エンジンバルブ。 目的、デバイス、デザイン

あらゆる車のXNUMXストローク内燃焼エンジンが機能するために、そのデバイスには、互いに同期する多くの異なる部品とメカニズムが含まれています。 そのようなメカニズムの中にはタイミングがあります。 その機能は、バルブタイミングのタイムリーなアクティブ化を保証することです。 それが何であるかは詳細に説明されています ここで.

要するに、ガス分配メカニズムは、シリンダー内で特定のストロークを実行するときのプロセスのタイミングを確実にするために、適切なタイミングで吸気/排気バルブを開きます。 場合によっては、両方の穴を閉じる必要があり、もう一方の穴は、一方または両方を開く必要があります。

このプロセスを安定させることができるXNUMXつの詳細を詳しく見てみましょう。 これはバルブです。 そのデザインの何が特別で、どのように機能しますか？

エンジンバルブとは

バルブはシリンダーヘッドに取り付けられた金属部品です。 これはガス分配メカニズムの一部であり、カムシャフトによって駆動されます。

車の改造に応じて、エンジンのタイミングは低くなるか高くなります。 最初のオプションは、パワーユニットのいくつかの古い変更にまだ見られます。 ほとんどのメーカーは、長い間、XNUMX番目のタイプのガス分配メカニズムに切り替えてきました。

この理由は、そのようなモーターは調整と修理が簡単だからです。 バルブを調整するには、バルブカバーを取り外すだけで十分であり、ユニット全体を分解する必要はありません。

デバイスの目的と機能

バルブはバネ仕掛けのエレメントです。 安静時はしっかりと穴を塞ぎます。 カムシャフトが回転すると、その上にあるカムがバルブを押し下げ、カムシャフトを下げます。 これで穴が開きます。 カムシャフトの配置については、 別のレビュー.

各部分は独自の機能を果たしますが、近くにある同様の要素に対しては構造的に実行できません。 シリンダーごとに少なくともXNUMXつのバルブがあります。 より高価なモデルでは、それらのXNUMXつがあります。 ほとんどの場合、これらの要素はペアになっており、異なるグループの穴を開きます。一部は入口で、その他は出口です。

吸気バルブは、空気と燃料の混合物の新鮮な部分をシリンダーに取り込む役割を果たし、直接噴射を備えたエンジン（燃料噴射システムの一種、 ここで）-新鮮な空気の量。 このプロセスは、ピストンが吸気ストロークを実行する瞬間に発生します（排気を取り除いた後、上死点から下に移動します）。

排気バルブの開放原理は同じですが、機能が異なります。 それらは、燃焼生成物を排気マニホルドに除去するための穴を開けます。

エンジンバルブの設計

問題の部品は、ガス分配メカニズムのバルブグループに含まれています。 他の詳細とともに、それらはバルブタイミングのタイムリーな変更を提供します。

効果的な動作が左右されるバルブおよび関連部品の設計上の特徴を考慮してください。

バルブ

バルブはロッドの形をしており、片側にはヘッドまたはポペット要素があり、もう一方にはヒールまたはエンドがあります。 平らな部分は、シリンダーヘッドの開口部をしっかりと密閉するように設計されています。 ステップではなく、シンバルとロッドの間でスムーズな移行が行われます。 これにより、バルブを合理化できるため、流体の動きに抵抗が生じません。

同じモーターで、吸気バルブと排気バルブがわずかに異なります。 したがって、最初のタイプのパーツは、XNUMX番目のタイプよりもプレートが広くなります。 これは、燃焼生成物がガス出口から除去されるときの高温高圧のためです。

部品を安くするために、バルブはXNUMXつの部分に分かれています。 それらは組成が異なります。 これらのXNUMXつの部分は溶接によって結合されます。 排気バルブディスクの作業面も別の要素です。 それは、耐熱性と機械的ストレスに対する耐性を備えた別のタイプの金属から堆積されます。 これらの特性に加えて、排気バルブの端面は錆の形成の影響を受けにくくなっています。 確かに、多くのバルブのこの部分は、プレートが作られている金属と同じ材料で作られています。

インレットエレメントのヘッドは通常フラットです。 この設計には、必要な剛性と実行の容易さがあります。 アップグレードされたエンジンには、凹型ディスクバルブを取り付けることができます。 この設計は、標準の対応物よりもわずかに軽量であるため、慣性力が低減されます。

