שסתום מנוע. מטרה, מכשיר, עיצוב

על מנת שמנוע בעירה פנימית של ארבע פעימות של כל מכונית יעבוד, המכשיר שלה כולל חלקים ומנגנונים רבים ושונים המסונכרנים זה עם זה. בין מנגנונים כאלה נמצא העיתוי. תפקידו להבטיח הפעלה בזמן של תזמון השסתום. מה זה מתואר בפירוט כאן.

בקיצור, מנגנון חלוקת הגז פותח את שסתום הכניסה / יציאה בזמן הנכון כדי להבטיח את עיתוי התהליך בעת ביצוע שבץ מסוים בגליל. במקרה מסוים, נדרש ששני החורים יהיו סגורים, ובשני אחד או אפילו שניהם פתוחים.

בואו נסתכל מקרוב על פרט אחד שמאפשר לכם לייצב את התהליך הזה. זהו שסתום. מה מיוחד בתכנון שלו ואיך זה עובד?

מהו שסתום מנוע

השסתום הוא חלק מתכתי המותקן בראש הצילינדר. זהו חלק ממנגנון חלוקת הגז ומונע על ידי גל זיזים.

בהתאם לשינוי המכונית, המנוע יהיה בעל תזמון תחתון או עליון. האפשרות הראשונה נמצאת עדיין בכמה שינויים ישנים יותר של יחידות הכוח. רוב היצרנים עברו זה מכבר לסוג השני של מנגנוני חלוקת הגז.

הסיבה לכך היא שמנוע כזה קל יותר לכוון ולתקן. כדי לכוונן את השסתומים, מספיק להסיר את מכסה השסתום ואין צורך לפרק את כל היחידה.

המטרה והתכונות של המכשיר

השסתום הוא אלמנט קפיצי. במצב רגוע, זה סוגר היטב את החור. כאשר גל הזיז מסתובב, הפיקה הנמצאת עליו דוחפת את השסתום כלפי מטה ומורידה אותו. זה פותח את החור. תכנון גל זיזים מתואר בפירוט ב ביקורת נוספת.

כל חלק ממלא תפקיד משלו, אשר מבחינה מבנית אי אפשר לבצע עבור אלמנט דומה הנמצא בקרבת מקום. ישנם לפחות שני שסתומים לכל גליל. בדגמים יקרים יותר, ישנם ארבעה כאלה. ברוב המקרים, אלמנטים אלה הם בזוגות, והם פותחים קבוצות חורים שונות: חלקם מפרצונים, ואחרים פורקים.

שסתומי הכניסה אחראים על הכנסת חלק טרי מתערובת דלק האוויר לצילינדר, ובמנועים עם הזרקה ישירה (סוג של מערכת דלק הזרקה, מתואר. כאן) - נפח האוויר הצח. תהליך זה מתרחש ברגע בו הבוכנה מבצעת את שבץ הכניסה (ממרכז המת העליון ביותר לאחר הסרת הפליטה, הוא נע כלפי מטה).

שסתומי הפליטה הם בעלי עיקרון פתיחה זהה, רק להם יש פונקציה שונה. הם פותחים חור להסרת מוצרי בעירה לסעפת הפליטה.

תכנון שסתום מנוע

החלקים הנדונים נכללים בקבוצת השסתומים של מנגנון חלוקת הגז. יחד עם חלקים אחרים, הם מספקים שינוי בזמן בתזמון השסתום.

שקול את מאפייני העיצוב של שסתומים וחלקים נלווים, עליהם תלויה פעולתם היעילה.

שסתומים

השסתומים הם בצורת מוט, שבצד אחד שלו יש ראש או אלמנט של פופ, ומצד שני - עקב או קצה. החלק השטוח נועד לאטום היטב את הפתחים בראש הצילינדר. מעבר חלק מתבצע בין המצלה למוט, לא צעד. זה מאפשר לייעל את השסתום כך שהוא לא יוצר עמידות לתנועת הנוזל.

באותו מנוע, שסתומי הכניסה והפליטה יהיו שונים במקצת. לכן, לסוגי החלקים הראשונים יש פלטה רחבה יותר מהשנייה. הסיבה לכך היא הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה כאשר מוציאים את מוצרי הבעירה דרך יציאת הגז.

