Zawory silnika

Zawory to precyzyjnie sterowane wrota, które rządzą przepływem gazów do i z cylindrów silnika, otwierając się, by wpuścić świeżą mieszankę paliwowo-powietrzną i wypchnąć zużyte spaliny, a następnie szczelnie zamykając się, aby spalanie mogło zachodzić pod ciśnieniem. Są fundamentem cyklu czterosuwowego: bez ich dokładnego, powtarzalnego działania silnik nie mógłby ani nabrać potrzebnego ładunku, ani usunąć spalin, które by go zadławiły. Każdy cylinder ma co najmniej jeden zawór dolotowy i jeden wydechowy, a ich zachowanie jest kluczowe dla pracy silnika.

Typowy zawór grzybkowy to element w kształcie grzyba z płaskim lub stożkowym przylgnią i długim trzonkiem. Jego główka osiada na obrobionym gnieździe w głowicy cylindrów, tworząc gazoszczelne uszczelnienie w stanie zamkniętym. Otwieranie napędza wałek rozrządu: obracające się krzywki naciskają na zawór, bezpośrednio lub poprzez popychacze, dźwigienki i ślizgi, wpychając go w głąb cylindra wbrew oporowi. Zamykaniem zajmuje się sztywna sprężyna zaworowa, która stanowczo sprowadza zawór z powrotem na gniazdo w chwili, gdy krzywka się odsunie. Czas tych zdarzeń jest precyzyjnie zsynchronizowany z wałem korbowym, tak by zawory otwierały się i zamykały dokładnie we właściwym punkcie każdego cyklu.

Liczba, rozmiar i fazy otwarcia zaworów mocno kształtują charakter silnika. Więcej zaworów na cylinder — cztery to powszechny współczesny wybór, dwa dolotowe i dwa wydechowe — zapewnia większą łączną powierzchnię przelotu dla danej średnicy cylindra, pozwalając silnikowi oddychać swobodniej i rozwijać wyższą moc, zwłaszcza przy wysokich obrotach. Ich fazy i czas, przez jaki pozostają otwarte, decydują, czy silnik sprzyja momentowi obrotowemu w dole, czy mocy u góry zakresu. Inżynierowie starannie dobierają więc liczbę zaworów, ich wznios i fazy, by zrównoważyć osiągi, ekonomię i emisję pod kątem przeznaczenia silnika.

Szczególnie zawory wydechowe znoszą ekstremalne warunki. Są wielokrotnie wystawiane na działanie spalin przekraczających 700 do 800 stopni Celsjusza, mając niewiele możliwości odprowadzenia ciepła poza gniazda i trzonki. Wykonuje się je ze stopów żaroodpornych, a niektóre wypełnia sodem dla odprowadzania ciepła do głowicy lub wyposaża w utwardzane gniazda i uszczelniacze trzonków. Zawory dolotowe pracują chłodniej dzięki napływającemu ładunkowi, lecz wszystkie muszą uszczelniać się precyzyjnie tysiące razy na minutę przez całe życie silnika.

Z tej wymagającej pracy wynikają względy praktyczne. Luzy zaworowe muszą być prawidłowe — za małe, a zawór może nie osiąść i ulec wypaleniu, za duże, a układ rozrządu staje się głośny i zużyty — dlatego wiele silników stosuje hydrauliczne kompensatory utrzymujące luz automatycznie. Z czasem osady węglowe, recesja gniazd i słabnące sprężyny mogą pogorszyć szczelność. Zawory współpracują ściśle z wałkiem rozrządu, a nowoczesne układy zmiennych faz rozrządu i konstrukcje wielozaworowe budują wprost na ich podstawowej zasadzie, by wydobyć z silnika coraz większą sprawność i elastyczność.