排気の対応物に関しては、それらの頭の形状は平らまたは凸状のいずれかになります。 XNUMX番目のオプションは、合理化された設計により、燃焼チャンバーからのガスの除去が向上するため、より効率的です。 さらに、凸型プレートは平らなプレートに比べて耐久性があります。 他方、そのような要素はより重く、そのためその慣性が損なわれる。 これらのタイプの部品には、より硬いスプリングが必要になります。

また、このタイプのバルブのステム設計は、吸気部品とは少し異なります。 要素からのより良い熱放散を提供するために、バーはより太いです。 これにより、部品の強い加熱に対する耐性が高まります。 ただし、このソリューションには欠点があります。除去されたガスに対する耐性が高くなります。 それにもかかわらず、排気ガスは強い圧力の下で放出されるため、メーカーは依然としてこの設計を使用しています。

今日、強制冷却バルブの革新的な開発があります。 この変更には中空のコアがあります。 液体ナトリウムはその空洞に送り込まれます。 この物質は、強く加熱すると蒸発します（頭の近くにあります）。 このプロセスの結果として、ガスは金属壁から熱を吸収します。 上昇すると、ガスは冷却されて凝縮します。 液体はベースに流れ落ち、そこでプロセスが繰り返されます。

バルブがインターフェースの気密性を確保するために、シートとディスクに面取りが選択されています。 それはまた、ステップを排除するためにベベルで行われます。 モーターにバルブを取り付けるとき、それらはヘッドにこすりつけられます。

シートとヘッドの接続の気密性はフランジの腐食の影響を受け、出口部分はしばしば炭素堆積物に悩まされます。 バルブの寿命を延ばすために、一部のエンジンには、出口が閉じているときにバルブをわずかに回転させる追加のメカニズムが装備されています。 これにより、結果として生じる炭素堆積物が除去されます。

バルブシャンクが破損することがあります。 これにより、部品がシリンダーに落下し、モーターが損傷します。 故障の場合、クランクシャフトが数回慣性回転するだけで十分です。 この状況を防ぐために、自動バルブメーカーは部品に保持リングを装備することができます。

バルブヒールの特徴について少し。 この部品は、カムシャフトカムの影響を受けるため、摩擦力を受けます。 バルブを開くには、カムがスプリングを圧縮するのに十分な力でバルブを押し下げる必要があります。 このユニットは十分な潤滑を受ける必要があり、すぐに摩耗しないように硬化されています。 一部のモーター設計者は、そのような負荷に耐える材料で作られたロッドの摩耗を防ぐために特別なキャップを使用しています。

加熱中にバルブがスリーブに引っ掛かるのを防ぐために、シンバルに近いステムの部分は、ヒールに近い部分よりもわずかに薄くなっています。 バルブスプリングを固定するために、バルブの端にXNUMXつの溝（場合によってはXNUMXつ）が作られ、そこにサポートのクラッカーが挿入されます（スプリングが置かれる固定プレート）。

バルブスプリング

ばねはバルブの効率に影響を与えます。 ヘッドとシートがしっかりと接続され、作動媒体が形成された瘻を貫通しないようにする必要があります。 この部分が非常に硬い場合、カムシャフトカムまたはバルブステムのヒールがすぐに摩耗します。 一方、弱いばねでは、XNUMXつの要素をしっかりと固定することはできません。

この要素は、負荷が急激に変化する条件下で機能するため、破損する可能性があります。 パワートレインメーカーは、さまざまなタイプのスプリングを使用して、急速な故障を防ぎます。 タイミングによってはダブルタイプが搭載されます。 この変更により、個々の要素への負荷が軽減され、その結果、その動作寿命が延びます。

この設計では、スプリングの回転方向が異なります。 これにより、壊れた部分の粒子が他のターンの間に入るのを防ぎます。 これらの要素の製造には、ばね鋼が使用されます。 製品が形成された後、それは焼き戻しされます。

エッジでは、ベアリング部分全体がバルブヘッドとシリンダーヘッドに取り付けられた上部プレートに接触するように、各スプリングが研磨されています。 部品の酸化を防ぐために、カドミウムの層でコーティングされ、亜鉛メッキされています。

従来のタイミングバルブに加えて、空気圧バルブをスポーツ車両で使用できます。 実際、これは同じ要素ですが、特別な空気圧メカニズムによって作動するだけです。 これのおかげで、モーターが信じられないほどの回転を開発することができるような操作の正確さは達成されます-最大20万。

