Valvola del motore. Scopo, dispositivo, design

Affinché il motore a combustione interna a quattro tempi di qualsiasi auto funzioni, il suo dispositivo include molte parti e meccanismi diversi che sono sincronizzati tra loro. Tra questi meccanismi c'è la tempistica. La sua funzione è quella di garantire il funzionamento tempestivo della fasatura delle valvole. Di cosa si tratta è descritto in dettaglio qui.

In breve, il meccanismo di distribuzione del gas apre la valvola di ingresso / uscita al momento giusto per garantire la sincronizzazione del processo durante l'esecuzione di una particolare corsa nel cilindro. In alcuni casi, è necessario che entrambi i fori siano chiusi, nell'altro uno o anche entrambi siano aperti.

Diamo uno sguardo più da vicino a un dettaglio che ti consente di stabilizzare questo processo. Questa è una valvola. Qual è la particolarità del suo design e anche come funziona?

Cos'è una valvola del motore

La valvola è una parte metallica installata nella testata del cilindro. Fa parte del meccanismo di distribuzione del gas ed è azionato da un albero a camme.

A seconda della modifica dell'auto, il motore avrà una fasatura inferiore o superiore. La prima opzione si trova ancora in alcune vecchie modifiche delle unità di potenza. La maggior parte dei produttori è passata da tempo al secondo tipo di meccanismi di distribuzione del gas.

La ragione di ciò è che un tale motore è più facile da mettere a punto e riparare. Per regolare le valvole, è sufficiente rimuovere il coperchio delle valvole e non è necessario smontare l'intera unità.

Scopo e caratteristiche del dispositivo

La valvola è un elemento caricato a molla. A riposo chiude ermeticamente il foro. Quando l'albero a camme gira, la camma posta su di esso spinge la valvola verso il basso, abbassandola. Questo apre il buco. Il design dell'albero a camme è descritto in dettaglio in un'altra recensione.

Ogni parte svolge una propria funzione, strutturalmente impossibile da svolgere per un elemento simile situato nelle vicinanze. Ci sono almeno due valvole per cilindro. Nei modelli più costosi, ce ne sono quattro. Nella maggior parte dei casi, questi elementi sono in coppia e aprono diversi gruppi di fori: alcuni sono di ingresso e altri sono di uscita.

Le valvole di aspirazione sono responsabili dell'aspirazione di una porzione fresca della miscela aria-carburante nel cilindro e nei motori con iniezione diretta (un tipo di sistema di iniezione del carburante, viene descritto qui) - il volume di aria fresca. Questo processo avviene nel momento in cui il pistone esegue la corsa di aspirazione (dal punto morto superiore dopo aver rimosso lo scarico, si sposta verso il basso).

Le valvole di scarico hanno lo stesso principio di apertura, solo che hanno una funzione diversa. Aprono un foro per la rimozione dei prodotti della combustione nel collettore di scarico.

Design della valvola del motore

Le parti in questione sono comprese nel gruppo valvola del meccanismo di distribuzione del gas. Insieme ad altri dettagli, forniscono un cambiamento tempestivo nella fasatura delle valvole.

Considerare le caratteristiche di progettazione delle valvole e delle parti correlate, dalle quali dipende il loro effettivo funzionamento.

valvole

Le valvole hanno la forma di un'asta, su un lato della quale è presente un elemento di testa o a fungo, e sull'altro, un tallone o un'estremità. La parte piatta è progettata per sigillare ermeticamente le aperture nella testata. Viene eseguita una transizione graduale tra il piatto e l'asta, non un gradino. Ciò consente di snellire la valvola in modo da non creare resistenza al movimento del fluido.

Nello stesso motore, le valvole di aspirazione e di scarico saranno leggermente diverse. Quindi, i primi tipi di parti avranno una piastra più ampia del secondo. La ragione di ciò è l'alta temperatura e l'alta pressione quando i prodotti della combustione vengono rimossi attraverso l'uscita del gas.

Per rendere le parti più economiche, le valvole sono in due parti. Differiscono nella composizione. Queste due parti sono unite mediante saldatura. Anche lo smusso del disco della valvola di uscita è un elemento separato. È depositato da un altro tipo di metallo, che ha proprietà di resistenza al calore e resistenza allo stress meccanico. Oltre a queste proprietà, la superficie terminale delle valvole di scarico è meno suscettibile alla formazione di ruggine. È vero, questa parte in molte valvole è realizzata con un materiale identico al metallo di cui è composta la piastra.

Le teste degli elementi di ingresso sono generalmente piatte. Questo design ha la rigidità e la facilità di esecuzione richieste. I motori maggiorati possono essere dotati di valvole a disco concave. Questo design è leggermente più leggero della controparte standard, riducendo così la forza di inerzia.

