Moderne motorer kræver smarter ventiltidstyring og stærkere ventiltrækomponenter

Ændringer i forbrændingsmotoren er blevet betydeligt transformeret af stræben efter at øge effektiviteten, reducere emissionerne og øge specifik ydelse. Andre teknologier såsom anvendelse af avanceret variabel ventiltidstyring (VVT) og turboopskalering med formindsket slagvolumen er i dag almindelige og leverer imponerende præstationer fra små slagvolumener. Alligevel har kernen, ventiltrækket, aldrig været underlagt så store krav som netop nu gennem denne ingeniørudvikling. Vi hos Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. er klar over, at disse nye paradigmer kræver en ny generation af komponenter, der kan fungere under smarte og mere ekstreme driftsbetingelser.

Hvordan systemer til variabel ventiltidstyring øger belastningen på ventiler og fjedre

VVT eller Variable Valve Timing-teknologi er et efficiensmirakel, som gør det muligt for motorer at justere ventilerne til åbning og lukning optimalt i forskellige omdrejningsområder. Denne elasticitet øger effekt, brændstoføkonomi og reducerer emissioner. Alligevel er en sådan intelligens dyr for de involverede fysiske komponenter.

Konventionelle faste tidsindstillede kamme har forudsigelige og gentagende bevægelsesprofiler. VVT-systemer varierer derimod tidsindstillingen: torsionsbelastninger påføres på kamakslen på en stadig skiftende måde via hydrauliske eller elektroniske aktuatorer, eller fasen justeres dynamisk. Dette resulterer i mere komplicerede belastningsmønstre på ventiler og fjedre, som ofte varierer. Ventiler kan få besked om at åbne eller lukke under forskellige betingelser for cylindertryk, hvilket medfører højere stødbelastninger. Mere væsentligt er, at ventilsfjedre har et bredere frekvensområde, hvori de kan svinge, og de skal kunne håndtere den såkaldte fjederpulsation eller resonans under forskellige driftsbetingelser bestemt af VVT. Processen med accelereret udmattelse kræver fjedre med overlegen konsistens, fremstillet af højkvalitets materialer samt præcis varmebehandling for at undgå brud, og derfor er specialiseret produktion og systematisk testning af største vigtighed.

Hvorfor traditionelle ventilstyringer ikke kan følge med turboopblæst downsizing

Opkomsten af turboopblæst downsizing, hvor en mindre motor med tvangsindblæsning erstatter en større naturligt indblæst motor, skaber et yderst stressende miljø, hvori den konventionelle konstruktion af ventilstyringen bliver bragt til sit yderste.

Dets grundlæggende årsag er den kraftige stigning i cylindertrykket og -temperaturen. En lille motor med turboopladning kan generere et godt højt tryk i forhold til en stor motor uden turbo. Dette udøver stort tryk på bagsiden af udstødningsspjældet under brændingen og gør kammeret meget varmt. Disse forhold kan få traditionelle materialer til at krybe ved varme, korrodere og sliddes ud. Desuden skal ventilstyresystemerne være lettere og stærkere for at opnå evnen til høj omdrejning på en laveffekt motor (hvilket er nøglen til effektydelsen), så stabiliteten bevares ved høje omdrejninger. Ældre konstruktioner kan muligvis ikke levere den nødvendige masseoptimering og materialestyrke, da de kan tillade ventilspring, deformere komponenter og føre til katastrofale fejl. Ventilstyresystemet er ikke længere blot en mekanisk følger, men skal være en dynamisk og robust aktør i en højtryksforbrændingsproces.

Rollen for lette, men holdbare materialer i næste generations ventilstyresystemer

Nøglen til disse samtidige udfordringer er den taktiske anvendelse af nye materialer og præcisionskonstruktion. Den nye generation af ventilstyringen henviser til, at den ikke kun er letvægtsbygget for at kunne opretholde stabilitet ved høje omdrejninger, men også har en høj grad af holdbarhed for at modstå varme og tryk.

Dette omfatter overgangen fra almindelige legeringer til højtydende stål, varmebestandige nikkelbaserede superlegeringer i fremstillingen af udstødningsventiler samt high-tech titaniumlegeringer i indsugets ventiler til højpresterende modeller. Disse legeringer har bedre styrke-vægt-forhold samt modstandskraft mod træthed, oxidation og varmesagtning. I samme forstand kræver ventilegnene højtrækkende tråd, der er ekstremt ren og har præcise belægninger for at håndtere friktion og dæmpning.

Vi samarbejder med eksperterne i produktionen af disse nøglekomponenter, nemlig Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. Vi designer dele, der lever op til kravene om holdbarhed under turboopladte tryk, styrke under de dynamiske belastninger i VVT-systemer samt kravet om letvægt for effektiv højhastighedsdrift. Dermed skaber vi det nødvendige grundlag, som moderne motorkonstruktioner har brug for for at kunne yde optimalt med hensyn til ydelse, efficiens og levetid.