Zawory

Przedmioty:

Zarys ogólny
Materiał
Zawory wypełnione sodem
Prowadnice zaworów
Różne typy sterowania zaworami
Mechanizm zaworowy z pośrednim sterowaniem zaworem
Mechanizm zaworowy z bezpośrednim sterowaniem zaworem
Wyreguluj luz zaworowy
Technologia wielozaworowa
Zmienny rozrząd zaworowy i skok zaworów

Ogólne:
W każdym silniku spalinowym znajdują się zawory. Zawsze jest co najmniej jeden zawór wlotowy i jeden wylotowy. Zawory te napędzane są przez jeden lub więcej wałków rozrządu poprzez rozdział i zapewniają dopływ świeżego powietrza do przestrzeni spalania, które jest następnie zatrzymywane podczas sprężania i może następnie opuścić komorę spalania. Przepływ gazów wlotowych i wylotowych musi odbywać się z możliwie najmniejszym oporem.
Materiały są w tym celu najlepiej ukształtowane.
Zawory są zamontowane w głowicy cylindrów. Zawór wlotowy jest często większy od zaworu wydechowego, ponieważ do cylindra musi dostać się jak najwięcej mieszanki. Zawór wydechowy powinien być mniejszy, ponieważ spalone spaliny opuszczają cylinder po suwie wydechu, kiedy tłok wypycha gazy z cylindra.

Jako przykład weźmiemy czterosuwowy proces silnika benzynowego. Podczas suwu ssania silnika otwiera się zawór dolotowy i w przypadku silnika benzynowego z wtryskiem pośrednim zasysana jest mieszanka paliwowo-powietrzna, a w przypadku silnika benzynowego z wtryskiem bezpośrednim zasysane jest wyłącznie świeże powietrze . Powietrze jest zasysane, ponieważ tłok porusza się w dół. Napływające powietrze zajmuje dostępną przestrzeń. Gdy tłok ponownie poruszy się w górę, zawór wlotowy zamknie się. Mieszanka paliwa i powietrza nie ma już dokąd uciec i jest sprężana. Nazywa się to skokiem sprężania. Dlatego ważne jest, aby zawory dobrze się zamykały. Mieszanka zapala się, gdy świeca zapłonowa wytwarza iskrę. Tłok jest zatem dociskany w dół ze znaczną siłą. Nazywa się to udarem mocy.
Podczas suwu wydechu zawór wydechowy otwiera się, a tłok przesuwa się w górę. Spalone gazy opuszczają teraz cylinder i trafiają do układu wydechowego. Gdy tłok znajduje się u góry, zawór wydechowy zamyka się, a zawór dolotowy otwiera się. Tłok ponownie przesuwa się w dół i następuje suw ssania. W rzeczywistości zawór wlotowy otwiera się nieco wcześniej, przez co zawory wlotowy i wylotowy są otwarte jednocześnie na krótki czas. Nazywa się to „nakładaniem się zaworów”. Prędkość spalin, które opuszczają cylinder przez zawór wydechowy, wytwarza podciśnienie, które powoduje dodatkowe przyciąganie powietrza dolotowego. W ten sposób do cylindra może napłynąć więcej powietrza, niż gdyby tylko otworzył się zawór dolotowy i tłok przesunął się w dół. W ten sposób poprawia się poziom napełnienia.

Bardziej szczegółowe wyjaśnienie procesu czterosuwowego można znaleźć na stronie „Praca silnika benzynowego".

Materiał:
Zawory są mocno obciążone. Zwłaszcza zawory wydechowe, ponieważ stają się bardzo gorące i nie można ich dobrze schłodzić. Zawory dolotowe są częściowo chłodzone zimnym powietrzem zasysanym do cylindra. Spalone spaliny przepływają przez zawory wydechowe w temperaturze dochodzącej do 900 stopni Celsjusza. Dlatego zawory wydechowe również są wykonane z innego materiału niż zawory dolotowe. Zawory wlotowe są często wykonane ze stali chromoniklowej. Zawory wydechowe są często wykonane ze stali chromowo-krzemowej. Aby ograniczyć zużycie spowodowane wysoką temperaturą, zewnętrzne krawędzie grzybka zaworu (powierzchnia uszczelniająca) i trzpienie zaworów są opancerzone warstwą stopu węglika (stellit). Zawory odprowadzają większość ciepła poprzez tarczę zaworu i trzpień zaworu. Zawory wypełnione sodem zapewniają jeszcze lepsze odprowadzanie ciepła.

