Změny u spalovacích motorů byly výrazně ovlivněny snahou o zvýšení účinnosti, snížení emisí a zvýšení měrného výkonu. Další technologie, jako je použití pokročilého systému proměnného časování ventilů (VVT) a turbodmychadla u menších objemů motorů, jsou dnes běžné a nabízejí působivý výkon i u malých pracovních objemů. Nicméně základní část motoru – vačkový mechanizmus – nikdy dříve nebyla vystavena takovým nárokům jako v současnosti s tímto technickým pokrokem. My ve společnosti Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. si uvědomujeme, že tyto nové paradigma vyžadují novou generaci součástí, které budou schopny fungovat za chytřejších a náročnějších provozních podmínek.
Jak systémy proměnného časování ventilů zvyšují zatížení ventilů a pružin
Technologie VVT nebo proměnné časování ventilů je zázrak účinnosti, který umožňuje motorům optimálně upravovat otevírání a uzavírání ventilů v různých rozsazích otáček. Tato pružnost zvyšuje výkon, palivovou hospodárnost a snižuje emise. Nicméně taková inteligence má náklady na fyzické prvky, které jsou zapojeny.
Tradiční pevné vačkové hřídele mají předvídatelné a opakující se tvary pohybu. Naopak systémy VVT mění časování: torzní zatížení je na vačkový hřídel přenášeno hydraulickými nebo elektronickými aktuátory proměnlivým způsobem, nebo je fáze dynamicky měněna. To vede ke složitějším a často proměnným zatěžovacím režimům ventilů a pružin. Ventily mohou být ovládány tak, aby se otevíraly nebo uzavíraly za různých podmínek tlaku v válci, což způsobuje vyšší nárazové síly. Co je důležitější, ventily pružiny mají širší rozsah frekvencí, na kterých mohou kmitat, a musí počítat s možností tzv. náhlého přetížení pružiny nebo rezonance za různých provozních podmínek určených systémem VVT. Proces urychlené únavy vyžaduje pružiny s vynikající konzistencí, vyrobené z vysoce kvalitních materiálů a s přesným tepelným zpracováním, aby nedošlo k poruše, a proto je zvláštní výrobní postup a systematické testování nejdůležitější.
Proč si tradiční vačkové mechanismy nedokážou poradit s turbodmychadlem a zmenšováním objemu
Zavedení turbodmychadel při zmenšování objemu, kdy menší motor se systémem nuceného sání nahrazuje větší atmosférický motor, vytváří vysoce namáhavé prostředí, ve kterém je konvenční konstrukce vačkového mechanismu posouvána na hranici svých možností.
Základní příčinou je prudký nárůst tlaku a teploty v válci. Malý motor s turbodmychadlem dokáže vygenerovat vysoký tlak srovnatelný s velkým motorem bez turbodmychadla. Tento jev způsobuje vysoký tlak na zadní stranu výfukového ventilu během hoření a činí spalovací komoru velmi horkou. Tyto podmínky mohou způsobit, že se tradiční materiály při vysoké teplotě deformují, korodují a opotřebují. Kromě toho musí být u malých motorů s vysokým počtem otáček (což je tajemstvím výkonu) vačkové mechanismy lehčí a pevnější, aby zajistily stabilitu při vysokých otáčkách. Starší konstrukce nemusí poskytovat požadovanou optimalizaci hmotnosti a pevnost materiálů, protože mohou způsobit plování ventilu, deformaci součástí a vést ke katastrofálním poruchám. Vačkový mechanizmus již není pouze jednoduchým mechanickým následovníkem, ale musí být dynamickým a robustním činitelem ve vysokotlakém spalovacím procesu.
Role lehkých, ale odolných materiálů v moderních vačkových mechanismech
Klíčem k těmto současným problémům je strategické využití nových materiálů a přesného inženýrství. Nová generace vačkového mechanismu znamená, že není pouze lehká, aby byla schopna udržet stabilitu při vysokých otáčkách, ale také vykazuje vysokou odolnost, aby odolávala teplu a tlaku.
To bude zahrnovat přechod od běžných slitin k vysoce výkonným ocelím, tepelně odolným supertvrdým slitinám na bázi niklu při výrobě výfukových ventilů a pokročilým titanovým slitinám při výrobě sacích ventilů ve vysoce výkonných modelech. Tyto slitiny mají lepší poměr pevnosti a hmotnosti a rovněž odolávají únavě materiálu, oxidaci a tepelnému měknutí. Ve stejném duchu musí pružiny ventilů využívat drát s vysokou mezí pevnosti, který je extrémně čistý a má přesná povlaková řešení pro potlačení tření a tlumení.
Zabýváme se výrobou těchto klíčových komponent, a to společností Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. Navrhujeme díly, které splňují požadavky na odolnost v podmínkách přeplňování, pevnost potřebnou pro dynamické zatížení systémů VVT a nízkou hmotnost vyžadovanou pro efektivní provoz za vysokých otáček. Tím poskytujeme nezbytný základ, na němž se mohou současné konstrukce motorů plně realizovat co do výkonu, účinnosti a životnosti.