このような開発は1980年代に登場しました。 それは、ばねが提供できない穴のより明確な開閉に貢献します。 このアクチュエータは、バルブの上のリザーバー内の圧縮ガスによって駆動されます。 カムがバルブに当たったときの衝撃力は約10バールです。 バルブが開き、カムシャフトがヒールへの衝撃を弱めると、圧縮ガスが部品を元の位置にすばやく戻します。 漏れの可能性による圧力低下を防ぐために、システムには追加のコンプレッサーが装備されており、そのリザーバーは約200バールの圧力になっています。

James Ellison、PBMアプリリア、CRTテストJerez 2012年XNUMX月

このシステムは、MotoGPクラスのオートバイで使用されます。 20リットルのエンジン容量を備えたこのトランスポートは、21万から240万XNUMX回のクランクシャフト回転を発生させることができます。 同様のメカニズムを持つXNUMXつのモデルは、ApriliaモーターサイクルモデルのXNUMXつです。 そのパワーは信じられないほどのXNUMX馬力でした。 確かに、これは二輪車には多すぎます。

バルブガイド

バルブの操作におけるこの部分の役割は、バルブが直線的に動くことを保証することです。 スリーブはロッドの冷却にも役立ちます。 この部分は一定の潤滑が必要です。 そうしないと、ロッドに一定の熱応力がかかり、スリーブがすぐに摩耗します。

このようなブッシングの製造に使用できる材料は、耐熱性があり、一定の摩擦に耐え、隣接する部品から熱を十分に除去し、高温にも耐える必要があります。 このような要件は、パーライトグレーの鋳鉄、アルミニウムブロンズ、クロムを含むセラミック、またはクロムニッケルによって満たすことができます。 これらの材料はすべて多孔質構造であるため、表面に油を保持するのに役立ちます。

排気バルブのブッシングは、同等の入口よりもステム間のクリアランスがわずかに大きくなります。 この理由は、排ガス除去バルブの熱膨張が大きいためです。

バルブシート

これは、各シリンダーとバルブディスクの近くのシリンダーヘッドボアの接触部分です。 ヘッドのこの部分は機械的および熱的ストレスにさらされるため、高熱および頻繁な衝撃に対する優れた耐性が必要です（車が高速で走行しているとき、カムシャフトの回転数が非常に高いため、バルブが文字通りシートに落ちます）。

シリンダーブロックとそのヘッドがアルミニウム合金で作られている場合、バルブシートは必然的に鋼で作られます。 鋳鉄はすでにそのような負荷にうまく対応しているので、この変更のサドルはヘッド自体で作られています。

プラグインサドルもご利用いただけます。 それらは合金化された鋳鉄または耐熱鋼から作られています。 エレメントの面取りがあまり摩耗しないように、耐熱金属を重ねて行っています。

インサートシートは、さまざまな方法でヘッドボアに固定されています。 場合によっては、押し込まれ、エレメントの上部に溝が作られ、取り付け時にヘッドボディの金属で埋められます。 これにより、さまざまな金属からアセンブリの完全性が生まれます。

スチールシートは、ヘッドボディの上部をフレア加工して取り付けます。 円筒形と円錐形のサドルがあります。 前者の場合、それらはストップに取り付けられ、後者の場合、小さなエンドギャップがあります。

エンジン内のバルブの数

標準の4ストローク燃焼エンジンには、シリンダーごとにXNUMXつのカムシャフトとXNUMXつのバルブがあります。 この設計では、一方の部分が空気の混合物または空気のみの注入（燃料システムに直接注入がある場合）を担当し、もう一方の部分が排気マニホールドへの排気ガスの除去を担当します。

シリンダーごとに70つのバルブ（各フェーズに1910つ）があるエンジン変更でのより効率的な作業。 この設計のおかげで、VTSまたは空気の新しい部分でのチャンバーのより良い充填が提供され、排気ガスの除去とシリンダーキャビティの換気が加速されます。 そのようなユニットの開発はXNUMX年代の前半に始まったが、自動車は前世紀のXNUMX年代からそのようなモーターを装備し始めた。

