Supapa motorului. Scop, dispozitiv, design

Pentru ca motorul cu combustie internă în patru timpi al oricărei mașini să funcționeze, dispozitivul său include multe părți și mecanisme diferite care sunt sincronizate între ele. Printre astfel de mecanisme se numără sincronizarea. Funcția sa este de a asigura funcționarea la timp a temporizării supapei. Ce este descris în detaliu aici.

Pe scurt, mecanismul de distribuție a gazului deschide supapa de intrare / ieșire la momentul potrivit pentru a asigura sincronizarea procesului în timpul executării unei anumite curse în cilindru. În unele cazuri, este necesar ca ambele găuri să fie închise, în celălalt unul sau chiar ambele să fie deschise.

Să aruncăm o privire mai atentă la un detaliu care vă permite să stabilizați acest proces. Aceasta este o supapă. Care este particularitatea designului său și, de asemenea, cum funcționează?

Ce este o supapă a motorului

Supapa este o piesă metalică instalată în chiulasă. Face parte din mecanismul de distribuție a gazului și este acționat de un arbore cu came.

În funcție de modificarea mașinii, motorul va avea o sincronizare mai mică sau superioară. Prima opțiune se găsește în continuare în unele modificări vechi ale unităților de putere. Majoritatea producătorilor au trecut de mult la al doilea tip de mecanisme de distribuție a gazelor.

Motivul pentru aceasta este că un astfel de motor este mai ușor de reglat și reparat. Pentru a regla supapele, este suficient să scoateți capacul supapei și nu este necesar să demontați întreaga unitate.

Scopul și caracteristicile dispozitivului

Supapa este un element cu arc. În repaus, închide bine gaura. Când arborele cu came se rotește, camera situată pe acesta împinge supapa în jos, coborând-o. Aceasta deschide gaura. Aranjamentul arborelui cu came este descris în detaliu în o altă recenzie.

Fiecare detaliu își joacă propria funcție, care este imposibil de realizat din punct de vedere structural pentru un element similar situat în apropiere. Există cel puțin două supape pe cilindru. La modelele mai scumpe, există patru dintre ele. În majoritatea cazurilor, aceste elemente sunt în perechi și deschid diferite grupuri de găuri: unele sunt de admisie, iar altele sunt de ieșire.

Supapele de admisie sunt responsabile pentru admisia unei porțiuni proaspete din amestecul aer-combustibil în cilindru și în motoarele cu injecție directă (un tip de sistem de injecție a combustibilului, este descris aici) - volumul de aer proaspăt. Acest proces are loc în momentul în care pistonul finalizează cursa de admisie (din punctul mort superior, după îndepărtarea evacuării, se deplasează în jos).

Supapele de evacuare au același principiu de deschidere, doar că au o funcție diferită. Acestea deschid o gaură pentru îndepărtarea produselor de ardere în galeria de evacuare.

Proiectarea supapei motorului

Părțile în cauză sunt incluse în grupul de supape al mecanismului de distribuție a gazului. Împreună cu alte părți, acestea asigură o schimbare la timp a temporizării supapelor.

Luați în considerare caracteristicile de proiectare ale supapelor și ale pieselor conexe, de care depinde funcționarea lor efectivă.

Supape

Supapele sunt sub formă de tijă, pe o parte a căreia există un cap sau un element de buzunar, iar pe de altă parte, un toc sau un capăt. Partea plană este concepută pentru a etanșa strâns orificiile din chiulasă. Se face o tranziție lină între cinal și tijă, nu o treaptă. Acest lucru permite supapei să fie simplificată astfel încât să nu creeze rezistență la mișcarea fluidului.

În același motor, supapele de admisie și evacuare vor fi ușor diferite. Deci, primele tipuri de piese vor avea o placă mai largă decât a doua. Motivul pentru aceasta este temperatura ridicată și presiunea ridicată atunci când produsele de ardere sunt îndepărtate prin orificiul de evacuare a gazului.

Pentru a face părțile mai ieftine, supapele sunt în două părți. Ele diferă prin compoziție. Aceste două părți sunt unite prin sudare. Șanfrenul discului supapei de ieșire este, de asemenea, un element separat. Se depune dintr-un alt tip de metal, care are proprietăți rezistente la căldură, precum și rezistență la solicitări mecanice. În plus față de aceste proprietăți, capătul supapelor de evacuare este mai puțin predispus la formarea ruginii. Este adevărat, această parte din multe supape este fabricată dintr-un material identic cu metalul din care este fabricată placa.

Capetele elementelor de admisie sunt de obicei plate. Acest design are rigiditatea necesară și ușurința de execuție. Motoarele de calitate superioară pot fi echipate cu supape cu disc concav. Acest design este puțin mai ușor decât omologul standard, reducând astfel forța de inerție.

