Zawory dolotowe i wydechowe są częścią mechanizmu, który umożliwia płynom i gazom wchodzenie i wychodzenie z komory spalania i cylindrów. Pierwsza odpowiada za regulację wlotu mieszanki paliwowo-powietrznej, natomiast druga umożliwia ucieczkę gazów powstających podczas spalania.
Jak w każdym mechanizmie, zawory silnika regulują dostęp i zamykanie elementu płynnego lub gazowego do komory wodoszczelnej. A jak już wspomnieliśmy we wpisie, w przypadku silnika spalinowego zawory ssące i wydechowe odpowiadają z jednej strony za regulację wlot powietrza i paliwa w komorze spalania, a z drugiej strony wylot spalin.
W efekcie zawory muszą wytrzymywać bardzo wysokie ciśnienia i temperatury, dlatego muszą być wykonane z bardzo wytrzymałych materiałów i przy zastosowaniu bardzo precyzyjnych procesów.
Jak działa zawór i co wpływa na jego konstrukcję
W konwencjonalnym silniku spalinowym zawór jest uruchamiany przez wałek rozrządu, który odpowiada za określenie momentu otwarcia i zamknięcia. Ten wał, przymocowany do wału korbowego za pomocą paska rozrządu lub łańcucha, zawiera krzywki, które mają określony kształt dla każdego zaworu, aby poruszać wahaczem, który kontroluje ich otwieranie i zamykanie.
Jak już wcześniej skomentowaliśmy, ciśnienia i temperatury którym poddawany jest zawór, są ogromne, dlatego jego konstrukcja stara się je jak najbardziej zminimalizować.
Mechanizm działania zaworów ssących i wydechowych.
Na przykład ciśnienie zapłonu oddziałuje bezpośrednio na płytkę zaworu wlotowego, gdy jest on zamknięty, więc jego grubość i kształt umożliwiają zmniejszenie tego naprężenia. W ten sam sposób zawór wydechowy utrzymuje temperaturę około 700 ºC w wyniku gazów powstających w procesie spalania, dlatego ma na celu spowodowanie najwyższe możliwe rozpraszanie ciepła przez wkładkę gniazda zaworu w głowicy cylindra lub przez prowadnicę zaworu do głowicy cylindra.
Części zaworu dolotowego i wydechowego
Jak już wspomnieliśmy, zawory kontrolują wlot i wylot cieczy i gazów w butlach. Zwykle są dwa na każdy cylinder, jeden na wlot i jeden na wydech. Pierwsza pozwala na wejście mieszanki, która później detonuje i generuje motorykę z drugiej strony gazy, które są wyrzucane do wydechów przez zawór o tej samej nazwie.
Ale zawór składa się z kilku części, które umożliwiają tę operację:
- Głowa: Odpowiada za zamknięcie cylindra w momencie spalania i jest kilka sposobów: płaski, wypukły lub wklęsły.
- Trzon: jest to korpus zastawki, najbardziej wydłużona i cienka sekcja, która zawiera główkę na jednym ze swoich końców.
- Siedzenie: głowa opiera się na nim i umożliwia hermetyczne zamknięcie cylindra dzięki stożkowemu kształtowi.
- Dok: ten element umożliwia zamknięcie zaworu, gdy krzywka przestaje naciskać, dzięki czemu proces jest hermetyczny. Jego napięcie musi być w sam raz, aby nie tworzyć niepotrzebnego napięcia, ale zapewniać zamknięcie przy wysokich obrotach.
- Klucz: jego misją jest połączenie płytki sprężyny (na której spoczywa sprężyna) z zaworem.
- Przewodnik: jest to cylindryczna tuleja włożona w głowicę cylindra, która pozwala, aby jej oś pokrywała się ze środkiem gniazda zaworu.
Różnice między zaworem wlotowym i wydechowym
Chociaż rola obu zaworów jest w zasadzie taka sama, prawda jest taka, że każdy z nich ma swoją specyficzną funkcję i dlatego ma niewielkie różnice. Zacznijmy od zawór wstępny:
- Wykonany jest zwykle ze stali stopowej chromowo-krzemowej, co zapewnia dobrą odporność na ciepło i naprężenia mechaniczne.
- Rozprasza temperaturę poprzez kontakt trzpienia z powietrzem wchodzącym do komory spalania.
- Jego temperatura pracy wynosi około 300 ºC.
- Jego średnica jest o około 15% większa, aby ułatwić wchodzenie mieszanki.
- Mieszanka paliwowo-powietrzna wchodzi przez zawór wlotowy w silnikach gaźnikowych. W przypadku wtrysku to wtryskiwacz odpowiada za paliwo.
Dotyczące zawór spustowy, główne aspekty, które należy wziąć pod uwagę, to:
- Talerz i trzpień są zazwyczaj zbudowane ze stali stopowej chromowo-manganowej, która jest odporna na utlenianie i wysokie temperatury. Jednak górna część łodygi jest zwykle wykonana z chromu-krzemu.
- Temperatura pracy wynosi około 700 ºC, więc płytki i łodygi są wydrążone i wypełnione sodem w celu lepszego rozpraszania ciepła.
- Mają mniejszy rozmiar, aby wymusić ujście gazów przez ciśnienie tłoka.
Rodzaje zaworów
Istnieje kilka rodzajów zaworów dolotowych i wydechowych, z których główne zostały opisane poniżej:
- Zawory monometaliczne: racjonalnie wytwarzany w procesie wytłaczania na gorąco lub w procesie spęczania.
- Zawory bimetaliczne: umożliwiają idealne połączenie materiałów zarówno na łodygę, jak i główkę.
- Zawory puste: służą z jednej strony do obniżenia wagi, a z drugiej do obniżenia temperatury. Napełnione sodem (temperatura topnienia: 97,5°C), mogą odprowadzać ciepło z główki zaworu do trzpienia poprzez efekt mieszania płynnego sodu i osiągnąć spadek temperatury w zakresie od 80°C do 150°C.
Materiały użyte do produkcji zaworów
Chociaż omówiliśmy już najczęstsze, istnieją inne kombinacje, które można wykorzystać do różnych celów i do różnych części zaworu. W tym przypadku przyjrzymy się katalogowi zaworów producenta MAHLE:
- CS: stal niskowęglowa na zawory wlotowe, stosowana również jako materiał trzpienia w zaworach bimetalicznych.
- mStal chromowo-krzemowa przeznaczona do zaworów dolotowych i wydechowych o umiarkowanych obciążeniach, nadal stosowana jako materiał trzpienia w zaworach bimetalicznych.
- MN: stal chromowo-niklowo-krzemowa do zaworów ssących o wysokiej odporności na korozję i wysokie temperatury.
- MV: stal chromowo-molibdenowo-wanadowa do zaworów ssących o wysokiej odporności na zużycie, korozję i wysokie temperatury.
- DO: austenityczna stal chromowo-niklowo-manganowa na zawory wydechowe odporna na ciężkie warunki pracy.
- JAKIŚ: austenityczna stal chromowo-niklowa na zawory wydechowe odporna na trudne warunki pracy.
- AB: austenityczna stal chromowo-niklowo-manganowa na zawory wydechowe odporna na ciężkie warunki pracy.
- x: superstopy do mocno obciążonych zaworów wydechowych.
- NS– Wysokie stopy osłony gniazd zaworowych o wysokiej odporności na utlenianie, zużycie i korozję.
- CII: zawór z gniazdem hartowanym.
- n: zawór azotowany.
- CP: zawór z chromowanym trzpieniem.