tvorbě rzi. Je pravda, že tato část v mnoha ventilech je vyrobena z materiálu identického s kovem, ze kterého je deska vyrobena.

Hlavy vstupních prvků jsou obvykle ploché. Tento design má požadovanou tuhost a snadné provedení. Uprated motory mohou být vybaveny konkávními diskovými ventily. Tato konstrukce je o něco lehčí než standardní protějšek, čímž se snižuje setrvačná síla.

Pokud jde o výstupní protějšky, tvar jejich hlavy bude buď plochý, nebo konvexní. Druhá možnost je efektivnější, protože díky lepší konstrukci poskytuje lepší odvod plynů ze spalovací komory. Konvexní deska je navíc odolnější než plochý protějšek. Na druhou stranu je takový prvek těžší, kvůli čemuž trpí jeho setrvačnost. Tyto typy dílů budou vyžadovat tužší pružiny.

Také konstrukce dříku tohoto typu ventilů se mírně liší od sacích částí. Aby byl zajištěn lepší odvod tepla z prvku, je lišta silnější. To zvyšuje odolnost dílu proti silnému zahřátí. Toto řešení má však nevýhodu - vytváří větší odolnost vůči odstraněným plynům. Navzdory tomu výrobci stále používají tento design, protože výfukové plyny jsou emitovány pod silným tlakem.

Dnes dochází k inovativnímu vývoji ventilů s nuceným chlazením. Tato modifikace má duté jádro. Kapalný sodík je čerpán do jeho dutiny. Tato látka se při silném zahřívání (umístěné v blízkosti hlavy) odpařuje. V důsledku tohoto procesu plyn absorbuje teplo z kovových stěn. Jak stoupá, plyn se ochladí a kondenzuje. Kapalina stéká dolů k základně, kde se proces opakuje.

Aby ventily zajistily těsnost rozhraní, je v sedle a na disku zvoleno zkosení. To je také děláno s úkosem eliminovat krok. Při instalaci ventilů na motor se otírají o hlavu.

Těsnost spojení mezi sedlem a hlavou je ovlivněna korozí příruby a výstupní části často trpí usazeninami uhlíku. Aby se prodloužila životnost ventilu, jsou některé motory vybaveny přídavným mechanismem, který mírně zavírá ventil, když je výstup zavřený. Tím se odstraní výsledné uhlíkové usazeniny.

Někdy se stane, že se dřík ventilu zlomí. To způsobí, že součást spadne do válce a poškodí motor. Pro poruchu stačí klikovému hřídeli provést několik setrvačných otáček. Aby se tomu zabránilo, mohou výrobci auto ventilů vybavit součást pojistným kroužkem.

Trochu o vlastnostech paty ventilu. Tato část je vystavena třecí síle, protože je ovlivněna vačkou vačkového hřídele. Aby se ventil mohl otevřít, musí jej vačka tlačit dolů takovou silou, aby stlačila pružinu. Tato jednotka musí mít dostatečné mazání, aby se rychle neopotřebovala, byla vytvrzena. Někteří konstruktéři motorů používají speciální čepice, aby se zabránilo opotřebení tyče, které jsou vyrobeny z materiálů, které jsou odolné vůči takovým nákladům.

Aby se zabránilo zablokování ventilu v objímce během zahřívání, je část dříku poblíž činelu o něco tenčí než část v blízkosti paty. K upevnění ventilové pružiny jsou na konci ventilů vytvořeny dvě drážky (v některých případech jedna), do kterých jsou zasunuty praskliny podpěry (pevná deska, kde pružina spočívá).

Pružiny ventilů

Pružina ovlivňuje účinnost ventilu. Je to nutné, aby hlava a sedlo poskytovaly těsné spojení a pracovní médium nepronikalo vytvořenou píštělí. Pokud je tato část velmi tuhá, vačka vačkového hřídele nebo patka dříku ventilu se rychle opotřebují. Na druhou stranu slabá pružina nebude schopna zajistit pevné uložení mezi těmito dvěma prvky.

Protože tento prvek pracuje za podmínek rychle se měnících zátěží, může se zlomit. Výrobci pohonných jednotek používají různé typy pružin, aby zabránili rychlým poruchám. V některých časováních jsou nainstalovány dvojité typy. Tato úprava snižuje zatížení jednotlivého prvku, čímž zvyšuje jeho životnost.

V tomto provedení budou mít pružiny jiný směr otáčení. Tím se zabrání tomu, aby se částice zlomené části dostaly mezi otáčky druhé. K výrobě těchto prvků se používá pružinová ocel. Poté, co je produkt vytvořen, je temperován.

