Lokar

Viðfangsefni:

General
Efni
Natríumfylltir lokar
Ventlaleiðsögumenn
Mismunandi gerðir af lokastýringu
Lokabúnaður með óbeinni lokastýringu
Lokabúnaður með beinni lokastýringu
Stilltu lokabil
Fjölloka tækni
Breytileg ventlatímasetning og ventlalyfta

Almennt:
Það eru lokar í hverri brunavél. Það er alltaf að minnsta kosti einn inntaks- og einn úttaksventill. Þessir lokar eru knúnir áfram af einum eða fleiri knastásum í gegnum dreifingin og tryggja að ferskt loft geti streymt inn í brunarýmið, loftið er síðan lokað við þjöppun og getur þá farið úr brunarýminu. Flæði inntaks- og útblásturslofttegunda verður að eiga sér stað með eins lítilli mótstöðu og mögulegt er.
Efnin eru mótuð eins vel og hægt er í þessum tilgangi.
Lokarnir eru festir í strokkhausinn. Inntaksventillinn er oft stærri en útblástursventillinn, því eins mikil blanda og hægt er verður að komast inn í strokkinn. Útblástursventillinn ætti að vera minni, því brenndar útblásturslofttegundir fara úr strokknum eftir útblásturshöggið, þegar stimpillinn ýtir lofttegundunum út úr strokknum.

Sem dæmi tökum við fjórgengisferli bensínvélar. Í inntakstakti hreyfilsins opnast inntaksventillinn og ef um er að ræða bensínvél með óbeint innsprautun sogist loft-eldsneytisblandan inn og ef um er að ræða bensínvél með beinni innspýtingu er aðeins ferskt loft sogið inn. . Loftið sogast inn vegna þess að stimpillinn færist niður á við. Loftið sem streymir inn tekur plássið sem verður til. Þegar stimpillinn færist upp aftur mun inntaksventillinn lokast. Blandan eldsneytis og lofts á nú hvergi að fara og er þjappað saman. Þetta er kallað þjöppunarslag. Þess vegna er mikilvægt að lokar loki rétt. Blandan kviknar þegar kertin myndar neista. Stimplinum er því þrýst niður með töluverðum krafti. Þetta er kallað kraftshögg.
Í útblástursslaginu opnast útblástursventillinn og stimpillinn færist upp á við. Brenndu lofttegundirnar fara nú úr strokknum og fara í útblásturinn. Þegar stimpillinn er efst lokast útblástursventillinn og inntaksventillinn opnast. Stimpillinn færist aftur niður og inntakshöggið fylgir. Í raun og veru opnast inntaksventillinn aðeins fyrr, þannig að inntaks- og úttakslokar eru opnir á sama tíma í stuttan tíma. Þetta er kallað „ventilskörun“. Hraði brenndu lofttegundanna sem fara úr strokknum í gegnum útblástursventilinn skapar undirþrýsting sem veldur því að inntaksloftið dregur að sér aukalega. Þannig getur meira loft streymt inn í strokkinn en ef aðeins inntaksventillinn opnaðist og stimpillinn færist niður á við. Fyllingarstigið er þannig bætt.

Nánari útskýringu á fjórgengisferlinu er að finna á síðunni “Rekstur bensínvélar".

Efni:
Lokar eru mikið hlaðnir. Sérstaklega útblásturslokarnir, því þeir verða mjög heitir og ekki hægt að kæla mjög vel. Inntakslokar eru að hluta til kældir með köldu soglofti sem fer inn í strokkinn. Brenndu útblástursloftin streyma framhjá útblásturslokunum við allt að 900 gráðu hita. Þess vegna eru útblásturslokar líka úr öðru efni en inntakslokar. Inntakslokar eru oft úr krómonikkelstáli. Útblásturslokar eru oft úr króm-kísilstáli. Til að takmarka slit vegna háhitaskilyrða eru ytri brúnir ventilskífunnar (þéttiyfirborðið) og ventlastilkarnir brynjaðir með lagi af karbíðblendi (stellite). Lokarnir dreifa megninu af hitanum í gegnum ventilskífuna og lokastöngina. Natríumfylltir lokar hafa enn betri hitaleiðni.