În ceea ce privește omologii de ieșire, forma capului lor va fi fie plană, fie convexă. A doua opțiune este mai eficientă, deoarece oferă o eliminare mai bună a gazelor din camera de ardere datorită designului său raționalizat. În plus, placa convexă este mai durabilă în comparație cu omologul plat. Pe de altă parte, un astfel de element este mai greu, din cauza căruia suferă inerția sa. Aceste tipuri de piese vor necesita arcuri mai rigide.

De asemenea, designul tijei pentru acest tip de supape este ușor diferit de piesele de admisie. Pentru a asigura o mai bună disipare a căldurii de la element, bara este mai groasă. Acest lucru mărește rezistența la încălzirea puternică a piesei. Cu toate acestea, această soluție are un dezavantaj - creează o rezistență mai mare la gazele îndepărtate. În ciuda acestui fapt, producătorii folosesc în continuare acest design, deoarece gazele de eșapament sunt emise sub presiune puternică.

Astăzi există o dezvoltare inovatoare a supapelor răcite forțat. Această modificare are un miez gol. Sodiul lichid este pompat în cavitatea sa. Această substanță se evaporă atunci când este încălzită puternic (situată lângă cap). Ca urmare a acestui proces, gazul absoarbe căldura de pe pereții metalici. Pe măsură ce se ridică în sus, gazul se răcește și se condensează. Lichidul curge în jos către bază, unde procesul se repetă.

Pentru ca supapele să asigure etanșeitatea interfeței, este selectat un șanț în scaun și pe disc. De asemenea, se face cu o teșitură pentru a elimina pasul. La instalarea supapelor pe motor, acestea sunt frecate de cap.

Etanșeitatea conexiunii dintre scaun și cap este afectată de coroziunea formată pe umăr, iar părțile de ieșire suferă adesea de depuneri de carbon. Pentru a prelungi durata de viață a supapelor, unele motoare sunt echipate cu un mecanism suplimentar care rotește ușor supapa când priza este închisă. Aceasta elimină depozitele de carbon rezultate.

Uneori se întâmplă ca tija supapei să se rupă. Acest lucru va provoca căderea piesei în cilindru și deteriorarea motorului. Pentru eșec, este suficient ca arborele cotit să facă câteva rotații inerțiale. Pentru a preveni această situație, producătorii de supape auto pot echipa piesa cu un inel de fixare.

Un pic despre caracteristicile tocului supapei. Această parte este supusă forței de frecare, deoarece este afectată de camera arborelui cu came. Pentru ca supapa să se deschidă, camera trebuie să o împingă în jos cu suficientă forță pentru a comprima arcul. Această unitate trebuie să primească suficientă ungere și, astfel încât să nu se uzeze rapid, este întărită. Unii designeri de motoare folosesc capace speciale pentru a preveni uzura tijei, care sunt realizate din materiale rezistente la astfel de sarcini.

Pentru a preveni blocarea supapei în manșon în timpul încălzirii, porțiunea tijei de lângă cinel este ușor mai subțire decât partea de lângă călcâi. Pentru fixarea arcului supapei, se realizează două caneluri la capătul supapelor (în unele cazuri, unul), în care sunt introduse biscuiții suportului (o placă fixă ​​în care se sprijină arcul).

Arcuri supape

Arcul afectează eficiența supapei. Este necesar, astfel încât capul și scaunul să asigure o conexiune strânsă, iar mediul de lucru să nu pătrundă prin fistula formată. Dacă această piesă este foarte rigidă, arborele cu came sau călcâiul tijei supapei se va uza rapid. Pe de altă parte, un arc slab nu va putea asigura o potrivire strânsă între cele două elemente.

Deoarece acest element funcționează în condiții de schimbare rapidă a sarcinilor, se poate rupe. Producătorii de motoare folosesc diferite tipuri de arcuri pentru a preveni defectarea rapidă. În anumite perioade de timp, sunt instalate tipuri duble. Această modificare reduce sarcina pe un element individual, crescând astfel durata sa de lucru.

În acest design, arcurile vor avea o direcție diferită a virajelor. Acest lucru împiedică particulele părții rupte să intre între turele celeilalte. Pentru fabricarea acestor elemente se folosește oțelul cu arc. După formarea produsului, acesta este temperat.

La margini, fiecare arc este măcinat astfel încât întreaga piesă portantă să fie în contact cu capul supapei și placa superioară atașată la chiulasă. Pentru a preveni oxidarea piesei, aceasta este acoperită cu un strat de cadmiu și zincată.

În plus față de supapele clasice de distribuție, o supapă pneumatică poate fi utilizată la vehiculele sportive. De fapt, acesta este același element, doar că este pus în mișcare printr-un mecanism pneumatic special. Datorită acestui fapt, se obține o astfel de precizie de funcționare, încât motorul este capabil să dezvolte rotații incredibile - până la 20 mii.

