Ροή αέρα διαμέσου των βαλβίδων | Μέρος 1ο
Το άρθρο που διαβάζεις είναι η αρχή για την εμβάθυνση της γνώσης που θα λάβεις και στη συνέχεια των άρθρων με αντικείμενο τη μελέτη της ροής του αέρα διαμέσου των βαλβίδων.
Εισαγωγή
Η ροή διαμέσου των βαλβίδων είναι η μεγαλύτερη πτώση τάσης στην εναλλαγή των αερίων (η απότομη αλλαγή από μια αρχική κατάσταση στην επόμενη, στιγμιαία). Οπότε είναι σημαντικό τμήμα για τη λειτουργία ενός κινητήρα.
Τρόπος λειτουργίας της βαλβίδας
Το ελατήριο της βαλβίδας την κρατά κλειστή και αυτή ανοίγει μόνο όταν το ωστήριό της το οποίο κινείται μέσω εκκεντροφόρου, την σπρώξει. Το καλάμι της βαλβίδας γλιστράει μέσα στον οδηγό. Στην ουρά του έχει μια εγκοπή στην οποία τοποθετούνται 2 ημικωνικές ασφάλειες, οι οποίες συγκρατούν το πιατάκι του ελατηρίου κι’ετσι η βαλβίδα και το ελατήριο γίνονται ένα σώμα.
Εδώ να αναφέρω ότι το ελατήριο είναι σπειροειδές (ή ελικοειδές) και συνήθως χρησιμοποιούνται δύο ελατήρια το ένα μέσα στο άλλο.
Υλικά κατασκευής της βαλβίδας
Αρχικά να γράψω ότι κατασκευάζονται ολόσωμες (1 ενιαίο τεμάχιο). Οι εισαγωγής κατασκευάζονται από νικελιούχο χάλυβα και οι εξαγωγής από χρωμιονικελιούχο χάλυβα, υψηλής δηλαδή θερμικής αντοχής. Ο αυλός της εισαγωγής είναι κυκλικός ή σχεδόν κυκλικός και η διάμετρος του δεν είναι μεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται ώστε να παραχθεί η επιθυμητή ισχύς.
*Σημαντική πληροφορία. Οι βαλβίδες εξαγωγής είναι μικρότερες σε διαστάσεις από της εισαγωγής. Ο λόγος είναι ότι μεγάλο μέρος της εξαγωγής γίνεται είτε υπό σημαντική διαφορά πίεσης (εκροή) είτε λόγω της εκτόπισης των καυσαερίων από το έμβολο (εξώθηση).
Η γεωμετρία των διάφορων θαλάμων καύσης είναι διαφορετική, με συνέπεια να έχουμε διαφορετικούς περιορισμούς και μεγέθη βαλβίδων. Όσο μεγαλύτερα τα μεγέθη ή ο αριθμός τους δηλαδή 4 αντί 2, τόσο μεγαλύτερη η ροή του αέρα. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερη πλήρωση του κυλίνδρου.
Δεν υπάρχει κριτήριο στο οποίο να συμφωνούν όλοι, για τον καθορισμό ακριβή χρονισμού των βαλβίδων. Έτσι έχουμε :
- Υδραυλικούς ανυψωτήρες. Άνοιγμα – κλείσιμο όταν η βαλβίδα σηκώνεται 0,15 mm.
- Μηχανικοί ανυψωτήρες (κοκοράκια). Ισχύουν τα ίδια, αλλά προσθέτουμε και το “παίξιμο – τζόγο”.
Πρακτικά ο χρονισμός των βαλβίδων βασίζεται σε μοίρες γωνίας στροφάλου. Αν βέβαια υπάρχει υπερπλήρωση (Τούρμπο/κομπρέσορας) αυξάνεται η διάρκεια επικάλυψης των βαλβίδων.
Ανύψωση βαλβίδας και επιφάνεια ροής
Με μία πρώτη ματιά θα λέγαμε ότι η καλύτερη περίπτωση αποδοτικότερης ροής θα ήταν το απότομο άνοιγμα – κλείσιμο της βαλβίδας εισαγωγής. Αυτού του τύπου η λειτουργία είναι “τετραγωνικού” τύπου. Αυτή η περίπτωση θα οδηγούσε σε υπερβολική επιτάχυνση και μηχανικές καταπονήσεις. Οπότε και λόγω μειωμένης ταχύτητας του εμβόλου, τα οφέλη θα ήταν λίγα. Όσο αφορά τη βαλβίδα εξαγωγής, θα ήταν επιθυμητό το απότομο άνοιγμα στο ΚΝΣ για να περιοριστεί η διάρκεια της εκροής.
Υπάρχουν 3 στάδια ανάπτυξης της ροής κατά την ανύψωση της βαλβίδας :
- Όσο η ανύψωση είναι μικρή. Η ελάχιστη επιφάνεια ροής είναι σαν κώνος κυκλικός και βρίσκεται ανάμεσα στη βαλβίδα και στην έδρα. Για την ακρίβεια είναι κάθετη στην έδρα και καθορίζει την επιφάνεια ροής.
- Η ελάχιστη επιφάνεια ροής που βρίσκεται ανάμεσα στη βαλβίδα και στην έδρα , δεν είναι πια κάθετη στην έδρα. Η γωνία του κώνου μεγαλώνει. Δηλαδή από 90 – β (μοίρες) σε 90 μοίρες του κυλίνδρου.
- Η ανύψωση της βαλβίδας είναι αρκετά μεγάλη και η ελάχιστη επιφάνεια ροής δεν βρίσκεται πλέον ανάμεσα σε κεφαλή και έδρα. Είναι όμως η επιφάνεια του οχετού μείον την επιφάνεια του στελέχους.
Να σημειώσω ότι οι αριθμητικοί τύποι είναι αρκετοί για αυτή τη μελέτη, οπότε προτιμώ να το κρατήσω απλό, χωρίς αυτούς όπου δεν χρειάζονται.
Πηγή
Εναλλαγή αερίων και υπερπλήρωση Μ.Ε.Κ.
