Vàlvula del motor. Finalitat, dispositiu, disseny

Per tal que un motor de combustió interna de quatre temps de qualsevol cotxe funcioni, el dispositiu inclou moltes parts i mecanismes diferents que se sincronitzen entre si. Entre aquests mecanismes hi ha el moment. La seva funció és garantir el funcionament oportú de la sincronització de la vàlvula. El que es descriu detalladament aquí.

En resum, el mecanisme de distribució de gas obre la vàlvula d’entrada / sortida en el moment adequat per garantir la sincronització del procés quan es realitza una carrera particular al cilindre. En alguns casos, es requereix que els dos forats estiguin tancats; en l’altre, un o fins i tot els dos estiguin oberts.

Vegem de prop un detall que us permet estabilitzar aquest procés. Es tracta d’una vàlvula. Quina és la peculiaritat del seu disseny i també com funciona?

Què és una vàlvula del motor

La vàlvula és una peça metàl·lica instal·lada a la culata. Forma part del mecanisme de distribució de gas i és accionat per un arbre de lleves.

Depenent de la modificació del cotxe, el motor tindrà un temps inferior o superior. La primera opció encara es troba en algunes modificacions antigues de les unitats de potència. La majoria de fabricants han canviat des de fa temps al segon tipus de mecanismes de distribució de gas.

La raó d'això és que aquest motor és més fàcil de sintonitzar i reparar. Per ajustar les vàlvules, n'hi ha prou amb treure la tapa de la vàlvula i no cal desmuntar tota la unitat.

Finalitat i característiques del dispositiu

La vàlvula és un element amb moll. En un estat tranquil, tanca fort el forat. Quan l’arbre de lleves gira, la lleva situada sobre ella empeny la vàlvula cap avall, baixant-la. Això obre el forat. El disseny de l'arbre de lleves es descriu detalladament a una altra ressenya.

Cada detall té la seva pròpia funció, que és constructivament impossible de realitzar per a un element similar situat a prop. Hi ha almenys dues vàlvules per cilindre. En els models més cars, n’hi ha quatre. En la majoria dels casos, aquests elements es troben en parelles i obren diferents grups de forats: alguns són d’entrada i d’altres de sortida.

Les vàlvules d’admissió són responsables de la ingesta d’una porció nova de la mescla aire-combustible al cilindre i en motors amb injecció directa (un tipus de sistema de combustible d’injecció, es descriu aquí) - el volum d’aire fresc. Aquest procés es produeix en el moment en què el pistó realitza la carrera d’admissió (des del punt mort superior després d’eliminar l’escapament, es mou cap avall).

Les vàlvules d’escapament tenen el mateix principi d’obertura, només que tenen una funció diferent. Obren un forat per eliminar els productes de combustió al col·lector d’escapament.

Disseny de vàlvules del motor

Les parts en qüestió s’inclouen al grup de vàlvules del mecanisme de distribució de gas. Juntament amb altres detalls, proporcionen un canvi oportú en el moment de la vàlvula.

Penseu en les característiques de disseny de les vàlvules i les parts relacionades, de les quals depèn el seu funcionament efectiu.

Vàlvules

Les vàlvules tenen la forma d’una vareta, a un costat de la qual hi ha un element de capçal o estret i, a l’altra, un taló o un extrem. La part plana està dissenyada per segellar hermèticament les obertures de la culata. Es fa una transició suau entre el plat i la vareta, no pas un pas. Això permet racionalitzar la vàlvula de manera que no creï resistència al moviment del fluid.

En el mateix motor, les vàlvules d’admissió i d’escapament seran lleugerament diferents. Per tant, els primers tipus de peces tindran una placa més ampla que la segona. El motiu d’això és l’alta temperatura i l’alta pressió quan s’eliminen els productes de combustió per la sortida del gas.

Per abaratir les peces, les vàlvules es divideixen en dues parts. Es diferencien per composició. Aquestes dues parts s’uneixen mitjançant soldadura. El xamfrà del disc de la vàlvula de sortida també és un element separat. Es diposita a partir d’un altre tipus de metall, que té propietats resistents a la calor, així com resistència a les tensions mecàniques. A més d’aquestes propietats, l’extrem de les vàlvules d’escapament és menys propens a la formació d’òxid. És cert que aquesta part de moltes vàlvules està feta d’un material idèntic al metall del qual està feta la placa.

Els caps dels elements d’entrada són generalment plans. Aquest disseny té la rigidesa i la facilitat d’execució requerides. Els motors antiquats es poden equipar amb vàlvules de disc còncaves. Aquest disseny és lleugerament més lleuger que l’equivalent estàndard, reduint així la força d’inèrcia.

