Metoda načrtovanja vzmeti ventila

Zasnova vzmeti ventila je za delovanje sistema motorja enako pomembna kot zasnova odmikača. Funkcije vzmeti ventila vključujejo preprečevanje, da bi ventil splaval s sedeža ventila pod obremenitvami s tlakom plina, in nadzor gibanja ventila, da se prepreči ločevanje sklopa ventilov. Zasnova vzmeti ventila vpliva na napetost odmikača, trenje v sistemu ventilov in trepetanje vzmeti. Vzmeti ventilov motorja so običajno odprte-vijačne vijačne tlačne vzmeti z zaprtimi konci. Večina motorjev uporablja vzmeti s-stalno hitrostjo, čeprav nekateri uporabljajo vzmeti s-spremenljivo hitrostjo. Pri dizelskih motorjih z nižjimi vrtljaji običajno zadošča enojna vzmetna zasnova, včasih pa je potrebna dvojna vzmetna zasnova z dušilno vzmetjo ali notranjo vzmetjo, da se zmanjša resnost trepetanja vzmeti ventila. Oblikovanje vzmeti ventila je zelo zapletena naloga. Služi kot primer za ponazoritev načel zasnove motornega sistema iz dveh ali treh razlogov. Prvič, metoda načrtovanja analitične vzmeti prikazuje povezavo med parametri načrtovanja komponent in parametri načrtovanja sistema. Drugič, metoda načrtovanja analitične vzmeti kaže, da je isti problem načrtovanja mogoče formulirati na dva različna načina: eden je, da ga obravnavamo kot deterministično rešitev, drugi pa je, da ga rešimo kot problem optimizacije. V matematični konstrukciji optimizacijskega problema sta tako funkcija cilja kot funkcija omejitve navedeni kot primeri eksplicitnih funkcij. Opozoriti je treba, da so na drugih področjih načrtovanja sistemov motorja (kot so zmogljivost cikla, zasnova odmikača in dinamika sklopa ventilov) funkcije, ki se uporabljajo za konstrukcijo optimizacije, običajno bolj zapletene implicitne funkcije. Tretjič, metoda načrtovanja analitične vzmeti daje primer uporabe metod grafičnega načrtovanja za izdelavo diagramov načrtovanja pomika parametrov. Te tipične diagrame parametrov je mogoče uporabiti za reševanje več{16}}dimenzionalnih problemov načrtovanja, ki se pogosto pojavljajo pri načrtovanju sistema dizelskega motorja.
Pri načrtovanju vzmeti ventila znani vhodni podatki vključujejo naslednje:
① Največji dvig ventila;
② Glede na dolžino namestitve vzmeti;
③ Zahtevana prednapetost vzmeti
④ Zahtevana togost vzmeti. Upoštevati je treba, da sta prednapetost in togost vzmeti konstrukcijska parametra na ravni sistema motorja, ki morata izpolnjevati zahteve glede največje dovoljene sile vzmeti in napetosti odmikača, ne-plavajočega izpušnega ventila in ne-letečega sklopa ventilov. Obstaja močna interakcija med zasnovo vzmeti ventila in zasnovo odmikača. Če je v zasnovi vzmeti težko najti rešitev, je treba te vhodne podatke spremeniti.
Pri načrtovanju vzmeti ventila so naslednji parametri izračunani izhodni podatki:
① Osnovni ali neodvisni parametri vzmeti (tj. povprečni premer vzmeti, premer žice vzmeti, število delovnih tuljav);
② Izpeljani konstrukcijski parametri (npr. prosta dolžina vzmeti, največja kompresijska dolžina, stisnjena dolžina, prosta reža med navitji, trdna reža med navitji pri največjem stiskanju, naravna frekvenca vzmeti in vrstni red nihanja, največja obremenitev vzmeti, največja torzijska sila vzmeti). Osnovni parametri konstrukcije vzmeti določajo togost vzmeti.
Za nekatere izhodne parametre veljajo konstrukcijske omejitve. Na primer, dolžina namestitve in povprečni premer vzmeti sta omejena s prostorom za pakiranje. Torzijska napetost vzmeti pri največjem stiskanju vzmeti in pri stisnjeni dolžini je omejena z življenjsko dobo vzmeti, trdnostjo in največjo dovoljeno mejo napetosti. Omejitve zaščite pred plapolanjem vzmeti so dosežene z nadzorom polne reže in lastne frekvence vzmeti. Vrstni red plapolanja vzmeti se nanaša na razmerje med lastno frekvenco vzmeti in delovno frekvenco motorja. Za zagotovitev, da vzmet med delovanjem ne bo močno trepetala. Naravna frekvenca vzmeti ventila mora biti običajno vsaj 13-krat večja od delovne frekvence motorja; upamo, da je vrstni red plapola vzmeti višji od 13. Analiza naravne frekvence vzmeti kaže, da če je vzmet zelo občutljiva na enega od prevladujočih harmonikov profila odmikača, obstaja težnja po pojavu plapola. V tem primeru je treba spremeniti zasnovo odmikača ali vzmeti. Včasih je mogoče uporabiti spremenljivo togost ali ugnezdene vzmeti za spreminjanje frekvence vzmeti, da bi ublažili težavo z utripanjem.
Zasnova vzmeti je več{0}}dimenzionalni problem parametrov, ki ga je mogoče obravnavati na grafični način za pregled trendov občutljivosti parametrov. Cilj optimizacije zasnove vzmeti ventila je povečati naravno frekvenco vzmeti za zmanjšanje vibracij vzmeti ob izpolnjevanju naslednjih omejitev:
① Prednapetost vzmeti in togost vzmeti ventila, ki ju zahteva sistem motorja;
② Največja dovoljena napetost vzmeti;
③ Ustrezna fizična razdalja za nadzor plapolanja vzmeti.