Jak je konstruován ventil?

Ventilový mechanismus je hlavní výkonnou součástí rozvodového mechanismu (mechanismus distribuce plynu) moderního spalovacího motoru (ICE). Je to tato jednotka, která je zodpovědná za bezvadně přesný provoz motoru a poskytuje během provozu:

• včasná dodávka připravené směsi paliva a vzduchu do spalovacích komor válců;
• následné odstranění výfukových plynů.

Ventily jsou klíčovými částmi mechanismu, které musí zaručit úplné utěsnění spalovací komory při zapálení paliva v ní. Během provozu motoru zažívají neustále vysoké zatížení. Proto jsou kladeny přísné požadavky na proces jejich výroby, konstrukční vlastnosti, seřízení a vlastní činnost ventilů spalovacích motorů.

Obecné zařízení

Pro normální provoz motoru umožňuje konstrukce mechanismu distribuce plynu instalaci dvou typů ventilů: sací a výfukový. První jsou zodpovědné za průchod směsi vzduchu a paliva do spalovací komory, druhé jsou odpovědné za odstraňování výfukových plynů.

Skupina ventilů (zároveň je konečným prvkem rozvodového systému) obsahuje hlavní části:

• ocelová pružina;
• zařízení (mechanismus) pro připevnění vratného mechanismu;
• pohyb usměrňující pouzdro;
• přistávací sedlo.

Odborníci MotorPage.Ru upozorňují majitele automobilů na skutečnost, že je to rozhraní „sedlo-ventil“, které je při běžícím motoru vystaveno nejvyššímu stupni vystavení extrémním teplotám a vícesměrnému (nahoru, dolů, do stran). ) mechanické zatížení.

Navíc vlivem vysokorychlostního provozu vzniká nedostatečné množství maziva. Výsledkem je intenzivní opotřebení a nutnost opravy motoru, výměny a montáže nových dílů rozvodů s následnou úpravou mezer.

Pro každý pár a skupinu ventilů platí následující požadavky:

• minimální možná hmotnost;
• odolnost proti korozi;
• dokonalý odvod tepla ventilem;
• odolnost vůči vysokým teplotám;
• těsnost provozu v kontaktu se sedadlem;
• zvýšená mechanická pevnost a tuhost současně;
• vynikající indikátor odolnosti proti mechanickému a nárazovému zatížení;
• maximální úroveň proudění, když pracovní směs vstupuje do spalovací komory a uvolňují se výfukové plyny.

Návrhové prvky

Hlavním účelem ventilu je včasné otevírání a zavírání technologických otvorů v bloku válců pro vypouštění výfukových plynů a nasávání další části směsi vzduch-palivo.

Během provozu motoru se základna výfukového ventilu zahřívá na vysoké teploty. U benzínových motorů tento parametr dosahuje 800 – 900 °C, u dieselových pohonných jednotek – 500 – 700 °C. Sací pracují při teplotě cca 300°C.

Pro zajištění požadované úrovně odolnosti vůči takovému zatížení se k výrobě výfukových ventilů používají speciální žáruvzdorné slitiny a materiály obsahující velké množství legujících přísad.

Strukturálně se díl skládá ze dvou částí:

• hlava z materiálu odolného extrémnímu teplu;
• tyč vyrobená z vysoce kvalitní legované uhlíkové oceli.

Pro ochranu proti korozi je povrch výfukových ventilů v místech styku s válcem potažen speciální slitinou o tloušťce 1,5 – 2,5 mm.

Požadavky na sací ventily nejsou tak přísné, protože během provozu motoru jsou chlazeny směsí čerstvého vzduchu a paliva. Pro výrobu tyčí se používají nízkolegované třídy slitin se zvýšenými pevnostními parametry a desky jsou vyrobeny ze žáruvzdorných ocelí.

Požadavky na výrobu pružin a pouzder

Pružiny. V rozvodovém systému tato část pracuje v podmínkách extrémně vysoké teploty a mechanického zatížení. Úkolem je zajistit těsný a spolehlivý kontakt mezi ventilem a sedlem v okamžiku jejich spojení.

Často se během provozu pružina láme a dochází ke zvýšenému zatížení, často kvůli její rezonanci. Jak poznamenávají odborníci Motorpage, riziko takových poruch je mnohem nižší při použití pružin s proměnným stoupáním závitů. Docela efektní jsou také kónické nebo dvojité (vyztužené) modely.