Pel que fa a les contrapartides de sortida, la forma del seu cap serà plana o convexa. La segona opció és més eficient, ja que proporciona una millor eliminació dels gasos de la cambra de combustió pel seu disseny simplificat. A més, la placa convexa és més resistent que la contrapart plana. D'altra banda, aquest element és més pesat, a causa del qual la seva inèrcia pateix. Aquest tipus de peces requeriran molls més rígids.

A més, el disseny de la tija d’aquest tipus de vàlvules és lleugerament diferent de les parts d’admissió. Per proporcionar una millor dissipació de la calor de l'element, el gruix de la vareta es fa més gran. Això augmenta la resistència a un fort escalfament de la peça. No obstant això, aquesta solució té un desavantatge: crea una major resistència als gasos eliminats. Malgrat això, els fabricants segueixen utilitzant aquest disseny, ja que els gasos d’escapament s’emeten sota una forta pressió.

Avui hi ha un desenvolupament innovador de vàlvules de refredament forçat. Aquesta modificació té un nucli buit. El sodi líquid es bomba a la seva cavitat. Aquesta substància s’evapora quan s’escalfa fortament (es troba prop del cap). Com a resultat d’aquest procés, el gas absorbeix la calor de les parets metàl·liques. A mesura que puja, el gas es refreda i es condensa. El líquid baixa cap a la base, on es repeteix el procés.

Per tal que les vàlvules garanteixin l'estanquitat de la interfície, es selecciona un xamfrà al seient i al disc. També es fa amb un bisell per eliminar el pas. En instal·lar les vàlvules al motor, es freguen contra el cap.

L'estanquitat de la connexió del seient al cap es veu afectada per la corrosió de les brides i les parts de sortida solen patir dipòsits de carboni. Per allargar la vida de la vàlvula, alguns motors estan equipats amb un mecanisme addicional que gira lleugerament la vàlvula quan la sortida està tancada. Això elimina els dipòsits de carboni resultants.

De vegades passa que el tall de la vàlvula es trenca. Això farà que la peça caigui al cilindre i que faci malbé el motor. Per al fracàs, és suficient que el cigonyal faci un parell de revolucions inercials. Per evitar aquesta situació, els fabricants de vàlvules automàtiques poden equipar la peça amb un anell de retenció.

Una mica sobre les característiques del taló de la vàlvula. Aquesta peça està sotmesa a força de fricció ja que es veu afectada per la lleva de l’arbre de lleves. Perquè la vàlvula s’obri, la lleva l’ha d’empènyer cap avall amb la força suficient per comprimir la molla. Aquesta unitat ha de rebre prou greixatge i, per no desgastar-se ràpidament, s’endureix. Alguns dissenyadors de motors utilitzen taps especials per evitar el desgast de la barra, que estan fets de materials resistents a aquestes càrregues.

Per evitar que la vàlvula s’enganxi a la màniga durant l’escalfament, la part de la tija a prop del plater és lleugerament més fina que la part propera al taló. Per fixar el moll de la vàlvula, es fan dues ranures a l'extrem de les vàlvules (en alguns casos, una), en què s'insereixen els galets del suport (una placa fixa on descansa el moll).

Molles de vàlvules

El moll afecta l'eficiència de la vàlvula. Es necessita perquè el cap i el seient proporcionin una connexió estreta i el medi de treball no penetri a través de la fístula formada. Si aquesta part és molt rígida, la lleva de l’eix de lleves o el taló de la tija de la vàlvula es desgastaran ràpidament. D'altra banda, un ressort feble no podrà assegurar un ajust ajustat entre els dos elements.

Atès que aquest element funciona en condicions de càrrega que canvia ràpidament, es pot trencar. Els fabricants de motocicletes utilitzen diferents tipus de molles per evitar avaries ràpides. En alguns temps, s’instal·len tipus dobles. Aquesta modificació redueix la càrrega sobre un element individual, augmentant així la seva vida útil.

En aquest disseny, les molles tindran una direcció diferent de les voltes. D’aquesta manera, s’evita que les partícules de la part trencada passin entre els girs de l’altra. Per fabricar aquests elements s’utilitza l’acer de molla. Després de formar el producte, es tempera.

A les vores, cada molla es mola de manera que tota la part portant estigui en contacte amb el capçal de la vàlvula i la placa superior unida a la culata. Per evitar que la peça s’oxidi, es cobreix amb una capa de cadmi i es galvanitza.

A més de les clàssiques vàlvules de distribució, es pot utilitzar una vàlvula pneumàtica en vehicles esportius. De fet, aquest és el mateix element, només que es posa en moviment mitjançant un mecanisme pneumàtic especial. Gràcies a això, s’aconsegueix una precisió de funcionament tal que el motor és capaç de desenvolupar revolucions increïbles, fins a 20 mil.