Na okrajích je každá pružina broušena tak, aby celá ložisková část byla v kontaktu s hlavou ventilu a horní deskou připevněnou k hlavě válce. Aby se zabránilo oxidaci součásti, je pokryta vrstvou kadmia a pozinkována.

Kromě klasických rozvodových ventilů lze u sportovních vozidel použít pneumatický ventil. Ve skutečnosti se jedná o stejný prvek, pouze je uveden do pohybu pomocí speciálního pneumatického mechanismu. Díky tomu je dosaženo takové přesnosti provozu, že motor je schopen vyvinout neuvěřitelné otáčky - až 20 tisíc.

Takový vývoj se objevil již v 1980. letech. Přispívá k jasnějšímu otevírání / zavírání otvorů, které nemůže poskytnout žádná pružina. Tento ovladač je poháněn stlačeným plynem v zásobníku nad ventilem. Když vačka narazí na ventil, je nárazová síla přibližně 10 barů. Ventil se otevře a když vačkový hřídel oslabí náraz na patu, stlačený plyn rychle vrací součást na své místo. Aby se zabránilo poklesu tlaku v důsledku možných netěsností, je systém vybaven dalším kompresorem, jehož zásobník je pod tlakem asi 200 barů.

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

Tento systém se používá u motocyklů třídy MotoGP. Tento transport s jedním litrem objemu motoru je schopen vyvinout 20-21 tisíc otáček klikového hřídele. Jeden model s podobným mechanismem je jedním z modelů motocyklů Aprilia. Jeho výkon byl neuvěřitelných 240 koní. Je pravda, že na jednostopé vozidlo je to příliš.

Vedení ventilů

Úlohou této části při provozu ventilu je zajistit, aby se pohyboval v přímém směru. Pouzdro také pomáhá ochladit prut. Tato část vyžaduje neustálé mazání. Jinak bude tyč vystavena stálému tepelnému namáhání a pouzdro se rychle opotřebuje.

Materiál, který lze použít pro výrobu takových pouzder, musí být tepelně odolný, musí odolat stálému tření, dobře odvádět teplo ze sousední části a také odolat vysokým teplotám. Takovým požadavkům může vyhovovat perlitová šedá litina, hliníkový bronz, keramika s chromem nebo chromniklem. Všechny tyto materiály mají porézní strukturu, která pomáhá udržovat olej na jejich povrchu.

Pouzdro pro výfukový ventil bude mít o něco větší vůli mezi dříkem než vstupní ekvivalent. Důvodem je větší tepelná roztažnost ventilu pro odvádění odpadního plynu.

Sedla ventilů

Toto je kontaktní část otvoru hlavy válců poblíž každého válce a kotouče ventilu. Protože tato část hlavy čelí mechanickému a tepelnému namáhání, musí mít dobrou odolnost proti vysokému teplu a častým nárazům (když auto jede rychle, rychlost vačkového hřídele je tak vysoká, že ventily doslova spadnou do sedadla).

Jsou-li blok válců a jeho hlava vyrobeny ze slitiny hliníku, budou sedla ventilů nutně z oceli. Litina se již s takovým zatížením dobře vyrovnává, takže sedlo v této úpravě je vyrobeno v samotné hlavě.

K dispozici jsou také zásuvná sedla. Jsou vyrobeny z legované litiny nebo žáruvzdorné oceli. Aby se zkosení prvku tolik neopotřebovalo, provádí se vrstvením žáruvzdorného kovu.

Sedlo vložky je upevněno v otvoru hlavy různými způsoby. V některých případech je vtlačen dovnitř a v horní části prvku je vytvořena drážka, která je během instalace vyplněna kovem těla hlavy. To vytváří integritu sestavy z různých kovů.

Ocelové sedlo je připevněno zvětšením horní části těla hlavy. K dispozici jsou válcová a kuželová sedla. V prvním případě jsou namontovány na doraz a druhý má malou koncovou mezeru.

Počet ventilů v motoru

Standardní čtyřtaktní spalovací motor má jeden vačkový hřídel a dva ventily na válec. V tomto provedení je jedna část odpovědná za vstřikování směsi vzduchu nebo pouze vzduchu (pokud má palivový systém přímé vstřikování) a druhá je odpovědná za odvádění výfukových plynů do sběrného výfukového potrubí.

Efektivnější práce při úpravách motoru, při nichž jsou na každý válec čtyři ventily - dva pro každou fázi. Díky této konstrukci je zajištěno lepší plnění komory novou částí VTS nebo vzduchem, stejně jako zrychlené odstraňování výfukových plynů a ventilace dutiny válce. Automobily začaly být vybaveny takovými motory od 70. let minulého století, ačkoli vývoj těchto jednotek začal v první polovině 1910. let.

