0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое выпускной клапан двигателя

Впускные и выпускные клапаны: размер имеет значение

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.
Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска закиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении диаметра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90 — 95% от размера впускного клапана, дают очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

Как выбрать впускные и выпускные клапаны

5 sedan (E39) (11.95 — 06.03)

AMULET liftback (A15) (03 — )

Клапаны – это небольшие металлические изделия в составе системы газораспределения двигателя, ответственные за регулирование подачи горючей смеси и выпуск т.н. отработавших газов, в народе называемые выхлопом. Несмотря на простоту конструкции, клапаны бывает сложно подобрать, особенно если они требуется для тюнинга двигателя. Сегодня Avto.pro разберется с конструкцией впускных и выпускных клапанов, их назначением, особенностями эксплуатации, наиболее частыми неисправностями, а также методиками выбора.

Материалы и конструктивные особенности

В общем виде впускные и выпускные клапаны представляют собой стальную тарелку с длинным стержнем (штоком). По причине того, что клапаны подвергаются огромным тепловым и механическим перегрузкам, требования к материалам и технологиям их обработки довольно высоки. Изделия должны обладать следующими свойствами:

  • Высокая теплопроводность;
  • Высокая твердость;
  • Узкий коэффициент термического расширения;
  • Способность противостоять действию продуктов сгорания и динамическим нагрузкам при нагреве.

В тандеме с клапанами работают пружины, отвечающие за возврат клапана в седло после снятие нагрузки от распредвала и его удержания в закрытом положении, т.е. обеспечения плотной посадки. Также в газораспределительном механизме имеются направляющие втулки, дающие клапанам верное направления для совершения возвратно-поступательных движений. Обычно направляющие втулки имеют форму разборной муфты для более простой выпрессовки и запрессовки по необходимости. В отдельных случаях втулки являются одним целым с головкой цилиндра.

Сегодня на изготовление клапанов обычно идут высоколегированные сильхромы и аустенитные стали, устойчивые к экстремальным нагревам при температурах 35-900°C (зависит от типа клапана). Изделия не закаливаются, так как это повышает хрупкость материала. Сразу отметим, что фактически материалам клапанов столь высоки, что полностью им не соответствует ни одна из марок стали. Впрочем, качественные изделия достаточно живучи для того, чтобы прослужить столько же, сколько обычно служит двигатель автомобиля в принципе. При описании геометрии, конструктивных элементов и особенностях изготовления клапанов учитывают:

  • Общую длину L, диаметр тарелки D, диаметр стержня d, угол гантели и угол посадки α;
  • Общую толщину тарелки, высоту края тарелки и высоту седла;
  • Наличие выемки в тарелке и канавки в стержне;
  • Особенности закалки конца стержня.

Впускные и выпускные клапаны имеют отличную геометрию и не являются взаимозаменяемыми. Основное отличие – диаметр тарелки D – тяжело заметить невооруженным взглядом. Также могут незначительно отличаться длины стержней. Пример геометрии (1 – впускной клапан; 2 – выпускной): 1) D = 29 mm, L = 91,3 mm; 2) D = 25 mm, L = 90,2 mm. Однако есть исключение. В большинстве газораспределительных систем общее число клапанов является четным числом. Если число нечетное, то у выпускных клапанов будут тарелки больше диаметра, нежели у впускных. По этой причине при поиске запчастей для ремонта двигателя водителю необходимо проверять коды, уточнять совместимость и изучать геометрические параметры, если они есть в описании изделий.

Назначение и особенности впускных и выпускных клапанов

Во вступлении мы указали, каково назначение клапанов отдельных типов, однако в данном разделе этот момент будет разобран в подробностях. Начнем с выпускного клапана. Для лучшего понимания всего, что будет описано дальше, рекомендуем автолюбителям ознакомиться с понятием фаз газораспределения. Выпускные клапаны ответственно за удаление уже отработавших газов из камер сгорания мотора. Выпуск происходит в тот момент, когда поршень направляется от т.н. нижней мертвой точки к верхней мертвой точки. Так как температура газов и перепады давлений особенно велики, выпускные клапаны должны иметь больший запас прочности, нежели впускные. Производители защищают изделия при помощи:

  • Плазменно-порошковой наплавки;
  • Лазерного легирования;
  • Наплавки при помощи токов высокой частоты.

