Ile zaworów?

Przyszły teraz takie czasy, że silniki mają być mocniejsze i jeszcze zużywać mniej paliwa. Użytkownicy samochodów życzą sobie, by były one coraz bardziej dynamiczne i szybsze, a także bezpieczniejsze.

Te sprzeczne wymagania spędzają sen z powiek producentów samochodów, szukających kompromisu między oczekiwaniami nabywców, ekologów i stróżów norm bezpieczeństwa.

Dlaczego wielozaworowe

Obecnie dominują silniki wielozaworowe, a więc takie, które mają co najmniej 3 zawory w każdym cylindrze. Tradycyjne rozwiązanie z dwoma zaworami uważane jest za nienowoczesne. Głównymi zaletami zwiększenia ilości zaworów są zwiększenie mocy i obniżenie toksyczności spalin.

Zwiększona ilość zaworów ssących i wydechowych powoduje szybsze napełnianie cylindra mieszanką paliwowo-powietrzną (silnik benzynowy) lub powietrzem (diesel) i opróżnianie go ze spalin.

Dzięki zwiększonej ilości zaworów można też uzyskać lepsze napełnianie cylindra. Z powodu oporów przepływu w kanale dolotowym tłok poruszający się w dół może zassać mniejszą ilość mieszanki, a stopień napełniania cylindra nie przekracza 80 - 85 procent (przy zabrudzonym filtrze powietrza będzie jeszcze gorszy).

Pięć, cztery czy trzy?

W trakcie badań okazało się, że zbyt dużo zaworów dolotowych wcale nie poprawia stopnia napełnienia cylindra mieszanką, gdyż pogarsza się współczynnik przepływu (tzw. kontrakcja strugi). Firma Audi twierdzi, że optymalnym układem w silnikach długoskokowych jest zainstalowanie 3 zaworów ssących i 2 wydechowych. Silniki długoskokowe to takie jednostki napędowe, w których długość skoku tłoka jest większa niż średnica cylindra. Silniki o takiej budowie mają bardziej zwartą konstrukcję i są lżejsze niż podobne o krótkim skoku. Z tych powodów konstruktorzy coraz chętniej do nich powracają. Symetryczne ustawienie 5 zaworów umożliwia zamontowanie świecy zapłonowej w centralnym punkcie, a tym samym uzyskuje się krótszą drogę iskry zapłonowej i szybki, bardziej efektywny przebieg procesu spalania. Tak duża

ilość zaworów w cylindrze powoduje komplikację układu rozrządu i wzrost kosztów wytwarzania silnika. Dlatego rozpowszechnił się tańszy układ 4 zaworów - 2 ssących i 2 wydechowych, stosowany przez niemal wszystkich producentów. Niektórzy, np. koncern Hyundai proponują tylko 3 zawory w cylindrze (2 dolotowe i 1 wydechowy).

Nie jest dobrze

Zwiększenie ilości zaworów w silniku przez np. wymianę głowicy powoduje, że maksymalny moment obrotowy uzyskiwany jest przy dość wysokiej liczbie obrotów, powyżej 4 000 obr/min. Zmniejsza to zakres tzw. użytecznych obrotów silnika, a więc jego elastyczność. By wyeliminować to niekorzystne zjawisko stosuje się kanały dolotowe o zmiennej długości, zmienne fazy rozrządu lub regulowany wznios zaworów. Te dodatkowe elementy podnoszą koszt wyprodukowania silnika, jednak są stosowane coraz częściej nawet w pojazdach małych (np. Toyota Yaris ma silnik ze zmiennymi fazami rozrządu). Nie ma jednak powrotu do elastycznych silników z dwoma zaworami w cylindrze, gdyż nie są w stanie spełnić współczesnych norm ekologicznych.

Głowice wielozaworowe stosowano już w początkach XX wieku i nie jest to żadna nowość. Takie silniki produkowały ok. 1912 r. Peugeot, Fiat i Opel w swoich pojazdach sportowych.