Zawory wypełnione sodem:
Zawory wydechowe są puste w środku. Pusta przestrzeń jest wypełniona w około 60% sodem. Sód jest metalem, który przechodzi w stan ciekły w wysokiej temperaturze (od około 100 stopni Celsjusza). Kiedy silnik pracuje, zawór często podnosi się i opada. Sód w zaworze jest stale przemieszczany tam i z powrotem, transportując w ten sposób ciepło. Sód pochłania ciepło z tarczy zaworu i oddaje je do trzpienia zaworu. Dzięki zaworom wypełnionym sodem można osiągnąć spadek temperatury od 80 do 100 stopni w porównaniu z zaworami niezawierającymi sodu.
Zawory dolotowe tego nie potrzebują, ponieważ są już chłodzone napływającym powietrzem.

Na rysunku szara powierzchnia przedstawia materiał, a czerwona część przedstawia wnękę wypełnioną sodem.

Prowadnice zaworów:
Zawory poruszają się w górę i w dół w głowicy cylindrów. Pomiędzy zaworem a głowicą cylindrów musi być dobre uszczelnienie, aby olej nie mógł przepływać z głowicy cylindrów wzdłuż trzpienia zaworu do kanału wlotowego lub wydechowego. Pomiędzy zaworem a prowadnicą zaworu zawsze pozostaje niewielki film olejowy, służący do smarowania. Prowadnica zaworu jest pokazana na rysunku w kolorze pomarańczowym.

Jeśli z rury wydechowej wydobywa się niebieski dym, może to być spowodowane uszkodzonymi prowadnicami zaworów. Być może prowadnice zaworów stały się szersze (patrz zdjęcie poniżej), przez co zawór ma nawet luz w głowicy cylindrów. W tej sytuacji olej może wyciekać przez zawór do kanału wlotowego lub wylotowego. W górnej części prowadnicy zaworu znajduje się zewnętrzne ciśnienie powietrza, a czasami nawet nadciśnienie spowodowane wyższym ciśnieniem w skrzyni korbowej. W dolnej części prowadnicy zaworu gazy przepływają do kolektora wydechowego, co zapewnia efekt podciśnienia. Zwiększa to wyciek, ponieważ olej jest niejako zasysany wzdłuż trzpienia zaworu. Gdy olej dostanie się do kolektora wydechowego, nie ulega spaleniu. Olej jest podgrzewany, co powoduje jego częściowe odparowanie. Może to spowodować wydobywanie się niebieskiego dymu z rury wydechowej.

Prowadnice zaworów często można wymieniać osobno. W tym celu należy zdemontować głowicę cylindrów i zdjąć zawór z głowicy cylindrów. Następnie można wymienić prowadnice zaworów. Prowadnic zaworów nie można wymieniać osobno we wszystkich głowicach cylindrów. Firmy regeneracyjne często mają na to rozwiązanie. Zapytaj o możliwości wymiany prowadnic zaworów w renomowanej firmie remontowej.

Różne typy sterowania zaworami:
Zawory można obsługiwać na różne sposoby. Poniższy obrazek przedstawia pięć różnych wersji. Te różne wersje i metody regulacji zostały omówione w dalszej części tej strony.

Odp.: Pośrednie sterowanie zaworami za pomocą wahaczy.
B: Bezpośrednie sterowanie zaworami za pomocą wahaczy rolkowych.
C: Bezpośrednie sterowanie zaworami za pomocą hydraulicznych regulatorów zaworów.
D: Bezpośrednie sterowanie zaworami za pomocą wahaczy i wielu zaworów na cylinder.
E: Bezpośrednie sterowanie zaworami za pomocą hydraulicznych popychaczy zaworów i wielu zaworów na cylinder.

W silnikach bez hydraulicznych popychaczy zaworów (A, B i D) należy okresowo sprawdzać luz zaworowy. Więcej na ten temat w rozdziale „Regulacja luzów zaworowych” na tej stronie. W silnikach z hydraulicznymi popychaczami zaworów regulacja luzu zaworowego nie jest ani konieczna, ani możliwa; siłowniki hydrauliczne są napełnione olejem, który usuwa nadmiar luzu.

