엔진 밸브. 목적, 장치, 디자인

모든 자동차의 XNUMX 행정 내연 기관이 작동하기 위해 장치에는 서로 동기화 된 다양한 부품과 메커니즘이 포함되어 있습니다. 이러한 메커니즘 중에는 타이밍이 있습니다. 그 기능은 밸브 타이밍을 적시에 활성화하는 것입니다. 자세히 설명 된 내용 여기에.

요컨대, 가스 분배 메커니즘은 실린더에서 특정 스트로크를 수행 할 때 공정 타이밍을 보장하기 위해 적절한시기에 흡 / 배기 밸브를 엽니 다. 어떤 경우에는 두 구멍이 모두 닫혀 있어야하고 다른 구멍은 하나 또는 둘 다 열려 있어야합니다.

이 프로세스를 안정화 할 수있는 한 가지 세부 사항을 자세히 살펴 보겠습니다. 이것은 밸브입니다. 디자인의 특별한 점은 무엇이며 어떻게 작동합니까?

엔진 밸브는 무엇입니까

밸브는 실린더 헤드에 설치된 금속 부품입니다. 가스 분배 메커니즘의 일부이며 캠축에 의해 구동됩니다.

자동차의 수정에 따라 엔진의 타이밍이 낮거나 높습니다. 첫 번째 옵션은 전원 장치의 일부 이전 수정에서 여전히 발견됩니다. 대부분의 제조업체는 오랫동안 두 번째 유형의 가스 분배 메커니즘으로 전환했습니다.

그 이유는 이러한 모터가 조정 및 수리가 더 쉽기 때문입니다. 밸브를 조정하려면 밸브 커버를 제거하면 충분하며 전체 장치를 분해 할 필요가 없습니다.

장치의 목적 및 특징

밸브는 스프링이 장착 된 요소입니다. 휴식시에는 구멍을 단단히 닫습니다. 캠축이 회전하면 그 위에있는 캠이 밸브를 아래로 밀어 내립니다. 이것은 구멍을 엽니 다. 캠축 배열은 다음에 자세히 설명되어 있습니다. 다른 리뷰.

각 부분은 자체 기능을 수행하며, 구조적으로 근처에있는 유사한 요소에 대해 수행 할 수 없습니다. 실린더 당 밸브가 XNUMX 개 이상 있습니다. 더 비싼 모델에는 네 가지가 있습니다. 대부분의 경우 이러한 요소는 쌍으로되어 있으며 다른 그룹의 구멍을 엽니 다. 일부는 입구이고 나머지는 출구입니다.

흡기 밸브는 공기-연료 혼합물의 신선한 부분을 실린더로 흡입하는 역할을하며, 직접 분사 (연료 분사 시스템의 일종)가있는 엔진에서 여기에)-신선한 공기의 양. 이 과정은 피스톤이 흡기 행정을 수행하는 순간에 발생합니다 (배기를 제거한 후 상사 점에서 아래쪽으로 이동).

배기 밸브는 동일한 개방 원리를 가지며 기능이 다릅니다. 그들은 연소 생성물을 배기 매니 폴드로 제거하기위한 구멍을 엽니 다.

엔진 밸브 설계

문제의 부품은 가스 분배 메커니즘의 밸브 그룹에 포함됩니다. 다른 세부 사항과 함께 밸브 타이밍을 적시에 변경합니다.

효과적인 작동이 좌우되는 밸브 및 관련 부품의 설계 특징을 고려하십시오.

밸브

밸브는 막대 형태로 한쪽에는 머리 또는 포핏 요소가 있고 다른쪽에는 뒤꿈치 또는 끝이 있습니다. 평평한 부분은 실린더 헤드의 개구부를 단단히 밀봉하도록 설계되었습니다. 심벌즈와로드 사이에는 스텝이 아닌 부드러운 전환이 이루어집니다. 이를 통해 밸브를 유선형으로 만들 수 있으므로 유체 이동에 대한 저항이 생성되지 않습니다.

동일한 모터에서 흡기 및 배기 밸브가 약간 다릅니다. 따라서 첫 번째 유형의 부품은 두 번째 부품보다 더 넓은 판을 갖습니다. 그 이유는 연소 생성물이 가스 배출구를 통해 제거 될 때 고온 및 고압 때문입니다.

