Valf yayının tasarım yöntemi

Supap yayı tasarımı, motor sistemi performansı açısından kam tasarımı kadar önemlidir. Valf yayının işlevleri arasında, gaz basıncı yükleri altında valfin valf yuvasından çıkmasının önlenmesi ve valf dizisi ayrılmasını önlemek için valf hareketinin kontrol edilmesi yer alır. Supap yayı tasarımı kam gerilimini, supap mekanizması sürtünmesini ve yay salınımını etkiler. Bir motorun valf yayları genellikle uçları kapalı olan açık-sarmal sarmal sıkıştırma yaylarıdır. Çoğu motor sabit-oranlı yaylar kullanır, ancak bazıları değişken-oranlı yaylar kullanır. Düşük hızlı dizel motorlar için genellikle tek yay tasarımı yeterlidir, ancak bazen valf yayının titremesinin şiddetini azaltmak için sönümleme yaylı veya iç yaylı çift yay tasarımı gerekir. Valf yayı tasarımı çok karmaşık bir iştir. İki veya üç nedenden dolayı motor sistemi tasarımının ilkelerini açıklamak için bir örnek görevi görür. İlk olarak analitik yay tasarım yöntemi, bileşen tasarım parametreleri ile sistem tasarım parametreleri arasındaki bağlantıyı gösterir. İkincisi, analitik yay tasarımı yöntemi, aynı tasarım probleminin iki farklı şekilde formüle edilebileceğini göstermektedir: biri, onu deterministik bir çözüm olarak ele almak, diğeri ise onu bir optimizasyon problemi olarak çözmektir. Optimizasyon probleminin matematiksel yapısında hem amaç fonksiyonu hem de kısıtlama fonksiyonu açık fonksiyon örnekleri olarak listelenmiştir. Motor sistemi tasarımının diğer alanlarında (çevrim performansı, kam tasarımı ve valf mekanizması dinamiği gibi), optimizasyon inşası için kullanılan fonksiyonların genellikle daha karmaşık örtülü fonksiyonlar olduğu unutulmamalıdır. Üçüncüsü, analitik yay tasarım yöntemi, parametre tarama tasarım diyagramlarını oluşturmak için grafik tasarım yöntemlerinin kullanımına bir örnek verir. Bu tipik parametre diyagramları, dizel motor sistemi tasarımında sıklıkla karşılaşılan çok{16}}boyutlu tasarım sorunlarının üstesinden gelmek için kullanılabilir.
Valf yayı tasarımında bilinen giriş verileri aşağıdakileri içerir:
① Maksimum valf kaldırma kuvveti;
② Yay montaj uzunluğu dikkate alındığında;
③ Gerekli yay ön yükü
④ Gerekli yay sertliği. Yay ön yükü ve sertliğinin, izin verilen maksimum yay kuvveti ve kam gerilimi, egzoz valfinin-yüzmemesi ve valf mekanizmasının uçmama- gereksinimlerini karşılaması gereken motor sistemi seviyesindeki tasarım parametreleri olduğu unutulmamalıdır. Supap yayı tasarımı ile kam tasarımı arasında güçlü bir etkileşim vardır. Yay tasarımında çözüm bulmak zor ise bu girdi verilerinin değiştirilmesi gerekmektedir.
Valf yayı tasarımında aşağıdaki parametreler hesaplanan çıkış verileridir:
① Temel veya bağımsız yay tasarım parametreleri (yani yayın ortalama çapı, yay bobini tel çapı, çalışan bobin sayısı);
② Türetilmiş tasarım parametreleri (örneğin yayın serbest uzunluğu, maksimum sıkıştırma uzunluğu, sıkıştırılmış uzunluk, bobinler arasındaki serbest aralık, maksimum sıkıştırmada bobinler arasındaki katı aralık, yayın doğal frekansı ve dalgalanma sırası, maksimum yay yükü, maksimum yay burulma kuvveti). Temel yay tasarım parametreleri yayın sertliğini belirler.
Bazı çıktı parametreleri tasarım kısıtlamalarına tabidir. Örneğin kurulum uzunluğu ve yay ortalama çapı paketleme alanıyla sınırlıdır. Maksimum yay sıkıştırmasında ve sıkıştırılmış uzunlukta yay burulma gerilimi, yay yorulma ömrü, mukavemeti ve izin verilen maksimum gerilim sınırı ile sınırlıdır. Yay salınımı korumasına ilişkin kısıtlamalar, katı aralığın ve yayın doğal frekansının kontrol edilmesiyle elde edilir. Yay dalgalanmasının sırası, yayın doğal frekansının motorun çalışma frekansına oranını ifade eder. Çalışma sırasında yayın güçlü bir şekilde sallanmamasını sağlamak için. Supap yayının doğal frekansı genellikle motorun çalışma frekansının en az 13 katı olmalıdır; yani, yay dalgalanmasının sırasının 13'ten yüksek olması umulmaktadır. Yay doğal frekans analizi, yayın kam profilinin baskın harmoniklerinden birine çok duyarlı olması durumunda, dalgalanmanın meydana gelme eğiliminin bulunduğunu göstermektedir. Bu durumda kam veya yay tasarımının değiştirilmesi gerekir. Bazen dalgalanma problemini hafifletmeye yardımcı olmak için yayın frekansını değiştirmek amacıyla değişken sertlik veya iç içe geçmiş yaylar kullanılabilir.
Yay tasarımı, parametre duyarlılığı eğilimlerini incelemek için grafiksel olarak ele alınabilecek çok-boyutlu bir parametre problemidir. Valf yayı tasarım optimizasyonunun amacı, aşağıdaki kısıtlamaları karşılarken yay titreşimini azaltmak için yayın doğal frekansını maksimuma çıkarmaktır:
① Motor sisteminin gerektirdiği yay ön yükü ve valf yayı sertliği;
② İzin verilen maksimum yay gerilimi;
③ Yay salınımını kontrol etmek için uygun fiziksel açıklık.