Natríumfylltir lokar:
Útblásturslokar eru holir að innan. Holrýmið er um það bil 60% fyllt með natríum. Natríum er málmur sem verður fljótandi við háan hita (frá um það bil 100 gráðum á Celsíus). Þegar vélin er í gangi fer ventillinn oft upp og niður. Natríumið í lokunni er stöðugt varpað fram og til baka og flytur þannig hitann. Natríumið gleypir varma frá ventilskífunni og losar hann til ventulstöngarinnar. Með natríumfylltum lokum er hægt að ná hitafalli upp á 80 til 100 gráður samanborið við ónatríumfylltar lokur.
Inntakslokar þurfa ekki á þessu að halda, vegna þess að þeir eru þegar kældir af loftinu sem kemur inn.

Á myndinni táknar grái yfirborðið efnið og rauði hlutinn táknar holið fyllt með natríum.

Valve Guides:
Lokarnir hreyfast upp og niður í strokkhausnum. Það þarf að vera góð þétting á milli ventils og strokka, þannig að engin olía geti streymt úr strokkahausnum, meðfram ventilstönginni að inntaks- eða útblástursrás. Það er alltaf lítil olíufilma á milli ventilsins og ventulstýringarinnar til smurningar. Lokastýringin er sýnd appelsínugult á myndinni.

Ef blár reykur kemur út úr útblæstrinum gæti það verið afleiðing af gölluðum ventlastýrum. Það getur verið að ventlastýrin séu orðin breiðari (sjá mynd hér að neðan) þannig að ventilurinn hafi jafnvel leik í strokkhausnum. Í þessum aðstæðum getur olía lekið framhjá lokanum inn í inntakið eða útblástursrásina. Efst á ventilstýringunni er utanaðkomandi loftþrýstingur, eða stundum jafnvel yfirþrýstingur vegna hærri sveifarhússþrýstings. Neðst á ventilstýringunni flæða lofttegundirnar til útblástursgreinarinnar sem gefur lofttæmisáhrif. Þetta eykur lekann því olían sogast sem sagt niður meðfram ventulstönginni. Þegar olían fer inn í útblástursgreinina brennur hún ekki. Olían er hituð, sem veldur því að hún gufar að hluta til upp. Þetta getur leitt til þess að blár reykur komi út úr útblæstrinum.

Oft er hægt að skipta um lokastýri sérstaklega. Til að gera þetta þarf að taka strokkahausinn í sundur og fjarlægja lokann úr strokkahausnum. Þá er hægt að skipta um lokastýringar. Ekki er hægt að skipta um lokastýringar sérstaklega á öllum strokkhausum. Endurframleiðslufyrirtæki hafa oft lausn á þessu. Spyrðu um möguleikana á að skipta um ventlastýringar hjá vel metnu endurskoðunarfyrirtæki.

Mismunandi gerðir af lokastýringu:
Hægt er að stjórna lokunum á mismunandi vegu. Myndin hér að neðan sýnir fimm mismunandi útgáfur. Fjallað er um þessar mismunandi útgáfur og aðlögunaraðferðir frekar á þessari síðu.

A: Óbein ventilstýring með vipparmum.
B: Bein ventilstýring með rúllupakka.
C: Bein lokastýring með vökvaventlastillingum.
D: Bein ventlastýring með vippiörmum og mörgum ventlum á hvern strokk.
E: Bein ventlastýring með vökvaventlalyftum og mörgum ventlum á hvern strokk.

Fyrir vélar án vökvaventils (A, B og D) er nauðsynlegt að athuga ventlabilið reglulega. Meira um þetta í kaflanum „Aðlögun lokabils“ á þessari síðu. Á hreyflum með vökvalokalyftum er hvorki nauðsynlegt né mögulegt að stilla ventlabilið; vökvahrútarnir eru fylltir með olíu sem fjarlægir umframspilið.