부품을 더 저렴하게 만들기 위해 밸브는 두 부분으로 나뉩니다. 그들은 구성이 다릅니다. 이 두 부분은 용접으로 결합됩니다. 배기 밸브 디스크의 작동 모따기도 별도의 요소입니다. 내열성과 기계적 응력에 대한 내성을 가진 다른 유형의 금속으로 증착됩니다. 이러한 특성 외에도 배기 밸브의 끝면은 녹 형성에 덜 민감합니다. 사실, 많은 밸브의이 부분은 판이 만들어지는 금속과 동일한 재료로 만들어집니다.

입구 요소의 헤드는 일반적으로 평평합니다. 이 디자인은 필요한 강성과 실행 용이성을 가지고 있습니다. 업그레이드 된 엔진에는 오목한 디스크 밸브를 장착 할 수 있습니다. 이 디자인은 표준 대응 제품보다 약간 가볍기 때문에 관성력을 줄입니다.

콘센트 대응 물은 머리 모양이 평평하거나 볼록합니다. 두 번째 옵션은 간소화 된 설계로 인해 연소실에서 가스를 더 잘 제거 할 수 있기 때문에 더 효율적입니다. 또한 볼록한 판은 평평한 판에 비해 더 내구성이 있습니다. 반면에 이러한 요소는 더 무거워서 관성이 손상됩니다. 이러한 유형의 부품에는 더 단단한 스프링이 필요합니다.

또한 이러한 유형의 밸브의 스템 디자인은 흡기 부품과 약간 다릅니다. 요소에서 더 나은 열 방출을 제공하기 위해 막대가 두껍습니다. 이것은 부품의 강한 가열에 대한 저항을 증가시킵니다. 그러나이 솔루션에는 단점이 있습니다. 제거 된 가스에 대해 더 큰 저항을 생성합니다. 그럼에도 불구하고 제조업체는 배기 가스가 강한 압력으로 방출되기 때문에 여전히이 디자인을 사용합니다.

오늘날 강제 냉각 밸브의 혁신적인 개발이 있습니다. 이 수정에는 속이 빈 코어가 있습니다. 액체 나트륨은 공동으로 펌핑됩니다. 이 물질은 강하게 가열되면 증발합니다 (머리 근처에 위치). 이 과정의 결과로 가스는 금속 벽에서 열을 흡수합니다. 위로 올라가면 가스가 냉각되고 응축됩니다. 액체는 프로세스가 반복되는베이스로 흘러갑니다.

밸브가 인터페이스의 견고성을 보장하기 위해 시트와 디스크에서 챔 퍼가 선택됩니다. 또한 계단을 제거하기 위해 베벨로 수행됩니다. 모터에 밸브를 설치할 때 헤드에 문지릅니다.

시트-헤드 연결의 견고성은 플랜지 부식의 영향을받으며 배출구 부품은 종종 탄소 침전물로 고통받습니다. 밸브 수명을 연장하기 위해 일부 엔진에는 배출구가 닫힐 때 밸브를 약간 돌리는 추가 메커니즘이 장착되어 있습니다. 이렇게하면 탄소 침전물이 제거됩니다.

때때로 밸브 생크가 파손되는 경우가 있습니다. 부품이 실린더로 떨어지고 모터가 손상 될 수 있습니다. 실패의 경우 크랭크 샤프트가 몇 번의 관성 회전을하는 것으로 충분합니다. 이러한 상황을 방지하기 위해 자동 밸브 제조업체는 부품에 고정 링을 장착 할 수 있습니다.

밸브 힐의 특징에 대해 조금. 이 부분은 캠 샤프트 캠의 영향을 받기 때문에 마찰력을받습니다. 밸브가 열리려면 캠이 스프링을 압축하기에 충분한 힘으로 아래로 밀어야합니다. 이 장치는 충분한 윤활을 받아야하며 빨리 마모되지 않도록 경화됩니다. 일부 모터 설계자는로드의 마모를 방지하기 위해 특수 캡을 사용합니다.

