Сучасні двигуни вимагають розумнішого фазування клапанів і міцніших компонентів газорозподільного механізму

Зміни у двигуні внутрішнього згоряння значно трансформувалися завдяки прагненню підвищити ефективність, знизити викиди та збільшити питомий вихідний потужність. Інші технології, такі як використання передової системи змінного фазування клапанів (VVT) і турбонаддув із зменшенням робочого об'єму, сьогодні є нормою і забезпечують вражаючі характеристики навіть при малих об'ємах двигунів. Проте основа двигуна — газорозподільний механізм — ніколи раніше не піддавалася таким високим вимогам, як зараз у результаті цього технічного прогресу. Ми, в компанії Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd., розуміємо, що ці нові парадигми вимагають нового покоління компонентів, здатних працювати в складніших і більш жорстких умовах.

Як системи змінного фазування клапанів збільшують навантаження на клапани та пружини

Технологія VVT (змінна синхронізація клапанів) є дивом ефективності, яка дозволяє двигунам оптимально регулювати відкриття та закриття клапанів у різних діапазонах обертів. Ця еластичність підвищує потужність, економію пального та зменшує викиди. Проте така інтелектуальність має високу вартість для фізичних елементів, що задіяні.

Традиційні кулачкові вали з фіксованим фазуванням мають передбачувані та повторювані форми руху. Навпаки, системи VVT змінюють фазування: крутильні навантаження передаються на розподільний вал гідравлічними або електронними приводами з постійно змінною інтенсивністю, або фазування динамічно регулюється. Це призводить до складніших схем навантаження на клапани та пружини, які часто змінюються. Клапани можуть отримувати команди на відкриття або закриття за різних умов тиску в циліндрах, що спричиняє більші ударні навантаження. Ще важливіше те, що пружини клапанів мають ширший діапазон частот, на яких вони можуть коливатися, і повинні витримувати можливість так званого хвильового навантаження (surge) або резонансу за різних режимів роботи, обумовлених системою VVT. Процес прискореного втомлення вимагає використання пружин із підвищеною стабільністю, виготовлених із матеріалів високоякісного класу та з точною термообробкою, щоб уникнути відмов; саме тому особливо важливе спеціальне виробництво та систематичне тестування.

Чому традиційні газорозподільні механізми не встигають за турбонаддувом із зменшенням робочого об’єму

Поява турбонаддуву із зменшенням робочого об’єму, при якому менший двигун із примусовим нагнітанням замінює більший атмосферний двигун, створює надзвичайно напружене середовище, в якому конструкція традиційного газорозподільного механізму опиняється на межі своїх можливостей.

Основною причиною є різке збільшення тиску та температури в циліндрі. Малий двигун із турбонаддувом здатний створювати високий тиск, порівняно з великим атмосферним двигуном. Це створює значний тиск на тильну сторону випускного клапана під час згоряння й робить камеру дуже гарячою. Такі умови можуть призводити до того, що традиційні матеріали починають повзти під дією тепла, корозіювати та швидко зношуватися. Крім того, для забезпечення високих обертів малопотужного двигуна (що є секретом високої потужності) газорозподільчий механізм має бути легшим і міцнішим, щоб забезпечити стабільність на високих обертах. Старі конструкції можуть не забезпечувати необхідної оптимізації маси та міцності матеріалів, оскільки допускають спливання клапанів, деформацію компонентів і призводять до катастрофічних пошкоджень. Тепер газорозподільчий механізм — це вже не просто механічний наслідник, а динамічний, надійний учасник процесу високого тиску під час згоряння.

Роль легких, але міцних матеріалів у газорозподільчих механізмах нового покоління

Ключем до вирішення цих сучасних питань є тактичне використання нових матеріалів та прецизійної інженерії. Нове покоління газорозподільного механізму характеризується не лише малою вагою, необхідною для забезпечення стабільності на високих обертах, а й високим рівнем міцності, щоб протистояти впливу тепла та тиску.

Це передбачає заміну звичайних сплавів на сталі підвищеної міцності, жароміцні нікелеві суперсплави для виготовлення випускних клапанів та передові титанові сплави для впускових клапанів у моделях преміум-класу. Ці сплави мають краще співвідношення міцності до ваги, а також стійкі до втоми, окиснення та термічного м’якнення. Так само пружини клапанів потребують дроту з високою межею міцності, який має бути надзвичайно чистим із точними покриттями для зменшення тертя та демпфування.

Ми маємо справу з виробницттом цих ключових компонентів, яке здійснює Suzhou Topu Engine Parts Co., Ltd. Ми проектуємо деталі, які забезпечують необхідну міцність при турбонадувному тиску, витривалість до динамічних навантажень у системах VVT та легкість, потрібну для ефективної роботи на високих швидкостях. Таким чином, ми створюємо необхідну основу, на якій сучасні конструкції двигунів можуть працювати на повну потужність з точки зору продуктивності, ефективності та терміну служби.