صمام المحرك. الغرض ، الجهاز ، التصميم

لكي يعمل محرك احتراق داخلي رباعي الأشواط لأي سيارة ، يشتمل الجهاز على العديد من الأجزاء والآليات المختلفة التي تتم مزامنتها مع بعضها البعض. من بين هذه الآليات التوقيت. وتتمثل مهمتها في ضمان تفعيل توقيت الصمام في الوقت المناسب. ما هو موصوف بالتفصيل هنا.

باختصار ، تفتح آلية توزيع الغاز صمام المدخل / المخرج في الوقت المناسب لضمان توقيت العملية عند إجراء ضربة معينة في الأسطوانة. في بعض الحالات ، من الضروري أن يتم إغلاق الفتحتين ، وفي الأخرى ، يكون أحدهما أو كليهما مفتوحًا.

دعنا نلقي نظرة فاحصة على أحد التفاصيل التي تسمح لك بتثبيت هذه العملية. هذا صمام. ما الذي يميز تصميمه وكيف يعمل؟

ما هو صمام المحرك

الصمام عبارة عن جزء معدني مركب في رأس الأسطوانة. إنه جزء من آلية توزيع الغاز ويتم تشغيله بواسطة عمود كامات.

اعتمادًا على تعديل السيارة ، سيكون للمحرك توقيت أقل أو أعلى. لا يزال الخيار الأول موجودًا في بعض التعديلات القديمة لوحدات الطاقة. تحولت معظم الشركات المصنعة منذ فترة طويلة إلى النوع الثاني من آليات توزيع الغاز.

والسبب في ذلك هو أن هذا المحرك أسهل في الضبط والإصلاح. لضبط الصمامات ، يكفي إزالة غطاء الصمام ، وليس من الضروري تفكيك الوحدة بأكملها.

الغرض من الجهاز ومميزاته

الصمام هو عنصر زنبركي. في حالة الهدوء ، تغلق الحفرة بإحكام. عندما يدور عمود الحدبات ، تدفع الكاميرا الموجودة عليه الصمام لأسفل ، وتخفضه. هذا يفتح الحفرة. تم وصف ترتيب عمود الحدبات بالتفصيل في مراجعة أخرى.

يلعب كل جزء وظيفته الخاصة ، والتي يستحيل تنفيذها من الناحية الهيكلية لعنصر مشابه موجود في مكان قريب. يوجد على الأقل صمامان لكل أسطوانة. في الطرز الأكثر تكلفة ، هناك أربعة منهم. في معظم الحالات ، تكون هذه العناصر في أزواج ، وتفتح مجموعات مختلفة من الثقوب: بعضها مدخل ، والبعض الآخر منفذ.

صمامات السحب هي المسؤولة عن إدخال جزء جديد من خليط الهواء والوقود إلى الأسطوانة ، وفي المحركات ذات الحقن المباشر (نوع من نظام حقن الوقود ، موصوف هنا) - حجم الهواء النقي. تحدث هذه العملية في اللحظة التي يقوم فيها المكبس بضربة السحب (من أعلى المركز الميت بعد إزالة العادم ، يتحرك إلى أسفل).

صمامات العادم لها نفس مبدأ الفتح ، فقط لها وظيفة مختلفة. أنها تفتح حفرة لإزالة منتجات الاحتراق في مجمع العادم.

تصميم صمام المحرك

يتم تضمين الأجزاء المعنية في مجموعة صمامات آلية توزيع الغاز. إلى جانب التفاصيل الأخرى ، فإنها توفر تغييرًا في الوقت المناسب في توقيت الصمام.

ضع في اعتبارك ميزات تصميم الصمامات والأجزاء ذات الصلة ، والتي يعتمد عليها تشغيلها الفعال.

الصمامات

تكون الصمامات على شكل قضيب ، يوجد على جانبه رأس أو عنصر قفاز ، وعلى الجانب الآخر - كعب أو نهاية. الجزء المسطح مصمم لإحكام غلق الفتحات الموجودة في رأس الأسطوانة. يتم الانتقال السلس بين الصنج والقضيب ، وليس خطوة. هذا يسمح بتبسيط الصمام بحيث لا يخلق مقاومة لحركة السوائل.

في نفس المحرك ، ستكون صمامات السحب والعادم مختلفة قليلاً. لذلك ، سيكون للأنواع الأولى من الأجزاء لوحة أعرض من الثانية. والسبب في ذلك هو ارتفاع درجة الحرارة والضغط المرتفع عند إزالة منتجات الاحتراق من خلال مخرج الغاز.

