Nowoczesne silniki wymagają inteligentniejszego sterowania fazami rozrządu i wytrzymalszych komponentów układu napędu rozrządu

Zmiany w silnikach spalinowych zostały znacząco przekształcone przez dążenie do wprowadzenia większej efektywności, obniżenia emisji oraz zwiększenia mocy jednostkowej. Inne technologie, takie jak zaawansowane systemy zmiennej fazy rozrządu (VVT) i turbosprężarkowe zmniejszanie pojemności skokowej, są dziś normą i oferują imponującą wydajność nawet przy małych pojemnościach. Niemniej jednak rdzeń silnika – układ zaworowy – nigdy wcześniej nie był narażony na tak duże wymagania jak wraz z tym postępem inżynieryjnym. My w Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. zdajemy sobie sprawę, że te nowe paradygmaty wymagają nowej generacji komponentów, które będą działać w bardziej wymagających i ekstremalnych warunkach eksploatacyjnych.

Jak układy zmiennej fazy rozrządu zwiększają obciążenia działające na zawory i sprężyny

Technologia VVT lub zmiennej regulacji fazy rozrządu to cud wydajności, która pozwala silnikom optymalnie dostosowywać otwieranie i zamykanie zaworów w różnych zakresach obrotów. Ta elastyczność zwiększa moc, oszczędność paliwa i poprawia emisję spalin. Jednak taka inteligencja jest kosztowna dla elementów fizycznych, które są zaangażowane.

Tradycyjne wały rozrządu o stałym ustroju mają przewidywalne i powtarzalne kształty ruchu. Układy VVT, w przeciwieństwie do nich, zmieniają ustrojenie: obciążenia skrętne są przykładowane na wałku rozrządczym w sposób ciągle się zmieniający za pomocą siłowników hydraulicznych lub elektronicznych, albo fazowanie jest zmieniane dynamicznie. Powoduje to bardziej złożone schematy obciążeń zaworów i sprężyn, które często ulegają zmianom. Zawory mogą być sterowane tak, aby otwierać się lub zamykać w różnych warunkach ciśnienia w cylindrze, co powoduje większe siły uderzeniowe. Co ważniejsze, sprężyny zaworowe mają szerszy zakres częstotliwości, na których mogą drgać, oraz muszą radzić sobie z możliwością tzw. falowania sprężyny lub rezonansu w różnych warunkach pracy określonych przez układ VVT. Proces przyspieszonego zużycia wymaga sprężyn o wysokiej spójności, wykonanych z materiałów wysokiej jakości oraz z dokładnym hartowaniem, aby uniknąć uszkodzeń, dlatego też specjalna produkcja i systematyczne testowanie są najważniejsze.

Dlaczego tradycyjne układy rozrządu nie nadążają za zastosowaniem zmniejszania pojemności silnika z doładowaniem turbo

Pojawienie się koncepcji zmniejszania pojemności silnika z doładowaniem turbosprężarkowym, w której mniejszy silnik z wymuszoną regulacją zastępuje większy silnik ssący atmosferycznie, stwarza bardzo ekstremalne warunki, w których konwencjonalna konstrukcja układu rozrządu jest doprowadzana do swej granicy.

Podstawową przyczyną jest gwałtowny wzrost ciśnienia i temperatury w cylindrze. Mały silnik z turbosprężarką jest w stanie wytworzyć wysokie ciśnienie w porównaniu do dużego silnika bezładowanego. To powoduje duże obciążenie ciśnieniowe na tylnej części zaworu wydechowego podczas spalania oraz bardzo duże nagrzanie komory. Te warunki mogą prowadzić do pełzania tradycyjnych materiałów pod wpływem ciepła, korozji i zużycia. Ponadto, aby osiągnąć zdolność do wysokich obrotów w silniku o niewielkiej mocy (co jest kluczem do uzyskania dużej mocy), napędy zaworów muszą być lżejsze i wytrzymalsze, by zapewnić stabilność przy wysokich obrotach. Starsze konstrukcje mogą nie zapewniać wymaganej optymalizacji masy i wytrzymałości materiałów, ponieważ mogą dopuszczać do unoszenia się zaworów, odkształcania elementów i powstawania katastrofalnych uszkodzeń. Napęd zaworu już nie jest po prostu mechanicznym podążaczem, lecz musi stanowić dynamicznego, odpornego uczestnika procesu spalania pod wysokim ciśnieniem.

Rola lekkich, a jednocześnie trwałych materiałów w napędach zaworów nowej generacji

Kluczem do tych współczesnych zagadnień jest taktyczne wykorzystanie nowych materiałów oraz precyzyjna inżynieria. Nowa generacja mechanizmu zaworowego oznacza, że nie tylko jest lekka, aby mogła zapewniać stabilność przy wysokich obrotach, ale również charakteryzuje się wysoką trwałością, umożliwiającą odporność na ciepło i ciśnienie.

Obejmuje to zastąpienie tradycyjnych stopów stalami o wysokiej wydajności, odpornymi na ciepło nadstopami niklu w produkcji zaworów wydechowych oraz zaawansowanymi technologicznie stopami tytanu w produkcji zaworów ssących w modelach premium. Stopy te charakteryzują się lepszym stosunkiem wytrzymałości do masy oraz większą odpornością na zmęczenie, utlenianie i mięknienie termiczne. W tym samym kontekście sprężyny zaworowe wymagają drutu o wysokiej wytrzymałości, który jest szczególnie czysty i posiada dokładne powłoki, aby radzić sobie z tarciem oraz czynnikami tłumienia.

Zajmujemy się produkcją tych kluczowych komponentów w firmie Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. Projektujemy części, które zapewniają trwałość wymaganą przy ciśnieniach nadmuchu, wytrzymałość niezbędną do pracy pod obciążeniami dynamicznymi systemów VVT oraz lekkość niezbędną do efektywnej pracy wysokich prędkości. W ten sposób tworzymy niezbędną podstawę, na której dzisiejsze konstrukcje silników mogą osiągać pełną wydajność pod względem mocy, efektywności i trwałości.