Válvula do motor. Objetivo, dispositivo, design

Para que o motor de combustão interna de quatro tempos de qualquer carro funcione, seu dispositivo inclui muitas peças e mecanismos diferentes que são sincronizados uns com os outros. Entre esses mecanismos está o tempo. Sua função é garantir a ativação oportuna da sincronização da válvula. O que é é descrito em detalhes aqui.

Em suma, o mecanismo de distribuição de gás abre a válvula de entrada / saída no momento certo para garantir o tempo do processo ao realizar um determinado curso no cilindro. Em alguns casos, é necessário que ambos os furos estejam fechados, no outro, um ou mesmo ambos estejam abertos.

Vamos examinar mais de perto um detalhe que permite estabilizar esse processo. Esta é uma válvula. O que há de especial em seu design e como funciona?

O que é uma válvula de motor

A válvula é uma peça metálica instalada na cabeça do cilindro. Faz parte do mecanismo de distribuição de gás e é acionado por uma árvore de cames.

Dependendo da modificação do carro, o motor terá uma sincronização inferior ou superior. A primeira opção ainda é encontrada em algumas modificações mais antigas de unidades de potência. A maioria dos fabricantes há muito mudou para o segundo tipo de mecanismo de distribuição de gás.

A razão para isso é que esse motor é mais fácil de ajustar e reparar. Para regular as válvulas, basta retirar a tampa das válvulas e não é necessário desmontar toda a unidade.

Objetivo e recursos do dispositivo

A válvula é um elemento com mola. Em um estado calmo, ele fecha bem o buraco. Quando o eixo de comando gira, o came localizado nele empurra a válvula para baixo, baixando-a. Isso abre o buraco. O projeto do eixo de comando é descrito em detalhes em outra revisão.

Cada parte desempenha sua própria função, que é estruturalmente impossível de executar para um elemento semelhante localizado nas proximidades. Existem pelo menos duas válvulas por cilindro. Em modelos mais caros, existem quatro deles. Na maioria dos casos, esses elementos estão em pares e abrem diferentes grupos de orifícios: alguns são de entrada e outros são de saída.

As válvulas de admissão são responsáveis ​​pela entrada de uma nova porção da mistura ar-combustível no cilindro, e em motores com injeção direta (um tipo de sistema de injeção de combustível, é descrito aqui) - o volume de ar fresco. Este processo ocorre no momento em que o pistão realiza o curso de admissão (do ponto morto superior após a remoção do escapamento, ele se move para baixo).

As válvulas de escape têm o mesmo princípio de abertura, mas têm uma função diferente. Eles abrem um orifício para a remoção dos produtos da combustão no coletor de exaustão.

Projeto da válvula do motor

As peças em questão estão incluídas no grupo de válvulas do mecanismo de distribuição de gás. Junto com outras peças, eles fornecem uma mudança oportuna na sincronização da válvula.

Considere as características de projeto das válvulas e peças relacionadas, das quais depende sua operação efetiva.

Válvulas

As válvulas têm a forma de uma haste, de um lado da qual existe uma cabeça ou elemento de gatilho, e do outro - um calcanhar ou extremidade. A parte plana é projetada para selar hermeticamente as aberturas na cabeça do cilindro. Uma transição suave é feita entre o prato e a haste, não uma etapa. Isso permite que a válvula seja simplificada de modo que não crie resistência ao movimento do fluido.

No mesmo motor, as válvulas de admissão e escape serão ligeiramente diferentes. Assim, os primeiros tipos de peças terão uma placa mais larga que o segundo. A razão para isso é a alta temperatura e alta pressão quando os produtos da combustão são removidos pela saída de gás.

Para baratear as peças, as válvulas são em duas partes. Eles diferem na composição. Essas duas partes são unidas por soldagem. O chanfro do disco da válvula de saída também é um elemento separado. É depositado a partir de um tipo diferente de metal, que possui propriedades de resistência ao calor, bem como resistência ao estresse mecânico. Além dessas propriedades, a extremidade das válvulas de escape é menos propensa à formação de ferrugem. É verdade que essa peça em muitas válvulas é feita de um material idêntico ao metal com o qual a placa é feita.

As cabeças dos elementos de entrada são geralmente planas. Este projeto possui a rigidez e facilidade de execução exigidas. Os motores aprimorados podem ser equipados com válvulas de disco côncavas. Este projeto é ligeiramente mais leve do que a contraparte padrão, reduzindo assim a força de inércia.