O astfel de dezvoltare a apărut în anii 1980. Contribuie la deschiderea / închiderea mai clară a găurilor, pe care niciun arc nu le poate oferi. Acest servomotor este alimentat cu gaz comprimat într-un rezervor deasupra supapei. Când camera lovește supapa, forța de impact este de aproximativ 10 bari. Supapa se deschide și atunci când arborele cu came slăbește impactul asupra călcâiului său, gazul comprimat readuce repede piesa la locul său. Pentru a preveni scăderea presiunii din cauza unor eventuale scurgeri, sistemul este echipat cu un compresor suplimentar, al cărui rezervor este la o presiune de aproximativ 200 bari.

James Ellison, PBM Aprilia, Test CRT Jerez Feb 2012

Acest sistem este utilizat la motocicletele din clasa MotoGP. Acest transport cu un litru de volum al motorului este capabil să dezvolte 20-21 mii de rotații ale arborelui cotit. Un model cu un mecanism similar este unul dintre modelele de motociclete Aprilia. Puterea sa era incredibilă de 240 CP. Este adevărat, acest lucru este prea mult pentru un vehicul cu două roți.

Ghidaje supapă

Rolul acestei piese în funcționarea supapei este de a se asigura că se deplasează în linie dreaptă. Manșonul ajută și la răcirea tijei. Această piesă are nevoie de ungere constantă. În caz contrar, tija va fi supusă unei solicitări termice constante, iar manșonul se va usura rapid.

Materialul care poate fi utilizat pentru fabricarea acestor bucșe trebuie să fie rezistent la căldură, să reziste la frecare constantă, să îndepărteze bine căldura din partea adiacentă și, de asemenea, să reziste la temperaturi ridicate. Astfel de cerințe pot fi îndeplinite de fonta gri perlit, bronz de aluminiu, ceramică cu crom sau crom-nichel. Toate aceste materiale au o structură poroasă, care ajută la menținerea uleiului la suprafața lor.

Bucșa pentru supapa de evacuare va avea puțin mai mult joc între tijă decât echivalentul de intrare. Motivul pentru aceasta este expansiunea termică mai mare a supapei de eliminare a gazelor reziduale.

Scaune supapă

Aceasta este porțiunea de contact a alezajului chiulasei lângă fiecare cilindru și disc de supapă. Deoarece această parte a capului se confruntă cu solicitări mecanice și termice, trebuie să aibă o rezistență bună la căldură ridicată și la impacturi frecvente (atunci când mașina rulează rapid, viteza arborelui cu came este atât de mare încât supapele cad literalmente în scaun).

Dacă blocul cilindrului și capul său sunt realizate din aliaj de aluminiu, scaunele supapei vor fi în mod necesar din oțel. Fonta se descurcă bine cu astfel de sarcini, așa că șa în această modificare se face chiar în cap.

Sunt disponibile, de asemenea, șeuri plug-in. Sunt fabricate din fontă din aliaj sau oțel rezistent la căldură. Pentru ca șanfrenul elementului să nu se uzeze atât de mult, este realizat prin stratificarea unui metal rezistent la căldură.

Scaunul de fixare este fixat în alezajul capului în moduri diferite. În unele cazuri, este presat și se realizează o canelură în partea superioară a elementului, care este umplută cu metalul corpului capului în timpul instalării. Acest lucru creează integritatea ansamblului din diferite metale.

Scaunul din oțel este atașat prin evidențierea vârfului în corpul capului. Există șei cilindrice și conice. În primul caz, acestea sunt montate la opritor, iar al doilea are un mic spațiu final.

Numărul de supape din motor

Un motor cu ardere standard în 4 timpi are un arbore cu came și două supape pe cilindru. În acest design, o parte este responsabilă pentru injecția unui amestec de aer sau doar aer (dacă sistemul de alimentare cu combustibil are injecție directă), iar cealaltă este responsabilă cu eliminarea gazelor de eșapament în galeria de eșapament.

Funcționare mai eficientă în modificarea motorului, în care există patru supape pe cilindru - două pentru fiecare fază. Datorită acestui design, se asigură o mai bună umplere a camerei cu o nouă porțiune de VTS sau aer, precum și îndepărtarea accelerată a gazelor de eșapament și ventilația cavității cilindrului. Mașinile au început să fie echipate cu astfel de motoare începând cu anii 70 ai secolului trecut, deși dezvoltarea unor astfel de unități a început în prima jumătate a anilor 1910.

Astăzi, pentru a îmbunătăți funcționarea unităților de putere, există o dezvoltare a motorului în care există cinci supape. Două pentru priză și trei pentru intrare. Un exemplu de astfel de unități sunt modelele concernului Volkswagen-Audi. Deși principiul de funcționare al curelei de distribuție într-un astfel de motor este identic cu versiunile clasice, designul acestui mecanism este complicat, ceea ce face ca dezvoltarea inovatoare să fie costisitoare.

