Zawory

Zawory wlotowe i wylotowe uszczelniają komorę spalania i sterują wymianą gazów w silniku. Zawory są częściami poddawanymi wysokim obciążeniom termicznym i mechanicznym, narażonymi dodatkowo na korozję.

Obciążenia mechaniczne powstają wskutek wygięcia talerza zaworu pod ciśnieniem zapłonu oraz jego przykładania przy zamykaniu (uderzenia). Dzięki cechom konstrukcyjnym, takim jak grubość i kształt talerza zaworu oraz doborowi materiału obciążenia te redukuje się do akceptowalnego poziomu. Zawór wylotowy jest też dodatkowo rozgrzewany przez opływające go gorące gazy podczas otwierania w czasie suwu wylotowego.

Zawory chłodzone są przede wszystkim przez odprowadzanie ciepła przez gniazdo zaworowe do głowicy cylindra. Mniejsza część energii cieplnej odprowadzana jest przez prowadnicę zaworu do głowicy cylindra. Zawory wlotowe osiągają temperatury ok. 300°C do 550°C, a zawory wylotowe nawet do 1.000°C.

Typy zaworów

Zawór wlotowy

  • zawór jednometalowy
  • zawór jednometalowy z hartowanym gniazdem
  • zawór jednometalowy z opancerzonym gniazdem
  • zawór dumetalowy
  • zawór dumetalowy z opancerzonym gniazdem

Zawór wylotowy

  • zawór jednometalowy
  • zawór jednometalowy z hartowanym gniazdem
  • zawór dwumetalowy
  • zawór dwumetalowy z opancerzonym gniazdem

Zawór jednometalowy

Zawory jednometalowe wykonywane są z jednego materiału. Dobierany jest przy tym materiał, który przystosowany jest do obu profili obciążeń, czyli o wysokiej wytrzymałości termicznej i dobrych parametrach ślizgu.

Zawór dwumetalowy

Zawory dwumetalowe stanowią połączenie materiału o wysokiej odporności termicznej (główka) z trzonkiem, który jest z jednej strony utwardzalny (końcówka), a z drugiej wykazuje dobre parametry ślizgu względem prowadnicy zaworu. Materiały łączy się metodą zgrzewania tarciowego.

Zawory puste

Puste zawory wylotowe używane są głównie do redukcji temperatury w szczególnie zagrożonej strefie wyokrąglenia i są tym celu wypełnione sodem. Ich pozytywnym efektem ubocznym jest redukcja ciężaru. Puste, niewypełnione zawory wlotowe są używane tylko z tego powodu, w celu redukcji masy.

W celu uzyskania redukcji temperatury zaworów wydrążony trzonek jest wypełniany do około 60% objętości sodem i zamykany metodą zgrzewania tarciowego. Sód topi się w temperaturze 97,5°C, ma gęstość 0,97 g/cm³ i jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła. Podczas pracy silnika sód przybiera postać płynną i jest przemieszczany przez siły masowe działające w trzonku.

Mówimy w związku z tym o tak zwanym „efekcie shakera“. Sód transportuje przy tym część ciepła powstającego podczas spalania z talerza zaworu do strefy trzonka. Tam ciepło odprowadzane jest przez prowadnicę zaworu. W ten sposób temperatury talerza zaworu można obniżyć o 80°C do 150°C.

Postępowanie z wypełnionymi sodem zaworami pustymi

Obróbka i rozcinanie zaworów pustych wypełnionych sodem wymaga zachowania ostrożności. Należy uważać, by nie nastąpiło przypadkowe otwarcie pustej przestrzeni, ponieważ sód gwałtownie reaguje z wodą, a nawet wilgocią obecną na skórze, czy też emulsją używaną do wiercenia i szlifowania. W reakcji sodu z wodą powstaje wodór i wodorotlenek sodu.

Badanie i utylizacja

Niewielkie ilości zaworów pustych można złomować normalnie. Nie wymaga to przestrzegania żadnych specjalnych przepisów. Jeżeli konieczne jest zbadanie lub utylizacja większych ilości wypełnionych sodem zaworów pustych, należy otworzyć pustą przestrzeń bez użycia środka chłodzącego albo przez nawiercenie w dwóch miejscach, albo przez rozcięcie zaworu pośrodku. Przygotowane w ten sposób zawory wrzuca się pojedynczo do wiadra napełnionego wodą w celu zneutralizowania sodu. Po zakończeniu reakcji zawory można normalnie zezłomować. Wodorotlenek sodu należy usunąć zgodnie z obowiązującymi lokalnymi przepisami.

Zasady bezpieczeństwa:

Ze względu na bardzo gwałtowny przebieg reakcji sodu z wodą i uwalnianie wodoru neutralizację zaworów należy przeprowadzać tylko w wentylowanych pomieszczeniach albo poza budynkami. Należy bezwzględnie unikać kontaktu skóry i oczu z sodem, wodorotlenkiem sodu i miejscem reakcji. Sodem może więc manipulować tylko odpowiednio wyszkolony personel używający odpowiedniej odzieży ochronnej (rękawice, okulary ochronne itd.). Należy przestrzegać standardowych zasad bezpieczeństwa obowiązujących przy obchodzeniu się z agresywnymi i żrącymi materiałami oraz gazami wybuchowymi.

Gniazda opancerzone i hartowane

Wysokim obciążeniom termicznym i mechanicznym poddawane są szczególnie zawory wylotowe. Dlatego też gniazda tych zaworów są często opancerzone. Zawory wlotowe poddawanych dużym obciążeniom silników hartuje się głównie metodą indukcyjną. Zapobiega to wyginaniu z zdzieraniu gniazd zaworowych.

Końcówka trzonka zaworu

Końcówka trzonka zaworu poddawana jest dużym obciążeniom podczas ruchu zaworu (dźwigienka zaworowa, dźwigienka zabierająca, popychacz). W celu wykluczenia w tym miejscu nadmiernego zużycia końcówki trzonków zaworów są wykonywane z hartowanej stali. Końcówka trzonka zaworu ze stali niehartowanej jest zabezpieczana stellitem albo utwardzoną płytką.

Wymiary i oznaczenia

1 Długość całkowita = L
2 Całkowita grubość talerza
3 Wysokość gniazda
4 Wysokość krawędzi talerza
5 Opancerzenie gniazda (opcja)
6 Talerz zaworu
7 Średnica trzonka = d
8 Trzonek zaworu
9 Obszar podcięcia
10 Powierzchnia końcówki trzonka (hartowana)
11 Długość oszlifowania
12 Wyokrąglenie
13 Kąt gniazda = α
14 Powierzchnia talerza
15 Średnica talerza = D
16 Kopuła

Montaż

Żywotność eksploatacyjna zaworów, a w związku z tym także sprawność silnika, zależy w znacznym stopniu od prawidłowego montażu. Przy montażu należy się zawsze stosować do wytycznych i wartości nastawczych producenta silnika.

Staranność

Z zaworami należy się obchodzić ostrożnie i starannie. Zaworów nie wolno obrabiać papierem ściernym ani znakować na talerzach punktakiem ani wybijanymi cyframi.

Montaż

Do montażu zaworu w głowicy cylindrów należy używać odpowiednich narzędzi. Przy montażu zaworów należy też zawsze używać nowych zacisków. Stożek wewnętrzny talerza zaworu należy sprawdzić podkładek oporowych zużycia i uszkodzeń. Siłę sprężyny zaworowej należy sprawdzić podkładek oporowych wartości granicznych producenta silnika.

Przed montażem

Montaż Prowadnice zaworów