Quanto às contrapartes de saída, a forma de sua cabeça será plana ou convexa. A segunda opção é mais eficiente, pois proporciona melhor remoção de gases da câmara de combustão devido ao seu design aerodinâmico. Além disso, a placa convexa é mais durável do que a parte plana. Por outro lado, tal elemento é mais pesado, devido ao qual sofre sua inércia. Esses tipos de peças requerem molas mais rígidas.

Além disso, o desenho da haste deste tipo de válvula é ligeiramente diferente das peças de admissão. Para fornecer melhor dissipação de calor do elemento, a barra é mais espessa. Isso aumenta a resistência ao forte aquecimento da peça. Porém, esta solução tem uma desvantagem - ela cria uma maior resistência aos gases removidos. Apesar disso, os fabricantes ainda usam esse design, pois o gás de exaustão é emitido sob forte pressão.

Hoje existe um desenvolvimento inovador de válvulas de resfriamento forçado. Esta modificação possui um núcleo oco. O sódio líquido é bombeado para sua cavidade. Esta substância evapora quando aquecida fortemente (localizada perto da cabeça). Como resultado desse processo, o gás absorve calor das paredes de metal. À medida que sobe, o gás esfria e condensa. O líquido desce até a base, onde o processo é repetido.

Para que as válvulas garantam a estanqueidade da interface, um chanfro é selecionado na sede e no disco. Também é feito com bisel para eliminar o degrau. Ao instalar as válvulas no motor, elas são friccionadas contra a cabeça.

O aperto da conexão sede-cabeça é afetado pela corrosão do flange e as peças de saída frequentemente sofrem de depósitos de carbono. Para prolongar a vida útil da válvula, alguns motores são equipados com um mecanismo adicional que gira ligeiramente a válvula quando a saída é fechada. Isso remove os depósitos de carbono resultantes.

Às vezes acontece que a haste da válvula quebra. Isso fará com que a peça caia no cilindro e danifique o motor. Para a falha, basta que o virabrequim execute algumas revoluções inerciais. Para evitar essa situação, os fabricantes de válvulas automotivas podem equipar a peça com um anel de retenção.

Um pouco sobre as características do calcanhar da válvula. Esta parte é submetida à força de atrito, pois é afetada pelo came do eixo de comando. Para a válvula abrir, o came deve empurrá-la para baixo com força suficiente para comprimir a mola. Esta unidade deve receber lubrificação suficiente e, para não se desgastar rapidamente, é endurecida. Alguns projetistas de motores usam capas especiais para evitar o desgaste da haste, que são feitas de materiais resistentes a essas cargas.

Para evitar que a válvula fique presa na luva durante o aquecimento, a parte da haste perto do prato é ligeiramente mais fina do que a parte perto do calcanhar. Para fixar a mola da válvula, são feitas duas ranhuras na extremidade das válvulas (em alguns casos, uma), nas quais são inseridos os estalidos do suporte (uma placa fixa onde repousa a mola).

Válvula molas

A mola afeta a eficiência da válvula. É necessário para que a cabeça e o assento forneçam uma conexão firme e o meio de trabalho não penetre através da fístula formada. Se esta parte for muito rígida, o came da árvore de cames ou a base da haste da válvula se desgastarão rapidamente. Por outro lado, uma mola fraca não será capaz de garantir um encaixe perfeito entre os dois elementos.

Como esse elemento funciona sob condições de cargas que mudam rapidamente, ele pode quebrar. Os fabricantes de powertrain usam diferentes tipos de molas para evitar quebras rápidas. Em algum momento, tipos duplos são instalados. Esta modificação reduz a carga em um elemento individual, aumentando assim sua vida útil.

Neste projeto, as molas terão uma direção diferente das curvas. Isso evita que partículas da peça quebrada fiquem entre as voltas da outra. O aço da mola é usado para fazer esses elementos. Depois que o produto é formado, ele é temperado.

Nas bordas, cada mola é retificada de forma que toda a parte do rolamento fique em contato com a cabeça da válvula e a placa superior fixada na cabeça do cilindro. Para evitar que a peça oxide, é recoberta com uma camada de cádmio e galvanizada.

Além das válvulas sincronizadoras clássicas, uma válvula pneumática pode ser usada em veículos esportivos. Na verdade, este é o mesmo elemento, só que é acionado por um mecanismo pneumático especial. Graças a isso, é alcançada tal precisão de operação que o motor é capaz de desenvolver rotações incríveis - até 20 mil.