כדי להוזיל את החלקים, השסתומים הם בשני חלקים. הם שונים בהרכב. לשני החלקים הללו מצטרף ריתוך. המפנה של דיסק שסתום היציאה הוא גם אלמנט נפרד. הוא מופקד מסוג מתכות אחר, בעל תכונות עמידות בחום, כמו גם עמידות בפני לחץ מכני. בנוסף למאפיינים אלה, קצה שסתומי הפליטה נוטה פחות להיווצרות חלודה. נכון, חלק זה בשסתומים רבים עשוי מחומר זהה למתכת שממנה עשויה הלוח.

ראשי אלמנטים הכניסה הם בדרך כלל שטוחים. לעיצוב זה יש את הנוקשות הנדרשת וקלות הביצוע. מנועי קומה יכולים להיות מותאמים עם שסתומי דיסק קעורים. עיצוב זה מעט קל יותר מהמקבילה הסטנדרטית, ובכך מפחית את כוח האינרציה.

באשר לעמיתים לשקע, צורת הראש שלהם תהיה שטוחה או קמורה. האפשרות השנייה יעילה יותר מכיוון שהיא מספקת פינוי טוב יותר של גזים מחדר הבעירה בשל תכנון יעיל שלה. בנוסף, הלוח הקמור עמיד יותר מהמקבילה השטוחה. מצד שני, אלמנט כזה כבד יותר, שבגללו האינרציה שלו סובלת. סוגים אלה של חלקים ידרשו קפיצים נוקשים יותר.

כמו כן, עיצוב הגזע של שסתומים מסוג זה שונה מעט מחלקי הכניסה. כדי לספק פיזור חום טוב יותר מהאלמנט, המוט עבה יותר. זה מגביר את ההתנגדות לחימום חזק של החלק. עם זאת, לפיתרון זה חסרון - הוא יוצר עמידות רבה יותר בפני הגזים שהוסרו. למרות זאת, היצרנים עדיין משתמשים בתכנון זה, מכיוון שגז הפליטה משתחרר בלחץ חזק.

כיום יש פיתוח חדשני של שסתומים מקוררים בכפייה. לשינוי זה יש גרעין חלול. נתרן נוזלי נשאב לחלל שלו. חומר זה מתאדה בחימום חזק (ממוקם ליד הראש). כתוצאה מתהליך זה, הגז סופג חום מקירות המתכת. כשהוא עולה, הגז מתקרר ומתעבה. הנוזל זורם למטה לבסיס, שם חוזר על התהליך.

על מנת שהשסתומים יבטיחו את אטימות הממשק, נבחר תווית במושב ובדיסק. זה נעשה גם עם שפוע כדי לחסל את הצעד. בעת התקנת השסתומים על המנוע, הם מתחככים בראש.

אטימות חיבור המושב לראש מושפעת מקורוזיה של אוגן, וחלקי היציאה סובלים לעיתים קרובות ממצבורי פחמן. כדי להאריך את חיי השסתום, ישנם מנועים המצוידים במנגנון נוסף שמסובב את השסתום מעט כאשר היציאה סגורה. זה מסיר את משקעי הפחמן שנוצרו.

לפעמים קורה ששוק המסתם נשבר. זה יגרום לחלק ליפול לתוך הגליל ולפגוע במנוע. לכישלון, מספיק לארכובה לבצע כמה מהפכות אינרציה. כדי למנוע מצב זה, יצרני שסתומים אוטומטיים יכולים לצייד את החלק בטבעת תומך.

קצת על התכונות של עקב השסתום. חלק זה נתון לכוח חיכוך מכיוון שהוא מושפע ממצלמת גל הזיזים. כדי שהשסתום ייפתח, על הפקה לדחוף אותו למטה בכוח מספיק כדי לדחוס את הקפיץ. על יחידה זו לקבל סיכה מספקת, וכדי שהיא לא תישחק במהירות, היא מתקשה. ישנם מעצבי מנועים המשתמשים בכובעים מיוחדים למניעת בלאי של המוט, העשויים מחומרים עמידים בפני עומסים כאלה.