Для наплавки используются составы, включающие порошки кобальта или никеля. Наплавка позволяет создать тонкий защитный слой из указанных материалов, которые обеспечивают лучшую коррозионную защиту изделий, их лучшую устойчивость к механическим воздействиям и перепадам температур.

Теперь объясним, чем обусловлены столь высокие требования именно к выпускным клапанам и почему они имеют тарелки меньшего диаметра. Как только такт впуска сжатия подошел к концу, камера сгорания должна быть герметичной (клапаны закрыты). Происходит возгорание смеси, после которого отработавшие газы нужно оперативно удалить. Размещенный в головке блока цилиндров тарельчатый выпускной клапан берет эту задачу на себя. Давление в камере велико, так что отработавшие газы быстро проходят через клапан, получающий усилие от кулачка распредвала – его не нужно оснащать тарелкой большого диаметра, ведь газы фактически выталкиваются сами собой. Теперь мы можем сформулировать еще одно требования к такому клапану: точное соответствие геометрии тарелки геометрии седла. Если они не будут прижиматься друг к другу в нужный момент, то камера не будет герметизироваться. Как результат, отработавшие газы начнут прорываться через клапан.

В дальнейшем мы выделим неисправности клапанов в отдельных раздел, однако эксперты Avto.pro считают нужным сразу рассказать читателям, чем обусловлен выход из строя выпускных клапанов. Дело в том, что клапаны постепенно покрываются нагаром. Сильнее всего страдают тарелки, особенно если топливовоздушная смесь переобогащена и не сгорает полностью. Тарелка также может перегреваться. Она не оплавляется и практически не деформируется – следствие правильного подбора марки стали и технологии производства, – но вот предотвратить появление микротрещин на тарелке невозможно. Со временем именно они станут причиной потери герметичности и прорывом отработавших газов. Еще один момент: если выпускные клапаны не притираются к седлам должным образом, то герметичность также будет нарушена.

Читать еще:  Вибрация и гул при запуске двигателя

Как читатель уже наверняка догадался, впускные клапаны отвечают за пропуск в рабочие камеры сгорания или топливоздушной смеси, или одного только воздуха, что справедливо для дизеля и двигателей с непосредственным впрыском. Именно эти клапаны дают смеси и воздуху попасть в камеры, а затем герметизируют их перед началом такта сжатия. Работа впускных клапанов определяется угловым опережением распредвала. Впускные клапаны омываются свежим зарядом, а также находятся в относительно легких температурных условиях, так что требования к материалам для их изготовления не столь жесткие. Стоит добавить, что клапаны снабжают т.н. маслосъемными колпачками, о которых мы писали в данном материале. Колпачки не дают маслу попасть в камеру сгорания через образующийся в период такта впуска зазор.

Коротко о тепловом зазоре

Распределительный вал двигателя действует на клапаны кулачком или через т.н. коромысла. Здесь есть одна интересная особенность: металл расширяется при нагреве, а значит, клапан может удлиняться по ходу прогрева двигателя. В результате изменения геометрии клапана появляется тепловой зазор, который необходимо регулировать – он не должен быть слишком большим или малым. Это называется регулировкой теплового зазора клапана. Нормальная величина зазора на холодном двигателе составляет:

  • Выпускные клапаны – 0,35-0,40 mm;
  • Впускной клапан – 0,25-0,30 mm.

На морально устаревших моделях двигателях тепловые зазоры регулируется вручную. В более современных эту задачу берут на себя гидрокомпенсаторы, осуществляющие регулировку в автоматическом режиме. Об их устройстве, неисправностях и методиках выбора последних мы писали в данном материале. Ручная регулировка / проверка исправности компенсаторов обязательно – изменение зазора негативно влияет на работу двигателя. При малом зазоре падает компрессия и наблюдается прорыв газов вследствие негерметичности камер сгорания. Первыми в этом случае страдают сами клапаны (выпускные в особенности). Увеличение зазора приводит к повышению нагрузки на клапанный механизм и ухудшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью.

Как отмечают специалисты, регулировать клапаны стоит каждые 60-80 тыс. км пробега. Если мотор оснащен гидрокомпенсаторами, то автолюбителю стоит помнить, что появление стуков в подкапотном пространстве может свидетельствовать об их неисправности. О наличии проблем также будет снижение мощностных показателей двигателя. Зачастую работоспособность компенсаторов удается восстановить в бытовых условиях. Дело в том, что в них скапливается нагар, который легко удаляется бензином или другим растворителем.