現在まで、パワーユニットの動作を改善するために、XNUMXつのバルブがあるエンジン開発があります。 出口用にXNUMXつ、入口用にXNUMXつ。 そのようなユニットの例は、フォルクスワーゲン-アウディの懸念のモデルです。 このようなモーターのタイミングベルトの動作原理は従来のバージョンと同じですが、このメカニズムの設計は複雑であるため、革新的な開発には費用がかかります。

同様の非標準的なアプローチは、自動車メーカーのメルセデスベンツでも採用されています。 この自動車メーカーの一部のエンジンには、シリンダーごとに2つのバルブ（1つの吸気、XNUMXつの排気）が装備されています。 さらに、XNUMXつのスパークプラグがポットの各チャンバーに取り付けられています。

製造業者は、燃料と空気が入るチャンバーのサイズによってバルブの数を決定します。 その充填を改善するために、BTCの新鮮な部分のより良い流入を確実にする必要があります。 これを行うには、穴の直径を大きくし、それを使用してプレートのサイズを大きくすることができます。 ただし、この近代化には独自の限界があります。 しかし、追加の吸気バルブを取り付けることはかなり可能であるため、自動車メーカーはまさにそのようなシリンダーヘッドの改造を開発しています。 吸気速度は排気よりも重要であるため（排気はピストンの圧力で除去されます）、バルブの数が奇数の場合、常により多くの吸気要素が存在します。

バルブは何でできていますか

バルブは最高温度と機械的ストレスの下で作動するため、そのような要因に耐性のある金属で作られています。 何よりも熱くなり、シートとバルブディスクの接触場所である機械的ストレスにも遭遇します。 エンジン速度が高いと、バルブがシートにすばやく沈み、パーツの端に衝撃が発生します。 また、空気と燃料の混合物の燃焼の過程で、プレートの薄いエッジは鋭い加熱にさらされます。

バルブディスクに加えて、バルブスリーブにも応力がかかります。 これらの要素の摩耗につながる負の要因は、不十分な潤滑と高速バルブ移動中の一定の摩擦です。

これらの理由により、バルブには次の要件が課せられます。

1. それらは入口/出口を密封しなければなりません。
2. 強く加熱すると、プレートの端がサドルへの衝撃によって変形してはなりません。
3. 入ってくる媒体または出て行く媒体に抵抗が生じないように、十分に合理化する必要があります。
4. パーツは重くてはいけません。
5. 金属は丈夫で耐久性がなければなりません。
6. 強い酸化を受けてはいけません（車がめったに運転しないときは、頭の端が錆びてはいけません）。

ディーゼルエンジンに穴を開けた部分は最大700度、ガソリン類似品ではゼロより最大900度加熱されます。 このような強い加熱では、開いたバルブが冷えないという事実によって状況は複雑になります。 アウトレットバルブは、高熱に耐えることができる任意の高合金鋼で作ることができます。 すでに述べたように、XNUMXつのバルブはXNUMXつの異なるタイプの金属でできています。 ヘッドは高温合金製、ステムはカーボンスチール製です。

インテークエレメントは、シートとの接触により冷却されます。 それにもかかわらず、それらの温度も高く、約300度であるため、加熱されたときに部品が変形することは許されません。

バルブの原料にはクロムが含まれていることが多く、熱安定性が向上します。 ガソリン、ガス、ディーゼル燃料の燃焼中に、金属部品に悪影響を与える可能性のあるいくつかの物質（酸化鉛など）が放出されます。 有害反応を防ぐために、ニッケル、マンガン、および窒素化合物をバルブヘッド材料に含めることができます。

そして最後に。 どのエンジンでも、時間の経過とともにバルブが焼損することは誰にとっても秘密ではありません。 これの理由についての短いビデオはここにあります：

車のエンジンのバルブが燃え尽きる理由ドライバーの95％がそれを知らなかった

質問と回答：

エンジンのバルブは何をしますか？ それらが開くと、吸気バルブは新鮮な空気（または空気/燃料混合物）がシリンダーに流入することを可能にします。 開いている排気バルブは、排気ガスを排気マニホールドに導きます。

バルブが燃え尽きていることを理解するにはどうすればよいですか？ バルブが切れた場合の重要な特徴は、rpmに関係なくモータートリプレットです。 同時に、エンジン出力はきちんと減少し、燃料消費量は増加します。

どの部分がバルブを開閉しますか？ バルブステムはカムシャフトカムに接続されています。 最近の多くのエンジンでは、油圧リフターもこれらの部品の間に取り付けられています。