Budowa i zasada działania dźwigni zaworowej w silnikach Komatsu

W każdym silniku spalinowym niezwykle istotna jest precyzyjna synchronizacja pracy tłoków i zaworów. Układ rozrządu, za który odpowiada m.in. dźwignia zaworowa, ma fundamentalne znaczenie dla prawidłowej wymiany mieszanki paliwowo-powietrznej oraz odprowadzania spalin. Jego rola polega na precyzyjnym otwieraniu i zamykaniu zaworów dolotowych i wylotowych w odpowiednich momentach cyklu pracy silnika. Bez prawidłowego działania tych elementów, osiągi, trwałość i ekonomia pracy silnika byłyby niemożliwe do osiągnięcia. W kontekście silników Komatsu, zrozumienie budowy i zasady działania dźwigni zaworowej jest kluczowe dla zapewnienia niezawodnej pracy maszyn.

Rola dźwigni zaworowej (wahacza) w układzie rozrządu

Układ rozrządu może różnić się w zależności od konstrukcji silnika, ale najczęściej obejmuje wałek rozrządu, zawory dolotowe i wylotowe, a także elementy pośredniczące w przekazywaniu ruchu. Do tych elementów zaliczamy popychacze, dźwignie i popychacze hydrauliczne, które przekazują ruch z wałka rozrządu na zawory. Właśnie w tej grupie kluczową rolę odgrywa dźwignia zaworowa, często nazywana również wahaczem. Jej zadaniem jest konwersja ruchu obrotowego wałka rozrządu na ruch posuwisto-zwrotny zaworów, co umożliwia ich otwarcie i zamknięcie w precyzyjnie określonych momentach.

Konstrukcja i wyzwania dla zaworów silnikowych - kontekst działania dźwigni

Projektowanie i produkcja zaworów silnikowych, które są bezpośrednio sterowane przez dźwignie zaworowe, to skomplikowany proces. Mimo że zawór jest stosunkowo niewielką częścią, ma decydujący wpływ na osiągi silnika i jego trwałość. Złożoność zaworów wydechowych i dolotowych jest z termotechnicznego punktu widzenia podobna do złożoności tłoka: są one narażone na bardzo duże obciążenie podczas pracy, a różnicę temperatur na powierzchni zaworu można liczyć w setkach stopni Celsjusza.

• Obciążenia termiczne: Podczas pracy temperatura wynosi średnio 300-600°C na zaworze dolotowym i 600-900°C na zaworze wydechowym, choć rozkład temperatur jest bardzo nierównomierny.
• Lokalizacja: Znaczna część ciepła wytwarzanego przez silnik spalinowy występuje w głowicy cylindrów, a zawory znajdują się w samym jej środku (przynajmniej w przypadku silnika górnozaworowego).
• Chłodzenie: Ważne jest, aby otoczenie czoła zaworu w głowicy cylindrów było odpowiednio chłodzone, ponieważ jest to jeden z punktów, przez które może uciekać ciepło - drugim jest prowadnica trzpienia zaworu.

Materiały i specyfika zaworów

Ponieważ obciążenie termiczne zaworów wydechowych i dolotowych nie jest jednakowe, niekoniecznie są one wykonane z dokładnie tego samego materiału.

• Zawory wydechowe: Jeśli do wykonania zaworu wydechowego wymagany jest materiał o wysokiej odporności termicznej, jest on zwykle wykonany ze stali austenitycznej. W przeciwieństwie do zaworu dolotowego, zawór wydechowy może być wykonany tylko z wysoce żaroodpornych i odpornych na pękanie, wysokostopowych (a więc nie samoutwardzalnych) stali. Od dziesięcioleci popularnym materiałem jest stal chromowo-niklowo-molibdenowa, do której przyspawana jest doczołowo płytka zaworu ze stopu chromowo-niklowo-manganowego.
• Chłodzenie sodem: Czasami stal austenityczna staje się wadą z powodu gorszej przewodności cieplnej. Dlatego np. zawór o tak zwanej wydrążonej konstrukcji jest wyposażony w chłodzenie sodem. Dzięki tej modyfikacji temperatura płytki zaworu może zostać obniżona nawet o 100°C podczas pracy.
• Utwardzanie powierzchniowe: Powierzchnia zaworu musi spełniać zupełnie inne wymagania niż strefa pod powierzchnią. Twarda, odporna na zużycie powierzchnia jest wymagana na zewnątrz, ale cały zawór nie może się z niej składać, ponieważ pękłby niemal natychmiast, gdyby stracił swoją elastyczność. Dlatego w produkcji zaworów stosuje się utwardzanie powierzchniowe; powierzchnie narażone na ścieranie, koniec trzpienia zaworu i powierzchnie czołowe zaworu są utwardzane przez nałożenie warstwy węglika.
• Zawory tytanowe: W przypadku silników wyścigowych i sportowych, ze względu na nadmierną masę zaworów stalowych, zawory nie są w stanie otwierać się i zamykać wystarczająco szybko. Obecnie można znaleźć zawory tytanowe zarówno po stronie dolotowej, jak i wydechowej.