Mechanizm zaworowy z pośrednim sterowaniem zaworem:
W przeszłości silniki były wyposażone w podstawę wał rozrządczy. Obecnie silniki samochodów osobowych są wyposażone wyłącznie w górny wałek rozrządu. Zanika konstrukcja z leżącym pod spodem wałkiem rozrządu. Wadą tej konstrukcji jest to, że silniki te nie radzą sobie z dużymi prędkościami, ponieważ pomiędzy wałkiem rozrządu a zaworem znajduje się duża masa. Przy dużych prędkościach wystąpi zbyt duży luz i zawór nie będzie się już otwierał i zamykał we właściwym czasie.
Wał korbowy napędzany jest za pomocą mały łańcuch lub pasek rozrządu do znajdującego się pod spodem wałka rozrządu (patrz zdjęcie poniżej). Wałek rozrządu popycha popychacz zaworu i popychacz prosto do góry. Prawa strona wahacza jest wysunięta do góry. Wahacz „przewraca się” wokół osi wahacza, popychając lewą stronę w dół. Powoduje to dociśnięcie zaworu do dołu, wbrew sile sprężyny zaworu. Gdy wałek rozrządu obróci się dalej, sprężyna zaworu dociska zawór do zamknięcia, a wahacz powraca do pozycji wyjściowej.

Mechanizm zaworowy z bezpośrednim sterowaniem zaworem:
Wałek rozrządu w głowicy jest obecnie stosowany wyłącznie w samochodach osobowych. Następnie wałek rozrządu umieszcza się w głowicy cylindrów. Zaletą silników z górnym wałkiem rozrządu jest to, że mogą one pracować z większymi prędkościami niż w przypadku silników z wałkiem rozrządu umieszczonym pod spodem.

Na lewym obrazku powyżej widać, że zawór jest zamknięty, ponieważ sprężyna zaworu dociska zawór do zamknięcia, a wałek rozrządu obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Na prawym zdjęciu wałek rozrządu jest skręcony, co powoduje, że krzywka popycha zawór w dół. Sprężyna jest teraz ściśnięta i popycha zawór w dół. Gdy wałek rozrządu zostanie obrócony dalej, sprężyna zaworu wypchnie zawór ponownie do góry. Sprężyna zaworu wywiera przeciwciśnienie o wartości około 20 kg.

Ilustracja przedstawia schematyczne przedstawienie zaworu ze sprężyną zaworową. Tutaj wyraźnie widać, w której części zawór opiera się o powierzchnię zamykającą gniazda zaworu. Na górze znajduje się gniazdo sprężyny (część, w której krzywka wałka rozrządu popycha zawór w dół), a pod nim wpust zaworu i sprężyna zaworu. Klucz do zaworu służy jako mocowanie zaworu. Aby zdjąć zawór z głowicy cylindrów, należy wyjąć klucze zaworów. Podczas demontażu gniazdo sprężyny należy docisnąć w dół, pokonując siłę sprężyny zaworu (dostępne są do tego specjalne narzędzia). Zawór będzie wtedy mógł się swobodnie poruszać. Po wyjęciu dwóch kluczy do zaworów z magnesem znajdujących się pomiędzy gniazdem sprężyny a trzpieniem zaworu, zawór można zdjąć z głowicy cylindrów od dołu.
Podczas instalacji należy zwrócić uwagę na to, aby właściwy zawór został ponownie zamontowany w odpowiednim miejscu. Nie można ich wymieniać. Po zamontowaniu nowego zaworu należy go przeszlifować specjalną pastą szlifierską. Po przeszlifowaniu zawór będzie dobrze uszczelniony. Następnie nowy zawór można wsunąć przez prowadnicę trzpienia zaworu i włożyć klucze zaworu z powrotem na miejsce. Następnie można ponownie poluzować sprężynę zaworu.

Wyreguluj luz zaworowy:
Zawsze musi występować pewien luz pomiędzy wałkiem rozrządu a wahaczem lub górną częścią zaworu. Ten prześwit daje materiałowi możliwość rozszerzania się. Zabawa nie powinna być zbyt wspaniała; zawór otwiera się wówczas na mniejszą odległość i na krótszy czas. Jeśli luz jest zbyt duży, wałek rozrządu będzie potrzebował więcej czasu na otwarcie zaworu, a zawór zamknie się wcześniej. Zabawa nie powinna być również zbyt mała; zawór jest wówczas otwierany wcześniej i zamykany później. Zawór jest wtedy za każdym razem otwarty zbyt długo. Czas zamknięcia zaworu jest zatem krótszy; istnieje ryzyko, że zawór nie będzie w stanie odprowadzić ciepła do gniazda zaworu w głowicy cylindrów i w związku z tym ulegnie przegrzaniu. Zawór może wówczas się spalić.