כדי למנוע את שסתום להיתקע בשרוול במהלך החימום, החלק של הגזע ליד המצלת הוא מעט דק יותר מהחלק ליד העקב. כדי לתקן את קפיץ השסתום, נוצרים שתי חריצים בקצה השסתומים (במקרים מסוימים, אחד), אליהם מוכנסים פצפוצי התמיכה (צלחת קבועה בה נשען הקפיץ).

קפיצי שסתום

הקפיץ משפיע על יעילות השסתום. יש צורך בכך שהראש והמושב יספקו חיבור הדוק, ומדיום העבודה לא יחדור דרך הפיסטולה שנוצרה. אם חלק זה נוקשה מאוד, פאת גל הזיזים או העקב של גזע השסתום יתבלו במהירות. מצד שני, קפיץ חלש לא יוכל להבטיח התאמה הדוקה בין שני האלמנטים.

מכיוון שאלמנט זה עובד בתנאים של עומסים המשתנים במהירות, הוא עלול להישבר. יצרני הרכבת הכוח משתמשים בסוגים שונים של קפיצים כדי למנוע קלקולים מהירים. בתזמון מסוים מותקנים סוגים כפולים. שינוי זה מפחית את העומס על אלמנט בודד, ובכך מגדיל את חיי העבודה שלו.

בתכנון זה, לקפיצים יהיה כיוון שונה של הסיבובים. זה מונע מחלקיקים של החלק השבור לעבור בין סיבובי האחר. פלדת קפיץ משמשת ליצירת אלמנטים אלה. לאחר היווצרות המוצר הוא ממוזג.

בקצוות, כל קפיץ נטחן כך שכל החלק הנושא נמצא במגע עם ראש השסתום והצלחת העליונה המחוברת לראש הצילינדר. כדי למנוע מהחמצון של החלק, הוא מכוסה בשכבת קדמיום ומגלוון.

בנוסף לשסתומי העיתוי הקלאסיים, ניתן להשתמש בשסתום פנאומטי ברכבי ספורט. למעשה, זהו אותו אלמנט, רק שהוא מופעל על ידי מנגנון פנאומטי מיוחד. הודות לכך מושגת דיוק כזה של הפעולה שהמנוע מסוגל לפתח סיבובים מדהימים - עד 20 אלף.

התפתחות כזו הופיעה עוד בשנות השמונים. זה תורם לפתיחה / סגירה ברורים יותר של החורים, שאף קפיץ לא יכול לספק. מפעיל זה מופעל על ידי גז דחוס במאגר מעל השסתום. כאשר המצלמה פוגעת בשסתום, כוח ההשפעה הוא בערך 1980 בר. השסתום נפתח, וכאשר גל הזיז מחליש את ההשפעה על עקבו, הגז הדחוס מחזיר במהירות את החלק למקומו. למניעת ירידת לחץ עקב נזילות אפשריות, המערכת מצוידת במדחס נוסף שמאגרו נמצא בלחץ של כ- 10 בר.

ג'יימס אליסון, PBM אפריליה, מבחן CRT ג'רז פברואר 2012

מערכת זו משמשת באופנועים ממחזור MotoGP. הובלה זו בנפח מנוע אחד מסוגלת לפתח 20-21 אלף סיבובי גל ארכובה. דגם אחד עם מנגנון דומה הוא אחד מדגמי האופנועים אפריליה. כוחו היה 240 כ"ס מדהימים. נכון, זה יותר מדי עבור רכב דו גלגלי.

מדריכי שסתומים

תפקידו של חלק זה בתפעול השסתום הוא להבטיח שהוא נע בקו ישר. השרוול גם עוזר לקרר את המוט. חלק זה זקוק לשימון מתמיד. אחרת, המוט יהיה נתון למתח תרמי קבוע והשרוול יתבלה במהירות.

החומר שניתן להשתמש בו לייצור תותבים כאלה חייב להיות עמיד בחום, לעמוד בחיכוך מתמיד, להסיר היטב את החום מהחלק הסמוך ולעמוד בטמפרטורות גבוהות. ניתן לעמוד בדרישות כאלה על ידי ברזל יצוק אפור פרליט, ברונזה מאלומיניום, קרמיקה עם כרום או כרום-ניקל. לכל החומרים הללו מבנה נקבובי, המסייע לשמור על השמן על פניו.

