Automatyczny zawór wydechowy

Złe spalanie nie tylko powoduje wzrost temperatury spalin, ale także prowadzi do tworzenia się węgla w komorze spalania. Wzrost temperatury spalin pogarsza środowisko pracy zaworu wydechowego, a inne warunki mieszania mogą jeszcze bardziej pogorszyć spalanie zaworu. Część węgla znajdującego się w komorze spalania zostanie usunięta wraz ze spalinami, może jednak utknąć na powierzchni uszczelniającej zaworu wydechowego i gniazda zaworu, podobnie jak wspomniane powyżej cząstki. W szczególności, jeśli temperatura ogrzewania ciężkiego oleju nie jest dobrze kontrolowana, jego wysoka lepkość utrudnia rozpylanie paliwa wtryskiwanego do cylindra. Przesunięcie wsteczne spalania spowodowane zużyciem tłoka wysokociśnieniowej pompy olejowej może skutkować złym spalaniem, co prowadzi do zanieczyszczenia zaworu wydechowego i powierzchni uszczelniających gniazda zaworu osadami węgla. Dodatkowo zanieczyszczenia zawarte w paliwie mogą osadzać się na tarczy zaworu wydechowego i stożku uszczelniającym gniazda zaworu, tworząc warstwę szkła zmieszanego z cząsteczkami węgla, która staje się coraz bardziej twarda i krucha. Ta mieszanina może zawierać siarczan sodu, siarczan wapnia, tlenek żelaza i inne substancje. Gdy grubość tej szklistej warstwy stanie się zbyt duża, pod wpływem siły uderzenia podczas zamykania zaworu gazowego mogą powstać pęknięcia. W przypadku powtarzających się uderzeń pęknięcia te mogą prowadzić do złuszczania się naskórka, utworzenia kanału strumienia gazu o wysokiej temperaturze i spalenia zaworu gazowego.

Gdy olej wchodzący do komory spalania zostanie zmieszany z niepalnymi cząsteczkami zanieczyszczeń, cząstki te mogą opuścić cylinder wraz ze spalinami. Podczas procesu wydechu istnieje możliwość, że utkną one na powierzchni uszczelniającej zaworu wydechowego i gnieździe zaworu, gdy zawór się zamknie. W rezultacie zawór wydechowy nie może się całkowicie zamknąć. Średnica zablokowanych cząstek zanieczyszczeń może odpowiadać otworowi zaworu. Chociaż cząstki zanieczyszczeń, które mogą przedostać się do komory spalania przez dyszę wtryskiwacza paliwa, są stosunkowo małe, spalanie wybuchowe może wytworzyć w komorze spalania bardzo wysokie ciśnienie, powodując wydostawanie się gazów spalinowych o wysokiej temperaturze przez mały otwór zaworu. W tym czasie temperatura ulatniających się gazów spalinowych może osiągnąć około 2000 stopni, czyli jest znacznie wyższa niż temperatura gazów spalinowych przepływających przez powierzchnię uszczelniającą zaworu wydechowego podczas suwu wydechu. Chociaż materiał powierzchni uszczelniającej zaworu wydechowego może wytrzymać normalną erozję gazów spalinowych, nie może tolerować erozji spowodowanej gazami spalinowymi pod wysokim ciśnieniem i o wysokiej temperaturze, co prowadzi do szybkiego spalenia zaworu wydechowego. Jest to szczególnie prawdziwe, jeśli zawór jest zablokowany przez wyjątkowo twarde cząstki, takie jak tlenek glinu i krzemionka zmieszane z ciężkim olejem. Ponieważ stożek uszczelniający zwykłego zaworu wydechowego nie jest zbyt twardy w temperaturach roboczych, uderzenie zamkniętego zaworu może osadzać cząstki twardych produktów spalania w powierzchni uszczelniającej, tworząc wżery. Gdy wgłębienia te wnikną w powierzchnię uszczelniającą, następuje wyciek powietrza, co powoduje spalenie zaworu.

Obecnie powszechnie stosowane na rynku żeglugowym paliwa niskiej jakości zawierają duże ilości wanadu, sodu i siarki. Podczas spalania pierwiastki takie jak siarka, wanad i sód tworzą tlenki siarki, pięciotlenek wanadu i tlenek sodu (skład chemiczny tych tlenków zależy od nadmiaru tlenu i temperatury spalania). Tlenki te mogą reagować ze sobą oraz z wapniem zawartym w oleju smarowym, tworząc sole o niskiej temperaturze topnienia, takie jak siarczan sodu, siarczan wapnia i wanadan sodu. Te mieszaniny soli mają na ogół temperaturę topnienia około 535 stopni i są silnie żrące. Gdy temperatura elementu przekracza 550 stopni, związki wanadu i sodu mogą się stopić i przylgnąć do jego powierzchni. Gdy zawór wydechowy pracuje w temperaturze 550 stopni lub wyższej, z różnych powodów, związki te mogą osadzać się na tarczy i gnieździe zaworu, a także na powierzchni przejściowej pomiędzy trzpieniem zaworu a powierzchnią zaworu, w postaci płynnej. W tym momencie nawet bardzo odporna na korozję stal stopowa może ulec korozji. Skutkiem tej korozji są wżery na stożku uszczelniającym. Gdy wgłębienia te połączą się i wnikną w powierzchnię uszczelniającą, mogą spowodować wyciek powietrza i spalenie zaworu. Ponadto, gdy na powierzchni uszczelniającej zaworu i gniazda zaworu pojawią się wżery, mogą osadzać się roztwory korozyjne, przyspieszając powstawanie wżerów. Ponieważ korozja ta zachodzi w wysokich temperaturach, nazywa się ją „korozją wysokotemperaturową”, przy czym wanad jest szczególnie szkodliwy wśród pierwiastków za nią odpowiedzialnych.

Czterosuwowy silnik wysokoprężny zasilany ciężkim olejem wyposażony jest w mechanizm umożliwiający automatyczne obracanie zaworu wydechowego o określony kąt przy każdym otwarciu i zamknięciu. Obrót ten pomaga usunąć cząstki i osady węgla przyklejone do powierzchni uszczelniającej, zapobiegając gromadzeniu się. Jeśli mechanizm obrotowy ulegnie awarii i zawór wydechowy nie będzie mógł się obracać podczas pracy lub obrót będzie niezgodny z suwem zamykania, zawór wydechowy może szybko się przepalić, co znacznie skraca jego żywotność.

Ogólna jakość zaworu może również wpływać na jego wydajność i żywotność.

Nieprawidłowe szlifowanie zaworu wydechowego i gniazda zaworu może spowodować wyciek powietrza na ich powierzchnie uszczelniające.