Obecnie prawie wszystkie samochody osobowe są wyposażone w hydrauliczne popychacze zaworów. Jednak nadal istnieją producenci opracowujący silniki wymagające regulacji luzu zaworowego. W samochodach z lat 90-tych zastosowanie hydraulicznych popychaczy zaworów nie było wcale oczywiste. Dlatego wciąż po drogach jeździ wiele pojazdów, w których należy okresowo sprawdzać i w razie potrzeby regulować luz zaworowy. Dane fabryczne często podają przebieg, po jakim należy to zrobić (często przy każdym większym serwisie). Istnieją dwie różne konstrukcje regulacji luzu zaworowego; za pomocą podkładek i regulacji śrub mimośrodowych. Obydwa zostały opisane poniżej.
Regulacji zaworów nie należy rozpoczynać od razu. Należy zwrócić szczególną uwagę na moment, w którym zawory są ustawione w pozycji „spadającej”. Upadek oznacza, że wałek rozrządu właśnie zamknął zawory wydechowe i wkrótce otworzy zawory dolotowe. Gdy cylinder 1 opada, oznacza to, że znajduje się na początku suwu ssania. Tłok cylindra 1 znajduje się wówczas u góry. Cylindry 1 i 4 są zawsze na tej samej wysokości pod względem wysokości (podobnie jak 2 i 3 są na tej samej wysokości, patrz ilustracja poniżej). Ponieważ kolejność zapłonu to 1-3-4-2 (pamiętaj o schemacie pracy), oznacza to, że cylinder 4 znajduje się na początku suwu mocy. Po cylindrze 4 przychodzi kolej na cylinder 2, a następnie cylinder 3.

Zdjęcie poniżej przedstawia tłok cylindra 1 w BPD. Występy są skierowane w dół; zawory wlotowe właśnie się zamknęły, a zawory wydechowe wkrótce się otworzą. W tym momencie można wyregulować zawory cylindra 4; krzywki są skierowane ku górze.

Luz zaworowy mierzy się tzw.szczelinomierz„. Szczelinomierz zawiera różne rozmiary metalowych pasków, każdy o wartości 0,05 mm grubszy od drugiego. Wsuwając kilka pasków pomiędzy wałek rozrządu a zawór można sprawdzić jaki jest luz. Nie należy zbyt łatwo przepychać danego paska; luz zaworowy jest wtedy większy od wartości paska. Jeśli pasek nie pasuje lub jest bardzo ciężki i utknie, oznacza to, że pasek jest za gruby. Podczas przesuwania paska między nimi można wyczuć opór.

Regulacja luzu zaworowego za pomocą podkładek:
Grubość podkładki, zwanej także podkładką, określa w tym przypadku luz zaworowy. Na poniższym obrazku podkładka jest oznaczona kolorem czerwonym. Wymiana podkładki na grubszą powoduje zmniejszenie luzu zaworowego. Pomiędzy wałkiem rozrządu a podkładką jest wtedy mniej miejsca. Poniżej ilustracji wyjaśniono, w jaki sposób należy regulować luz zaworowy. Aby wyregulować zawory, krzywka danego zaworu musi być skierowana do góry, jak pokazano na poniższym rysunku. Kiedy krzywka jest skręcona, wykonywane są nieprawidłowe pomiary. Podczas regulacji zaworów czterocylindrowego silnika należy podjąć następujące działania:

Przełącz cylinder 1 = wyreguluj zawory cylindra 4.
Przełącz cylinder 2 = wyreguluj zawory cylindra 3.
Przełącz cylinder 3 = wyreguluj zawory cylindra 2.
Przełącz cylinder 4 = wyreguluj zawory cylindra 1.

Przykładowo fabryczna wartość powyższego luzu zaworowego może wynosić 0,35 mm. Dlatego też, gdy krzywka jest skierowana do góry, pomiędzy podkładką a wałkiem rozrządu musi znajdować się odstęp 0,35 mm. Odległość pomiędzy obiema częściami można zmierzyć szczelinomierzem. Jeśli pasek 0,35 mm przechodzi bardzo łatwo i nie czuje żadnego oporu, oznacza to, że odległość pomiędzy zaworem a wałkiem rozrządu jest większa niż 0,35 mm. W takim przypadku luz zaworowy jest zbyt duży. Jeśli pasek szczelinomierza o średnicy 0,45 mm prawie nie mieści się pomiędzy nimi, ponieważ wciśnięcie go wymaga dużej siły, oznacza to, że pasek jest za gruby. Rzeczywisty luz wynosi wówczas od 0,35 do 0,45 mm. Dla bezpieczeństwa można pomiędzy nie wsunąć pasek o grubości 0,40 mm. Jeśli się uruchomi, ale można go przesuwać w przód i w tył (można wyczuć opór), możesz być pewien; luz zaworowy wynosi 0,40 mm zamiast zalecanych 0,35 mm.

