Метода пројектовања опруге вентила

Дизајн опруге вентила је једнако важан за перформансе система мотора као и дизајн брега. Функције опруге вентила укључују спречавање вентила да плута са седишта вентила под оптерећењем притиска гаса и контролисање кретања вентила како би се спречило одвајање ламела вентила. Дизајн опруге вентила утиче на напрезање гребена, трење воза вентила и треперење опруге. Опруге вентила мотора су обично отворене- спиралне компресијске опруге са затвореним крајевима. Већина мотора користи опруге са константним-брзином, иако неки користе опруге са променљивом{6}}брзином. За дизел моторе ниже брзине, дизајн са једном опругом је обично довољан, али понекад је потребан дизајн двоструке опруге са пригушном опругом или унутрашњом опругом да би се смањила јачина треперења опруге вентила. Дизајн опруге вентила је веома сложен задатак. Служи као пример за илустрацију принципа пројектовања система мотора из два или три разлога. Прво, аналитичка метода пројектовања опруге показује везу између параметара дизајна компоненти и параметара дизајна система. Друго, аналитичка метода пројектовања опруге показује да се исти проблем дизајна може формулисати на два различита начина: један је третирати га као детерминистичко решење, а други је решити га као проблем оптимизације. У математичкој конструкцији проблема оптимизације, и циљна функција и функција ограничења су наведене као примери експлицитних функција. Треба напоменути да су у другим областима дизајна система мотора (као што су перформансе циклуса, дизајн брега и динамика погона вентила), функције које се користе за оптимизацију конструкције обично сложеније имплицитне функције. Треће, аналитичка метода пројектовања опруге даје пример коришћења метода графичког дизајна за конструисање дијаграма пројектовања параметарског потеза. Ови типични дијаграми параметара се могу користити за решавање проблема са више{16}}димензионалним дизајном који се често сусрећу у дизајну система дизел мотора.
У дизајну опруге вентила, познати улазни подаци укључују следеће:
① Максимално подизање вентила;
② С обзиром на дужину уградње опруге;
③ Потребно преднапрезање опруге
④ Потребна крутост опруге. Треба напоменути да су предоптерећење и крутост опруге параметри дизајна на нивоу система мотора, који треба да задовоље захтеве максималне дозвољене силе опруге и напрезања гребена, издувног вентила који не-плута и вентила који не-не лети. Постоји јака интеракција између дизајна опруге вентила и дизајна брега. Ако је тешко наћи решење у дизајну опруге, ови улазни подаци морају бити модификовани.
У дизајну опруге вентила, следећи параметри су израчунати излазни подаци:
① Основни или независни параметри дизајна опруге (тј. просечан пречник опруге, пречник жице завојнице опруге, број радних намотаја);
② Изведени пројектни параметри (нпр. дужина слободне опруге, максимална дужина компресије, збијена дужина, слободни размак између намотаја, чврсти размак између намотаја при максималној компресији, природна фреквенција опруге и редослед треперења, максимално оптерећење опруге, максимална торзиона сила опруге). Основни параметри дизајна опруге одређују крутост опруге.
Неки излазни параметри подлежу ограничењима дизајна. На пример, дужина уградње и просечни пречник опруге су ограничени простором за паковање. Торзиони напон опруге при максималној компресији опруге и при збијеној дужини ограничен је веком трајања опруге, чврстоћом и максималном дозвољеном границом напрезања. Ограничења заштите од треперења опруге се постижу контролом чврстог размака и природне фреквенције опруге. Редослед треперења опруге се односи на однос природне фреквенције опруге и радне фреквенције мотора. Како би се осигурало да опруга не трепери снажно током рада. Природна фреквенција опруге вентила обично треба да буде најмање 13 пута већа од радне фреквенције мотора; односно нада се да је ред лепршања опруге већи од 13. Анализа природне фреквенције опруге показује да ако је опруга веома осетљива на један од доминантних хармоника у профилу брега, постоји тенденција да се појави треперење. У овом случају, дизајн гребена или опруге треба да се измени. Понекад се могу користити променљива крутост или угнежђене опруге за промену фреквенције опруге како би се ублажио проблем треперења.
Дизајн опруге је вишедимензионални проблем параметара који се може обрађивати на графички начин да би се испитали трендови осетљивости параметара. Циљ оптимизације дизајна опруге вентила је да се максимизира природна фреквенција опруге како би се смањиле вибрације опруге уз испуњавање следећих ограничења:
① Предоптерећење опруге и крутост опруге вентила коју захтева систем мотора;
② Максимално дозвољено напрезање опруге;
③ Одговарајући физички размак за контролу треперења опруге.