Pružiny ventilů jsou vyrobeny ze speciálního ocelového drátu. Je kalený a popouštěný (technologické operace používané v hutní výrobě). Protikorozní ochranu zajišťuje dodatečná úprava oxidem zinku nebo kademnatého.

Pouzdra. Zajišťují odvod přebytečné tepelné energie z dříku ventilu a také jeho pohyb v dané (vratné) rovině. Tyto vodicí prvky systému jsou neustále oplachovány horkou párou a výfukovými plyny. Fungují i ​​v extrémních teplotách.

Vysoké nároky jsou proto kladeny i na materiál použitý k výrobě pouzder – dobrá odolnost proti opotřebení, odolnost proti maximálním přípustným teplotám a tření. Některé typy litiny, hliníkového bronzu a vysokopevnostní keramiky tyto požadavky splňují. Právě tyto materiály se používají k výrobě pouzder.

Elektromagnetický ventil (elektromagnetický ventil) se skládá z následujících hlavních částí: tělo, kryt, membrána (píst), pružina, plunžr, tyč a elektrická cívka (elektromagnetický ventil). Těla ventilů a víka jsou odlita z mosazi, nerezové oceli, litiny nebo polymerů: polypropylen, ecolon, nylon atd. Ventily jsou určeny pro použití v různých provozních prostředích, tlacích a teplotách. Pro písty a tyče se používají speciální magnetické materiály. Elektrické cívky (solenoidy) pro ventily jsou vyráběny v prachotěsném nebo utěsněném pouzdře. Vinutí cívek je vyrobeno z kvalitního smaltovaného drátu z elektrické mědi. Připojení k potrubí je závitové nebo přírubové. Pro připojení k elektrické síti slouží zástrčka. Řízení se provádí přivedením napětí (nebo impulsu) na cívku. Napájecí napětí:
Střídavý proud, AC: 24V, 110V, 220V;
Stejnosměrný proud, DC: 12V, 24V;
Tolerance napětí: ± 10 %.
Třída ochrany: IP65. Základní pracovní ustanovení:
Elektromagnetické ventily jsou k dispozici v následujících verzích: „NC“ – normálně zavřené ventily, „NO“ – normálně otevřené ventily a „BS“ – bistabilní (pulzní) ventily, které přepínají z otevřené do uzavřené polohy podle řídicího impulsu. Na principu fungování:
Pro různé provozní podmínky se používají přímočinné ventily, které pracují při nulovém diferenčním tlaku, a pilotní ventily (nepřímočinné), které pracují pouze při minimálním diferenčním tlaku. Elektromagnetické ventily se dále dělí na uzavírací ventily (2/2cestné), třícestné rozdělovací ventily (3/2cestné) a přepínací ventily (2/3cestné). Membrány a těsnění:
Membrány ventilů jsou vyrobeny z elastických polymerních materiálů speciální konstrukce a chemického složení – EPDM, NBR, FKM a těsnění jsou vyrobena z PTFE nebo TEFLONu. Při konstrukci ventilů jsou také použity nejnovější směsi silikonového kaučuku – VMQ a další polymery.

Vlastnosti materiálu:

EPDM – Ethylen-propylen-dienový kaučuk. Levný, chemicky a otěruvzdorný elastický polymer. Vysoká odolnost proti stárnutí a povětrnostním vlivům. Odolává kyselinám, zásadám, oxidačním činidlům, solným roztokům, vodě, nízkotlaké páře, neutrálním plynům. Neodolává benzínu, benzenu a uhlovodíkům. Aplikační teplota −40… +140 °С.

NBR – nitrilbutadienový kaučuk. Běžný a levný elastický polymer, který je neutrální vůči benzínu, minerálnímu oleji, motorové naftě, alkalickým roztokům, anorganickým kyselinám, propanu, butanu a vodě. Teplotní rozsah −30… +100 °С. Zničený benzenem, oxidačními činidly a ultrafialovým zářením. FKM – Fluorkaučuk. Tepelně odolný a elastický syntetický polymer. Vysoká odolnost proti stárnutí, ozónu a ultrafialovému záření. Chemicky odolný vůči kyselému a alkalickému prostředí, ropným produktům, palivům a uhlovodíkům. Používá se pro alkoholy, vodu, vzduch a nízkotlakou páru při teplotách −30… +150 °C. Zničeno estery a organickými kyselinami. PTFE – Polytetrafluorethylen. Fluoropolymer, jeden z nejvíce chemicky odolných polymerních materiálů. Používá se v chemickém průmyslu pro kyseliny a jejich směsi o vysoké koncentraci, zásady a rozpouštědla. Odolný vůči benzenu, oxidačním činidlům, olejům a palivům. Používá se pro agresivní plyny, uhlovodíky, vzduch, vodu a páru. Teplotní rozsah −50… +200 °С. Zničeno fluoridem chloričitým a tekutými alkalickými kovy. TEFLON – Polytetrafluorethylen. Patentovaný název pro fluoropolymer na bázi PTFE se zlepšenými výkonnostními charakteristikami. Provozní teplota v rozsahu −50… +250 °C.

