Vývoj tesnení olejového ventilu motora

Tesnenie ventilového oleja zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri zabezpečovaní stabilnej prevádzky motorov, kontrole mazania a znižovaní emisií. S nepretržitým vývojom technológie motora prešli pečate ventilového oleja vývojom od neexistencie po existenciu a od jednoduchosti po sofistikovanosť a stali sa nevyhnutnou zložkou tesnenia v moderných motoroch.

I. Vývojová história tesnení ventilového oleja

V prvých dňoch väčšina motorov nemala vyhradené tesnenia ventilového oleja a mazací olej voľne prenikla cez vodiace ventily, čo malo za následok vysokú spotrebu oleja a ťažké ložiská uhlíka v spaľovacej komore. Na vyriešenie tohto problému, počnúc od 50. rokov 20. storočia, sa výrobcovia automobilov začali rozvíjať sofistikovanejšie tesniace štruktúry. Prvou generáciou olejových tesnení boli väčšinou obaly v tvare dáždniky alebo jednoduché O-krúžky, ktoré poskytujú iba základné funkcie blokovania oleja.

V šesťdesiatych rokoch sa široko používali tesnenia olejového oleja kladného tlaku. Táto štruktúra je vybavená elastickou perou, ktorá prilepí na stonku ventilu, pričom pružina poskytuje konštantný tlak na reguláciu hrúbky olejového filmu a dosahuje dynamickú rovnováhu medzi utesnením a mazaním. Materiály sa postupne vyvíjali z nitrilovej butadiénovej gumičky (NBR) na akrylát gumy (ACM), silikónovú gumu (VMQ) a gumy fluóru (FKM). Pri niektorých špeciálnych aplikáciách niektoré tesnenia ventilového oleja tiež prijali kompozitné materiály PTFE a polyimid a iné vysoko molekulárne materiály.

V posledných rokoch, s rozsiahlym uplatňovaním turbodúchadla, priameho vstrekovania a systémov štartového zastavenia v motoroch, boli inovované aj v štruktúre oleja ventilu. Napríklad štruktúry dvojitého LIP sa prijímajú na zlepšenie redundancie tesnenia alebo na povrchový povrch gumy sa aplikujú nízko tlmiace povlaky, ako je PTFE a grafit, aby sa znížil odpor pohybu ventilov a predĺžil životnosť. Niektoré špičkové motory začali experimentovať so štruktúrami bez pružín, čím dosiahli konštantnú kontrolu napätia pery prostredníctvom vysokej presnej interferencie.

II. Základná štruktúra a princíp tesnenia

Moderné tesnenia ventilového oleja sa skladajú hlavne z troch častí:

• Vonkajší rám: vyrobený z kovového materiálu, zvyčajne s nízkym obsahom uhlíka, je pritlačený na hornú časť vodiaceho ventilu pomocou rušenia, zabezpečuje pevnú oporu a zabraňuje dislokácii oleja v dôsledku tepelnej expanzie a kontrakcie; Pre štruktúru tesnenia ventilového oleja typu príruby, kde je tesnenie ventilového oleja integrované s pružinovým kruhom sedadla, je potrebné zatvrdnúť.

• tesnenie tela: vyrobené z vysoko výkonnej gumy (ako je FKM, ACM) alebo kompozitných materiálov (ako je napríklad povlak PTFE), je vulkanizovaný a viazaný na vonkajší rám za vzniku dynamickej tesniacej pery;

• pružina: Používa sa na kompenzáciu poklesu radiálneho tlaku gumy v dôsledku starnutia alebo tepelnej únavy, čím sa zabezpečí dlhodobé stabilné kontaktné napätie.

Princíp tesnenia ventilového oleja nie je úplným blokovaním oleja, ale riadením kontaktného tlaku pery, malé množstvo mazacieho oleja tvorí stabilný olejový film medzi ventilovou stonkou a vodiacou trubicou, vyrovnávaním mazania a tesnenia. Táto ovládateľná stratégia mikro-oleja umožňuje motoru zabrániť spaľovaniu oleja pri bránení suchému treniu a tiež pomáha znižovať hluk a opotrebenie v systéme ventilu.

Prierezový tvar a uhol tesniacej pery sú kľúčové prvky v návrhu. Zvyčajne je potrebné optimalizovať uhol pery na základe vákuového sania motora, drsnosti povrchu ventilového stonky a viskozity mazacieho oleja. V pokročilých dizajnoch sa môžu na povrchu pery pridať aj mikro-guľové drážky, aby sa vyvolala tvorba olejového filmu alebo zvýšila reguláciu toku šmyku oleja.

III. Požiadavky na výkonnosť

V drsnom prostredí motora musí pečať ventilového oleja spĺňať nasledujúce kľúčové požiadavky na výkon:

;

• Odolnosť proti oleju a chemická stabilita: musí odolať erózii základného oleja, paliva, prísad a kyslých plynov po dlhú dobu, čím sa vyhýbajú expanzii alebo krakovaniu objemu;

;

• Stabilita tesnenia: prispôsobenie sa zložitému prostrediu prúdenia vzduchu s častým začiatočným zastavením, vákuovým a tlakovým striedaním, pričom rýchlosť úniku sa stabilne riadila na úrovni ppm;

• Rozmerová stabilita a montážna schopnosť: Olejové tesnenie musí mať dobrú rozmerovú presnosť a opracovanie, uľahčuje automatizovanú montáž a zabránenie poškodeniu pery počas procesu montáže.

V laboratórnych hodnoteniach sa bežne používané výkonnostné testy patrí: test starnutia vysokej teploty (ako je 150 stupňov × 1000H), test ponorného ponoru z mazacieho oleja, test života opotrebenia (milióny recipročných), meranie mikro úniku pri konštantnom zápornom tlaku a hodnotenie rýchlosti rozmerovej retencie pri chladiacich a horúcich cykloch atď.

Iv. Porovnanie materiálov a aplikácií

V závislosti od rôznych prevádzkových podmienok motora sa materiály použité pre tesnenia ventilového oleja výrazne líšia:

Súčasným bežným riešením je kovový rámec a FKM Elastomer & Spring, ktorý vyvažuje výkonnosť a účinnosť výroby. Pre niektoré špeciálne aplikácie sa prijme vložka PTFE alebo technológia záplaty.

V. Technické trendy

V kontexte stále prísnejších emisných predpisov sa v nasledujúcich smeroch vyvíjajú tesnenia ventilového oleja:

• Ultra nízky únik/suché tesnenie: Prostredníctvom presnejšieho konštrukcie pier a povlakom na riadenie požiadaviek na mazanie je cieľom znížiť rýchlosť úniku oleja na takmer nula a zároveň zaistiť mazanie.

• Nízky dizajn trenia: využívanie mikroštruktúrovaných pier alebo povlakov modifikovaných trením na dosiahnutie zníženia koeficientu trenia, čo pomáha zlepšovať celkovú palivovú účinnosť motora.

• Štruktúra bez pružiny: V systéme rukávov s extrémne vysokými rozmerovými toleranciami sa pevnosť upína na pery prostredníctvom vlastnej pevnosti v ťahu materiálu, zjednodušuje štruktúru a znižuje počet častí a bodov zlyhania.

• Adaptácia na nové energetické a viacpalkové motory: Pre motory, ako je metanol, CNG a vodíkové palivové motory, v dôsledku zmien v podmienkach mazania sa vyššie požiadavky kladú na chemickú kompatibilitu a dynamickú utesňujúcu schopnosť materiálov na tesnenie oleja.

Vi. Záver

Tesnenie ventilového oleja zohráva mnohostrannú úlohu pri zabezpečovaní stability prevádzky motora, regulácii spotreby paliva a plnení environmentálnych noriem. Keďže technológia motora pokračuje v rozvíjaní, tesnenie ventilového oleja sa vyvíja z tradičných gumových komponentov smerom k vyššiemu výkonu a nižšiemu treniu. Dôkladné pochopenie princípov, materiálov a trendov systému nie je len základom zlepšovania technických schopností, ale tiež sa stane kľúčovou výhodou v budúcom vývoji produktov a konkurencii na trhu.