لجعل الأجزاء أرخص ، تتكون الصمامات من جزأين. تختلف في التكوين. يتم ربط هذين الجزأين باللحام. إن شطب عمل قرص صمام العادم هو أيضًا عنصر منفصل. يتم ترسيبه من نوع مختلف من المعدن ، له خصائص مقاومة للحرارة ، بالإضافة إلى مقاومة الإجهاد الميكانيكي. بالإضافة إلى هذه الخصائص ، فإن نهاية صمامات العادم أقل عرضة لتكوين الصدأ. صحيح أن هذا الجزء في العديد من الصمامات مصنوع من مادة مماثلة للمعدن الذي صنعت منه اللوحة.

عادة ما تكون رؤوس عناصر المدخل مسطحة. هذا التصميم لديه الصلابة المطلوبة وسهولة التنفيذ. يمكن تزويد المحركات المتطورة بصمامات قرصية مقعرة. هذا التصميم أخف قليلاً من النظير القياسي ، وبالتالي يقلل من قوة القصور الذاتي.

بالنسبة لنظرائهم في المخرج ، سيكون شكل رأسهم إما مسطحًا أو محدبًا. الخيار الثاني أكثر كفاءة ، حيث يوفر إزالة أفضل للغازات من غرفة الاحتراق بسبب تصميمها الانسيابي. بالإضافة إلى أن اللوحة المحدبة أكثر متانة مقارنة بالنظيرة المسطحة. من ناحية أخرى ، يكون هذا العنصر أثقل بسبب القصور الذاتي الذي يعاني منه. ستتطلب هذه الأنواع من الأجزاء نوابض أكثر صلابة.

أيضًا ، يختلف تصميم الجذع لهذا النوع من الصمامات قليلاً عن أجزاء السحب. لتوفير تبديد أفضل للحرارة من العنصر ، يكون الشريط أكثر سمكًا. هذا يزيد من مقاومة التسخين القوي للجزء. ومع ذلك ، فإن هذا الحل له عيب - فهو يخلق مقاومة أكبر للغازات المزالة. على الرغم من ذلك ، لا يزال المصنعون يستخدمون هذا التصميم ، لأن غاز العادم ينبعث تحت ضغط قوي.

يوجد اليوم تطوير مبتكر لصمامات التبريد القسري. هذا التعديل له جوهر أجوف. يتم ضخ الصوديوم السائل في تجويفه. تتبخر هذه المادة عند تسخينها بقوة (تقع بالقرب من الرأس). نتيجة لهذه العملية ، يمتص الغاز الحرارة من الجدران المعدنية. عندما يرتفع ، يبرد الغاز ويتكثف. يتدفق السائل إلى القاعدة ، حيث تتكرر العملية.

لكي تضمن الصمامات إحكام الواجهة ، يتم اختيار شطب في المقعد وعلى القرص. يتم ذلك أيضًا باستخدام شطبة لإزالة الخطوة. عند تثبيت الصمامات على المحرك ، يتم فركها على الرأس.

يتأثر ضيق وصلة المقعد بالرأس بتآكل الحافة ، وغالبًا ما تعاني أجزاء المخرج من رواسب الكربون. لإطالة عمر الصمام ، تم تجهيز بعض المحركات بآلية إضافية تقلب الصمام قليلاً عند إغلاق المخرج. هذا يزيل رواسب الكربون الناتجة.

يحدث أحيانًا أن تنكسر ساق الصمام. سيؤدي ذلك إلى سقوط الجزء في الأسطوانة وإتلاف المحرك. للفشل ، يكفي أن يقوم العمود المرفقي ببعض الثورات بالقصور الذاتي. لمنع هذا الموقف ، يمكن لمصنعي الصمامات التلقائية تزويد الجزء بحلقة احتجاز.

قليلا عن ملامح كعب الصمام. يتعرض هذا الجزء لقوة احتكاك حيث يتأثر بكامة عمود الحدبات. لكي يفتح الصمام ، يجب أن تدفعه الكاميرا لأسفل بقوة كافية لضغط الزنبرك. يجب أن تتلقى هذه الوحدة تزييتًا كافيًا ، وحتى لا تبلى بسرعة ، يتم تقويتها. يستخدم بعض مصممي المحركات أغطية خاصة لمنع تآكل القضيب ، وهي مصنوعة من مواد مقاومة لمثل هذه الأحمال.

لمنع الصمام من التعثر في الكم أثناء التسخين ، يكون الجزء القريب من الصنج أرق قليلاً من الجزء القريب من الكعب. لإصلاح زنبرك الصمام ، يتم عمل أخاديد في نهاية الصمامات (في بعض الحالات ، واحد) ، حيث يتم إدخال مفرقعات الدعم (لوحة ثابتة حيث يستقر الزنبرك).