התותב לשסתום הפליטה יהיה מרווח מעט יותר בין הגזע מאשר שווה הכניסה. הסיבה לכך היא התפשטות תרמית גדולה יותר של שסתום פינוי הפסולת.

מושבי שסתום

זהו חלק המגע של ראש הצילינדר שנשא ליד כל גליל ודיסק שסתום. מכיוון שחלק זה של הראש חשוף ללחצים מכניים ותרמיים, עליו להיות בעל עמידות טובה בפני חום גבוה ופגיעות תכופות (כאשר המכונית נוסעת במהירות, סל"ד גל הזיזים כה גבוה עד כי השסתומים ממש נופלים למושב).

אם גוש הצילינדר וראשו עשויים מסגסוגת אלומיניום, מושבי השסתום יהיו עשויים בהכרח מפלדה. ברזל יצוק כבר מתמודד היטב עם עומסים כאלה, ולכן האוכף בשינוי זה נעשה בראש עצמו.

אוכפי פלאגין זמינים גם כן. הם עשויים מברזל יצוק מסגסוגת או מפלדה עמידה בחום. כדי שהמייבור של האלמנט לא נשחק כל כך הרבה, הוא מבוצע על ידי שכבת מתכת עמידה בחום.

מושב ההכנסה קבוע בקידוח הראש בדרכים שונות. בחלק מהמקרים הוא נלחץ פנימה וחריץ נעשה בחלקו העליון של האלמנט שמתמלא במתכת גוף הראש במהלך ההתקנה. זה יוצר את שלמות ההרכבה ממתכות שונות.

מושב הפלדה מחובר על ידי התלקחות החלק העליון בגוף הראש. ישנם אוכפים גליליים וקוניים. במקרה הראשון, הם מותקנים עד התחנה, ובשני יש פער קטן בקצה.

מספר שסתומים במנוע

מנוע בעירה 4 פעימות סטנדרטי כולל גל זיזים אחד ושני שסתומים לכל צילינדר. בתכנון זה, חלק אחד אחראי על הזרקת תערובת של אוויר או רק אוויר (אם למערכת הדלק יש הזרקה ישירה), והשני אחראי על הוצאת גזי פליטה לסעפת הפליטה.

עבודה יעילה יותר בשינוי המנוע, שבה יש ארבעה שסתומים לכל גליל - שניים לכל שלב. הודות לתכנון זה, מובטחת מילוי טוב יותר של החדר עם חלק חדש של VTS או אוויר, כמו גם הסרה מואצת של גזי פליטה ואוורור חלל הגליל. מכוניות החלו להצטייד במנועים כאלה החל משנות ה -70 של המאה הקודמת, אם כי פיתוחן של יחידות כאלה החל במחצית הראשונה של שנות העשרים.

כיום, כדי לשפר את פעולת יחידות הכוח, יש פיתוח מנוע שבו ישנם חמישה שסתומים. שניים לשקע, ושלושה לכניסה. דוגמה ליחידות כאלה הן הדגמים של קונצרן פולקסווגן-אאודי. למרות שעיקרון הפעולה של חגורת התזמון במנוע כזה זהה לגרסאות הקלאסיות, העיצוב של מנגנון זה מסובך, מה שהופך את הפיתוח החדשני ליקר.

גישה לא שגרתית דומה נוקטת גם יצרנית הרכב מרצדס בנץ. חלק מהמנועים של יצרנית רכב זו מצוידים בשלושה שסתומים לכל צילינדר (2 כניסות, 1 פליטה). בנוסף, מותקנים שני מצתים בכל תא הסיר.

היצרן קובע את מספר השסתומים לפי גודל החדר אליו נכנסים דלק ואוויר. כדי לשפר את מילויו, יש צורך להבטיח זרימה טובה יותר של החלק הטרי של BTC. לשם כך ניתן להגדיל את קוטר החור, ואיתו את גודל הצלחת. עם זאת, למודרניזציה זו יש גבולות משלה. אבל בהחלט ניתן להתקין שסתום יניקה נוסף, ולכן יצרני הרכב מפתחים שינויים כאלה בדיוק בראש הצילינדר. מכיוון שמהירות הכניסה חשובה יותר מהפליטה (הפליטה מוסרת בלחץ הבוכנה), עם מספר אי זוגי של שסתומים, תמיד יהיו יותר אלמנטים של כניסה.

