Ventil motora. Svrha, uređaj, dizajn

Kako bi četverotaktni motor s unutarnjim izgaranjem bilo kojeg automobila radio, njegov uređaj uključuje mnogo različitih dijelova i mehanizama koji su međusobno sinkronizirani. Među takvim mehanizmima je i vrijeme. Njegova je funkcija osigurati pravovremeno aktiviranje razvoda ventila. O čemu se radi detaljno je opisano здесь.

Ukratko, mehanizam za raspodjelu plina otvara ulazno / izlazni ventil u pravo vrijeme kako bi osigurao vrijeme procesa prilikom izvođenja određenog hoda u cilindru. U nekim je slučajevima potrebno da su obje rupe zatvorene, u drugom jedna ili čak obje otvorene.

Pogledajmo pobliže jedan detalj koji vam omogućuje stabiliziranje ovog procesa. Ovo je ventil. Što je posebno u njegovom dizajnu i kako djeluje?

Što je ventil motora

Ventil je metalni dio ugrađen u glavu cilindra. Dio je mehanizma za distribuciju plina i pokreće ga bregasto vratilo.

Ovisno o modifikaciji automobila, motor će imati niži ili gornji vremenski razmak. Prva se opcija još uvijek nalazi u nekim starijim preinakama pogonskih jedinica. Većina proizvođača odavno je prešla na drugu vrstu mehanizama za distribuciju plina.

Razlog tome je što je takav motor lakše podesiti i popraviti. Za podešavanje ventila dovoljno je ukloniti poklopac ventila i nije potrebno demontirati cijelu jedinicu.

Svrha i značajke uređaja

Ventil je element s oprugom. U mirnom stanju čvrsto zatvara rupu. Kad se bregasto vratilo okrene, bregasto mjesto koje se nalazi na njemu gura ventil prema dolje, spuštajući ga. Ovo otvara rupu. Dizajn bregastog vratila detaljno je opisan u još jedan osvrt.

Svaki dio igra svoju funkciju, što je strukturno nemoguće izvesti za sličan element koji se nalazi u blizini. Postoje najmanje dva ventila po cilindru. U skupljim modelima ima ih četiri. U većini slučajeva ti su elementi u parovima i otvaraju različite skupine rupa: neki su ulazni, a drugi izlazni.

Usisni ventili odgovorni su za unos svježeg dijela smjese zraka i goriva u cilindar, a kod motora s izravnim ubrizgavanjem (opisana je vrsta sustava ubrizgavanja goriva здесь) - volumen svježeg zraka. Taj se postupak događa u trenutku kada klip izvodi usisni hod (od gornje mrtve točke nakon uklanjanja ispuha kreće se prema dolje).

Ispušni ventili imaju isti princip otvaranja, samo što imaju drugačiju funkciju. Otvaraju rupu za uklanjanje produkata izgaranja u ispušni razvodnik.

Dizajn ventila motora

Dotični su dijelovi uključeni u skupinu ventila mehanizma za distribuciju plina. Zajedno s ostalim dijelovima, oni osiguravaju pravodobnu promjenu vremena ventiliranja.

Razmotrite značajke dizajna ventila i srodnih dijelova o kojima ovisi njihov učinkovit rad.

Ventili

Ventili su u obliku šipke, na čijoj se jednoj strani nalazi glava ili ispupčeni element, a s druge - peta ili kraj. Ravni dio dizajniran je za čvrsto brtvljenje otvora u glavi motora. Izvršen je glatki prijelaz između činele i šipke, a ne korak. To omogućuje usmjeravanje ventila tako da ne stvara otpor kretanju tekućine.

U istom motoru usisni i ispušni ventili bit će nešto drugačiji. Dakle, prve vrste dijelova imat će širu ploču od druge. Razlog tome su visoka temperatura i visoki tlak kada se proizvodi izgaranja uklanjaju kroz izlaz za plin.

Da bi dijelovi bili jeftiniji, ventili su iz dva dijela. Razlikuju se u sastavu. Ova dva dijela spajaju se zavarivanjem. Faza diska izlaznog ventila također je zaseban element. Taložen je iz druge vrste metala koji ima svojstva otporna na toplinu, kao i otpornost na mehanička naprezanja. Pored ovih svojstava, kraj ispušnih ventila manje je sklon stvaranju hrđe. Istina, ovaj dio mnogih ventila izrađen je od materijala identičnog metalu od kojeg je izrađena ploča.

Glave ulaznih elemenata su obično ravne. Ovaj dizajn ima potrebnu krutost i jednostavnost izvedbe. Upratirani motori mogu se opremiti konkavnim diskovnim ventilima. Ovaj je dizajn nešto lakši od standardnog pandana, smanjujući time silu tromosti.

