Pravilno disanje i kretanje gasova unutar cilindra
Ventili su smešteni u glavi motora, njegovom gornjem delu u kojem se ujedno nalaze i kanali za dovođenje smeše, kanali za odvođenje produkata sagorevanja, navoji za svećice itd. Za otvaranje ventila brinu se bregasta vratila i još poneki delić motora, jednako neobična izgleda.
Njegovo veličanstvo – ventil
Premda se ne radi o bilo čemu sličnome ventilima kakvima otvaramo vodu na sudoperu, ventili automobilskih motora u osnovi imaju jednaku ulogu. Oni su mehaničke naprave zadužene za omogućavanje, odnosno onemogućavanje protoka fluida. Iz ovog, posebno mudrog zaključka, krije se činjenica da ventili automobilskog motora moraju propuštati gasove, a druga je činjenica da to moraju biti u stanju raditi veoma brzo. Uzmemo li u obzir da se kod četvorotaktnog motora u jednom radnom ciklusu (tokom 4 takta) svaki ventil otvori jednom, a kolenasto se vratilo okrene dva puta, lako je izračunati da će se svaki ventil pri brzini rada motora od npr. 6500 o/min otvoriti i zatvoriti 3250 puta u minuti.
Teorija kaže da se kod četvorotaktnog motora smeša goriva i vazduha usisava u cilindar u trenutku kada započne usisni takt, odnosno kada se klip krene ići od gornje mrtve točke (GMT) prema donjoj mrtvoj točki (DMT). Takođe, možemo pretpostaviti da je za savršeno pravilan rad motora moguće usisni ventil otvoriti trenutak nakon što je klip krenuo prema dole kako bi stvoreni potpritisak pomogao usisavanju smeše.
Jednako tako, ovaj bismo ventil mogli početi zatvarati kada je klip prošao nekih 80% puta prema dole jer će nakon toga stvoreni potpritisak (koji usisava smešu) postati gotovo neupotrebljiv. No, cela ova teorija pada u vodu sa porastom broja obrtaja motora.
Naime, pri većim brzinama rada manje vremena ostaje za usisavanje smeše te bi ovakav (teorijski) motor naglo ostao bez snage. Adekvatno teoriji o usisnom, možemo pričati i o izduvnom ventilu. Njega bi bilo idealno otvoriti kada klip počinje ići prema GMT (od donje mrtve tačke), tj. sa početkom izduvnog takta. No, opet se javlja problem brzine, jer pri većim brojevima obrtaja motora ubrzo može ponestati vremena za „teranje“ svih izduvnih gasova van cilindra.
Recimo i to da se smeša goriva i vazduha (kod atmosferskih motora) uvodi u cilindar isključivo potpritiskom koji stvara klip u svom kretanju prema DMT. Izduvni gasovi se pak izbacuju pritiskom koji stvara klip krećući se prema GMT. Taj pritisak mnogo je efikasniji u pokretanju gasova od spomenutog potpritiska (bilo bi blesavo reći da je pritisak jači od potpritiska, zar ne?) te su stoga usisni ventili u pravilu veći (većeg promera) od izduvnih.
Preklapanje ventila
Odgovor koji je u praksi (donekle) rešio ove probleme zove se preklapanje ventila. Radi se o tome da usisni ventil otvaramo neposredno pred kraj izduvnog takta, dok izduvni ventil ostaje otvoren na samom početku usisnog takta. Time dobijamo preklapanje, odnosno vreme tokom kojega su oba ventila delomično otvorena. Iako ovo sada deluje pomalo nelogično (ili čak pogrešno), ideja je u tome da izduvni gasovi stvaraju izvestan potpritisak krećući prema van (kroz otvoreni izduvni ventil), a taj potpritisak pomaže pri usisavanju smeše pre nego li se klip počeo ići sa GMT prema DMT.