Lokabúnaður með óbeinni lokastýringu:
Áður fyrr voru vélar búnar undirliggjandi kambás. Nú á dögum eru fólksbílavélar eingöngu búnar yfirliggjandi kambás. Smíðin með undirliggjandi knastás er að hverfa. Ókosturinn við þessa smíði er að þessar vélar þola ekki mikinn hraða því það er mikill massi á milli kambássins og ventilsins. Á miklum hraða verður of mikið spil og lokinn mun ekki lengur opnast og lokast á réttum tímum.
Sveifarásinn knýr m.t.t lítil tímakeðja eða belti við undirliggjandi kambás (sjá mynd hér að neðan). Knastásinn ýtir ventlastokknum og þrýstistönginni beint upp. Hægri hlið vippunnar er ýtt upp. Velturarmurinn „veltist“ um ás velturarmsins og ýtir vinstri hliðinni niður. Þetta þvingar ventilinn niður á móti krafti ventilfjöðursins. Þegar kambásnum er snúið lengra þrýstir ventilfjöðrinum lokanum aftur og veltiarmurinn fer aftur í upphafsstöðu.

Lokabúnaður með beinni lokastýringu:
Yfirliggjandi knastásinn er aðeins notaður í fólksbílum nú á dögum. Kambásinn er síðan settur í strokkhausinn. Kosturinn við vélar með yfirliggjandi knastás er að þær þola meiri hraða en með undirliggjandi knastás.

Á vinstri myndinni hér að ofan má sjá að ventillinn er lokaður vegna þess að ventilfjöðrin þrýstir lokanum aftur og knastásinn snýst réttsælis. Á hægri myndinni er knastásinn snúinn, sem veldur því að kamburinn ýtir ventilnum niður. Fjaðrið er nú þjappað saman og ýtir ventilnum niður. Þegar knastásnum hefur verið snúið lengra mun ventilfjöðurinn ýta ventilnum upp aftur. Lokafjöðurinn hefur um það bil 20 kg mótþrýsting.

Myndin sýnir skýringarmynd af loki með lokafjöðri. Hér sést vel á hvaða hluta ventillinn hvílir á lokunarfleti ventilsætisins. Efst eru gormasæti (hlutinn þar sem kambur knastássins ýtir ventlinum niður) með ventillyklinum og ventilfjöðrun undir. Lokalykillinn þjónar sem festing fyrir lokann. Til að fjarlægja ventilinn af strokkahausnum þarf að fjarlægja ventillyklana. Þegar verið er að taka í sundur þarf að ýta gormasæti niður á móti krafti ventilfjöðursins (sérstök verkfæri eru til fyrir þetta). Lokinn verður þá frjáls til að hreyfa sig. Með því að fjarlægja ventillyklana tvo með segli á milli gormasætisins og ventilstöngsins er hægt að fjarlægja ventilinn af strokkhausnum að neðan.
Við uppsetningu þarf að gæta þess að réttur loki sé settur aftur upp á réttum stað. Þessum má ekki skipta. Þegar nýr loki er settur upp þarf að pússa hann með sérstöku slípiefni. Eftir slípun þéttist lokinn vel. Nýja lokanum er síðan hægt að renna í gegnum ventilstöngina og setja lokalyklana aftur á sinn stað. Þá er hægt að slaka á ventilfjöðrinum aftur.

Stilla lokabil:
Það verður alltaf að vera ákveðið spil á milli kambássins og veltiarmsins eða toppsins á ventlinum. Þessi úthreinsun gefur efninu tækifæri til að stækka. Leikritið ætti ekki að vera of stórt; lokinn opnast þá minna og í styttri tíma. Ef bilið er of mikið mun það taka lengri tíma fyrir knastásinn að opna lokann og lokinn mun lokast fyrr. Leikritið ætti heldur ekki að vera of lítið; lokinn er þá opnaður fyrr og lokaður síðar. Lokinn er þá opinn of lengi í hvert sinn. Tíminn sem lokinn er lokaður er því styttri; líkur eru á því að lokinn geti ekki dreift hita sínum í ventlasæti strokkahaussins og því ofhitnað. Lokinn getur þá brunnið.

