Szépen felújított hengerfejben a nyitott szívószelep - ami nagyobb a kipufogószelepnél

A hengerekben lejátszódó robbanás minőségét nagyban befolyásolják a szelepek. Szerepet kapnak a henger töltöttségi fokában, a kipufogógázok alapos távozásába. Mivel mozgatandó alkatrészek, így a mozgatásukra fordított energiát is a motor biztosítja, azaz, ha ez a munka kevesebb energiát igényel, akkor csökken a motor belső vesztesége és így nőhet a teljesítménye. Kialakításuk, tömegük az elérhető legmagasabb fordulatszámot befolyásolja. Tehát a szelepek annyi mindenre hatással vannak a motorban, hogy kijelenthetjük, hogy a motorok teljesítményét, nyomatékát, egész karakterisztikáját nagyban befolyásolják.

Kezdjük a szelepek méreteivel, elsősorban a szeleptányér méretével. A hengerfej csatornáit a hengerek felé a szelepek zárják le. Ezeken a csatornákon érkezik a benzines motorokban az üzemanyag-keverék – kivételek a közvetlen befecskendezésű motorok, ahol az üzemanyagot rögtön az égéstérbe fecskendezik -, és távozik a kipufogógáz. Minél nagyobb felületen nyitjuk az égéstér ki- és bejáratait, annál gyorsabb és alaposabb a gázcsere. Emiatt a konstruktőrök ebbe az irányba haladtak, igyekeztek a kétszelepes motorokban nagyobb szelepeket alkalmazni, illetve tovább nyitva tartani a szelepeket, mert e méretet az idővel lehet valamelyest pótolni. Viszont a méretnövelésnek is van határa, egyrészt „hely” határa, másrészt tömeghatára, azaz, hogy a nagyobb méretű szelep mozgatásához több energia kell. 

Kétszelepes hengerfej szívószelepfészke



A 3-4-5 vagy 6 (Maserati) szelepes motorokban kisebbek a szelepek, viszont a több kisebb szelep nagyobb beáramlási területet ad, mint egy nagyobb. Emellett a mozgatandó tömeg is csökkent, mert a kisebb szeleptányér és a vékonyabb szelepszár értelemszerűen alacsonyabb súllyal jár. Viszont a kisebb tömeg miatt a szelepeket helyrehúzó szeleprugók is gyengébbek lehetnek, ezáltal csökken a motor belső ellenállása, nő a teljesítmény és az elérhető maximális fordulatszám is. További hozomány, hogy a beáramlási terület növekedése a többszelepes motoroknál a kétszelepesekhez képest 40-50 százalék, ami miatt olyan vezérműtengelyeket lehet alkalmazni, amelyek rövidebb ideig tartják nyitva szelepeket, ezáltal nő a közepes és alacsony fordulaton leadott teljesítmény is.

Négyszelepes hengerfej szelepfészkei

Tehát a szelepek mérete mindenképpen fontos, de számít a szelepek formája, áramlástani kiképzése is, mert mindez befolyásolja a motorok teljesítményét. Motorok tervezésénél és profi tuningolásánál használnak áramlásmérő padokat, amelyeken víznyomás ellenében átáramló levegő mennyiségéből, sebességéből következtetnek a módosítás sikerére. A szelepek formája, zárófelületük (amely felfekszik a szelepülékre, azaz a hengerfejen kimunkált felületre) szélessége mind fontos részletek a motor működésének a szempontjából, sőt az élettartam szempontjából is. Szélesebb zárófelületnél a szeleprugó által kifejtett nyomás nagyobb területen oszlik el, vékonyabb felületnél nagyobb ez az erő és egy bizonyos határig az áramlás is, ezáltal a henger töltöttségi foka is nagyobb. Gépműhelyekből kikerülő felújított hengerfejeknél gyakran látható túl keskeny, túl széles, vagy rossz helyre került zárófelület, így előfordulhat, hogy a felújított, vagy tuningolásra szánt motor teljesítménye éppen emiatt romlik – ráadásul a motor összerakása után igen nehéz megtalálni egy ilyen rejtett hibát.

Félkész és kész jó minőségű szelepek

Legyen szó szívó-, vagy kipufogószelepekről, a komoly tuning motorokban a szériamotoroktól eltérő, nehezebb körülmények között kell helytállniuk. Emiatt a tuning vagy sport célokra szánt szívószelepeket erősebb, az igénybevételnek jobban ellenálló anyagból készítik. Még ellenállóbbnak kell lenniük a kipufogószelepeknek, mert ki kell bírniuk akár 1000 celsius fokot is. Nehezíti az anyagválasztást, hogy a szelep súlya sem mellékes. Egyik ilyen ötvözet nickelvac 80A, amely 13 különböző összetevőből áll. Anyagsűrűsége 8,16 g/ccm. Ahol ez nem lenne elég ott alkalmazzák a Nickelvac 800-as anyagból készült szelepeket, amelyek az 1300 celsius fokos hőmérsékletet is kibírják. Emellett a súlyuk is kisebb, mert az anyagsűrűségük nem éri el a 7,95 g/ccm-t. 



Nitridált kipufogó szelepek

A súlycsökkentés fokozható még az üreges szárú szelepek alkalmazásával is. Így 25 százalékos súlymegtakarítás érhető el. Olyan szelepeket is készítenek, amelyeknek a szára nátriumot tartalmaz. A nátriumot kristályos formában töltik a szelepekbe, a kristályok olvadáspontja 98 celsius fok, a forráspontja 883 celsius fok. A nátrium folyékony állapotban kilencszer jobb hővezető, mint az acél, ezért gyakran használják kiufogószelepek hűtésére. A gyakorlatban ez úgy történik, hogy a nyíló kipufogószelepben elhelyezkedő nátrium (amely kb. 45-50 százaléka a belső térfogatnak) a szeleptányér felé mozdul, ahol a kiáramló gázokban keletkező hőt elvonja, majd a szelep zárásakor a szelepszár felé leadja a sokkal hidegebb hűtőfolyadéknak a szelepvezetőn és a hengerfejen keresztül.Ezáltal a szeleptányér hőmérséklete jó 100 celsius fokkal alacsonyabb, mint a tömör szárú szelepeknél. A különbség tovább fokozható, ha nem csak a szelepszárba, hanem a szeleptányérba is nátriumot töltenek.


Kaphatóak színezett tuning szeleprugók is

A high tech anyaghasználatra jó példa erre a Lexus IS200, ahol High Titanium MMC anyagból készült szelepeket és rugókat használnak. Az első hallásra drágának tűnő anyag már elég olcsó lett ahhoz, hogy szériaautóba kerüljön. A TiMMC ből készült szelepek 40 százalékkal, a szeleprugók 16 százalékkal könnyebbek, így a motor maximális fordulatszáma 10 százalékkal nőtt, ugyanakkor azon a fordulatszámon mérhető zajzint 3 decibellel alacsonyabb. A motorsportban is használnak titánium szelepeket, amelyeket speciális molibdén bevonattal látnak el. A szelepek szárán krómbevonat is lehet, vagy nitridálják az egész szelepet. Az utóbbinak több előnye is van, a felületkezelés a teljes szelepet érinti, a felület simább, mint a krómozás, a felületi keménység nagyobb, mint a szelepacélé. A szelep szelepülékkel érintkező felülete is ellenállóbbá válik, jobban elviseli az alkohol vagy a nitro fémkárosító hatásait.


Titánium szeleprugók - könnyebbek és hőállóbbak


Ez épp itt a Porsche állítható szelepvezérlése, de az ábra nagyon jó a szelepek munkakörnyezetének a megismerésére