Elementy współpracujące z dźwignią zaworową: płytka sprężyny i mechanizmy obrotowe

Płytka sprężyny musi być zamocowana na końcu trzpienia zaworu, co jest kluczowe dla prawidłowego działania całego mechanizmu, w tym oddziaływania z dźwignią zaworową. Istnieje wiele różnych rozwiązań tego problemu.

• Trzpień mocujący: Jedną z najprostszych form jest trzpień mocujący włożony przez otwór w trzpieniu zaworu, który utrzymuje płytkę sprężyny.
• Stożkowe kliny blokujące: Inna popularna konstrukcja posiada dwa stożkowe kliny blokujące - w tym przypadku samo napięcie sprężyny utrzymuje kliny na miejscu.
• Wbudowany mechanizm obrotowy: W przypadku intensywnie eksploatowanych silników dąży się do wydłużenia żywotności zaworów. Wyposażone są one we wbudowany mechanizm obrotowy. Gdy zawór się otwiera, sprężyna zaworu opiera się na kulkach za pośrednictwem sprężyny tarczy mechanizmu obrotowego. Pod obciążeniem kulki obracają się, uruchamiając płytkę sprężyny i zawór. Ponieważ obrót ten jest powtarzany, koniec trzpienia zaworu i płytka zawsze zużywają się równomiernie i pozostają wolne od osadów. W praktyce rozwiązanie to zostało zmodyfikowane w taki sposób, że obrotnica zaworu została umieszczona po stronie sprężyny zaworu od strony głowicy cylindra, ponieważ w ten sposób bezwładności występujące podczas pracy są mniejsze.

Optymalizacja średnicy i liczby zaworów

Podstawowym celem przy wymiarowaniu zaworu jest zapewnienie jak najbardziej wydajnej wymiany ładunku w cylindrach. Można to osiągnąć, jeśli zawory mają największą możliwą średnicę. Należy zauważyć, że rozmiar zaworów dolotowych i wydechowych ma różny wpływ na jakość wymiany ładunku.

• Zawory wydechowe: Gdy otwiera się zawór wydechowy, tłok wypycha spaliny z komory cylindra.
• Zawory dolotowe: Gdy otwiera się zawór dolotowy (w przypadku silnika wolnossącego), tylko podciśnienie tłoka pomaga w dopływie powietrza, co oznacza różnicę ciśnień wynoszącą zaledwie kilka dziesiątych bara. Potrzeba jak największej średnicy dotyczy więc w znacznie większym stopniu zaworu dolotowego, dlatego warto go powiększyć nawet kosztem zwiększenia rozmiaru zaworu wydechowego.
• Liczba zaworów: Nawet dziś wybór liczby zaworów dla danego cylindra nie jest całkowicie jednolity. W najczęściej stosowanych silnikach typu DOHC dominują dwa zawory dolotowe i dwa wydechowe, ale istnieją również konstrukcje pięcio- i dwuzaworowe.

Regulacja luzu zaworowego w silnikach Komatsu: kluczowa rola wahacza

Prawidłowy luz zaworowy jest absolutnie niezbędny dla efektywnej pracy silnika, zwłaszcza w maszynach takich jak koparki Komatsu, gdzie obciążenia są wysokie. Silnik ma zjawisko rozszerzania i kurczenia się ciepła. Jeśli nie ma luzu zaworowego, uszczelnienie cylindra nie jest ścisłe, a ciśnienie w cylindrze nie może być prawidłowo ustawione. Dźwignia zaworowa (wahacz) jest tym elementem, którego regulacja pozwala na utrzymanie odpowiedniego luzu.

Metoda regulacji luzu zaworowego dla silnika koparki Komatsu 102

Aby wyregulować luz zaworowy, należy wykonać następujące kroki:

1. Otworzyć pokrywę komory zaworu i znaleźć górny ogranicznik.
2. Najpierw wyregulować wlot cylindra 1, zawór wylotowy, następnie wlot cylindra 2, wydech cylindra 3, wlot cylindra 4 i wydech cylindra 5.
3. Zaznaczyć ślad na kole pasowym wału korbowego, obrócić koło pasowe i wyregulować pozostałe zawory.
4. Konkretna metoda polega na odblokowaniu nakrętki zabezpieczającej luz zaworowy na końcu wahacza.
5. Użyć czujnika (szczelinomierza) do zmierzenia luzu:
   • Dla zaworu wlotowego: 0.25 mm
   • Dla zaworu wylotowego: 0.51 mm
6. Dokręcić odpowiednio nakrętkę zabezpieczającą i uruchomić silnik w celu kontroli.

Standardowe wartości luzu zaworowego dla silników koparek Komatsu

• Silniki serii 108:
  • Luz zaworów dolotowych: 0.34 mm
  • Luz zaworów wydechowych: 0.66 mm
• Silniki serii 114:
  • Luz zaworów dolotowych: 0.30 mm
  • Luz zaworów wydechowych: 0.61 mm

Precyzyjna regulacja luzu zaworowego, realizowana poprzez wahacz, jest kluczowa dla zapewnienia optymalnej wydajności i długowieczności silnika w maszynach Komatsu, minimalizując zużycie elementów i zapobiegając poważnym awariom.

tags: #dzwignia #zaworowa #komatsu