ממה עשויים שסתומים

מכיוון שהשסתומים פועלים בטמפרטורה מקסימאלית ומתח מכני, הם עשויים ממתכת העמידה בפני גורמים כאלה. יותר מכל מתחמם, וגם נתקל במתח מכני, במקום המגע בין המושב לדיסק השסתום. במהירויות מנוע גבוהות, השסתומים שוקעים במהירות במושבים, ויוצרים זעזוע בשולי החלק. כמו כן, בתהליך הבעירה של תערובת אוויר ודלק, הקצוות הדקים של הצלחת נתונים לחימום חד.

בנוסף לדיסק השסתום, גם שרוולי השסתום לחוצים. הגורמים השליליים המובילים לשחיקה של אלמנטים אלה הם שימון לא מספיק וחיכוך מתמיד במהלך תנועת שסתום מהירה.

מסיבות אלה מוטלות על השסתומים הדרישות הבאות:

1. עליהם לאטום את הכניסה / היציאה;
2. עם חימום חזק, קצוות הלוח לא צריכים להתעוות מפגיעות על האוכף;
3. יש לייעל היטב כך שלא תיווצר התנגדות למדיום הנכנס או היוצא;
4. החלק לא צריך להיות כבד;
5. המתכת חייבת להיות קשוחה ועמידה;
6. לא צריך לעבור חמצון חזק (כאשר המכונית ממעטת לנסוע, קצוות הראשים לא צריכים להחליד).

החלק שפתח את החור במנועי הדיזל מתחמם עד 700 מעלות, ובאנלוגים של בנזין - עד 900 מעל האפס. המצב מסובך מכך שעם חימום כה חזק השסתום הפתוח אינו מתקרר. שסתום היציאה יכול להיות עשוי מכל פלדה מסגסוגת גבוהה העמידה בחום גבוה. כאמור, שסתום אחד עשוי משני סוגים שונים של מתכת. הראש עשוי מסגסוגות בטמפרטורה גבוהה והגזע עשוי פלדת פחמן.

באשר לאלמנטים הכניסה, הם מקוררים במגע עם המושב. עם זאת, גם הטמפרטורה שלהם גבוהה - כ -300 מעלות, ולכן אסור שהחלק מעוות בעת חימום.

כרום כלול לעיתים קרובות בחומר הגלם למסתמים, מה שמגביר את יציבותו התרמית. במהלך הבעירה של בנזין, גז או סולר, משתחררים חומרים שעלולים להשפיע בצורה אגרסיבית על חלקי מתכת (למשל, תחמוצת עופרת). תרכובות ניקל, מנגן וחנקן עשויות להיכלל בחומר ראש השסתום כדי למנוע תגובה שלילית.

ולבסוף. זה לא סוד עבור אף אחד ששסתומים במנוע כלשהו נשרפים לאורך זמן. הנה סרטון קצר על הסיבות לכך:

סיבות שהשסתומים במנועי הרכב נשרפים 95% מהנהגים לא ידעו זאת

שאלות ותשובות:

מה עושים שסתומים במנוע? כשהם נפתחים, שסתומי היניקה מאפשרים לאוויר צח (או תערובת אוויר/דלק) לזרום לתוך הצילינדר. שסתומי פליטה פתוחים מובילים גזי פליטה אל סעפת הפליטה.

איך להבין שהשסתומים שרופים? תכונה מרכזית של שסתומים שרופים היא התנועה המשולשת של המנוע ללא קשר לסל"ד. במקביל, כוח המנוע מופחת בצורה הגונה, וצריכת הדלק עולה.

אילו חלקים פותחים וסוגרים את השסתומים? גזע השסתום מחובר למצלמות גל הזיזים. במנועים מודרניים רבים מותקנים בין חלקים אלו גם מרים הידראוליים.