가열 중 밸브가 슬리브에 끼는 것을 방지하기 위해 심벌즈 근처의 스템 부분은 뒤꿈치 근처 부분보다 약간 얇습니다. 밸브 스프링을 고정하기 위해 밸브 끝에 두 개의 홈 (경우에 따라 하나)이 만들어져 지지대의 크래커가 삽입됩니다 (스프링이 놓이는 고정판).

밸브 스프링

스프링은 밸브의 효율성에 영향을 미칩니다. 머리와 좌석이 단단히 연결되고 작동 매체가 형성된 누공을 관통하지 않도록해야합니다. 이 부분이 매우 뻣뻣하면 밸브 스템의 캠 샤프트 캠 또는 힐이 빠르게 마모됩니다. 반면에 약한 스프링은 두 요소 사이에 꼭 맞는 것을 보장 할 수 없습니다.

이 요소는 급변하는 하중 조건에서 작동하므로 파손될 수 있습니다. 파워 트레인 제조업체는 빠른 고장을 방지하기 위해 다양한 유형의 스프링을 사용합니다. 일부 타이밍에는 이중 유형이 설치됩니다. 이 수정은 개별 요소의 부하를 줄여 작업 수명을 늘립니다.

이 디자인에서 스프링은 회전 방향이 다릅니다. 이것은 깨진 부분의 입자가 다른 부분의 회전 사이에 들어가는 것을 방지합니다. 이러한 요소를 만들기 위해 스프링 강이 사용됩니다. 제품이 형성된 후 템퍼링됩니다.

가장자리에서 각 스프링은 전체 베어링 부품이 밸브 헤드 및 실린더 헤드에 부착 된 상판과 접촉하도록 연마됩니다. 부품이 산화되는 것을 방지하기 위해 카드뮴 층으로 덮고 아연 도금합니다.

기존의 타이밍 밸브 외에도 스포츠 차량에 공압 밸브를 사용할 수 있습니다. 실제로 이것은 동일한 요소이며 특수 공압 메커니즘에 의해 움직입니다. 덕분에 이러한 작동 정확도가 달성되어 모터가 최대 20 만 번의 놀라운 회전을 개발할 수 있습니다.

이러한 발전은 1980 년대에 나타났습니다. 이는 스프링이 제공 할 수없는 구멍의 명확한 개폐에 기여합니다. 이 액추에이터는 밸브 위의 저장소에있는 압축 가스로 구동됩니다. 캠이 밸브에 부딪 힐 때 충격력은 약 10bar입니다. 밸브가 열리고 캠축이 뒤꿈치에 미치는 영향을 약화 시키면 압축 가스가 부품을 신속하게 제자리로 되돌립니다. 누출 가능성으로 인한 압력 강하를 방지하기 위해 시스템에는 약 200 bar의 압력에있는 저장소의 추가 압축기가 장착되어 있습니다.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT 테스트 Jerez 2012 년 XNUMX 월

이 시스템은 MotoGP 클래스의 오토바이에 사용됩니다. 20 리터의 엔진 볼륨을 가진이 운송 수단은 21 ~ 240 개의 크랭크 축 회전을 개발할 수 있습니다. 유사한 메커니즘을 가진 모델 중 하나는 Aprilia 오토바이 모델 중 하나입니다. 그 힘은 놀라운 XNUMX 마력이었습니다. 사실, 이것은 이륜차에는 너무 많은 것입니다.

밸브 가이드

밸브 작동에서이 부분의 역할은 밸브가 직선으로 움직 이도록하는 것입니다. 슬리브는 또한 막대를 식히는 데 도움이됩니다. 이 부분은 지속적인 윤활이 필요합니다. 그렇지 않으면로드가 일정한 열 스트레스를 받고 슬리브가 빠르게 마모됩니다.

이러한 부싱의 제조에 사용할 수있는 재료는 내열성이어야하며 지속적인 마찰을 견디고 인접 부품의 열을 잘 제거하고 고온에도 견딜 수 있어야합니다. 이러한 요구 사항은 펄라이트 회주철, 알루미늄 청동, 크롬 또는 크롬 니켈이있는 세라믹으로 충족 될 수 있습니다. 이 모든 재료는 다공성 구조를 가지고있어 표면에 오일을 유지하는 데 도움이됩니다.