نوابض الصمامات

يؤثر الزنبرك على كفاءة الصمام. هناك حاجة إلى أن يوفر الرأس والمقعد اتصالًا محكمًا ، ولا يخترق وسيط العمل من خلال الناسور المتشكل. إذا كان هذا الجزء شديد الصلابة ، فإن عمود الحدبات أو كعب ساق الصمام سوف يبلى بسرعة. من ناحية أخرى ، لن يتمكن الزنبرك الضعيف من ضمان توافق محكم بين العنصرين.

نظرًا لأن هذا العنصر يعمل في ظل ظروف الأحمال المتغيرة بسرعة ، فقد ينكسر. يستخدم مصنعو مجموعة نقل الحركة أنواعًا مختلفة من النوابض لمنع الأعطال السريعة. في بعض التوقيت ، يتم تثبيت أنواع مزدوجة. يقلل هذا التعديل من الحمل على عنصر فردي ، وبالتالي يزيد من عمره التشغيلي.

في هذا التصميم ، سيكون للزنبركات اتجاه مختلف للانعطافات. هذا يمنع جزيئات الجزء المكسور من الدخول بين لفات الجزء الآخر. يتم استخدام الفولاذ الزنبركي في صنع هذه العناصر. بعد تشكيل المنتج ، يتم تلطيفه.

عند الحواف ، يتم طحن كل زنبرك بحيث يكون جزء المحمل بأكمله ملامسًا لرأس الصمام واللوحة العلوية المتصلة برأس الأسطوانة. لمنع تأكسد الجزء ، يتم تغليفه بطبقة من الكادميوم والمجلفن.

بالإضافة إلى صمامات التوقيت التقليدية ، يمكن استخدام صمام هوائي في المركبات الرياضية. في الواقع ، هذا هو نفس العنصر ، فقط يتم تشغيله بواسطة آلية هوائية خاصة. بفضل هذا ، يتم تحقيق دقة التشغيل بحيث يكون المحرك قادرًا على تطوير ثورات مذهلة - حتى 20 ألفًا.

ظهر مثل هذا التطور في الثمانينيات. يساهم في فتح / إغلاق الثقوب بشكل أوضح ، والذي لا يمكن أن يوفره زنبرك. يتم تشغيل هذا المشغل بواسطة غاز مضغوط في خزان أعلى الصمام. عندما تصطدم الكامة بالصمام ، تكون قوة التأثير حوالي 1980 بار. يفتح الصمام ، وعندما يضعف عمود الكامات من التأثير على كعبه ، فإن الغاز المضغوط يعيد الجزء بسرعة إلى مكانه. لمنع انخفاض الضغط بسبب التسريبات المحتملة ، تم تجهيز النظام بضاغط إضافي ، يكون خزانه عند ضغط حوالي 10 بار.

جيمس إليسون ، PBM أبريليا ، اختبار CRT ، خيريز فبراير 2012

يستخدم هذا النظام في الدراجات النارية من فئة MotoGP. هذا النقل بسعة لتر واحد من المحرك قادر على تطوير 20-21 ألف دورة في العمود المرفقي. أحد النماذج التي لها آلية مماثلة هو أحد طرازات أبريليا للدراجات النارية. كانت قوتها 240 حصانًا. صحيح أن هذا كثير جدًا بالنسبة للمركبة ذات العجلتين.

أدلة الصمام

يتمثل دور هذا الجزء في تشغيل الصمام في التأكد من أنه يتحرك في خط مستقيم. يساعد الغلاف أيضًا على تبريد القضيب. هذا الجزء يحتاج إلى تزييت مستمر. خلاف ذلك ، سوف يتعرض القضيب لضغط حراري مستمر وسيتلف الغلاف بسرعة.

يجب أن تكون المادة التي يمكن استخدامها لتصنيع هذه البطانات مقاومة للحرارة ، وتتحمل الاحتكاك المستمر ، وتزيل الحرارة جيدًا من الجزء المجاور ، وتتحمل أيضًا درجات الحرارة العالية. يمكن تلبية هذه المتطلبات عن طريق الحديد الزهر الرمادي اللؤلؤي أو البرونز الألومنيوم أو السيراميك بالكروم أو النيكل الكروم. كل هذه المواد لها هيكل مسامي ، مما يساعد على الاحتفاظ بالزيت على سطحها.