Što se tiče izlaznih kopija, oblik njihove glave bit će ravan ili konveksan. Druga je opcija učinkovitija jer pruža bolje uklanjanje plinova iz komore za izgaranje zbog svojeg pojednostavljenog dizajna. Osim toga, konveksna ploča je trajnija od ravnog pandana. S druge strane, takav je element teži, zbog čega pati njegova inercija. Za ove će dijelove biti potrebne kruće opruge.

Također, dizajn stabla ove vrste ventila malo se razlikuje od usisnih dijelova. Kako bi se osiguralo bolje odvođenje topline iz elementa, šipka je deblja. To povećava otpornost na jako zagrijavanje dijela. Međutim, ovo rješenje ima nedostatak - stvara veću otpornost na uklonjene plinove. Unatoč tome, proizvođači i dalje koriste ovaj dizajn, jer se ispušni plinovi emitiraju pod jakim pritiskom.

Danas postoji inovativan razvoj prisilno hlađenih ventila. Ova preinaka ima šuplju jezgru. Tekući natrij pumpa se u njegovu šupljinu. Ova tvar isparava pri snažnom zagrijavanju (nalazi se u blizini glave). Kao rezultat ovog postupka, plin apsorbira toplinu iz metalnih stijenki. Kako se diže, plin se hladi i kondenzira. Tekućina teče do baze, gdje se postupak ponavlja.

Kako bi ventili osigurali nepropusnost sučelja, na sjedištu i na disku odabire se skosa. Također se radi s kosim korakom kako bi se uklonio korak. Prilikom ugradnje ventila na motor trljaju se o glavu.

Na nepropusnost veze sjedalo-glava utječe korozija prirubnice, a izlazni dijelovi često pate od naslaga ugljika. Kako bi produžili vijek trajanja ventila, neki su motori opremljeni dodatnim mehanizmom koji lagano okreće ventil kad je izlaz zatvoren. Ovo uklanja nastale naslage ugljika.

Ponekad se dogodi da se pukne drška ventila. To će dovesti do pada dijela u cilindar i oštećenja motora. U slučaju neuspjeha, dovoljno je da radilica izvrši nekoliko inercijskih okretaja. Kako bi spriječili ovu situaciju, proizvođači automatskih ventila mogu dio opremiti sigurnosnim prstenom.

Malo o značajkama pete ventila. Ovaj je dio podvrgnut sili trenja jer na njega utječe brijeg bregastog vratila. Da bi se ventil otvorio, bregala ga mora gurnuti prema dolje s dovoljno snage da stisne oprugu. Ovaj uređaj mora dobiti dovoljno podmazivanja, a kako se ne bi brzo istrošio, stvrdnut je. Neki dizajneri motora koriste posebne kapice kako bi spriječili trošenje šipke, a izrađene su od materijala otpornih na takva opterećenja.

Kako bi se spriječilo da ventil zaglavi u čahuri tijekom zagrijavanja, dio stabljike u blizini činele nešto je tanji od dijela u blizini pete. Da bi se pričvrstila opruga ventila, na kraju ventila izrađuju se dva utora (u nekim slučajevima i jedan) u koje se ubacuju krekeri nosača (fiksna ploča na kojoj leži opruga).

Opruge ventila

Opruga utječe na učinkovitost ventila. Potrebno je kako bi glava i sjedalo osigurali čvrstu vezu, a radni medij ne bi prodirao kroz formiranu fistulu. Ako je ovaj dio vrlo krut, brijeg bregastog vratila ili peta stabla ventila brzo će se istrošiti. S druge strane, slaba opruga neće moći osigurati čvrsto uklapanje između dva elementa.

Budući da ovaj element djeluje u uvjetima brzo mijenjajućih opterećenja, može se slomiti. Proizvođači pogonskih sklopova koriste različite vrste opruga kako bi spriječili brze kvarove. U nekim vremenskim razmacima instaliraju se dvostruke vrste. Ova preinaka smanjuje opterećenje pojedinog elementa, povećavajući time njegov radni vijek.

U ovom dizajnu opruge će imati drugačiji smjer zavoja. To sprječava da čestice slomljenog dijela dođu između zavoja drugog. Za izradu ovih elemenata koristi se opružni čelik. Nakon stvaranja proizvoda, on se kalje.

Na rubovima je svaka opruga brušena tako da je cijeli ležajni dio u kontaktu s glavom ventila i gornjom pločom pričvršćenom na glavu cilindra. Kako bi spriječio oksidaciju dijela, prekriven je slojem kadmija i pocinčan.