Per quanto riguarda le controparti di scarico, la forma della loro testa sarà piatta o convessa. La seconda opzione è più efficiente, in quanto fornisce una migliore rimozione dei gas dalla camera di combustione grazie al suo design aerodinamico. Inoltre, la piastra convessa è più resistente della controparte piatta. D'altra parte, un tale elemento è più pesante, a causa del quale soffre la sua inerzia. Questi tipi di parti richiedono molle più rigide.

Inoltre, il design dello stelo di questo tipo di valvole è leggermente diverso dalle parti di aspirazione. Per fornire una migliore dissipazione del calore dall'elemento, la barra è più spessa. Ciò aumenta la resistenza al forte riscaldamento del pezzo. Tuttavia, questa soluzione ha uno svantaggio: crea una maggiore resistenza ai gas rimossi. Nonostante ciò, i produttori utilizzano ancora questo design, perché il gas di scarico viene emesso sotto forte pressione.

Oggi c'è uno sviluppo innovativo di valvole a raffreddamento forzato. Questa modifica ha un nucleo cavo. Il sodio liquido viene pompato nella sua cavità. Questa sostanza evapora se riscaldata fortemente (situata vicino alla testa). Come risultato di questo processo, il gas assorbe il calore dalle pareti metalliche. Mentre sale, il gas si raffredda e si condensa. Il liquido scorre fino alla base, dove il processo viene ripetuto.

Affinché le valvole garantiscano la tenuta dell'interfaccia, viene selezionato uno smusso nella sede e sul disco. È anche fatto con uno smusso per eliminare il gradino. Quando si installano le valvole sul motore, vengono sfregate contro la testa.

La tenuta del collegamento sedile-testa è influenzata dalla corrosione formata sullo spallamento e le parti in uscita soffrono spesso di depositi carboniosi. Per prolungare la durata della valvola, alcuni motori sono dotati di un meccanismo aggiuntivo che ruota leggermente la valvola quando l'uscita è chiusa. Questo rimuove i depositi di carbonio risultanti.

A volte capita che il gambo della valvola si rompa. Ciò farà cadere la parte nel cilindro e danneggerà il motore. In caso di guasto, è sufficiente che l'albero motore faccia un paio di giri inerziali. Per evitare questa situazione, i produttori di valvole automatiche possono dotare la parte di un anello di tenuta.

Un po 'sulle caratteristiche del tallone della valvola. Questa parte è soggetta a forza di attrito poiché è influenzata dalla camma dell'albero a camme. Affinché la valvola si apra, la camma deve spingerla verso il basso con una forza sufficiente per comprimere la molla. Questa unità deve ricevere una lubrificazione sufficiente e, in modo che non si consuma rapidamente, è indurita. Alcuni progettisti di motori utilizzano cappucci speciali per prevenire l'usura dell'asta, che sono realizzati con materiali resistenti a tali carichi.

Per evitare che la valvola si blocchi nella manica durante il riscaldamento, la parte dello stelo vicino al piatto è leggermente più sottile della parte vicino al tallone. Per il fissaggio della molla della valvola, all'estremità delle valvole (in alcuni casi, una) vengono realizzate due scanalature, nelle quali vengono inseriti i cracker del supporto (un piatto fisso dove poggia la molla).

Molle delle valvole

La molla influisce sull'efficienza della valvola. È necessario in modo che la testa e il sedile forniscano una connessione stretta e il mezzo di lavoro non penetri attraverso la fistola formata. Se questa parte è molto rigida, la camma dell'albero a camme o il tallone dello stelo della valvola si consumeranno rapidamente. D'altra parte, una molla debole non sarà in grado di garantire un accoppiamento stretto tra i due elementi.

Poiché questo elemento funziona in condizioni di carichi che cambiano rapidamente, può rompersi. I produttori di propulsori utilizzano diversi tipi di molle per prevenire guasti rapidi. In alcuni tempi, vengono installati doppi tipi. Questa modifica riduce il carico su un singolo elemento, aumentandone la durata.

In questo design, le molle avranno una diversa direzione delle curve. Ciò impedisce alle particelle della parte rotta di entrare tra le spire dell'altra. L'acciaio per molle viene utilizzato per realizzare questi elementi. Dopo che il prodotto si è formato, viene temperato.

Ai bordi, ogni molla è molata in modo che l'intera parte portante sia a contatto con la testa della valvola e la piastra superiore fissata alla testa del cilindro. Per evitare che la parte si ossidi, viene ricoperta da uno strato di cadmio e zincata.

Oltre alle classiche valvole di distribuzione, nei veicoli sportivi può essere utilizzata una valvola pneumatica. In realtà, questo è lo stesso elemento, solo che è messo in moto da uno speciale meccanismo pneumatico. Grazie a ciò, si ottiene una tale precisione di funzionamento che il motore è in grado di sviluppare incredibili giri - fino a 20 mila.