Uzevši sve do sada izrečeno vidimo da je između teorije i prakse rada motora sa unutarnjim sagorevanjem popriličan jaz, no to još nije sve. Sasvim je razumljivo da celo vreme govorimo o nekakvim „većim brzinama rada“ ili povećanju broja obrtaja motora. To znači da bi motor morao u precizno određenim vremenskim razdobljima imati ventile (delomično) otvorene kada se brzo vrti (tada primenjujemo preklapanje), ali i u sporom radu kada je rad ventila sličniji teoriji.
Dakako, u praksi nije moguće napraviti motor koji bi idealno upravljao ventilima u oba slučaja, odnosno kroz celi raspon brojeva obrtaja. Stoga, izlaz iz problema treba tražiti u kompromisu. Većina praktičnih rešenja završava na tome da motori visoke najveće snage ne rade optimalno pri nižim brojevima obrtaja i obrnuto. U nekoj krajnosti, u motor možemo ugraditi izrazito „sportsko“ bregasto vratilo koje će omogućiti brzo otvaranje ventila, ali će takav motor do neke više brzine vrtenja biti praktično neupotrebljiv, bez obzira što se iznad tih obrtaja pretvara u pravu „zver“.
Uz to pri nižim će brzinama vrtenja verovatno toliko nemirno raditi da ga niko ne bi poželio u svom automobilu. Jedno od, delomično, spasonosnih rešenja jest primena sistema za podešavanje rada ventila, no o tome ćemo više reći kada se pozabavimo bregastim vratilima i razvodnim sistemom.
A, kada već pričamo o ventilima…
Kao i u svakoj temi, u priči o ventilima moglo bi se spomenuti još podosta toga. Bilo da se radi o različitim rešenjima, tj. ventilima drukčije konstrukcije i/ili načina rada od ovde spomenutih, ili da otvorimo temu ventila izrađenih od npr. titanijuma, priči ne bi bilo kraja. Stoga ćemo, više zabave radi, reći još par reči samo o jednoj (pomalo off) temi – ventilima ispunjenim natrijumom.
Ventili ispunjeni natrijumom osmišljeni su negde u 1920-im godinama kao rešenje za poboljšanje odvođenja toplote iz komore za sagorevanje i sa zidova motora (temperature unutar komore za sagorevanje mogu dostići i više od 1500 °C, dok se izduvni kanali zagrevaju iznad 750 °C). Ideja je prilično jednostavna i sastoji se u tome da takvi ventili imaju šuplje stablo koje je u nekih 60% zapremine ispunjeno čistim natrijumom, koji ima veliku temperaturnu vodljivost. Kada se natrijum rastopi (pri 97,5 °C), kretanjem ventila on se počne kretati unutar šupljine te time preuzima toplotu sa glave ventila i odvodi je u gornji deo stabla.
Dodatnu prednost ovakvih ventili donose u nešto manjoj masi (zbog šupljeg stabla), a tehnologija se gotovo po pravilu koristi za izradu izduvnih ventila, u načelu kod motora viših performansi. Dakako, niti ovde nije sve idealno. Ventili ispunjeni natrijumom zbog šupljeg su stabla lomljivi pod velikim opterećenjima, a sa unapređenjem tehnologije materijala njihova efikasnost postaje upitna. Takođe, predajom toplote vođicama ventila ubrzava se njihovo trošenje. Ventili ispunjeni natrijumom masovniju su upotrebu prvi puta imali u motorima aviona tokom II sv. rata.
I, ne zaboravite. Natrijumom je zapaljiv i u kontaktu sa vodom reaguje, prilično neugodno. Stoga ventile ispunjene natrijumom ne bi trebalo rezati, ostrugati, bušiti i ko zna što još kako bi se ustanovilo šta to lepoga unutra ima!
Na ovom videu s prikazom renaultovog benzinskog motora Energy TCe 90 dobro su vidljivi rad ventila i kretanje plinova:
Preuzeto sa : mlfree.com
