Spôsob konštrukcie ventilovej pružiny

Konštrukcia ventilovej pružiny je pre výkon systému motora rovnako dôležitá ako konštrukcia vačky. Funkcie ventilovej pružiny zahŕňajú zabránenie vyplaveniu ventilu zo sedla ventilu pri zaťažení tlakom plynu a riadenie pohybu ventilu, aby sa zabránilo oddeleniu ventilového rozvodu. Konštrukcia ventilovej pružiny ovplyvňuje napätie vačky, trenie ventilového rozvodu a kmitanie pružiny. Ventilové pružiny motora sú zvyčajne otvorené-špirálové tlačné pružiny s uzavretými koncami. Väčšina motorov používa pružiny s-konštantnou frekvenciou, hoci niektoré používajú pružiny s premenlivou rýchlosťou. Pre dieselové motory s nižšími otáčkami je zvyčajne postačujúca konštrukcia s jednou pružinou, ale niekedy je potrebná konštrukcia s dvojitou pružinou s tlmiacou pružinou alebo vnútornou pružinou, aby sa znížila závažnosť kmitania ventilovej pružiny. Návrh ventilovej pružiny je veľmi zložitá úloha. Slúži ako príklad na ilustráciu princípov konštrukcie motorového systému z dvoch alebo troch dôvodov. Po prvé, metóda analytického návrhu pružiny ukazuje spojenie medzi parametrami návrhu komponentov a parametrami návrhu systému. Po druhé, metóda analytického návrhu pružiny ukazuje, že rovnaký návrhový problém možno formulovať dvoma rôznymi spôsobmi: jedným je považovať ho za deterministické riešenie a druhým je riešiť ho ako optimalizačný problém. V matematickej konštrukcii optimalizačného problému sú ako príklady explicitných funkcií uvedená účelová funkcia aj obmedzujúca funkcia. Treba poznamenať, že v iných oblastiach konštrukcie motorového systému (ako je výkon cyklu, konštrukcia vačiek a dynamika ventilového rozvodu) sú funkcie používané na optimalizačnú konštrukciu zvyčajne zložitejšie implicitné funkcie. Po tretie, metóda analytického návrhu pružiny poskytuje príklad použitia metód grafického návrhu na zostavenie diagramov návrhu rozloženia parametrov. Tieto typické diagramy parametrov možno použiť na riešenie problémov viac{16}}dimenzionálneho dizajnu, s ktorými sa často stretávame pri navrhovaní systémov dieselových motorov.
Pri konštrukcii ventilovej pružiny známe vstupné údaje zahŕňajú nasledovné:
① Maximálny zdvih ventilu;
② Vzhľadom na dĺžku inštalácie pružiny;
③ Požadované predpätie pružiny
④ Požadovaná tuhosť pružiny. Je potrebné poznamenať, že predpätie a tuhosť pružiny sú konštrukčné parametre na úrovni systému motora, ktoré musia spĺňať požiadavky maximálnej povolenej sily pružiny a namáhania vačky, výfukového ventilu neplávajúceho -a nelietavého- rozvodu ventilov. Medzi dizajnom ventilovej pružiny a dizajnom vačky existuje silná interakcia. Ak je ťažké nájsť riešenie v návrhu pružín, je potrebné tieto vstupné údaje upraviť.
Pri konštrukcii ventilovej pružiny sú nasledujúce parametre vypočítané výstupné údaje:
① Základné alebo nezávislé parametre konštrukcie pružiny (tj priemerný priemer pružiny, priemer drôtu pružiny, počet pracovných závitov);
② Odvodené konštrukčné parametre (napr. voľná dĺžka pružiny, maximálna stlačená dĺžka, zhutnená dĺžka, voľná medzera medzi závitmi, pevná medzera medzi závitmi pri maximálnej kompresii, vlastná frekvencia pružiny a poradie kmitania, maximálne zaťaženie pružiny, maximálna torzná sila pružiny). Základné konštrukčné parametre pružiny určujú tuhosť pružiny.
Niektoré výstupné parametre podliehajú konštrukčným obmedzeniam. Napríklad dĺžka inštalácie a priemerný priemer pružiny sú obmedzené priestorom na balenie. Torzné napätie pružiny pri maximálnom stlačení pružiny a pri zhutnenej dĺžke je obmedzené únavovou životnosťou pružiny, pevnosťou a maximálnym povoleným limitom napätia. Obmedzenia ochrany proti kmitaniu pružiny sa dosahujú riadením pevnej medzery a vlastnej frekvencie pružiny. Poradie kmitania pružiny sa vzťahuje na pomer vlastnej frekvencie pružiny k pracovnej frekvencii motora. Aby sa zabezpečilo, že pružina nebude počas prevádzky silne trepotať. Vlastná frekvencia ventilovej pružiny by mala byť zvyčajne najmenej 13-násobkom pracovnej frekvencie motora; to znamená, že sa predpokladá, že rád chvenia pružiny je vyšší ako 13. Analýza vlastnej frekvencie pružiny ukazuje, že ak je pružina veľmi citlivá na jednu z dominantných harmonických v profile vačky, existuje tendencia k chveniu. V tomto prípade je potrebné upraviť dizajn vačky alebo pružiny. Niekedy je možné použiť premenlivú tuhosť alebo vnorené pružiny na zmenu frekvencie pružiny, ktorá pomôže zmierniť problém s flutterom.
Návrh pružiny je viac{0}}rozmerný problém s parametrami, ktorý je možné riešiť graficky a skúmať trendy citlivosti parametrov. Cieľom optimalizácie konštrukcie ventilových pružín je maximalizovať prirodzenú frekvenciu pružiny, aby sa znížili vibrácie pružiny pri splnení nasledujúcich obmedzení:
① Predpätie pružiny a tuhosť pružiny ventilu vyžadovaná systémom motora;
② Maximálne prípustné napätie pružiny;
③ Vhodná fyzická vzdialenosť na ovládanie kmitania pružiny.