Aquest desenvolupament va aparèixer als anys vuitanta. Contribueix a l'obertura / tancament més clars dels forats, que cap molla pot proporcionar. Aquest actuador és alimentat per gas comprimit en un dipòsit situat a sobre de la vàlvula. Quan la lleva colpeja la vàlvula, la força d'impacte és d'aproximadament 1980 bar. La vàlvula s’obre i, quan l’eix de lleves debilita l’impacte sobre el taló, el gas comprimit torna ràpidament la peça al seu lloc. Per evitar caigudes de pressió a causa de possibles fuites, el sistema està equipat amb un compressor addicional, el dipòsit del qual es troba a una pressió d’uns 10 bar.

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

Aquest sistema s’utilitza en motocicletes de la classe MotoGP. Aquest transport amb un litre de volum del motor és capaç de desenvolupar entre 20 i 21 mil revolucions de l’eix del cigonyal. Un dels models amb un mecanisme similar és un dels models de motocicletes Aprilia. La seva potència era de 240 CV. És cert, per a un vehicle de dues rodes, això és massa.

Guies de vàlvules

El paper d’aquesta peça en el funcionament de la vàlvula és assegurar-se que es mou en línia recta. La màniga també ajuda a refredar la vareta. Aquesta peça necessita una lubricació constant. En cas contrari, la vareta estarà sotmesa a un esforç tèrmic constant i la màniga es desgastarà ràpidament.

El material que es pot utilitzar per a la fabricació d’aquests casquets ha de ser resistent a la calor, suportar friccions constants, eliminar bé la calor de la part adjacent i també suportar altes temperatures. Aquests requisits els pot satisfer el ferro colat de color gris perlita, el bronze d'alumini, la ceràmica amb crom o crom-níquel. Tots aquests materials tenen una estructura porosa, que ajuda a mantenir l’oli a la seva superfície.

La boixa de la vàlvula d’escapament tindrà una mica més de joc entre la tija que l’equivalent d’entrada. El motiu d’això és la major expansió tèrmica de la vàlvula d’eliminació de gasos residuals.

Seients de vàlvules

Aquesta és la porció de contacte del forat de la culata prop de cada cilindre i disc de vàlvula. Com que aquesta part del cap s’enfronta a esforços mecànics i tèrmics, ha de tenir una bona resistència a la calor elevada i a impactes freqüents (quan el cotxe circula ràpid, la velocitat de l’arbre de lleves és tan elevada que les vàlvules cauen literalment al seient).

Si el bloc de cilindres i el seu cap són d'aliatge d'alumini, els seients de les vàlvules seran necessàriament d'acer. El ferro colat ja s’adapta bé a aquestes càrregues, de manera que la sella d’aquesta modificació es fa al mateix cap.

També hi ha disponibles sellons endollables. Estan fabricats amb ferro fos d'aliatge o acer resistent a la calor. Perquè el xamfrà de l’element no es desgasti tant, es realitza mitjançant capes de metall resistent a la calor.

El seient d'inserció es fixa al forat del cap de diferents maneres. En alguns casos, es pressiona i es fa una ranura a la part superior de l'element, que s'omple amb el metall del cos del cap durant la instal·lació. Això crea la integritat del conjunt a partir de diferents metalls.

El seient d'acer s'uneix obrint la part superior al cos del cap. Hi ha selles cilíndriques i còniques. En el primer cas, es munten fins a la parada i el segon té un petit buit final.

Nombre de vàlvules del motor

Un motor de combustió de 4 temps estàndard té un arbre de lleves i dues vàlvules per cilindre. En aquest disseny, una part és responsable de la injecció d’una barreja d’aire o simplement aire (si el sistema de combustible té injecció directa) i l’altra és responsable de l’eliminació dels gasos d’escapament al col·lector d’escapament.

Treball més eficient en la modificació del motor, en què hi ha quatre vàlvules per cilindre, dues per cada fase. Gràcies a aquest disseny, s’assegura un millor ompliment de la cambra amb una nova porció de VTS o aire, així com l’eliminació accelerada dels gasos d’escapament i la ventilació de la cavitat del cilindre. Els cotxes van començar a equipar-se amb aquests motors a partir dels anys 70 del segle passat, tot i que el desenvolupament d’aquestes unitats va començar a la primera meitat de la dècada de 1910.

Fins ara, per millorar el funcionament de les unitats de potència, hi ha un desenvolupament del motor en el qual hi ha cinc vàlvules. Dos per a la sortida i tres per a l’entrada. Un exemple d’aquestes unitats són els models de la Volkswagen-Audi concern. Tot i que el principi de funcionament de la corretja dentada en aquest motor és idèntic a les versions clàssiques, el disseny d’aquest mecanisme és complicat, motiu pel qual el desenvolupament innovador és car.