K dnešnímu dni ke zlepšení provozu pohonných jednotek existuje vývoj motoru, ve kterém je pět ventilů. Dva pro výstup a tři pro vstup. Příkladem takových jednotek jsou modely koncernu Volkswagen-Audi. Přestože je princip činnosti rozvodového řemene v takovém motoru identický s klasickými verzemi, konstrukce tohoto mechanismu je komplikovaná, a proto je inovativní vývoj drahý.

Podobný netradiční přístup zaujímá také automobilka Mercedes-Benz. Některé motory této automobilky jsou vybaveny třemi ventily na válec (2 sací, 1 výfukový). V každé komoře hrnce jsou navíc nainstalovány dvě zapalovací svíčky.

Výrobce určuje počet ventilů podle velikosti komory, do které vstupuje palivo a vzduch. Ke zlepšení jeho plnění je nutné zajistit lepší tok čerstvé porce BTC. Chcete-li to provést, můžete zvětšit průměr díry a tím i velikost desky. Tato modernizace má však svá vlastní omezení. Je však docela možné nainstalovat další sací ventil, takže automobilky vyvíjejí právě takové úpravy hlavy válců. Vzhledem k tomu, že rychlost sání je důležitější než výfuk (výfuk je odstraněn pod tlakem pístu), s lichým počtem ventilů bude vždy více sacích prvků.

Z čeho jsou ventily vyrobeny

Protože ventily pracují za podmínek maximální teploty a mechanického namáhání, jsou vyrobeny z kovu, který je těmto faktorům odolný. Nejvíce se zahřívá a také naráží na mechanické namáhání, místo kontaktu mezi sedlem a diskem ventilu. Při vysokých otáčkách motoru ventily rychle zapadají do sedadel a vytvářejí otřes na okrajích dílu. Také v procesu spalování směsi vzduchu a paliva jsou tenké hrany desky podrobeny ostrému zahřívání.

Kromě ventilového kotouče jsou namáhána také ventilová pouzdra. Negativními faktory, které vedou k opotřebení těchto prvků, jsou nedostatečné mazání a konstantní tření během rychlého pohybu ventilu.

Z těchto důvodů jsou na ventily kladeny následující požadavky:

1. Musí utěsnit vstup / výstup;
2. Při silném zahřátí by se okraje desky neměly deformovat při nárazech do sedla;
3. Musí být dobře usměrněné, aby nevznikl odpor vůči příchozím nebo odchozím médiím;
4. Část by neměla být těžká;
5. Kov musí být pevný a odolný;
6. Neměl by podstoupit silnou oxidaci (když auto zřídka řídí, okraje hlav by neměly rezivět).

Část, která otevřela díru v naftových motorech, se ohřívá až na 700 stupňů a v benzínových analogech - na 900 nad nulou. Situaci komplikuje skutečnost, že při tak silném zahřívání otevřený ventil neochladí. Výstupní ventil může být vyroben z jakékoli vysoce legované oceli, která vydrží vysoké teplo. Jak již bylo zmíněno, jeden ventil je vyroben ze dvou různých druhů kovu. Hlava je vyrobena z vysokoteplotních slitin a dřík je vyroben z uhlíkové oceli.

Pokud jde o vstupní prvky, jsou chlazeny kontaktem se sedlem. Jejich teplota je však také vysoká - asi 300 stupňů, takže není dovoleno, aby se součást při zahřívání zdeformovala.

Chrom je často obsažen v surovině pro ventily, což zvyšuje jeho tepelnou stabilitu. Při spalování benzínu, plynu nebo motorové nafty se uvolňují některé látky, které mohou agresivně působit na kovové části (například oxid olovnatý). Do materiálu hlavy ventilu mohou být zahrnuty sloučeniny niklu, manganu a dusíku, aby se zabránilo nežádoucí reakci.

A nakonec. Není tajemstvím, že ventily v jakémkoli motoru v průběhu času shoří. Zde je krátké video o důvodech:

DŮVODY, KTERÉ VENTILY vyhoří v MOTORU AUT 95% řidičů TO NEVĚDĚLI

Otázky a odpovědi:

Co dělají ventily v motoru? Když se sací ventily otevřou, umožní čerstvý vzduch (nebo směs vzduchu a paliva) proudit do válce. Výfukové ventily, které jsou otevřené, vedou výfukové plyny do výfukového potrubí.

Jak pochopit, že ventily jsou spálené? Klíčovou vlastností spálených ventilů je trojice motoru bez ohledu na otáčky. Výkon motoru se přitom decentně sníží a spotřeba paliva se zvýší.

Které části otevírají a zavírají ventily? Vřeteno ventilu je spojeno s vačkami vačkového hřídele. V mnoha moderních motorech jsou mezi těmito částmi instalovány také hydraulické zvedáky.