Osim klasičnih razvodnih ventila, u sportskim vozilima može se koristiti i pneumatski ventil. Zapravo je to isti element, samo što se on pokreće posebnim pneumatskim mehanizmom. Zahvaljujući tome postiže se takva točnost rada da je motor sposoban za razvoj nevjerojatnih okretaja - do 20 tisuća.

Takav razvoj događaja pojavio se davnih 1980-ih. Doprinosi jasnijem otvaranju / zatvaranju rupa, što nijedna opruga ne može pružiti. Ovaj se pogon napaja stlačenim plinom u spremniku iznad ventila. Kad grebena udari u ventil, sila udara je približno 10 bara. Ventil se otvara i kad bregasto vratilo oslabi udar na peti, komprimirani plin brzo vraća dio na svoje mjesto. Kako bi se spriječio pad tlaka zbog mogućih curenja, sustav je opremljen dodatnim kompresorom, čiji je spremnik pod tlakom od oko 200 bara.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT test Jerez, veljača 2012

Ovaj se sustav koristi u motociklima klase MotoGP. Ovaj transport s jednom litrom zapremine motora može razviti 20-21 tisuća okretaja radilice. Jedan model sa sličnim mehanizmom jedan je od modela motocikala Aprilia. Snaga mu je bila nevjerojatnih 240 KS. Istina, ovo je previše za vozilo na dva kotača.

Vodiči ventila

Uloga ovog dijela u radu ventila je osigurati njegovo kretanje pravocrtno. Rukav također pomaže u hlađenju štapa. Ovaj dio treba stalno podmazivati. U suprotnom, štap će biti izložen stalnom toplinskom naprezanju, a čaura će se brzo istrošiti.

Materijal koji se može koristiti za izradu takvih čahura mora biti otporan na toplinu, izdržati konstantno trenje, dobro uklanjati toplinu iz susjednog dijela i izdržati visoke temperature. Takve zahtjeve može ispuniti biserno sivi lijev, aluminijska bronca, keramika s kromom ili krom-niklom. Svi ovi materijali imaju poroznu strukturu, što pomaže zadržati ulje na površini.

Čaura ispušnog ventila imat će malo veći razmak između stabljike od ulaznog ekvivalenta. Razlog tome je veće toplinsko širenje ventila za uklanjanje otpadnih plinova.

Sjedala ventila

Ovo je kontaktni dio provrta glave cilindra u blizini svakog cilindra i diska ventila. Budući da je ovaj dio glave izložen mehaničkim i toplinskim naprezanjima, mora imati dobru otpornost na jaku vrućinu i česte udare (kada automobil putuje brzo, broj okretaja bregastog vratila je toliko visok da ventili doslovno padnu u sjedalo).

Ako su blok cilindra i glava izrađeni od legure aluminija, sjedala ventila nužno će biti izrađena od čelika. Lijevano željezo već se dobro nosi s takvim opterećenjima, pa je sedlo u ovoj modifikaciji izrađeno u samoj glavi.

Dostupna su i sedla. Izrađene su od legiranog lijevanog željeza ili čelika otpornog na toplinu. Kako se skosnica elementa ne bi toliko istrošila, izvodi se naslaganjem metala otpornog na toplinu.

Sjedalo za umetanje pričvršćeno je u provrt za glavu na različite načine. U nekim se slučajevima utisne, a u gornjem dijelu elementa napravi se žlijeb koji je tijekom ugradnje ispunjen metalom tijela glave. To stvara cjelovitost sklopa od različitih metala.

Čelično sjedalo pričvršćeno je spaljivanjem gornjeg dijela tijela glave. Postoje cilindrična i stožasta sedla. U prvom su slučaju montirani na graničnik, a drugi imaju mali krajnji razmak.

Broj ventila u motoru

Standardni četverotaktni motor sa sagorijevanjem ima jedno bregasto vratilo i dva ventila po cilindru. U ovom je dizajnu jedan dio odgovoran za ubrizgavanje smjese zraka ili samo zraka (ako sustav za gorivo ima izravno ubrizgavanje), a drugi za uklanjanje ispušnih plinova u ispušni razvodnik.

Učinkovitiji rad u preinaci motora, u kojoj su četiri ventila po cilindru - po dva za svaku fazu. Zahvaljujući ovom dizajnu osigurava se bolje punjenje komore novim dijelom VTS-a ili zraka, kao i ubrzano uklanjanje ispušnih plinova i ventilacija šupljine cilindra. Automobili su počeli biti opremljeni takvim motorima počevši od 70-ih godina prošlog stoljeća, iako je razvoj takvih jedinica započeo u prvoj polovici 1910-ih.

Danas, za poboljšanje rada pogonskih jedinica, postoji razvoj motora u kojem postoji pet ventila. Dva za izlaz, a tri za ulaz. Primjer takvih jedinica su modeli koncerna Volkswagen-Audi. Iako je princip rada razvodnog remena u takvom motoru identičan klasičnim verzijama, dizajn ovog mehanizma je kompliciran, zbog čega je inovativni razvoj skup.