O abordare neconvențională similară este adoptată și de producătorul auto Mercedes-Benz. Unele motoare de la acest producător de automobile sunt echipate cu trei supape pe cilindru (2 prize, 1 evacuare). În plus, două bujii sunt instalate în fiecare cameră a vasului.

Producătorul determină numărul de supape în funcție de dimensiunea camerei în care intră combustibilul și aerul. Pentru a-și îmbunătăți umplerea, este necesar să se asigure un flux mai bun de porție proaspătă de BTC. Pentru a face acest lucru, puteți crește diametrul găurii și, cu aceasta, dimensiunea plăcii. Cu toate acestea, această modernizare are propriile limite. Dar este foarte posibil să instalați o supapă de admisie suplimentară, astfel încât producătorii de automobile dezvoltă doar astfel de modificări ale chiulasei. Deoarece viteza de admisie este mai importantă decât evacuarea (evacuarea este îndepărtată sub presiunea pistonului), cu un număr impar de supape, vor exista întotdeauna mai multe elemente de admisie.

Din ce sunt fabricate supapele

Deoarece supapele funcționează în condiții de temperatură maximă și solicitare mecanică, acestea sunt fabricate din metal rezistent la astfel de factori. Cel mai mult se încălzește și întâmpină, de asemenea, stres mecanic, locul de contact dintre scaun și discul supapei. La turații mari ale motorului, supapele se scufundă rapid în scaune, creând un șoc la marginile piesei. De asemenea, în procesul de ardere a unui amestec de aer și combustibil, marginile subțiri ale plăcii sunt supuse încălzirii ascuțite.

În plus față de discul supapei, manșoanele supapei sunt, de asemenea, tensionate. Factorii negativi care duc la uzura acestor elemente sunt lubrifierea insuficientă și frecarea constantă în timpul mișcării rapide a supapei.

Din aceste motive, sunt supuse următoarele cerințe supapelor:

1. Trebuie să sigileze intrarea / ieșirea;
2. Cu o încălzire puternică, marginile plăcii nu trebuie să se deformeze din cauza impacturilor asupra șalei;
3. Trebuie să fie bine simplificate astfel încât să nu se creeze rezistență la mediul de intrare sau de ieșire;
4. Piesa nu trebuie să fie grea;
5. Metalul trebuie să fie dur și durabil;
6. Nu trebuie să sufere o oxidare puternică (când mașina circulă rar, marginile capetelor nu ar trebui să ruginească).

Partea care a deschis gaura în motoarele diesel se încălzește până la 700 de grade, iar în colegii pe benzină - până la 900 peste zero. Situația este complicată de faptul că, cu o încălzire atât de puternică, supapa deschisă nu se răcește. Supapa de ieșire poate fi confecționată din orice oțel aliat, care poate rezista la căldură ridicată. După cum sa menționat deja, o supapă este fabricată din două tipuri diferite de metal. Capul este realizat din aliaje la temperaturi ridicate, iar tija este din oțel carbon.

În ceea ce privește elementele de admisie, acestea sunt răcite prin contactul cu scaunul. Cu toate acestea, temperatura lor este, de asemenea, ridicată - aproximativ 300 de grade, deci nu este permis ca piesa să se deformeze atunci când este încălzită.

Cromul este adesea inclus în materia primă pentru supape, ceea ce îi mărește stabilitatea termică. În timpul arderii benzinei, gazului sau motorinei, se eliberează unele substanțe care pot afecta agresiv părțile metalice (de exemplu, oxidul de plumb). Compușii de nichel, mangan și azot pot fi incluși în materialul capului supapei pentru a preveni reacțiile adverse.

Și, în sfârșit. Nu este un secret pentru nimeni că în orice motor, în timp, supapele se ard. Iată un scurt videoclip despre motivele acestui lucru:

MOTIVE CARE SUPAPE arde într-un MOTOR AUTO 95% dintre șoferi nu ÎL ȘTiau

Întrebări și răspunsuri:

Ce fac supapele unui motor? Pe măsură ce se deschid, supapele de admisie permit aerului proaspăt (sau amestecului aer/combustibil) să curgă în cilindru. Supapele de evacuare deschise conduc gazele de evacuare la galeria de evacuare.

Cum să înțelegeți că supapele sunt arse? O caracteristică cheie a supapelor arse este mișcarea triplă a motorului, indiferent de rpm. În același timp, puterea motorului este redusă decent, iar consumul de combustibil crește.

Ce piese deschid și închid supapele? Tija supapei este conectată la camele arborelui cu came. În multe motoare moderne, între aceste părți sunt instalate și ridicători hidraulici.