Nú á dögum eru næstum allir fólksbílar búnir vökvalokalyftum. Hins vegar eru enn framleiðendur sem þróa vélar sem krefjast aðlögunar á lokahæð. Í bílum frá tíunda áratug síðustu aldar var notkun vökvaventlastrauma alls ekki sjálfsögð. Þannig að það er enn nóg af ökutækjum sem keyra um þar sem þarf að athuga ventlabilið reglulega og laga ef þörf krefur. Í verksmiðjugögnum er oft listi yfir kílómetrafjöldann sem þetta ætti að gera (oft allar helstu viðhaldsþjónustur). Það eru tvær mismunandi framkvæmdir til að stilla ventlaúthreinsun; með shims og með því að stilla sérvitringarbolta. Þessu er báðum lýst hér að neðan.
Þegar verið er að stilla lokana ættirðu ekki bara að byrja hvenær sem er. Gæta þarf vandlega að þeim stað þegar lokar eru stilltir á að „veltast“. Veltingur þýðir að knastásinn er nýbúinn að loka útblásturslokunum og er að fara að opna inntakslokana. Þegar strokkur 1 veltur þýðir það að hann sé í upphafi inntaksslagsins. Stimpill strokka 1 er þá efst. Cylinder 1 og 4 eru alltaf í sömu hæð miðað við hæð (alveg eins og 2 og 3 eru í sömu hæð, sjá mynd hér að neðan). Vegna þess að skotröðin er 1-3-4-2 (munið eftir vinnslumyndinni) þýðir það að strokkur 4 er í upphafi aflslagsins. Eftir strokka 4 er röðin komin að strokka 2 og síðan strokka 3.

Myndin hér að neðan sýnir stimpil strokka 1 í BPD. Töflunum er vísað niður; inntakslokarnir eru nýlokaðir og útblásturslokarnir að opnast. Á því augnabliki er hægt að stilla lokar strokka 4; kambásarnir þar vísa upp á við.

Lokabilið er mælt með svokölluðu „þreifamælir“. Í þreifamælinum eru ýmsar stærðir af málmræmum, hver um sig 0,05 mm þykkari en hin. Með því að renna nokkrum ræmum á milli kambássins og ventilsins er hægt að athuga hversu mikið spil er. Ekki má troða viðkomandi ræmu of auðveldlega í gegn; ventlabilið er þá meira en verðmæti ræmunnar. Ef ræman passar ekki eða er mjög þung og festist þá er ræman of þykk. Viðnám gæti fundist þegar ræman er færð á milli þeirra.

Stilling á lokabili með shims:
Þykkt shimsins, einnig kallað „shim“, ákvarðar lokabilið í þessu tilfelli. Á myndinni hér að neðan er shiminn auðkenndur með rauðu. Með því að skipta út shimnum fyrir þykkari mun ventlabilið minnka. Það er þá minna bil á milli kambássins og shimsins. Fyrir neðan myndina er útskýrt hvernig ætti að stilla lokabilið. Til að stilla ventlana þarf kamburinn á viðkomandi loka að vísa upp á við eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Þegar kamburinn er snúinn eru rangar mælingar teknar. Þegar stillt er á lokar fjögurra strokka vélar verður að grípa til eftirfarandi aðgerða:

Skiptu um strokk 1 = Stilltu lokar á strokk 4.
Skiptu um strokk 2 = Stilltu lokar á strokk 3.
Skiptu um strokk 3 = Stilltu lokar á strokk 2.
Skiptu um strokk 4 = Stilltu lokar á strokk 1.

Til dæmis getur verksmiðjugildi ofangreinds lokaúthreinsunar verið 0,35 mm. Það þarf því að vera 0,35 mm bil á milli shims og knastáss þegar kaðallinn vísar upp á við. Hægt er að mæla bilið á milli þessara tveggja hluta með þreifamælinum. Ef 0,35 mm ræman fer mjög auðveldlega í gegnum án þess að finna fyrir mótstöðu þýðir það að fjarlægðin milli ventilsins og kambássins er meiri en 0,35 mm. Í því tilviki er lokabilið of stórt. Ef 0,45 mm þreifmælarræma passar nánast ekki þar á milli vegna þess að það þarf að beita miklum krafti til að þrýsta henni inn er þessi ræma of þykk. Raunverulegt spil er þá á milli 0,35 og 0,45 mm. Til öryggis má renna 0,40 mm ræmu á milli. Ef það byrjar, en hægt er að færa það fram og til baka (viðnám gæti fundist), þá getur þú verið viss; ventlabilið er 0,40 mm í stað 0,35 mm sem mælt er fyrir um.