سيكون للجلبة الخاصة بصمام العادم خلوص أكبر قليلاً بين الجذع مقارنةً بمكافئ المدخل. والسبب في ذلك هو التوسع الحراري الأكبر لصمام إزالة غاز العادم.

مقاعد الصمام

هذا هو جزء التلامس من تجويف رأس الأسطوانة بالقرب من كل أسطوانة وأقراص صمام. نظرًا لأن هذا الجزء من الرأس يواجه ضغوطًا ميكانيكية وحرارية ، يجب أن يتمتع بمقاومة جيدة للحرارة العالية والتأثيرات المتكررة (عندما تسير السيارة بسرعة ، يكون عمود الحدبات في الدقيقة مرتفعًا جدًا بحيث تسقط الصمامات في المقعد).

إذا كانت كتلة الأسطوانة ورأسها مصنوعة من سبائك الألومنيوم ، فإن مقاعد الصمام ستكون بالضرورة مصنوعة من الفولاذ. يتكيف الحديد الزهر بالفعل بشكل جيد مع مثل هذه الأحمال ، لذا فإن السرج في هذا التعديل مصنوع في الرأس نفسه.

السروج الإضافية متوفرة أيضًا. وهي مصنوعة من سبائك الحديد الزهر أو الفولاذ المقاوم للحرارة. حتى لا تتآكل شطب العنصر كثيرًا ، يتم إجراؤه عن طريق وضع طبقة من المعدن المقاوم للحرارة.

تم تثبيت مقعد الإدخال في تجويف الرأس بطرق مختلفة. في بعض الحالات ، يتم الضغط عليه ، ويتم عمل أخدود في الجزء العلوي من العنصر ، والذي يتم ملؤه بمعدن جسم الرأس أثناء التثبيت. هذا يخلق سلامة التجميع من معادن مختلفة.

يتم توصيل المقعد الفولاذي عن طريق تحريك الجزء العلوي في جسم الرأس. هناك سروج أسطوانية ومخروطية. في الحالة الأولى ، يتم تثبيتهما على المحطة ، والثاني به فجوة طرفية صغيرة.

عدد الصمامات في المحرك

يحتوي محرك الاحتراق القياسي رباعي الأشواط على عمود كامة واحد وصمامين لكل أسطوانة. في هذا الإصدار ، يكون أحد الأجزاء مسؤولاً عن حقن خليط من الهواء أو الهواء فقط (إذا كان لنظام الوقود حقن مباشر) ، والآخر مسؤول عن إزالة غازات العادم في مجمع العادم.

تشغيل أكثر كفاءة في تعديل المحرك ، حيث يوجد أربعة صمامات لكل أسطوانة - اثنان لكل مرحلة. بفضل هذا التصميم ، يتم توفير ملء أفضل للغرفة بجزء جديد من VTS أو الهواء ، بالإضافة إلى تسريع إزالة غازات العادم وتهوية تجويف الأسطوانة. بدأ تجهيز السيارات بمثل هذه المحركات ابتداءً من السبعينيات من القرن الماضي ، على الرغم من أن تطوير هذه الوحدات بدأ في النصف الأول من العقد الأول من القرن الماضي.

حتى الآن ، لتحسين تشغيل وحدات الطاقة ، هناك تطوير للمحرك يوجد فيه خمسة صمامات. اثنان للمخرج ، وثلاثة للمدخل. مثال على هذه الوحدات هي نماذج قلق فولكس فاجن أودي. على الرغم من أن مبدأ تشغيل حزام التوقيت في مثل هذا المحرك مطابق للإصدارات الكلاسيكية ، إلا أن تصميم هذه الآلية معقد ، وهذا هو سبب تكلفة التطوير المبتكر.

كما يتم اتباع نهج غير تقليدي مماثل من قبل شركة صناعة السيارات مرسيدس-بنز. تم تجهيز بعض المحركات من صانع السيارات هذا بثلاثة صمامات لكل أسطوانة (2 مدخل ، 1 عادم). بالإضافة إلى ذلك ، يتم تركيب شمعتين إشعال في كل غرفة من القدر.

تحدد الشركة المصنعة عدد الصمامات حسب حجم الغرفة التي يدخل فيها الوقود والهواء. لتحسين التعبئة ، من الضروري ضمان تدفق أفضل للجزء الطازج من BTC. للقيام بذلك ، يمكنك زيادة قطر الثقب ومعه حجم اللوحة. ومع ذلك ، فإن هذا التحديث له حدوده الخاصة. لكن من الممكن تمامًا تثبيت صمام سحب إضافي ، لذلك يقوم صانعو السيارات بتطوير مثل هذه التعديلات على رأس الأسطوانة. نظرًا لأن سرعة السحب أهم من العادم (تتم إزالة العادم تحت ضغط المكبس) ، ثم مع عدد فردي من الصمامات ، سيكون هناك دائمًا المزيد من عناصر السحب.