배기 밸브 용 부싱은 흡입구에 비해 스템 사이의 간격이 약간 더 큽니다. 그 이유는 폐가스 제거 밸브의 열팽창이 더 크기 때문입니다.

밸브 시트

이것은 각 실린더와 밸브 디스크 근처의 실린더 헤드 보어의 접촉 부분입니다. 헤드의이 부분은 기계적 및 열적 스트레스에 직면하기 때문에 고열과 빈번한 충격에 대한 저항력이 우수해야합니다 (자동차가 빠르게 주행 할 때 캠축 속도가 너무 높아 밸브가 문자 그대로 시트에 떨어집니다).

실린더 블록과 헤드가 알루미늄 합금으로 만들어진 경우 밸브 시트는 반드시 강철로 만들어집니다. 주철은 이미 이러한 하중에 잘 대처 하므로이 수정의 안장은 머리 자체에서 만들어집니다.

플러그인 안장도 사용할 수 있습니다. 합금 주철 또는 내열강으로 만들어집니다. 요소의 챔 퍼가 많이 마모되지 않도록 내열 금속을 적층하여 수행합니다.

인서트 시트는 다양한 방식으로 헤드 보어에 고정됩니다. 어떤 경우에는 눌러지고 요소의 상부에 홈이 만들어져 설치 중에 헤드 바디의 금속으로 채워집니다. 이것은 다른 금속에서 어셈블리의 무결성을 만듭니다.

스틸 시트는 헤드 바디의 상단을 플레어 링하여 부착됩니다. 원통형 및 원추형 안장이 있습니다. 첫 번째 경우에는 스톱에 장착되고 두 번째 경우에는 작은 끝 간격이 있습니다.

엔진의 밸브 수

표준 4 행정 연소 엔진에는 실린더 당 캠축 XNUMX 개와 밸브 XNUMX 개가 있습니다. 이 버전에서 한 부분은 공기 혼합물 또는 공기 만 분사 (연료 시스템에 직접 분사가있는 경우)를 담당하고 다른 부분은 배기 매니 폴드로 배기 가스를 제거하는 역할을합니다.

실린더 당 70 개의 밸브 (각 단계에 1910 개)가있는 엔진 수정에서보다 효율적인 작동. 이 설계 덕분에 VTS 또는 공기의 새로운 부분으로 챔버를 더 잘 채울 수있을뿐만 아니라 배기 가스의 신속한 제거와 실린더 캐비티의 환기가 제공됩니다. 자동차에는 지난 세기의 XNUMX 년대부터 이러한 모터가 장착되기 시작했지만 이러한 장치의 개발은 XNUMX 년대 상반기에 시작되었습니다.

현재까지 동력 장치의 작동을 개선하기 위해 XNUMX개의 밸브가 있는 엔진 개발이 있습니다. 콘센트에 XNUMX개, 입구에 XNUMX개. 이러한 장치의 예는 Volkswagen-Audi 문제의 모델입니다. 이러한 모터에서 타이밍 벨트의 작동 원리는 클래식 버전과 동일하지만 이 메커니즘의 설계가 복잡하기 때문에 혁신적인 개발에 비용이 많이 듭니다.

자동차 제조업체인 Mercedes-Benz도 이와 유사한 비전통적인 접근 방식을 취하고 있습니다. 이 자동차 제조업체의 일부 엔진에는 실린더당 2개의 밸브(흡기 1개, 배기 XNUMX개)가 장착되어 있습니다. 또한 냄비의 각 챔버에는 두 개의 점화 플러그가 설치됩니다.

제조업체는 연료와 공기가 들어가는 챔버의 크기에 따라 밸브 수를 결정합니다. 채우기를 개선하려면 BTC의 새로운 부분의 흐름을 개선해야합니다. 이를 위해 구멍의 직경과 판의 크기를 늘릴 수 있습니다. 그러나 이러한 현대화에는 자체 한계가 있습니다. 그러나 추가 흡기 밸브를 설치할 수 있으므로 자동차 제조업체는 그러한 실린더 헤드 수정을 개발하고 있습니다. 흡기 속도가 배기보다 중요하기 때문에 (배기가 피스톤의 압력으로 제거됨) 밸브 수가 홀수이면 항상 더 많은 흡기 요소가 있습니다.