Un tale sviluppo è apparso negli anni '1980. Contribuisce ad una più chiara apertura / chiusura dei fori, che nessuna molla può fornire. Questo attuatore è alimentato da gas compresso in un serbatoio sopra la valvola. Quando la camma colpisce la valvola, la forza di impatto è di circa 10 bar. La valvola si apre e quando l'albero a camme indebolisce l'impatto sul tallone, il gas compresso riporta rapidamente la parte al suo posto. Per evitare cadute di pressione dovute a possibili perdite, il sistema è dotato di un compressore aggiuntivo, il cui serbatoio è ad una pressione di circa 200 bar.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT Test Jerez, febbraio 2012

Questo sistema è utilizzato nelle motociclette della classe MotoGP. Questo trasporto con un litro di volume del motore è in grado di sviluppare 20-21 mila giri dell'albero motore. Un modello con un meccanismo simile è uno dei modelli di moto Aprilia. La sua potenza era di 240 CV incredibili. È vero, questo è troppo per un veicolo a due ruote.

Guide delle valvole

Il ruolo di questa parte nel funzionamento della valvola è garantire che si muova in linea retta. Il manicotto aiuta anche a raffreddare la canna. Questa parte necessita di una lubrificazione costante. In caso contrario, l'asta sarà sottoposta a uno stress termico costante e il manicotto si consumerà rapidamente.

Il materiale che può essere utilizzato per la fabbricazione di tali boccole deve essere resistente al calore, sopportare un attrito costante, rimuovere bene il calore dalla parte adiacente e resistere anche alle alte temperature. Tali requisiti possono essere soddisfatti da ghisa grigia perlite, bronzo alluminio, ceramica con cromo o cromo-nichel. Tutti questi materiali hanno una struttura porosa, che aiuta a mantenere l'olio sulla loro superficie.

La boccola per la valvola di scarico avrà un gioco leggermente maggiore tra lo stelo rispetto all'equivalente di ingresso. La ragione di ciò è la maggiore espansione termica della valvola di rimozione dei gas di scarico.

Sedi delle valvole

Questa è la parte di contatto del foro della testata vicino a ciascun cilindro e disco della valvola. Poiché questa parte della testa è esposta a sollecitazioni meccaniche e termiche, deve avere una buona resistenza al calore elevato e agli urti frequenti (quando l'auto viaggia veloce, il numero di giri dell'albero a camme è così alto che le valvole cadono letteralmente nella sede).

Se il blocco cilindri e la sua testa sono in lega di alluminio, le sedi delle valvole saranno necessariamente in acciaio. La ghisa si adatta già bene a tali carichi, quindi la sella in questa modifica è realizzata nella testa stessa.

Sono disponibili anche selle plug-in. Sono realizzati in lega di ghisa o acciaio resistente al calore. In modo che lo smusso dell'elemento non si consuma così tanto, viene eseguito stratificando metallo resistente al calore.

La sede dell'inserto è fissata nel foro della testa in diversi modi. In alcuni casi, viene premuto e viene praticata una scanalatura nella parte superiore dell'elemento, che viene riempita con il metallo del corpo della testa durante l'installazione. Questo crea l'integrità dell'assieme da metalli diversi.

Il sedile in acciaio è fissato svasando la parte superiore nel corpo della testa. Ci sono selle cilindriche e coniche. Nel primo caso, sono montati fino all'arresto e il secondo ha un piccolo spazio finale.

Numero di valvole nel motore

Un motore a combustione a 4 tempi standard ha un albero a camme e due valvole per cilindro. In questo progetto, una parte è responsabile dell'iniezione di una miscela di aria o solo aria (se il sistema di alimentazione ha iniezione diretta) e l'altra è responsabile della rimozione dei gas di scarico nel collettore di scarico.

Funzionamento più efficiente nella modifica del motore, in cui ci sono quattro valvole per cilindro, due per ogni fase. Grazie a questo design, viene fornito un migliore riempimento della camera con una nuova porzione di VTS o aria, nonché una rimozione accelerata dei gas di scarico e la ventilazione della cavità del cilindro. Le auto iniziarono ad essere equipaggiate con tali motori a partire dagli anni '70 del secolo scorso, sebbene lo sviluppo di tali unità iniziò nella prima metà degli anni '1910.

Ad oggi, per migliorare il funzionamento delle unità di potenza, c'è uno sviluppo del motore in cui sono presenti cinque valvole. Due per l'uscita e tre per l'ingresso. Un esempio di tali unità sono i modelli della preoccupazione Volkswagen-Audi. Sebbene il principio di funzionamento della cinghia di distribuzione in un tale motore sia identico alle versioni classiche, il design di questo meccanismo è complicato, il che rende costoso lo sviluppo innovativo.