Признаки неисправности клапанов

Несмотря на простую конструкцию и внушительный эксплуатационный ресурс, как впускные, так и выпускные клапаны периодически выходя из строя. Последние страдают чаще, так что стоит сосредоточиться на их проверке, если вы столкнулись со следующими проблемами:

  • Существенная потеря мощности двигателя;
  • Повышенная шумность выхлопа, появление хлопков;
  • Неустойчивая работа двигателя;
  • Появление стуков в подкапотном пространстве.

Последнее связано с неправильной регулировкой или выходом из строя гидрокомпенсаторов , если двигатель автомобиля ими оснащен. Автолюбителю стоит обратиться в автосервис. Специалисты приступят к частичной разборке двигателя и выяснят, связана ли ненормальная работа двигателя с неисправностью клапанов. Если причина проблем кроется именно в клапанах, то вот что можно обнаружить при их осмотре:

  • Загибание стержня. Может быть вызвано обрывом ремня ГРМ или его неправильной установкой (неправильным выставлением меток на шкивах распредвала/ов и коленвала), повышенными зазорами в приводе и неправильным монтажом;
  • Скол тарелки. Основными причинами появления сколов является неплотная посадка в седле и ударные нагрузки;
  • Сильная деформция тарелки. В основном деформируются тарелки клапанов, которые подвергаются чрезмерным механическим нагрузкам. Такое происходит при клине, превышении частоты оборотов двигателя, выходу из строя пружины клапана, несоосности седла клапана со втулкой;
  • Скопление нагара на тарелке и части стержня. Клапан покрывается нагаром при проникновении масла через образующиеся при работе ГРМ зазоры.

Зачастую при наличии проблем с клапанами рядовые автолюбители и даже специалисты говорят об их прогорании. Как показала практика, прогорание клапана является синонимом скола или сильной деформации тарелки по причинам, которые указаны в списке выше. Избежать этих проблем непросто. Вот основные причины прогорания: заводской брак, неверная величина теплового зазора, использование неподходящего топлива, износ направляющей втулки, старение пружины, износ колец цилиндров, износ маслосъемных колпачков, недостаточная эффективность работы системы охлаждения ДВС. Читатель мог подумать, что заводской брак не должен быть одной из главных причин выхода клапанов из строя. К несчастью это так, а согласно некоторым исследованиям, каждое пятое изделие на вторичном рынке автозапчастей является бракованным. По этой причине автолюбителям особенно важно знать, как правильно выбирать впускные и выпускные клапаны и продукции какой фирмы отдавать предпочтение.

Выбор новых клапанов и экскурс по производителям

Подобрать новые клапаны несложно, если их седла еще в сносном состоянии. Если седла зашлифовались, то стоит заменить и их тоже. Есть и другой вариант: выбрать клапана с тарелками чуть большего диаметра. В отдельных случаях кончики стержней придется подпиливать. Автолюбитель может выбрать клапаны самостоятельно, но последнее слово будет за мастером, который займется их установкой. Клапаны можно выбирать по:

  1. Номеру двигателя;
  2. Каталожным номерам запчастей;
  3. Геометрии: общей длине клапана, стержня, диаметру тарелку, углу седла.

Третий вариант сложно назвать надежным, но если приходится искать клапаны для специфической техники, то он может оказаться единственным. Напоминаем, что впускные и выпускные клапаны имеют разную геометрию и разные каталожные номера. Они не взаимозаменяемы, так что будьте внимательны при поиске запчастей для ремонта.

При серьезном тюнинге двигателя автолюбители придется не только модернизировать головку блока цилиндров, а также установить новые цилиндры и распредвал/ы, но и подобрать впускные и выпускные клапаны большего размера. Здесь также необходимо вести поиск по геометрии. Клапаны для тюнинга могут конструктивно отличаться от стандартных изделий. К примеру, некоторые модели имеют полые стержни, которые заполняются металлическим натрием для лучшего охлаждения. Тарелки таких клапанов обычно вогнутые.

Подбирая выпускные и впускные клапаны для ремонта двигателя, автолюбитель может выбрать оригинальные комплектующие или так называемые аналоги. Последние обычно обходятся дешевле оригиналов, но бывают исключения. Здесь действует простое правило: низкая цена не всегда соответствует высокому качеству. Мы не рекомендуем экономить на запчастях. Лучше отдать свое предпочтение клапанам таких фирм:

  • Kolbenschmidt (Германия);
  • Rocky (Япония);
  • TRW (Германия);
  • SM (Германия).