ما مصنوعة الصمامات

نظرًا لأن الصمامات تعمل تحت درجة حرارة قصوى وضغط ميكانيكي ، فهي مصنوعة من المعدن المقاوم لمثل هذه العوامل. الأهم من ذلك كله مع ارتفاع درجات الحرارة ، ويواجه أيضًا ضغطًا ميكانيكيًا ، مكان التلامس بين المقعد وقرص الصمام. عند السرعات العالية للمحرك ، تغرق الصمامات بسرعة في المقاعد ، مما يسبب صدمة في حواف الجزء. أيضًا ، في عملية احتراق خليط من الهواء والوقود ، تتعرض الحواف الرقيقة للوحة لتسخين حاد.

بالإضافة إلى قرص الصمام ، يتم أيضًا الضغط على أكمام الصمام. العوامل السلبية التي تؤدي إلى تآكل هذه العناصر هي التشحيم غير الكافي والاحتكاك المستمر أثناء حركة الصمام السريعة.

لهذه الأسباب ، يتم فرض المتطلبات التالية على الصمامات:

1. يجب عليهم إغلاق المدخل / المخرج ؛
2. مع التسخين القوي ، يجب ألا تتشوه حواف اللوحة من الصدمات على السرج ؛
3. يجب أن يكون مبسطًا جيدًا بحيث لا يتم إنشاء مقاومة للوسيط الوارد أو الصادر ؛
4. يجب ألا يكون الجزء ثقيلًا ؛
5. يجب أن يكون المعدن صلبًا ودائمًا ؛
6. لا ينبغي أن تخضع للأكسدة القوية (عندما نادراً ما تقود السيارة ، يجب ألا تصدأ حواف الرؤوس).

الجزء الذي فتح الفتحة في محركات الديزل تسخن حتى 700 درجة ، وفي نظائر البنزين - 900 فوق الصفر. الوضع معقد بسبب حقيقة أنه مع مثل هذه التسخين القوي ، لا يبرد الصمام المفتوح. يمكن تصنيع صمام المخرج من أي سبائك فولاذية عالية يمكنها تحمل الحرارة العالية. كما ذكرنا سابقًا ، يتكون الصمام من نوعين مختلفين من المعدن. الرأس مصنوع من سبائك عالية الحرارة والساق مصنوع من الفولاذ الكربوني.

أما بالنسبة لعناصر السحب ، فيتم تبريدها عن طريق ملامستها للمقعد. ومع ذلك ، فإن درجة حرارتها مرتفعة أيضًا - حوالي 300 درجة ، لذلك لا يُسمح بتشوه الجزء عند تسخينه.

غالبًا ما يتم تضمين الكروم في المواد الخام للصمامات ، مما يزيد من ثباتها الحراري. أثناء احتراق البنزين أو الغاز أو وقود الديزل ، يتم إطلاق بعض المواد التي يمكن أن تؤثر بشدة على الأجزاء المعدنية (على سبيل المثال ، أكسيد الرصاص). يمكن تضمين مركبات النيكل والمنغنيز والنيتروجين في مادة رأس الصمام لمنع التفاعل العكسي.

وأخيرا. لا يخفى على أحد أن الصمامات تحترق في أي محرك بمرور الوقت. إليك مقطع فيديو قصير حول أسباب ذلك:

الأسباب التي تحترق فيها الصمامات في محرك السيارة ، 95٪ من السائقين لا يعرفون ذلك

أسئلة وأجوبة:

ماذا تفعل الصمامات في المحرك؟ عند فتحها ، تسمح صمامات السحب للهواء النقي (أو خليط الهواء / الوقود) بالتدفق إلى الأسطوانة. تؤدي صمامات العادم المفتوحة إلى وصول غازات العادم إلى مجمع العادم.

كيف نفهم أن الصمامات محترقة؟ الميزة الرئيسية للصمامات المحترقة هي الحركة الثلاثية للمحرك بغض النظر عن عدد الدورات في الدقيقة. في الوقت نفسه ، يتم تقليل قوة المحرك بشكل لائق ، ويزيد استهلاك الوقود.

ما الأجزاء التي تفتح وتغلق الصمامات؟ يتم توصيل ساق الصمام بكامات عمود الحدبات. في العديد من المحركات الحديثة ، يتم أيضًا تركيب رافعات هيدروليكية بين هذه الأجزاء.