Zawory

Okrągły grzybek zamyka okrągły otwór w głowicy cylindra, opierając się przy tym o gniazdo zaworowe. Do prowadzenia grzybka zaworowego służy trzonek, który przekazuje grzybkowi ruch posuwiście zwrotny, a więc steruje otwieraniem i zamykaniem całego zaworu.

Zwykle zawory wykonuje się z jednolitego materiału, jako odkuwkę, tylko zawory bimetaliczne składają się z dwóch różnych typów metalu. Aż po koniec lat 80. typowym rozwiązaniem było stosowanie w każdym cylindrze po jednym zaworze dolotowym i jednym wydechowym. Dziś obowiązuje w konstrukcji silników inny trend: do powiększania liczby zaworów.

Najczęściej spotyka się obecnie silniki z czterema zaworami na cylinder (dwoma dolotowymi i dwoma wydechowymi), co w silniku czterocylindrowym daje ich razem szesnaście - w skrócie określa się to jako 16V.

Fiat, niektórzy producenci japońscy i Mercedes (w silnikach sześcio- i ośmiocylindrowych) poszli w innym kierunku - stosują dwa zawory dolotowe i jeden wydechowy.

Koncern Volkswagena natomiast poszedł jeszcze dalej i w swej sławnej z wielości zastosowań jednostce 1.8 20V wykorzystuje dwa zawory wydechowe, ale aż trzy dolotowe. Tak skonstruowany silnik osiąga w swej podstawowej wersji 125 KM, a z doładowaniem w Audi TT aż 225 KM.

Czy oznacza to, że większa liczba zaworów daje większą moc?

W zasadzie można takie uproszczenie przyjąć, tym bardziej że - logicznie - skoro zawór dolotowy stanowi prawdziwą barierę dla świeżej mieszanki, to powiększenie jego "bramy" daje silnikowi swobodniejszy oddech.

Zresztą nawet w silnikach klasycznych, dwuzaworowych, zawór dolotowy jest zwykle znacząco większy od wydechowego. Rozmiary zaworów są oczywiście w największym stopniu uzależnione od średnicy cylindra, ale najczęściej spotykanym wymiarem zaworowym jest średnica 40 mm dla dolotowego i 32 milimetry dla wydechowego.

Podstawową ideą tworzenia silników wielozaworowych jest proste stwierdzenie, że przez dwa mniejsze otwory przejdzie więcej niż przez jeden większy. I to się zgadza - przynajmniej w pewnych określonych konstrukcyjnie granicach.

W każdym razie zawsze jednak na drodze gazów staje grzybek zaworowy, więc decydującą wielkością jest oczywiście prześwit zaworowy, mierzony w milimetrach kwadratowych. A skoro tak, to w grę wchodzi inna wielkość: skok zaworu.

Mowa tu o drodze, jaką pokonuje zawór podczas otwierania się, mierzonej od jego styku z gniazdem zaworowym do maksymalnego wychylenia grzybka w głąb cylindra.

W silnikach samochodów osobowych skok ten wynosi przeciętnie od sześciu do dziesięciu milimetrów

Jasne, że większy skok to lepsze napełnienie cylindra, ale drogi tejnie da się dowolnienie da się dowolnie zwiększać. A to dlatego, że zawory muszą w ściśle określonym momencie, uzależnionym od położenia tłoka w cylindrze, zamykać się i otwierać.

Określenie owych czasów otwarcia i zamknięcia to materia o najwyższym stopniu trudności i precyzji. Przy większym więc skoku zawór musiałby w tym samym króciutkim czasie pokonać o wiele większą drogę, czyli być otwierany i zamykany o wiele szybciej, a to oznacza oczywiście zdecydowanie szybsze zużycie i wyższy poziom hałaśliwości.

Innym sposobem zwiększenia średnicy naszych "drzwi do cylindra" jest wysmuklanie trzonka zaworowego. Ubocznym skutkiem takiego zabiegu jest obniżenie masy zaworu, co zawsze jest zjawiskiem pozytywnym, a szczególnie przy zwiększaniu skoku zaworu.

Zwykle średnica trzonka zaworowego wynosi sześć do ośmiu milimetrów, ale na przykład w silnikach Formuły 1 wymiar ten wynosi trzy milimetry. Taki wynik budzi szacunek, ale nie wolno zapominać, że wraz ze zmniejszaniem średnicy rośnie ryzyko złamania trzonka.

W takim przypadku urywa się grzybek zaworu i wpada do wnętrza cylindra. Nie trzeba już chyba nikomu tłumaczyć, czym się kończy wrzucenie sporego kawałka metalu do tak precyzyjnie spasowanej konstrukcji jak wnętrze cylindra.

Najkrócej mówiąc, silnik zostaje zniszczony co najmniej w zakresie tego jednego cylindra. Dlatego też podejmowane są najróżniejsze działania, mające na celu maksymalne wzmocnienie zaworów. Zawory dolotowe są przy tym mniej kłopotliwe, jako że mają one jednak do czynienia z zimnymi gazami, chłodzącymi je po cyklu sprężania, zapłonu i pracy.

Natomiast zawory wydechowe przy naprawdę dużym obciążeniu silnika mogą się rozgrzać nawet do temperatury tysiąca stopni Celsjusza. Stąd niczym nowym ani zaskakującym jest stosowanie w pracujących pod dużym obciążeniem silnikach wzmocnień (swego rodzaju opancerzenia) przylgni grzybków zaworów wydechowych oraz ich gniazd, co przede wszystkim doskonale się sprawdza jako środek zaradczy przeciw wybijaniu się gniazd zaworowych (powstawaniu nieszczelności między zaworem a gniazdem).

Bardzo drogim, ale niezwykle skutecznym rozwiązaniem dla silników wyczynowych są zawory wydrążone. Wydrążone, nie puste. Wewnątrz trzonków znajduje się w nich metal, ale swobodny: sód. Sód topi się w temperaturze ok. 97 st. C.

Właśnie tę jego cechę wykorzystują konstruktorzy. Na dole zaworu, w miejscy styku trzonka i grzybka, przylegający do potwornie rozgrzanego grzybka sód topi się, a ogromna prędkość, z jaką zawór zmienia kierunek swego ruchu posuwistego, sprawia, że sód jest "rzucany" w górę zaworu, gdzie oddaje ciepło, po czym znowu w dół, na gorące wnętrze grzybka zaworowego, gdzie znów topiąc się odbiera ciepło i odprowadza jego nadmiar do górnej części trzonka.

Ale jak to się dzieje, że zawór w ogóle się otwiera i zamyka? Ano, zapraszamy Czytelników do śledzenia kolejnego odcinka, który wyjaśni działanie i zadania stawiane przed wałkiem rozrządu. Tłum. M. Pertyński