어떤 밸브로 만들어 졌습니까?

밸브는 최대 온도 및 기계적 응력 조건에서 작동하기 때문에 이러한 요소에 강한 금속으로 만들어집니다. 무엇보다도 가열되고 기계적 응력, 즉 시트와 밸브 디스크 사이의 접촉 위치가 발생합니다. 엔진 속도가 높으면 밸브가 시트에 빠르게 가라 앉아 부품 가장자리에 충격을줍니다. 또한 공기와 연료의 혼합물이 연소되는 과정에서 판의 얇은 가장자리가 예리하게 가열됩니다.

밸브 디스크 외에도 밸브 슬리브도 스트레스를받습니다. 이러한 요소의 마모를 유발하는 부정적인 요소는 빠른 밸브 이동 중에 불충분 한 윤활과 지속적인 마찰입니다.

이러한 이유로 밸브에는 다음 요구 사항이 적용됩니다.

1. 입구 / 출구를 밀봉해야합니다.
2. 강한 가열로 인해 판의 가장자리가 안장에 대한 충격으로 변형되어서는 안됩니다.
3. 들어 오거나 나가는 매체에 저항이 생기지 않도록 잘 정리되어야합니다.
4. 부품이 무거워서는 안됩니다.
5. 금속은 견고하고 내구성이 있어야합니다.
6. 강한 산화를 겪지 않아야합니다 (자동차가 거의 운전하지 않을 때 헤드 가장자리가 녹슬지 않아야 함).

디젤 엔진의 구멍을 연 부분은 최대 700도까지 가열되고 가솔린 유사체에서는 900보다 XNUMX도까지 가열됩니다. 이러한 강한 가열로 인해 열린 밸브가 냉각되지 않기 때문에 상황이 복잡합니다. 출구 밸브는 고열을 견딜 수있는 고 합금강으로 만들 수 있습니다. 이미 언급했듯이 하나의 밸브는 두 가지 유형의 금속으로 만들어집니다. 헤드는 고온 합금으로 만들어졌으며 스템은 탄소강으로 만들어졌습니다.

입구 요소는 시트와의 접촉으로 냉각됩니다. 그럼에도 불구하고 온도도 약 300도이므로 가열되면 부품이 변형되는 것이 허용되지 않습니다.

크롬은 종종 밸브의 원료에 포함되어 열 안정성을 높입니다. 가솔린, 가스 또는 디젤 연료를 연소하는 동안 금속 부품에 공격적으로 영향을 미칠 수있는 일부 물질 (예 : 산화 납)이 방출됩니다. 니켈, 망간 및 질소 화합물은 부작용을 방지하기 위해 밸브 헤드 재료에 포함될 수 있습니다.

그리고 마지막으로. 모든 엔진에서 시간이 지남에 따라 밸브가 타는 것은 누구에게도 비밀이 아닙니다. 그 이유에 대한 짧은 비디오는 다음과 같습니다.

자동차 엔진에서 밸브가 타 버린 이유 운전자의 95 %가 그것을 몰랐습니다.

질의 응답 :

엔진의 밸브는 무엇을합니까? 열리면 흡기 밸브를 통해 신선한 공기(또는 공기/연료 혼합물)가 실린더로 흐를 수 있습니다. 열린 배기 밸브는 배기 가스를 배기 매니폴드로 유도합니다.

밸브가 타 버린 것을 이해하는 방법은 무엇입니까? 소손된 밸브의 주요 특징은 rpm에 관계없이 모터가 XNUMX중으로 움직인다는 것입니다. 동시에 엔진 출력이 상당히 감소하고 연료 소비가 증가합니다.

밸브를 열고 닫는 부분은 무엇입니까? 밸브 스템은 캠축 캠에 연결됩니다. 많은 현대식 엔진에서 유압식 리프터도 이러한 부품 사이에 설치됩니다.