Tal desenvolvimento apareceu na década de 1980. Contribui para uma abertura / fechamento mais claro dos furos, o que nenhuma mola pode proporcionar. Este atuador é alimentado por gás comprimido em um reservatório acima da válvula. Quando o came atinge a válvula, a força de impacto é de aproximadamente 10 bar. A válvula se abre e, quando o eixo de comando de válvulas enfraquece o impacto em sua base, o gás comprimido retorna rapidamente a peça ao seu lugar. Para evitar a queda de pressão devido a possíveis vazamentos, o sistema é equipado com um compressor adicional, cujo reservatório está a uma pressão de cerca de 200 bar.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT Test Jerez, fevereiro de 2012

Este sistema é usado em motocicletas da classe MotoGP. Este transporte com um litro de volume do motor é capaz de desenvolver de 20 a 21 mil rotações do virabrequim. Um modelo com mecanismo semelhante é um dos modelos de motocicleta Aprilia. Sua potência era de incríveis 240 cv. Verdade, isso é demais para um veículo de duas rodas.

Guias de válvula

O papel dessa peça na operação da válvula é garantir que ela se mova em linha reta. A manga também ajuda a resfriar a haste. Esta parte precisa de lubrificação constante. Caso contrário, a haste estará sujeita a estresse térmico constante e a luva se desgastará rapidamente.

O material que pode ser utilizado para a fabricação de tais buchas deve ser resistente ao calor, suportar atrito constante, remover bem o calor da parte adjacente, e também suportar altas temperaturas. Tais requisitos podem ser atendidos por ferro fundido cinzento perlita, bronze alumínio, cerâmica com cromo ou cromo-níquel. Todos esses materiais possuem uma estrutura porosa, o que ajuda a manter o óleo em sua superfície.

A bucha para a válvula de escape terá um pouco mais de folga entre a haste do que o equivalente de entrada. A razão para isso é a maior expansão térmica da válvula de remoção de gases residuais.

Sedes de válvula

Esta é a parte de contato do orifício da cabeça do cilindro próxima a cada cilindro e disco da válvula. Como essa parte da cabeça está exposta a esforços mecânicos e térmicos, ela deve ter boa resistência a altas temperaturas e impactos frequentes (quando o carro está se movendo rapidamente, a rotação do eixo de comando é tão alta que as válvulas literalmente caem no assento).

Se o bloco de cilindros e seu cabeçote forem feitos de liga de alumínio, as sedes das válvulas serão necessariamente feitas de aço. O ferro fundido já suporta bem essas cargas, por isso a sela nesta modificação é feita no próprio cabeçote.

Também estão disponíveis selas de plug-in. Eles são feitos de liga de ferro fundido ou aço resistente ao calor. Para que o chanfro do elemento não se desgaste tanto, é realizado por estratificação de metal resistente ao calor.

O assento da pastilha é fixado no furo da cabeça de maneiras diferentes. Em alguns casos, ele é pressionado e uma ranhura é feita na parte superior do elemento, que é preenchida com o metal do corpo da cabeça durante a instalação. Isso cria a integridade da montagem de diferentes metais.

A sede de aço é fixada alargando a parte superior do corpo da cabeça. Existem selas cilíndricas e cônicas. No primeiro caso, eles são montados no batente e o segundo tem uma pequena folga na extremidade.

Número de válvulas no motor

Um motor de combustão de 4 tempos padrão tem um eixo de comando e duas válvulas por cilindro. Nesse projeto, uma parte é responsável pela injeção de uma mistura de ar ou apenas ar (se o sistema de combustível tiver injeção direta), e a outra é responsável pela remoção dos gases de escapamento para o coletor de escapamento.

Trabalho mais eficiente na modificação do motor, em que existem quatro válvulas por cilindro - duas para cada fase. Graças a este projeto, é garantido um melhor enchimento da câmara com uma nova porção de VTS ou ar, bem como a remoção acelerada dos gases de exaustão e ventilação da cavidade do cilindro. Os carros começaram a ser equipados com esses motores a partir da década de 70 do século passado, embora o desenvolvimento dessas unidades tenha começado na primeira metade da década de 1910.

Hoje, para melhorar o funcionamento das unidades de força, existe um desenvolvimento de motor no qual existem cinco válvulas. Dois para a saída e três para a entrada. Um exemplo de tais unidades são os modelos da preocupação Volkswagen-Audi. Embora o princípio de operação da correia dentada em tal motor seja idêntico ao das versões clássicas, o projeto desse mecanismo é complicado, razão pela qual o desenvolvimento inovador é caro.