Ponieważ luz zaworowy jest zbyt duży, należy zamontować grubszą podkładkę. Rozmiary są często podane na podkładkach. W takim przypadku odczytaj wartość zbyt cienkiej podkładki. Czyli na przykład 2,75 mm.
Luz zaworowy jest zbyt duży; podkładka musi być o 0,05 mm grubsza od zamontowanej, czyli 2,75 mm. Gdy zamontowana jest podkładka (2,75 + 0,05) = 2,80 mm, luz zaworowy jest prawidłowy. W takim przypadku zamontuj podkładkę 2,80 mm, obróć wał korbowy o dwa obroty, aby ponownie zakręciły się właściwe zawory i ponownie sprawdź luz zaworowy.

Często dostępne są specjalne narzędzia do demontażu umożliwiające łatwą wymianę podkładek. Przykład tego można zobaczyć na obrazku.

Regulacja luzu zaworowego za pomocą mimośrodów nastawnych:
Często stosowanym systemem jest mimośród regulowany. Śrubę regulacyjną można obrócić dopiero po poluzowaniu nakrętki zabezpieczającej o ćwierć obrotu. Po obróceniu śruby regulacyjnej przestrzeń pomiędzy trzpieniem zaworu a wahaczem natychmiast się zwiększy lub zmniejszy. Dokręcenie nakrętki zabezpieczającej powoduje ponowne zablokowanie śruby regulacyjnej.

Również tutaj należy oczywiście najpierw przestawić zawory odpowiedniego cylindra! Dotykając trzpienia zaworu i dźwigienki zaworowej szczelinomierzem o odpowiedniej grubości (tj. takiej samej jak wartość fabryczna), można określić, czy luz zaworowy jest za duży, za mały czy prawidłowy. Obracając śrubę regulacyjną i stale przesuwając między nią szczelinomierz, można znaleźć prawidłowe położenie śruby regulacyjnej tam, gdzie luz zaworowy jest prawidłowy. Następnie dokręć nakrętkę zabezpieczającą i sprawdź, czy luz jest nadal taki sam. Istnieje duża szansa, że śruba regulacyjna zostanie lekko obrócona podczas dokręcania nakrętki zabezpieczającej, chyba że zostanie użyte specjalne narzędzie zalecane przez producenta.

Technologia wielozaworowa:
Każdy silnik czterosuwowy ma co najmniej 1 zawór wlotowy i 1 zawór wydechowy. Mocniejsze i ekonomiczne silniki często mają 2 zawory dolotowe i 2 zawory wydechowe. Niektóre typy mają 2 zawory wlotowe i 1 zawór wydechowy lub 3 zawory wlotowe i 1 zawór wydechowy.
Stosowanie wielu zaworów ma dwie główne zalety, a mianowicie:

Zawory będą miały nieco mniejszą średnicę, co prowadzi do mniejszej masy (mniejszej masy) na zawór. Największą zaletą jest to, że zawory nie pływają przy dużych prędkościach obrotowych silnika. Zawory pływające oznaczają, że gdy silnik pracuje z dużą prędkością (np. 5000 obr/min), zawory otwierają się i zamykają tak szybko, że sprężyny zaworowe nie mają już czasu na dociśnięcie zaworu do zamknięcia. Dlatego zawór nie zamyka się całkowicie na gnieździe zaworu. Może to spowodować uderzenie tłoka w zawór lub przegrzanie zaworu, ponieważ nie będzie on mógł już przekazywać ciepła do gniazda zaworu. Wiele zaworów sprawia, że zawory są lżejsze i dają sprężynom zaworowym wystarczająco dużo czasu na zamknięcie zaworu.
Niższa masa na zawór umożliwia szybsze zamykanie zaworów. Umożliwia to zastosowanie zmiennych faz rozrządu, dzięki czemu położenie wałka rozrządu zmienia się przy określonej prędkości obrotowej lub obciążeniu silnika.

Zmienny rozrząd zaworowy i skok zaworów:
Nowoczesne silniki często wykorzystują zmienne fazy rozrządu. Niektórzy producenci silników również stosują zmienny skok zaworów (m.in. BMW). Rozdziały te zostały opisane odrębnie na stronach: