Podzespoły układów rozrządu MAHLE: więcej niż tylko zawory

We współpracy z międzynarodowymi producentami silników firma MAHLE opracowuje trybologiczne systemy podzespołów układów rozrządu: zawory, prowadnice zaworów i pierścienie gniazd zaworów. Największe wyzwanie w zakresie zaworów stanowi dobranie kształtu. Aby sprostać ekstremalnym obciążeniom mechanicznym, chemicznym i cieplnym oraz zagwarantować optymalne odprowadzanie ciepła, zawory naszej produkcji są przystosowane do różnych warunków podczas eksploatacji.

Nasze zawory spełniają najwyższe wymagania

Zawory wylotowe mogą osiągać temperaturę rzędu 800 do 1000 °C, a w przypadku zaworów wlotowych wartości te sięgają od 300 do 550 °C. Ogromne ciśnienie zapłonu i twarde sprężyny zaworowe uderzają rozżarzonymi do czerwoności zaworami w gniazdo nawet do 70 razy na sekundę. Agresywne substancje chemiczne w spalinach mogą powodować korozję lub pozostawiać osady. Aby zawory, prowadnice zaworów i pierścienie gniazd zaworów mogły przez wiele lat albo nawet dziesięcioleci wytrzymywać takie warunki, muszą być one wykonane ze starannie dobranych materiałów o najwyższej jakości.

Materiały podzespołów układów rozrządu

Materiały: dla bezpieczeństwa osób, silnika i środowiska – tylko to, co najlepsze

Zawory

Istnieją zawory monometaliczne i bimetaliczne, wykonywane najczęściej z litego materiału. W zależności od obciążenia dobierane są różne materiały – od wysokostopowej stali CrSi na zawory wlotowe poprzez stal CrMoV i austenityczną stal CrMnNiNb lub CrMnNi z dodatkiem azotu aż po superstopy niklowe do bardzo obciążonych zaworów wylotowych. W szczególnych przypadkach stosowane są tzw. zawory drążone, wypełniane sodem.

W przypadku wypełnianych sodem zaworów drążonych sód stapia się przy ok. 97,5 °C i wypełnia puste wnętrze. Wskutek tzw. efektu wstrząsowego transportuje on ciepło z talerzyka zaworu przez cały trzonek do prowadnicy zaworu. Pozwala to obniżyć temperaturę talerzyka zaworu o 80 °C do 150 °C i dzięki temu znacznie polepszyć odporność silnika na spalanie stukowe. W ten sposób może wzrosnąć moc silnika i spaść zużycie paliwa.

Aby sprostać tym wysokim wymaganiom zawory mogą być dodatkowo opancerzone, hartowane, azotowane lub chromowane.

Prowadnice zaworów

Na prowadnice zaworów do średnich obciążeń stosowany jest stop CuZnAl. Przy wzrastającym obciążeniu stosowany jest stop żeliwny ze strukturą perlityczną. Dodatkowy udział fosforu jeszcze bardziej zwiększa wytrzymałość. Stop CuSn lub CuNi nadaje się do wysokich wymagań, a materiały spiekane są odporne nawet na najwyższe temperatury.

Pierścienie gniazd zaworów

Na pierścienie gniazd zaworów (i elementy współpracujące na zaworach) MAHLE stosuje materiały jak żeliwo szare z dużą zawartością węgla lub kobalt z chromem i wolframem. Stosowana jest także stal z chromem i molibdenem. W przypadku wymagań silników o najwyższej mocy są to stal z wanadem lub bardzo wysokiej jakości materiał spiekany.

MAHLE produkuje pierścienie gniazd zaworów metodą odlewania odśrodkowego lub przez spiekanie. W przypadku pierwszej metody płynny stop stalowy jest wlewany do wirującej formy odlewniczej. Podczas stygnięcia stopiony metal dopasowuje się do formy odlewniczej, dzięki czemu uzyskiwany jest odlew z pustą przestrzenią w środku. Natomiast podczas spiekania następuje ściskanie proszku metalowego. Wstępnie sprasowana tzw. „zielona wypraska” jest nagrzewana (jednak bez roztapiania), ponownie zagęszczana i hartowana. Rodzaj stosowanej mieszanki proszkowej zależy między innymi od temperatury, na którą narażone są pierścienie podczas pracy oraz od wymaganej odporności na zużycie. Dzięki temu pierścienie gniazd zaworów są dokładnie dopasowane do ich późniejszego wykorzystania w silniku.

Prace badawczo-rozwojowe dla warsztatów: aby umożliwić montaż niezawodnych produktów również w przyszłości

Innowacyjny projekt: zawór TopTherm

Specjalnie do silników objętych downsizingiem firma MAHLE opracowała zawory TopTherm®. W przeciwieństwie do klasycznych zaworów drążonych i EvoTherm® te zawory składają się z kilku części. Duża komora drążona, częściowo wypełniona sodem, redukuje masę i pozwala na obniżenie temperatury wysoko obciążonych termicznie powierzchni elementów. Oczekiwane jest potencjalne obniżenie temperatury talerzyka zaworu nawet o ponad 100 kelwinów. Równocześnie spada zużycie paliwa pod pełnym obciążeniem, gdyż nie ma potrzeby wzbogacania mieszanki do ochrony zaworów. Wyższy podstawowy stopień sprężania pozwala ponadto na zaoszczędzenie paliwa także w trybie przejściowym. Wszystkie te zalety zaworów TopTherm® wskazują wyraźnie, dlaczego MAHLE jest wiodącym na całym świecie producentem zaworów drążonych.

Ewolucja od klasycznego zaworu litego poprzez zawór drążony i zawór MAHLE EvoTherm®- do zaworu MAHLE TopTherm® (od lewej do prawej))