Dedant vožtuvus į variklį kuriame yra „padidintas suspaudimas“ (liaudiškai sakant, variklis yra „forsuotas“), daugiausiai klausimų kelia medžiagos parinkimas. Kai kurios kompanijos savo asortimente turi vieną ar dvi medžiagų rūšis ir jas apibūdina kaip universalias bei tinkamas bet kuriam varikliui. Tačiau užtenka įvertinti sąlygas, kuriose dirba vožtuvai, ir suprasime, jog tai – netiesa.

Tinkamos medžiagos parinkimas

Pagrindinis skirtumas tarp įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų yra jų darbo aplinkos temperatūrų skirtumas. Išmetimo vožtuvai yra pastoviai veikiami labai „agresyvių“ dujų, o jų temperatūra neretai viršija 760° С ribą. Įsiurbimo vožtuvai yra pastoviai aušinami oro bei kuro mišinio srautais ir iki tokių aukštų temperatūrų neįkaista. Specifiniai įsiurbimo vožtuvų lydiniai gali būti atsparesni už nerūdijančio plieno išmetimo vožtuvus.

Originalūs vožtuvai

Dauguma įsiurbimo vožtuvų yra gaminami iš plieno lydinių, pvz. SILHROM 1, kuriuos naudoti skatina geras jų atsparumas aukštoms temperatūroms, santykinai nedidelė kaina ir galimybė papildomai užgrūdinti vožtuvo atramos paviršių bei padidinti jo tarnavimo laiką. Išmetimo vožtuvai yra gaminami iš nerūdijančio „21–2N“ ir „21–4N“ rūšių plieno, kuris atsparus aukštoms temperatūroms ir oksidavimui švino oksidais.

Nerūdijančio plieno vožtuvai

JAV šie aukštos kokybės vožtuvai yra kaldinami iš išvalyto „21–2N“ rūšies plieno. Šie vožtuvai turi ištisinę konstrukciją ir papildomai užgrūdintą atraminį paviršių. Taip pat gali būti taikomas papildomas paviršių apdirbimas – chromavimas bei poliravimas.

Kiti vožtuvai

Darbui ypač sudėtingomis sąlygomis yra sukurta atskira įsiurbimo vožtuvų serija „Super Duty“. Šie vožtuvai pagaminti iš nerūdijančio „422“ rūšies plieno, kuris yra ypač kokybiškas – atsparus „nuovargiui“ ir skilinėjimui. Taip pat iš aukštos kokybės „21–2N“ rūšies lydinio yra pagaminti „Premium“ klasės vožtuvai. Gamybos procese jie papildomai termiškai apdirbami, atliekamos kitos operacijos, kurios žymiai padidina detalių tvirtumą.

Šie vožtuvai tampa atsparūs aukštoms temperatūroms ir puikiai veikia esant dideliems variklio apsisukimams.

Gana retai serijinių automobilių gamyboje naudojamas nikelio lydinys „Inconel“. Jis skirtas varikliams, kurių darbinė temperatūra yra ypač aukšta, pvz., „padidinto suspaudimo“ varikliams su turbokompresoriais. Tvirtas ir lengvas titanas yra labai brangus, todėl naudojamas tik sportiniams automobiliams. Pagrindinis titano pranašumas yra tas, kad jis žymiai sumažina vožtuvo svorį, kuris leidžia varikliui dirbti didesniu greičiu ir realizuoti visą turimą potencialą.

Vožtuvo galvutės konstrukcija

Vožtuvo galvutės forma ir jos dydis turi lemiamą įtaką variklio galingumui, ypač – galvutės skersmuo ir lizdo kampas. Paprastuose varikliuose, be turbokompresorių įsiurbimo, vožtuvų skersmuo yra apie 25% didesnis nei išmetimo vožtuvų skersmuo. Vožtuvai, turintys įdubusią galvutę (iš degimo kameros pusės) yra lengvesni už paprastus vožtuvus, tačiau, dėl padidėjusio degimo kameros tūrio juose sumažėja kompresijos laipsnis. Kuro mišinio srauto intensyvumas ir vožtuvo galvutės skersmuo yra tiesiogiai proporcingi vienas kitam. Tai reiškia, kad kuro mišinio srautas judės laisvai, kai vožtuvo galvutės skersmuo bus pakankamai didelis.

Peršasi išvada, kad variklio galingumą galima padidinti sudėjus vožtuvus su didesnio skersmens galvutėmis. Tačiau toks sprendimas turi trūkumų, nes jį panaudojus pastebimas variklio galingumo piko metu ir sukamojo momento sumažėjimas. Trumpai tariant, vožtuvų skersmens parinkimas yra kompromisas tarp žemų apsukų ir variklio galingumo piko metu. Šio pasirinkimo sprendimą turėtų nulemti variklio paskirtis.

Vožtuvo lizdo kampas

Paprastai vožtuvo lizdo kampą nustato variklio gamintojas. Jį nesunku išmatuoti ir dirbtuvėse, bet, net jei turite hidrostendą, neverta eksperimentuoti – geriau laikykitės gamintojo nurodyto vožtuvų lizdų kampo, nes jų apdirbimas turi būti labai tikslus. Tam, kad lizdo ir vožtuvo galvutės briaunos paviršiai susiliestų reikiamoje vietoje ir būtų reikiamo pločio (1,15 – 1,5 mm), lizdas turi būti apdirbamas keliais skirtingais kampais. Profesionaliai apdirbti vožtuvų lizdai (kaip parodyta 1 pav.) gali žymiai padidinti variklio galingumą. Matuojant lizdų kampus reikia būti labai atidiems, kadangi kai kuriuose varikliuose (pvz., 2 pav. Parodytame HONDA „S2000“ variklyje) vožtuvų lizdų kampai siaurėja.

Vožtuvo galvutės apatinės dalies poliravimas

Vožtuvo galvutės apatinės dalies forma ir apdirbimo kokybė taip pat daro įtaką kuro mišinio srauto judėjimui per vožtuvą. Aukštos kokybės vožtuvų galvučių apatinis paviršius yra specialiai mechaniškai apdirbamas ir taip padidinamas vožtuvo tvirtumas bei palengvinamas kuro mišinio srauto judėjimas.

Poliravimas turi kelias teigiamas puses. Visų pirma, pašalinus po pirminio apdirbimo likusius paviršiaus nelygumus, palengvinamas kuro mišinio srautų judėjimas. Taip pat poliravimo proceso metu pašalinami visi įmanomi metalo įtempimo židiniai.

Vožtuvo kojelės konstrukcija: skersmuo ir kojelės ištekinimas

Būtent vožtuvo kojelė yra atraminis paviršius, kuris kontaktuoja su vožtuvo kreipiančiąja įvore. Kojelės atrama turi būti labai tvirta, nes jai tenka atlaikyti pastovias, vožtuvo svirtelės perduodamas apkrovas.

Kojelės skersmuo priklauso nuo to, koks yra numatomas vožtuvo svoris ir tvirtumas. Kai kurie „Premium“ klasės vožtuvai gaminami su ištekinta kojele. Šis ištekinimas, esantis apatinėje kojelės dalyje žemiau vožtuvo kreipiančiosios, ženkliai padidina kuro mišinio srauto praeinamumą esant žemam vožtuvo galvutės pakėlimui. Tai pat sumažėja vožtuvo svoris. Dar labiau vožtuvo svorį sumažinti galima sumažinant jo kojelės skersmenį.

Vožtuvo padengimas ir jo tarpas

Vožtuvo kojelės chromavimas padidina jo tarnavimo laiką esant nepakankamo tepimo sąlygoms. Tai ypač aktualu stipriai įkaistantiems išmetimo vožtuvams. Šiuo metu chromu padengti beveik visi geresnės kokybės vožtuvai, kadangi tai padeda taupyti alyvą.

Tarpas tarp vožtuvo kojelės ir vožtuvo kreipiančiosios priklauso nuo daugelio veiksnių: vožtuvo kojelės skersmens, variklio paskirties, vožtuvo kreipiančiosios medžiagos ypatumų ir vožtuvo riebokšlio tipo. Vožtuvai, turintys nepakankamą tarpą, gali sukelti kur kas žymesnius variklio gedimus, nei vožtuvai su per dideliu tarpu. Labiausiai paplitę įsiurbimo vožtuvų tarpai yra 0,04–0,06 mm, o išmetimo vožtuvų – 0,05–0,075 mm.

Vožtuvo spyruoklės užrakto konstrukcija

Labiausiai paplitusi vožtuvo spyruoklės užrakto konstrukcija – tai stačiakampės formos įpjova (griovelis). Tokio užrakto komponentai yra gaminami iš įvairių tipų medžiagų ir yra įvairių formų. Ypač efektyvūs yra užraktai su keliomis įpjovomis, kurios, nepriklausomai nuo spyruoklės ir jos lėkštės, leidžia vožtuvui laisvai suktis. Dėl šios priežasties nusidėvėjimas vyksta tolygiai, o vožtuvo galvutė ir lizdo kontaktuojantys paviršiai lieka švaresni. Tai padidina vožtuvo tarnavimo laikotarpį.

Nors statistinis automobilis puikiai veikia su kelias įpjovas turinčiu vožtuvų spyruoklės užraktu, „padidinto suspaudimo“ varikliams yra rekomenduojami vožtuvų spyruoklių užraktai su viena įpjova. Pusiau apvalios formos užrakto įpjova yra reikalinga tik vožtuvams su labai mažu kojelės skersmeniu ir dirbantiems „tvirtumo atsargos“ rėžimu. Vožtuvo lūžimas užrakto įpjovos srityje – retai pasitaikantis dalykas.

Vožtuvo kojelės atramos konstrukcija

Vožtuvo kojelės atrama privalo turėti pakankamą „tvirtumo atsargą“, kuri gali išlaikyti pastovias vožtuvo svirtelės apkrovas. Nerūdijančio plieno neįmanoma užgrūdinti iki tokio laipsnio, kad jis sugebėtų išlaikyti tokias apkrovas, todėl atrama turi būti privirinama arba nuimama (priklausomai nuo poreikio). Lydiniai, kurių nesudaro nerūdijantis plienas, gerai užsigrūdina ir jiems nėra reikalingos privirintos ar kitaip sustiprintos atramos. Jei vožtuvo galvutė yra gaminama iš nerūdijančio plieno, tai vožtuvo kojelė su spyruoklės užraktu, turinčiu kelias įpjovas, turi būti užgrūdinama įpjovų srityje arba privirinama.

Vožtuvo svoris

Variklio svoris gali daryti įtaką jo apsukoms ir jas ženkliai sumažinti. Konstruojant arba perdarinėjant variklį būtina įvertinti šį faktą. Be to, dideliems įsiurbimo vožtuvams reikia skirti ypatingą dėmesį. Išpjova vožtuvo kojelėje gali nežymiai sumažinti jo svorį, tačiau mažinant kojelės skersmenį galima pasiekti kur kas geresnio rezultato. Titano vožtuvai, nors yra brangūs, tačiau jie žymiai lengvesni ir teigiamai veikia variklio apsukas bei prailgina vožtuvų spyruoklių tarnavimo laikotarpį.

Tarpas tarp vožtuvo ir stūmoklio

Nei vienas vožtuvas neatlaikys stūmoklio smūgio. Tokie smūgiai – pagrindinė variklių cilindrų galvučių gedimų priežastis. Rekomenduojama, kad tarpas tarp vožtuvo ir stūmoklio sudarytų 2,5 mm. Be abejo, mažesnis tarpas užtikrintų geresnius rezultatus, tačiau, tokiu atveju, rizikuotume variklio patikimumu.

Medžiagos vožtuvų gamybai

Medžiagos vožtuvų gamybai privalo atitikti visus variklių gamybai keliamus reikalavimus. Terminu „nerūdijantis plienas“ apibūdinami plieno lydiniai, kurių sudėtyje yra ne mažiau kaip 10% chromo. Lydinys SILHROM 1 artėja prie šio lygio, o jo kaina prilygsta žemai anglinių plienų kainai. „Sil XB“, „422“, „21-2N“ ir „21-4N“ – nerūdijančio plieno lydinai.

„1541“ –  anglinis plienas su atsparumą korozijai didinančiu mangano priedu.

„8440“ – plieno lydinys, tinkantis dideles apkrovas patiriančių vožtuvų gamybai. Jo sudėtyje esantis chromas padidina terminį šio lydinio atsparumą.

„Sil1“ – plieno lydinys su 8,5% chromo, tinkantis vožtuvų, kuriems tenka padidintos apkrovos, gamybai. Naudojamas aukštos kokybės įsiurbimo vožtuvams.

„Sil XB“ – feritinis lydinys, kurio sudėtyje yra 20% chromo ir 1,3% nikelio. Naudojamas vožtuvų, kuriems tenka didelės apkrovos, gamybai.

„422“ – nerūdijančio plieno lydinys, naudojamas aukštos kokybės įsiurbimo vožtuvų gamybai. Jo darbinių temperatūrų diapazonas netinka išmetimo vožtuvų gamybai. Vožtuvai iš šio lydinio dažnai paženklinti užrašu „sunkioms sąlygoms“.

„Ti-6“ – titanas – lengva, neferitinė medžiaga, naudojama sportinių, aukštas apsukas pasiekiančių variklių vožtuvų gamybai. Titanas yra 40% lengvesnis už plieną ir išlaiko tvirtumą aukštose temperatūrose. Paprastai iš titano yra gaminami didelio skersmens įsiurbimo vožtuvai, bet kartais iš šios medžiagos yra gaminami ir išmetimo vožtuvai.

„21-2N“ – austenitinis plieno lydinys, kurio sudėtyje yra 21% chromo ir 2% nikelio. Tai dažniausiai naudojama medžiaga išmetimo vožtuvų gamybai. Ji išlaiko savo tvirtumą aukštose temperatūrose. Dėl papildomo apdirbimo, iš šios medžiagos pagaminti vožtuvai yra optimalių charakteristikų, todėl jie kokybiški ir nebrangūs. „21-4N“ austenitinis plieno lydinys, pagal savybes panašus į „21-2N“ lydinį, bet savo sudėtyje turintis didesnį nikelio kiekį (4%). Naudojamas kaip „21-2N“ lydinio alternatyva.

Parengta pagal SP „V.M.S. Ltd“ informaciją