Vegna þess að lokabilið er of stórt verður að setja upp þykkari shim. Stærðirnar eru oft tilgreindar á shimsunum. Í því tilviki skaltu lesa gildi shimsins sem er of þunnt. Það er til dæmis 2,75 mm.
Lokabilið er of stórt; shiminn verður að vera 0,05 mm þykkari en sá sem er settur á, nefnilega 2,75 mm. Þegar shim (2,75 + 0,05) = 2,80 mm er sett upp, er lokabilið rétt. Í því tilviki skaltu setja upp 2,80 mm millistykkið, snúa sveifarásnum tveimur snúningum þannig að réttu lokarnir ruggast aftur og athugaðu lokabilið aftur.

Það eru oft sérstök tæki í sundur til að skipta um shims auðveldlega. Dæmi um þetta má sjá á myndinni.

Stilling á lokabili með stillanlegum sérvitringum:
Oft notað kerfi er stillanleg sérvitringur. Aðeins er hægt að snúa stillingarskrúfunni þegar læsihnetan hefur verið losuð fjórðungs snúning. Þegar stilliskrúfunni er síðan snúið mun bilið milli ventilstöngsins og vipparmsins strax aukast eða minnka. Með því að herða læsihnetuna er stilliskrúfan læst aftur.

Hér líka þarf auðvitað fyrst að stilla lokar rétta strokksins til að skipta! Með því að þreifa á milli ventilstilsins og vipparmsins með skynjara af réttri þykkt (þ.e. sama gildi og verksmiðjugildið) er hægt að ákvarða hvort ventlabilið sé of mikið, of lítið eða rétt. Með því að snúa stilliskrúfunni og færa þreifamælin stöðugt á milli hennar er hægt að finna rétta stöðu stilliskrúfunnar þar sem ventlabilið er rétt. Herðið síðan læsihnetuna og athugið síðan að bilið sé enn það sama. Allar líkur eru á því að stilliskrúfunni snúist örlítið þegar læsihnetan er hert á nema sérstakt verkfæri sem framleiðandi tilgreinir sé notað.

Fjölloka tækni:
Sérhver fjórgengisvél hefur að minnsta kosti 1 inntaksventil og 1 útblástursventil. Öflugri og sparneytnari vélar eru oft með 2 inntaksventla og 2 útblástursventla. Sumar tegundir eru með 2 inntaksventla og 1 útblástursventil, eða 3 inntaksventla og 1 útblástursventil.
Það eru tveir helstu kostir við að nota margar lokar, þ.e.

Lokarnir verða með eitthvað minna þvermál sem leiðir til minni massa (minni þyngd) á hverja loku. Stærsti kosturinn við þetta er að ventlar fljóta ekki á miklum snúningshraða vélarinnar. Fljótandi ventlar gera það að verkum að þegar vélin gengur á miklum hraða (t.d. 5000 rpm) opnast og lokast ventlarnir svo hratt að ventalfjöðrarnir hafa ekki lengur tíma til að þrýsta lokanum. Lokinn lokar því ekki alveg á ventlasæti. Þetta getur leitt til þess að stimpillinn lendi í lokanum, eða að lokinn ofhitni vegna þess að hann getur ekki lengur flutt hita yfir í ventilsæti. Margir lokar gera lokana léttari og gefa ventilfjöðrunum nægan tíma til að loka lokanum.
Minni massi á hvern loka gerir lokunum kleift að loka hraðar. Þetta gerir það mögulegt að beita breytilegum ventlatíma, þar sem stöðu kambássins er breytt við ákveðinn snúningshraða eða álag.

Breytileg ventlatímasetning og ventlalyfta:
Nútímavélar nota oft breytilega ventlatíma. Sumir vélaframleiðendur nota einnig breytilega ventlalyftu (þar á meðal BMW). Þessum köflum er lýst sérstaklega á síðunum: