Van động cơ. Mục đích, thiết bị, thiết kế

Để động cơ đốt trong XNUMX kỳ của bất kỳ ô tô nào hoạt động được thì thiết bị của nó bao gồm nhiều bộ phận và cơ cấu hoạt động đồng bộ với nhau. Trong số các cơ chế như vậy là thời gian. Chức năng của nó là đảm bảo kích hoạt đúng thời điểm của van. Những gì nó được mô tả chi tiết đây.

Nói tóm lại, cơ cấu phân phối khí sẽ mở van đầu vào / ra đúng thời điểm để đảm bảo tính thời điểm của quá trình khi thực hiện một hành trình cụ thể trong xi lanh. Trong một số trường hợp, yêu cầu cả hai lỗ đều được đóng lại, trong trường hợp còn lại, một hoặc thậm chí cả hai đều mở.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một chi tiết cho phép bạn ổn định quá trình này. Đây là một cái van. Thiết kế của nó có gì đặc biệt và nó hoạt động như thế nào?

Van động cơ là gì

Van là một bộ phận kim loại được lắp vào đầu xi lanh. Nó là một phần của cơ cấu phân phối khí và được dẫn động bởi một trục cam.

Tùy thuộc vào sửa đổi của xe, động cơ sẽ có thời gian thấp hơn hoặc cao hơn. Tùy chọn đầu tiên vẫn được tìm thấy trong một số sửa đổi cũ hơn của các đơn vị nguồn. Hầu hết các nhà sản xuất từ ​​lâu đã chuyển sang loại cơ cấu phân phối khí thứ hai.

Lý do là động cơ như vậy dễ điều chỉnh và sửa chữa hơn. Để điều chỉnh các van, chỉ cần tháo nắp van là đủ và không cần thiết phải tháo dỡ toàn bộ.

Mục đích và tính năng của thiết bị

Van là một bộ phận chịu tải bằng lò xo. Ở trạng thái bình tĩnh, nó đóng chặt lỗ. Khi trục cam quay, cam nằm trên đó sẽ đẩy van xuống, hạ thấp van. Điều này sẽ mở ra lỗ hổng. Thiết kế trục cam được mô tả chi tiết trong một đánh giá khác.

Mỗi bộ phận đóng một chức năng riêng, điều này không thể thực hiện được về mặt cấu trúc đối với một phần tử tương tự nằm gần đó. Có ít nhất hai van trên mỗi xi lanh. Trong các mô hình đắt tiền hơn, có bốn trong số chúng. Trong hầu hết các trường hợp, các phần tử này thành từng cặp và chúng mở ra các nhóm lỗ khác nhau: một số là đầu vào và những phần khác là cửa ra.

Van nạp có nhiệm vụ nạp một phần mới của hỗn hợp không khí-nhiên liệu vào xi lanh, và trong động cơ có hệ thống phun trực tiếp (một loại hệ thống phun nhiên liệu, nó được mô tả đây) - khối lượng không khí trong lành. Quá trình này xảy ra tại thời điểm piston thực hiện hành trình nạp (từ tâm điểm chết trên sau khi tháo ống xả, nó di chuyển xuống dưới).

Các van xả đều có nguyên lý đóng mở giống nhau, chỉ khác là chúng có một chức năng khác nhau. Chúng mở một lỗ để loại bỏ các sản phẩm cháy vào ống xả.

Thiết kế van động cơ

Các bộ phận được đề cập nằm trong nhóm van của cơ cấu phân phối khí. Cùng với các bộ phận khác, chúng cung cấp sự thay đổi kịp thời về thời gian của van.

Xem xét các tính năng thiết kế của van và các bộ phận liên quan, phụ thuộc vào hoạt động hiệu quả của chúng.

Van

Các van có dạng một thanh, ở một mặt có phần đầu hoặc phần tử poppet, và mặt khác - phần gót hoặc phần cuối. Phần phẳng được thiết kế để bịt chặt các lỗ hở trong đầu xi lanh. Một quá trình chuyển đổi suôn sẻ được thực hiện giữa chũm chọe và cần chứ không phải một bước. Điều này cho phép van được sắp xếp hợp lý để không tạo ra lực cản đối với chuyển động của chất lỏng.

Trong cùng một động cơ, van nạp và van xả sẽ khác nhau một chút. Vì vậy, loại bộ phận đầu tiên sẽ có bản rộng hơn loại thứ hai. Nguyên nhân là do nhiệt độ cao và áp suất cao khi các sản phẩm cháy được loại bỏ qua đường thoát khí.

Để làm cho các bộ phận rẻ hơn, van có hai phần. Chúng khác nhau về thành phần. Hai bộ phận này được nối với nhau bằng cách hàn. Phần vát của đĩa van đầu ra cũng là một phần tử riêng biệt. Nó được lắng đọng từ một loại kim loại khác, có đặc tính chịu nhiệt, cũng như khả năng chống ứng suất cơ học. Ngoài những đặc tính này, phần cuối của van xả ít bị gỉ hơn. Đúng vậy, phần này trong nhiều van được làm bằng vật liệu giống với kim loại mà từ đó tấm được tạo ra.

Đầu của các phần tử đầu vào thường phẳng. Thiết kế này có độ cứng cần thiết và dễ thực hiện. Động cơ nâng cấp có thể được lắp van đĩa lõm. Thiết kế này nhẹ hơn một chút so với bản tiêu chuẩn, nhờ đó giảm lực quán tính.

Đối với các đối tác đầu ra, hình dạng của đầu của chúng sẽ là phẳng hoặc lồi. Tùy chọn thứ hai hiệu quả hơn, vì nó cung cấp khả năng loại bỏ khí khỏi buồng đốt tốt hơn do thiết kế hợp lý của nó. Thêm vào đó, tấm lồi có độ bền cao hơn tấm phẳng. Mặt khác, một phần tử như vậy nặng hơn, do đó quán tính của nó bị ảnh hưởng. Những loại bộ phận này sẽ yêu cầu lò xo cứng hơn.

Ngoài ra, thiết kế thân của loại van này hơi khác so với các bộ phận nạp. Để tản nhiệt tốt hơn từ phần tử, thanh này dày hơn. Điều này làm tăng khả năng chống nóng mạnh của bộ phận. Tuy nhiên, giải pháp này có một nhược điểm - nó tạo ra một lực cản lớn hơn đối với các khí bị loại bỏ. Mặc dù vậy, các nhà sản xuất vẫn sử dụng thiết kế này, vì khí thải được thải ra dưới áp suất mạnh.

Ngày nay có một sự phát triển cải tiến của van làm mát cưỡng bức. Sự sửa đổi này có một lõi rỗng. Natri lỏng được bơm vào khoang của nó. Chất này bay hơi khi đun nóng mạnh (nằm gần phần đầu). Kết quả của quá trình này, khí hấp thụ nhiệt từ các bức tường kim loại. Khi nó bốc lên, khí sẽ nguội đi và ngưng tụ lại. Chất lỏng chảy xuống đế, nơi quá trình này được lặp lại.

Để các van đảm bảo độ kín của bề mặt, một đường vát được chọn trên ghế và trên đĩa. Nó cũng được thực hiện với một góc xiên để loại bỏ bước. Khi lắp các van vào động cơ, chúng bị cọ sát vào đầu.

Độ kín của kết nối giữa ghế với đầu bị ảnh hưởng bởi sự ăn mòn của mặt bích và các bộ phận đầu ra thường bị bám cặn carbon. Để kéo dài tuổi thọ của van, một số động cơ được trang bị thêm cơ chế làm van hơi quay khi cửa xả đóng. Điều này loại bỏ các cặn carbon tạo thành.

Đôi khi nó xảy ra rằng trục van bị hỏng. Điều này sẽ làm cho chi tiết rơi vào xi lanh và làm hỏng động cơ. Đối với trường hợp hỏng hóc, chỉ cần trục khuỷu quay một vài vòng theo quán tính là đủ. Để ngăn chặn tình trạng này, các nhà sản xuất van ô tô có thể trang bị cho bộ phận này một vòng giữ.

Một chút về các tính năng của gót van. Bộ phận này chịu lực ma sát do nó chịu tác dụng của trục cam. Để van mở, cam phải đẩy nó xuống với một lực đủ để nén lò xo. Bộ phận này phải nhận đủ dầu bôi trơn, và để nó không bị mòn nhanh chóng, nó bị cứng lại. Một số nhà thiết kế động cơ sử dụng nắp đặc biệt để chống mài mòn thanh, được làm bằng vật liệu chịu được tải trọng đó.

Để ngăn van không bị kẹt trong ống tay áo trong quá trình làm nóng, phần thân gần chũm chọe hơi mỏng hơn phần gần gót chân. Để cố định lò xo van, người ta thực hiện hai rãnh ở cuối van (trong một số trường hợp là một rãnh), trong đó các khe hở của giá đỡ được lắp vào (một tấm cố định nơi đặt lò xo).

Lò xo van

Lò xo ảnh hưởng đến hiệu quả của van. Nó là cần thiết để đầu và chỗ ngồi cung cấp một kết nối chặt chẽ và môi chất làm việc không xuyên qua lỗ rò đã hình thành. Nếu bộ phận này quá cứng, cam trục cam hoặc gót chân van sẽ nhanh chóng bị mòn. Mặt khác, một lò xo yếu sẽ không thể đảm bảo sự ăn khớp chặt chẽ giữa hai phần tử.

Vì phần tử này hoạt động trong điều kiện tải thay đổi nhanh chóng, nó có thể bị vỡ. Các nhà sản xuất hệ thống truyền lực sử dụng các loại lò xo khác nhau để ngăn ngừa sự cố nhanh chóng. Trong một số thời điểm, các loại kép được cài đặt. Việc sửa đổi này làm giảm tải cho một phần tử riêng lẻ, do đó tăng tuổi thọ làm việc của nó.

Trong thiết kế này, các lò xo sẽ ​​có hướng quay khác nhau. Điều này ngăn không cho các hạt của phần bị hỏng lọt vào giữa các vòng của phần kia. Thép lò xo được sử dụng để chế tạo các phần tử này. Sau khi sản phẩm được tạo thành, nó được ủ.

Ở các cạnh, mỗi lò xo được mài để toàn bộ phần chịu lực tiếp xúc với đầu van và tấm trên gắn với đầu xi lanh. Để ngăn không cho bộ phận bị oxy hóa, nó được phủ một lớp cadimi và mạ kẽm.

Ngoài các van thời gian cổ điển, van khí nén có thể được sử dụng trong các loại xe thể thao. Trên thực tế, đây là một phần tử giống nhau, chỉ khác là nó được thiết lập chuyển động bằng một cơ chế khí nén đặc biệt. Nhờ đó, độ chính xác của hoạt động đạt được đến mức động cơ có khả năng phát triển số vòng quay đáng kinh ngạc - lên đến 20 nghìn.

Sự phát triển như vậy đã xuất hiện trở lại vào những năm 1980. Nó góp phần đóng / mở các lỗ rõ ràng hơn, điều mà không lò xo nào có thể làm được. Bộ truyền động này được cung cấp bởi khí nén trong một bình chứa phía trên van. Khi cam chạm van, lực tác động xấp xỉ 10 bar. Van mở ra, và khi trục cam yếu đi tác động vào gót chân của nó, khí nén sẽ nhanh chóng đưa bộ phận này trở lại vị trí của nó. Để tránh sụt áp do rò rỉ có thể xảy ra, hệ thống được trang bị thêm một máy nén, bình chứa ở áp suất khoảng 200 bar.

James Ellison, PBM Aprilia, Thử nghiệm CRT Jerez tháng 2012 năm XNUMX

Hệ thống này được sử dụng trên xe mô tô thuộc hạng MotoGP. Phương tiện giao thông với thể tích động cơ một lít này có khả năng phát triển 20-21 nghìn vòng quay trục khuỷu. Một mô hình có cơ chế tương tự là một trong những mô hình mô tô của Aprilia. Sức mạnh của nó là 240 mã lực. Đúng, điều này là quá nhiều cho một chiếc xe hai bánh.

Hướng dẫn van

Vai trò của bộ phận này đối với hoạt động của van là đảm bảo nó chuyển động theo đường thẳng. Tay áo cũng giúp làm mát que. Bộ phận này cần được bôi trơn liên tục. Nếu không, thanh sẽ phải chịu ứng suất nhiệt liên tục và ống bọc sẽ nhanh chóng bị mòn.

Vật liệu có thể được sử dụng để làm ống lót đó phải chịu nhiệt, chịu được ma sát liên tục, thoát nhiệt tốt từ phần tiếp giáp và chịu được nhiệt độ cao. Các yêu cầu như vậy có thể được đáp ứng bằng gang xám ngọc trai, đồng nhôm, gốm với crôm hoặc crôm-niken. Tất cả các vật liệu này đều có cấu trúc xốp, giúp giữ dầu trên bề mặt của chúng.

Ống lót cho van xả sẽ có khe hở giữa thân nhiều hơn một chút so với ống hút tương đương. Lý do cho điều này là sự giãn nở nhiệt lớn hơn của van loại bỏ khí thải.

Ghế van

Đây là phần tiếp xúc của lỗ khoan đầu xi lanh gần mỗi xi lanh và đĩa van. Do phần đầu này tiếp xúc với ứng suất cơ và nhiệt nên nó phải có khả năng chống chịu tốt với nhiệt độ cao và va đập thường xuyên (khi xe chạy nhanh, vòng tua trục cam cao nên các van này rơi vào yên xe).

Nếu khối xi lanh và đầu của nó được làm bằng hợp kim nhôm, thì chân van nhất thiết phải được làm bằng thép. Gang đã đối phó tốt với tải trọng như vậy, vì vậy yên xe trong lần sửa đổi này được tạo ra từ chính phần đầu.

Yên ngựa cắm cũng có sẵn. Chúng được làm từ gang hợp kim hoặc thép chịu nhiệt. Để phần vát mép của phần tử không bị mòn quá nhiều, nó được thực hiện bằng cách phân lớp kim loại chịu nhiệt.

Ghế chèn được cố định trong lỗ khoan đầu theo nhiều cách khác nhau. Trong một số trường hợp, nó được ép vào, và một rãnh được tạo ở phần trên của phần tử, được lấp đầy bằng kim loại của thân đầu trong quá trình lắp đặt. Điều này tạo ra sự toàn vẹn của việc lắp ráp từ các kim loại khác nhau.

Ghế thép được gắn bằng cách loe ra ở phần thân đầu. Có yên hình trụ và hình nón. Trong trường hợp đầu tiên, chúng được gắn tất cả các cách và thứ hai có một khoảng cách cuối nhỏ.

Số lượng van trong động cơ

Một động cơ đốt trong 4 kỳ tiêu chuẩn có một trục cam và hai van trên mỗi xi-lanh. Trong thiết kế này, một bộ phận chịu trách nhiệm phun hỗn hợp không khí hoặc chỉ không khí (nếu hệ thống nhiên liệu có phun trực tiếp), và bộ phận kia có nhiệm vụ loại bỏ khí thải vào ống xả.

Công việc hiệu quả hơn trong việc sửa đổi động cơ, trong đó có bốn van trên mỗi xi-lanh - hai van cho mỗi giai đoạn. Nhờ thiết kế này, đảm bảo lấp đầy khoang chứa một phần VTS hoặc không khí mới tốt hơn, cũng như đẩy nhanh việc loại bỏ khí thải và thông gió khoang xi-lanh. Ô tô bắt đầu được trang bị những động cơ như vậy bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ trước, mặc dù sự phát triển của những động cơ như vậy đã bắt đầu từ nửa đầu những năm 1910.

Đến nay, để cải thiện hoạt động của các đơn vị điện, có một sự phát triển động cơ trong đó có năm van. Hai cho đầu ra và ba cho đầu vào. Một ví dụ về các đơn vị như vậy là các mô hình của Volkswagen-Audi quan tâm. Mặc dù nguyên tắc hoạt động của đai thời gian trong một động cơ giống hệt với các phiên bản cổ điển, nhưng thiết kế của cơ chế này rất phức tạp, điều này làm cho việc phát triển cải tiến trở nên tốn kém.

Một cách tiếp cận phi tiêu chuẩn tương tự cũng đang được nhà sản xuất ô tô Mercedes-Benz thực hiện. Một số động cơ của hãng xe này được trang bị ba van trên mỗi xi-lanh (2 ống nạp, 1 ống xả). Ngoài ra, hai bugi được lắp đặt trong mỗi buồng của nồi.