El fabricant d'automòbils Mercedes-Benz també està adoptant un enfocament poc convencional similar. Alguns motors d’aquest fabricant d’automòbils estan equipats amb tres vàlvules per cilindre (2 entrades, 1 escapament). A més, s’instal·len dues bugies a cada cambra de l’olla.

El fabricant determina el nombre de vàlvules en funció de la mida de la cambra on entra el combustible i l’aire. Per millorar el seu farciment, cal assegurar un millor flux de la porció fresca de BTC. Per fer-ho, podeu augmentar el diàmetre del forat i, amb ell, la mida de la placa. Tanmateix, aquesta modernització té els seus propis límits. Però és molt possible instal·lar una vàlvula d’admissió addicional, de manera que els fabricants d’automòbils estan desenvolupant aquestes modificacions de la culata. Com que la velocitat d’admissió és més important que l’escapament (l’escapament s’elimina sota la pressió del pistó), amb un nombre imparell de vàlvules, sempre hi haurà més elements d’admissió.

De què estan fetes les vàlvules

Com que les vàlvules funcionen en condicions de màxima temperatura i tensió mecànica, són de metall resistent a aquests factors. Sobretot s’escalfa i també troba estrès mecànic, el lloc de contacte entre el seient i el disc de la vàlvula. A velocitats elevades del motor, les vàlvules s’enfonsen ràpidament als seients, creant un xoc a les vores de la peça. A més, en el procés de combustió d’una barreja d’aire i combustible, les vores primes de la placa se sotmeten a un escalfament agut.

A més del disc de la vàlvula, els manguitos de les vàlvules també estan estressats. Els factors negatius que porten al desgast d’aquests elements són la lubricació insuficient i la fricció constant durant el moviment ràpid de la vàlvula.

Per aquests motius, s’imposen els requisits següents a les vàlvules:

1. Han de segellar l’entrada / sortida;
2. Amb un fort escalfament, les vores de la placa no s’han de deformar per impactes a la sella;
3. S'ha de racionalitzar bé perquè no es creï resistència al mitjà entrant o sortint;
4. La peça no hauria de ser pesada;
5. El metall ha de ser resistent i durador;
6. No ha de patir una forta oxidació (quan el cotxe rara vegada circula, les vores dels caps no s’han d’oxidar).

La part que va obrir el forat en motors dièsel s’escalfa fins a 700 graus i en anàlegs de gasolina, fins a 900 sobre zero. La situació es complica pel fet que amb un escalfament tan fort, la vàlvula oberta no es refreda. La vàlvula de sortida es pot fabricar amb qualsevol acer d’aliatge alt que pugui suportar una calor elevada. Com ja s'ha esmentat, una vàlvula està feta de dos tipus de metall diferents. El cap està fet d'aliatges d'alta temperatura i la tija és d'acer al carboni.

Pel que fa als elements d’entrada, es refreden per contacte amb el seient. Tot i així, la seva temperatura també és elevada (uns 300 graus), per tant no es permet que la peça es deformi quan s’escalfa.

El crom s’inclou sovint a la matèria primera de les vàlvules, cosa que augmenta la seva estabilitat tèrmica. Durant la combustió de gasolina, gas o gasoil, s’alliberen algunes substàncies que poden afectar agressivament les parts metàl·liques (per exemple, l’òxid de plom). Es poden incloure compostos de níquel, manganès i nitrogen al material del capçal de la vàlvula per evitar reaccions adverses.

I finalment. No és un secret per a ningú que en qualsevol motor les vàlvules es cremin al llarg del temps. Aquí teniu un petit vídeo sobre els motius:

RAONS QUE VÀLVULES es cremen en un motor de cotxe El 95% dels conductors no ho sabien

Preguntes i respostes:

Què fan les vàlvules d'un motor? A mesura que s'obren, les vàlvules d'admissió permeten que l'aire fresc (o la mescla aire/combustible) flueixi al cilindre. Les vàlvules d'escapament obertes condueixen els gasos d'escapament al col·lector d'escapament.

Com entendre que les vàlvules estan cremades? Una característica clau de les vàlvules cremades és el triple moviment del motor independentment de les rpm. Al mateix temps, la potència del motor es redueix decentment i augmenta el consum de combustible.

Quines parts obren i tanquen les vàlvules? La tija de la vàlvula està connectada a les lleves de l'arbre de lleves. En molts motors moderns, també s'instal·len elevadors hidràulics entre aquestes parts.