Princip činnosti pilotního solenoidového ventilu

Ventil normálně zavřený
Ve statické poloze není na cívce žádné napětí – elektrický ventil je uzavřen. Uzavírací prvek (membrána nebo píst, podle typu ventilu) je silou pružiny a tlakem pracovního média hermeticky přitlačen k sedlu těsnicí plochy. Pilotní kanál je uzavřen pružinovým plunžrem. Tlak v horní dutině ventilu (nad membránou) je udržován obtokovým otvorem v membráně (nebo kanálem v pístu) a je roven tlaku na vstupu do ventilu. Solenoidový ventil je v uzavřené poloze, dokud není cívka pod napětím.
K otevření ventilu je na cívku přivedeno napětí. Píst se zvedá vlivem magnetického pole a otevírá pilotní kanál. Protože je průměr pilotního kanálu větší než obtok, tlak v horní dutině ventilu (nad membránou) klesá. Pod vlivem tlakového rozdílu se membrána nebo píst zvedne a ventil se otevře. Ventil zůstane v otevřené poloze, dokud je cívka pod napětím. Ventil normálně otevřený
Princip činnosti normálně otevřeného ventilu je opačný – ve statické poloze je ventil v otevřené poloze a při přivedení napětí na cívku se ventil uzavře. Aby normálně otevřený ventil zůstal zavřený, musí být na cívku přivedeno napětí po dlouhou dobu.

Pro správnou funkci jakýchkoliv pilotně ovládaných ventilů je nutný minimální pokles tlaku, ΔP je rozdíl tlaků na vstupu a výstupu ventilu. Pilotní ventily se nazývají nepřímo působící ventily, protože. Kromě napájecího napětí je nutné splnit podmínku poklesu tlaku. Vhodné ve většině případů pro použití ve vodovodních systémech, topných systémech, systémech zásobování teplou vodou, pneumatických řídicích systémech atd. – všude tam, kde je v potrubí tlak.

Princip činnosti přímo působícího solenoidového ventilu

Přímo působící solenoidové ventily nemají pilotní kanál. Elastická membrána má uprostřed pevný kovový kroužek a je spojena s pístem pomocí pružiny. Když se ventil otevře, pod vlivem magnetického pole cívky se píst zvedne a odstraní sílu z membrány, která se okamžitě zvedne a otevře ventil. Při zavírání (bez magnetického pole) se odpružený plunžr spustí a silou přitlačí membránu přes kroužek na těsnicí plochu. U přímo působícího solenoidového ventilu není vyžadována minimální tlaková ztráta na ventilu, ΔPmin=0 bar. Přímočinné ventily mohou pracovat jak v systémech s tlakem v potrubí, tak na vypouštěcích nádržích, zásobnících a na dalších místech, kde je minimální nebo žádný tlak.

Princip činnosti bistabilního ventilu

Bistabilní ventil má dvě stabilní polohy: „Otevřeno“ a „Zavřeno“. Přepínání mezi nimi se provádí postupně přivedením krátkého impulsu na cívku ventilu. Řídicí funkcí je potřeba dodávat impulsy se střídavou polaritou, takže bistabilní ventily fungují pouze ze zdrojů stejnosměrného proudu. K udržení otevřené nebo zavřené polohy není nutné přivádět napětí na cívku! Konstrukčně jsou bistabilní pulzní ventily řešeny jako pilotní ventily, tzn. Je vyžadována minimální tlaková ztráta. Elektromagnetický solenoidový ventil je funkční a spolehlivá potrubní armatura. Životnost speciálních elektromagnetických cívek je až 1 milion aktivací. Doba potřebná k ovládání membránového magnetického ventilu se pohybuje v průměru od 30 do 500 milisekund, v závislosti na průměru, tlaku a konstrukci. Elektromagnetické ventily lze použít jako uzavírací zařízení pro dálkové ovládání a pro bezpečnost jako uzavírací, spínací nebo uzavírací solenoidové ventily.