Uma abordagem não convencional semelhante também está sendo adotada pela montadora Mercedes-Benz. Alguns motores desta montadora são equipados com três válvulas por cilindro (2 de admissão, 1 de escape). Além disso, duas velas de ignição são instaladas em cada câmara da panela.

O fabricante determina o número de válvulas pelo tamanho da câmara na qual o combustível e o ar entram. Para melhorar seu enchimento, é necessário garantir um melhor escoamento da porção fresca do BTC. Para fazer isso, você pode aumentar o diâmetro do furo e com ele o tamanho da placa. No entanto, essa modernização tem seus próprios limites. Mas é bem possível instalar uma válvula de admissão adicional, então as montadoras estão desenvolvendo exatamente essas modificações no cabeçote. Uma vez que a velocidade de admissão é mais importante do que a exaustão (a exaustão é removida sob a pressão do pistão), com um número ímpar de válvulas, sempre haverá mais elementos de admissão.

De que válvulas são feitas

Como as válvulas operam em condições de máxima temperatura e estresse mecânico, elas são feitas de metal resistente a esses fatores. Acima de tudo, aquece, e também encontra estresse mecânico, o local de contato entre a sede e o disco da válvula. Em altas velocidades do motor, as válvulas afundam rapidamente nos assentos, criando um choque nas bordas da peça. Além disso, no processo de combustão de uma mistura de ar e combustível, as bordas finas da placa são submetidas a forte aquecimento.

Além do disco da válvula, as luvas da válvula também são tensionadas. Os fatores negativos que levam ao desgaste desses elementos são lubrificação insuficiente e atrito constante durante o movimento rápido da válvula.

Por essas razões, os seguintes requisitos são impostos às válvulas:

1. Devem vedar a entrada / saída;
2. Com forte aquecimento, as bordas da placa não devem deformar com os impactos na sela;
3. Deve ser bem simplificado para que nenhuma resistência seja criada para o meio de entrada ou de saída;
4. A peça não deve ser pesada;
5. O metal deve ser resistente e durável;
6. Não deve sofrer forte oxidação (quando o carro raramente dirige, as bordas das cabeças não devem enferrujar).

A parte que abriu o buraco nos motores a diesel aquece até 700 graus, e nos análogos da gasolina - até 900 acima de zero. A situação é complicada pelo fato de que, com um aquecimento tão forte, a válvula aberta não esfria. A válvula de saída pode ser feita de qualquer aço de alta liga que possa suportar altas temperaturas. Como já mencionado, uma válvula é feita de dois tipos diferentes de metal. A cabeça é feita de ligas de alta temperatura e a haste é feita de aço carbono.

Quanto aos elementos de entrada, eles são resfriados pelo contato com a sede. No entanto, sua temperatura também é alta - cerca de 300 graus, portanto não é permitido que a peça se deforme ao ser aquecida.

O cromo costuma ser incluído na matéria-prima das válvulas, o que aumenta sua estabilidade térmica. Durante a combustão da gasolina, gás ou óleo diesel, algumas substâncias são liberadas que podem afetar agressivamente as peças metálicas (por exemplo, óxido de chumbo). Compostos de níquel, manganês e nitrogênio podem ser incluídos no material da cabeça da válvula para evitar reações adversas.

E finalmente. Não é segredo para ninguém que as válvulas de qualquer motor queimam com o tempo. Aqui está um breve vídeo sobre os motivos disso:

RAZÕES PELAS QUAIS AS VÁLVULAS DO MOTOR DO CARRO QUEIMARAM 95% dos condutores NÃO SABIA

Perguntas e Respostas:

O que as válvulas de um motor fazem? À medida que se abrem, as válvulas de admissão permitem que o ar fresco (ou a mistura ar / combustível) flua para o cilindro. As válvulas de escape abertas conduzem os gases de escape para o colector de escape.

Como entender que as válvulas estão queimadas? Uma característica chave das válvulas queimadas é o trio do motor, independentemente da rotação. Ao mesmo tempo, a potência do motor é reduzida decentemente e o consumo de combustível aumenta.

Quais partes abrem e fecham as válvulas? A haste da válvula é conectada aos cames da árvore de cames. Em muitos motores modernos, elevadores hidráulicos também são instalados entre essas peças.