Неплохие отзывы покупателей собирают клапаны Osvat (Италия), Autowelt (Германия) и AMP (Польша). Чем известнее фирма, тем выше шанс нарваться на подделку. Это справедливо для немецкого TRW, тем временем как под именами намного менее известных брендов Rocky и Kolbenschmidt подделки встречаются редко. Подлинность запчастей некоторых фирм можно проверить по защитным кодам, голограммам и QR-кодам. Категорически не рекомендуем покупать клапаны на рынках или в магазинах с плохой репутацией.

Вывод

От исправности впускных и выпускных клапанов, а также смежных с ними элементов, как-то направляющих и пружин, зависит работоспособность двигателя, его мощностные показатели и экономичность. Ресурс клапанов велик, а как показывает практика, многие автолюбители не сталкиваются с необходимостью их замены на протяжении всего периода эксплуатации личного транспорта. Однако если они вышли из строя, то водитель должен действовать незамедлительно. Поиск новых запчастей обычно не занимает много времени. Установку клапанов лучше доверить специалистам.

Тарельчатый клапан

Тарельчатый клапан — деталь большинства поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), является частью газораспределительного механизма, непосредственно управляющей потоками рабочего тела, поступающего и выходящего из цилиндра. Используются также в крупных компрессорах, паровых машинах.

Содержание

  • 1 Устройство тарельчатого клапана
  • 2 Компоновка клапанов в двигателе
  • 3 Применяемые материалы и технологии
  • 4 Неисправности клапанов
  • 5 См. также
  • 6 Примечания

Устройство тарельчатого клапана [ править | править код ]

Тарельчатый клапан состоит из собственно круглой тарелки и стержня меньшего диаметра. Из соображений прочности и аэродинамики переход между тарелкой и стержнем выполняется большим радиусом (рис.1). Некоторое время были популярны тарелки зонтичной (тюльпанообразной) формы, уменьшавшие вес впускного клапана до веса выпускного (диаметр впускных клапанов выбирают больше, так как сопротивление впускного тракта сильнее снижает мощность двигателя, чем сопротивление выпуска) при одновременном снижении гидравлического сопротивления. Однако при этом растёт площадь камеры сгорания, что увеличивает выбросы углеводородов.

Читать еще:  Форд фиеста 2015 характеристики двигателя

Клапан совершает перемещения по оси стержня, при этом тарелка открывает путь газам, а при посадке на седло — плотно запирает его. Некоторый зазор между стержнем и втулкой клапана необходим, чтобы избежать заедания при нагреве клапана, и чтобы тарелка могла самоустановиться на седло. Для поддержания самоустановки, а следовательно, плотности запирания, тарелка имеет фаску под углом 45 или 30 градусов к её плоскости.

Силовое замыкание кинематической схемы привода клапанов (то есть, и возврат клапана в закрытое положение) осуществляется витыми клапанными пружинами, на быстроходных спортивных двигателях — с помощью десмодромного механизма. Стержень клапана имеет обычно термоупрочнённый торец, куда передаётся усилие от рокера, коромысла или стакана, и одну или несколько канавок для установки сухарей (канавка видна на рис.1). Меньше распространена передача усилия через внутреннюю резьбу в стержне клапана от толкателя (такую конструкцию имеет клапан на В-2 и всех последующих модификациях, изготовляемых сейчас «Барнаултрансмашем»)

Между пружиной и плоскостью головки, кроме стальной закалённой шайбы, может быть установлен механизм проворота клапана (иначе называемый механизм самопритирки). Это позволяет продлить интервалы между притиркой клапанов, сохраняя плотность их посадки в течение длительного времени [1] .

Компоновка клапанов в двигателе [ править | править код ]

Количество клапанов в двигателе зависит от принятой схемы газораспределительного механизма [2] . Типовое значение 2 или 4 клапана на цилиндр, но встречаются схемы с 5 клапанами (из них 3 впускные), или даже 1 большим выпускным клапаном (прямоточная продувка 2-тактного дизеля). Клапанные пружины, поддерживающие кинематику ГРМ, всегда спиральные с плоскими шлифованными торцами. На один клапан приходится обычно 1 (реже 2) пружины, и 2 сухаря. Размеры и форма сухарей индивидуальны, обычно каждый двигатель имеет оригинальные сухари клапанов.