Nhà sản xuất xác định số lượng van theo kích thước của buồng mà nhiên liệu và không khí đi vào. Để cải thiện việc lấp đầy nó, cần phải đảm bảo dòng chảy tốt hơn của phần BTC mới. Để làm điều này, bạn có thể tăng đường kính của lỗ và với nó bằng kích thước của tấm. Tuy nhiên, sự hiện đại hóa này có những giới hạn riêng của nó. Nhưng hoàn toàn có thể lắp thêm một van nạp, vì vậy các nhà sản xuất ô tô đang phát triển những sửa đổi đầu xi-lanh như vậy. Vì tốc độ nạp quan trọng hơn tốc độ xả (khí thải được loại bỏ dưới áp suất của piston), với một số van lẻ, sẽ luôn có nhiều bộ phận nạp hơn.

Van gì được làm bằng

Vì van hoạt động trong điều kiện nhiệt độ tối đa và ứng suất cơ học, chúng được làm bằng kim loại có khả năng chống lại các yếu tố đó. Hầu hết đều nóng lên, và cũng gặp phải ứng suất cơ học, nơi tiếp xúc giữa yên xe và đĩa van. Ở tốc độ động cơ cao, các van nhanh chóng chìm vào ghế, tạo ra một cú sốc ở các cạnh của bộ phận. Ngoài ra, trong quá trình đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu, các cạnh mỏng của tấm sẽ bị nung nóng mạnh.

Ngoài đĩa van, tay áo van cũng chịu lực. Các yếu tố tiêu cực dẫn đến mài mòn các yếu tố này là không đủ bôi trơn và ma sát liên tục trong quá trình chuyển động nhanh của van.

Vì những lý do này, các yêu cầu sau được áp dụng đối với van:

1. Họ phải niêm phong đầu vào / đầu ra;
2. Với sự gia nhiệt mạnh mẽ, các cạnh của tấm không được biến dạng do tác động lên yên xe;
3. Phải được sắp xếp hợp lý để không tạo ra lực cản đối với môi trường đến hoặc đi;
4. Phần không nên nặng;
5. Kim loại phải cứng và bền;
6. Không nên trải qua quá trình oxy hóa mạnh (khi xe ít chạy, các cạnh của các đầu không được rỉ sét).

Phần mở ra lỗ trong động cơ diesel nóng lên đến 700 độ và trong tương tự xăng - đến 900 trên XNUMX. Tình hình phức tạp bởi thực tế là với sự gia nhiệt mạnh mẽ như vậy, van mở không làm mát. Van đầu ra có thể được làm bằng bất kỳ loại thép hợp kim cao nào có thể chịu nhiệt cao. Như đã đề cập, một van được làm từ hai loại kim loại khác nhau. Đầu được làm bằng hợp kim nhiệt độ cao và thân được làm bằng thép cacbon.

Đối với các yếu tố đầu vào, chúng được làm mát bằng cách tiếp xúc với ghế. Tuy nhiên, nhiệt độ của chúng cũng cao - khoảng 300 độ, do đó không cho phép bộ phận bị biến dạng khi nung nóng.

Crom thường được bao gồm trong nguyên liệu thô cho van, giúp tăng độ ổn định nhiệt của nó. Trong quá trình đốt cháy xăng, khí đốt hoặc nhiên liệu diesel, một số chất được giải phóng có thể ảnh hưởng mạnh đến các bộ phận kim loại (ví dụ, ôxít chì). Các hợp chất niken, mangan và nitơ có thể được bao gồm trong vật liệu đầu van để ngăn phản ứng bất lợi.

Và cuối cùng. Không phải là bí mật đối với bất kỳ ai rằng van trong bất kỳ động cơ nào bị cháy theo thời gian. Đây là một đoạn video ngắn về lý do của điều này:

NHỮNG LÝ DO KHIẾN VAN cháy ở ĐỘNG CƠ Ô TÔ 95% tài xế KHÔNG BIẾT

Câu hỏi và trả lời:

Van trong động cơ làm gì? Khi chúng mở, các van nạp cho phép không khí trong lành (hoặc hỗn hợp không khí / nhiên liệu) đi vào xi lanh. Các van xả đang mở dẫn khí thải đến ống xả.

Làm thế nào để hiểu rằng các van đã bị cháy? Một tính năng chính của van đốt cháy là bộ ba động cơ, bất kể vòng / phút. Đồng thời, công suất động cơ bị suy giảm và tiêu hao nhiên liệu tăng lên.

Các bộ phận đóng mở van? Cuống van được nối với trục cam. Trong nhiều động cơ hiện đại, giữa các bộ phận này cũng lắp đặt các bộ nâng thủy lực.