Un simile approccio non convenzionale viene adottato anche dalla casa automobilistica Mercedes-Benz. Alcuni motori di questa casa automobilistica sono dotati di tre valvole per cilindro (2 aspirazione, 1 scarico). Inoltre, in ogni camera della pentola sono installate due candele.

Il produttore determina il numero di valvole in base alle dimensioni della camera in cui entrano carburante e aria. Per migliorarne il riempimento, è necessario garantire un migliore afflusso della porzione fresca di BTC. Per fare ciò, puoi aumentare il diametro del foro e con esso la dimensione della piastra. Tuttavia, questa modernizzazione ha i suoi limiti. Ma è del tutto possibile installare una valvola di aspirazione aggiuntiva, quindi le case automobilistiche stanno sviluppando proprio tali modifiche alla testata del cilindro. Poiché la velocità di aspirazione è più importante dello scarico (lo scarico viene rimosso sotto la pressione del pistone), con un numero dispari di valvole, ci saranno sempre più elementi di aspirazione.

Di cosa sono fatte le valvole

Poiché le valvole funzionano in condizioni di massima temperatura e sollecitazione meccanica, sono realizzate in metallo resistente a tali fattori. Soprattutto si riscalda, e subisce anche sollecitazioni meccaniche, il punto di contatto tra la sede e il disco della valvola. Ad alti regimi del motore, le valvole affondano rapidamente nelle sedi, creando uno shock ai bordi della parte. Inoltre, nel processo di combustione di una miscela di aria e carburante, i bordi sottili della piastra sono soggetti a un forte riscaldamento.

Oltre al disco della valvola, vengono sollecitati anche i manicotti delle valvole. I fattori negativi che portano all'usura di questi elementi sono una lubrificazione insufficiente e un attrito costante durante il rapido movimento della valvola.

Per questi motivi, alle valvole vengono imposti i seguenti requisiti:

1. Devono sigillare l'ingresso / uscita;
2. Con un forte riscaldamento, i bordi della piastra non dovrebbero deformarsi dagli urti sulla sella;
3. Deve essere ben razionalizzato in modo che non si crei alcuna resistenza al mezzo in entrata o in uscita;
4. La parte non dovrebbe essere pesante;
5. Il metallo deve essere resistente e durevole;
6. Non deve subire forti ossidazioni (quando l'auto marcia raramente, i bordi delle testate non devono arrugginire).

La parte che ha aperto il buco nei motori diesel si riscalda fino a 700 gradi e nelle controparti a benzina - fino a 900 sopra lo zero. La situazione è complicata dal fatto che con un riscaldamento così forte, la valvola aperta non si raffredda. La valvola di uscita può essere realizzata in qualsiasi acciaio altamente legato in grado di resistere al calore elevato. Come già accennato, una valvola è composta da due diversi tipi di metallo. La testa è in leghe resistenti alle alte temperature e lo stelo è in acciaio al carbonio.

Per quanto riguarda gli elementi di ingresso, vengono raffreddati per contatto con il sedile. Tuttavia, anche la loro temperatura è alta - circa 300 gradi, quindi non è consentito che la parte si deformi quando viene riscaldata.

Il cromo è spesso incluso nella materia prima per le valvole, che ne aumenta la stabilità termica. Durante la combustione di benzina, gas o gasolio vengono rilasciate alcune sostanze che possono intaccare in modo aggressivo le parti metalliche (ad esempio ossido di piombo). I composti di nichel, manganese e azoto possono essere inclusi nel materiale della testa della valvola per prevenire reazioni avverse.

E infine. Non è un segreto per nessuno che in qualsiasi motore, nel tempo, le valvole si brucino. Ecco un breve video sulle ragioni di ciò:

LE RAGIONI PER CUI BRUCIANO LE VALVOLE NEL MOTORE DELL'AUTOMOBILE 95% DEI CONDUCENTI NON LO SAPEVA

Domande e risposte:

Cosa fanno le valvole in un motore? Quando si aprono, le valvole di aspirazione consentono all'aria fresca (o alla miscela aria/carburante) di fluire nel cilindro. Le valvole di scarico aperte conducono i gas di scarico al collettore di scarico.

Come capire che le valvole sono bruciate? Una caratteristica fondamentale delle valvole bruciate è la tripletta del motore, indipendentemente dal numero di giri. Allo stesso tempo, la potenza del motore viene ridotta decentemente e il consumo di carburante aumenta.

Quali parti aprono e chiudono le valvole? Lo stelo della valvola è collegato alle camme dell'albero a camme. In molti motori moderni, tra queste parti sono installati anche sollevatori idraulici.