Sličan nekonvencionalan pristup koristi i proizvođač automobila Mercedes-Benz. Neki motori ovog proizvođača automobila opremljeni su s tri ventila po cilindru (2 usisna, 1 ispušni). Osim toga, dvije svjećice ugrađene su u svaku komoru lonca.

Proizvođač određuje broj ventila prema veličini komore u koju ulazi gorivo i zrak. Da bi se poboljšalo njegovo punjenje, potrebno je osigurati bolji protok svježeg dijela BTC-a. Da biste to učinili, možete povećati promjer rupe, a s njom i veličinu ploče. Međutim, ova modernizacija ima svoja ograničenja. No, sasvim je moguće instalirati dodatni usisni ventil, pa proizvođači automobila razvijaju upravo takve preinake glave motora. Budući da je brzina usisa važnija od ispuha (ispuh se uklanja pod pritiskom klipa), s neparnim brojem ventila uvijek će biti više usisnih elemenata.

Od čega su napravljeni ventili

Budući da ventili rade pod maksimalnom temperaturom i mehaničkim naprezanjima, izrađeni su od metala otpornog na takve čimbenike. Najviše se zagrijava, a također nailazi na mehaničko naprezanje, mjesto kontakta između sjedala i diska ventila. Pri velikim brzinama motora ventili brzo tonu u sjedala, stvarajući šok na rubovima dijela. Također, u procesu izgaranja smjese zraka i goriva, tanki rubovi ploče podvrgavaju se oštrom zagrijavanju.

Pored diska ventila, naglašene su i čahure ventila. Negativni čimbenici koji dovode do trošenja ovih elemenata su nedovoljno podmazivanje i stalno trenje tijekom brzog pomicanja ventila.

Iz tih se razloga na ventile nameću sljedeći zahtjevi:

1. Moraju zabrtviti ulaz / izlaz;
2. Pri jakom zagrijavanju, rubovi ploče ne bi se trebali deformirati od udaraca o sedlo;
3. Mora biti dobro usmjeren tako da se ne stvara otpor ulaznom ili odlaznom mediju;
4. Dio ne bi trebao biti težak;
5. Metal mora biti žilav i izdržljiv;
6. Ne bi se trebao podvrgnuti jakoj oksidaciji (kada automobil rijetko vozi, rubovi glava ne bi trebali zahrđati).

Dio koji je otvorio rupu u dizelskim motorima zagrijava se do 700 stupnjeva, a kod benzinskih analoga - do 900 iznad nule. Situaciju komplicira činjenica da se kod tako jakog zagrijavanja otvoreni ventil ne hladi. Izlazni ventil može biti izrađen od bilo kojeg visokolegiranog čelika koji može podnijeti veliku toplinu. Kao što je već spomenuto, jedan ventil izrađen je od dvije različite vrste metala. Glava je izrađena od visokotemperaturnih legura, a stabljika od ugljičnog čelika.

Što se tiče ulaznih elemenata, oni se hlade dodirom sa sjedalom. Međutim, i njihova temperatura je visoka - oko 300 stupnjeva, pa nije dopušteno da se dio deformira zagrijavanjem.

Krom je često uključen u sirovinu za ventile, što povećava njegovu toplinsku stabilnost. Tijekom izgaranja benzina, plina ili dizel goriva oslobađaju se neke tvari koje mogu agresivno utjecati na metalne dijelove (na primjer, olovni oksid). Spojevi nikla, mangana i dušika mogu biti uključeni u materijal glave ventila kako bi se spriječile štetne reakcije.

I konačno. Za nikoga nije tajna da ventili u bilo kojem motoru s vremenom pregore. Evo kratkog videozapisa o razlozima za to:

RAZLOZI KOJI IZGORU VENTILI U MOTORU VOZILA 95% vozača TO NIJE ZNALO

Pitanja i odgovori:

Što rade ventili u motoru? Kako se otvaraju, usisni ventili omogućuju protok svježeg zraka (ili mješavine zraka i goriva) u cilindar. Otvoreni ispušni ventili vode ispušne plinove do ispušnog razvodnika.

Kako razumjeti da su ventili izgorjeli? Ključna značajka pregorjelih ventila je trostruko pomicanje motora bez obzira na broj okretaja. Istodobno, snaga motora je pristojno smanjena, a potrošnja goriva raste.

Koji dijelovi otvaraju i zatvaraju ventile? Stabljika ventila spojena je na bregaste osovine. U mnogim modernim motorima između ovih dijelova također su ugrađeni hidraulički podizači.