Клапаны могут размещаться по нижнеклапанной или верхнеклапанной схеме, располагаться под углом друг к другу или параллельно. Целью работы конструктора при их размещении является надёжный газообмен с небольшим аэродинамическим сопротивлением, необходимое размещение коллекторов в подкапотном пространстве, компактность камеры сгорания, соблюдение норм выхлопа и др.

Применяемые материалы и технологии [ править | править код ]

Впускные клапана двигателей обычно изготовляют высадкой из сильхромовой стали типа 40Х9С2, 40Х10С2М. Эти стали обладают довольно высокой жаростойкостью, и поскольку температура отходящих газов у дизелей меньше (по причине высокой степени сжатия), чем у искровых моторов, используются и для изготовления выпускных клапанов дизелей.

Выпускные клапана старых искровых моторов также делали сильхромовыми, недостаточную жаростойкость компенсировали удобством притирки (ГАЗ-51), напайкой кромки тарелок стеллитом; наполнение клапанов натрием для теплоотдачи от тарелки применялось ранее (ГАЗ-66/ГАЗ-53, ЗИЛ-130), и применяется сейчас [3] [4] [5] [6] .

Позднее перешли на сварные клапаны: стержень из сталей типа 40ХН, 38ХС, тарелка из сталей типа 40Х14Н14В2М, 45Х22Н4М3. На дизелях такие стали не применяют: дизельное топливо содержит серу, а сернистые газы быстро разрушают никельсодержащие стали. Применяется и напайка кромок твёрдыми материалами: стеллитом, нихромом [7] .

Неисправности клапанов [ править | править код ]

Основными неисправностями тарельчатых клапанов являются [8] :

  • неплотность;
  • прогорание тарелки;
  • износ стержня, зазор по направляющей клапана;
  • изгиб клапанов после соударения с поршнем.

Неплотность клапанов может быть с момента изготовления, развиться в течение работы, либо быть следствием некачественного ремонта или неверной регулировки клапанов. Впускной клапан может длительное время пропускать газ без прогорания, но искровой двигатель при этом обычно потряхивает: во впускной тракт забрасывает отработавшие газы, и воспламенение такой разбавленной смеси становится ненадёжным. Дизель, соответственно, дымит [9] . Ещё одной причиной может быть загиб клапанов [10] , двигатель при этом трясётся очень сильно, а заводится плохо.

В случае умеренной неплотности клапанов, они ещё могут быть притёрты, но чаще всего их меняют комплектом. Причина в том, что к этому времени обычно происходит износ стержня клапана с увеличением расхода масла, а при долгой притирке старого клапана выступание его торца над плоскостью головки увеличивается — гидрокомпенсатор может выйти из рабочей зоны. Если выступание превышает допустимое уже с новым клапаном, то по инструкции нужно менять головку блока, на практике — торец клапана шлифуют для уменьшения высоты.

Прогорание тарелки выпускного клапана всегда является следствием сильного перегрева при отсутствии клапанного зазора и большом прорыве газов. Тарелка впускного клапана прогореть не может, так как задолго до этого при прорыве газов на впуск цилиндр работать перестанет, и температура газов снизится. Однако у дизелей при этом могут возникать другие проблемы.

Износ стержня и/или втулки клапана приводит к нарушению работы сальников клапанов, а значит — высокому расходу масла. Поэтому при ремонте головки блока цилиндров может возникать необходимость в замене клапанов и/или направляющих. После смены направляющих требуется обычно обработать седло шарошками на оправке, базирующейся по новой направляющей, после чего притереть клапан. Обычно разом меняют все направляющие, либо только впускные (зазор во втулках впускных клапанов решающий для расхода масла, ввиду меньшего давления во впускной трубе).

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Выпускной клапан — двигатель

У хромоникельвольфрамовых аустенитных сталей 15Х14Н14В2М и 45Х14Н14В2М повышенные жаропрочность и сопротивление усталости при высоких температурах. Сталь 45Х14Н14В2М находит применение для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания . [31]

Впускной и выпускной клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Клапаны вихрекамерных двигателей одинаковы, а выпускные клапаны двигателей с камерой в поршне отличаются меньшим диаметром тарелки. [32]

Наиболее высокую температуру, достигающую 700 — 800 С, имеют выпускные клапаны в карбюраторных двигателях. На рис. 464 показано изменение температуры выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 ( кривая Л при работе с разными оборотами вала и полной нагрузкой. Условия теплоотдачи в выпускной клапан отличаются тем, что во время выпуска происходит наиболее интенсивный подвод тепла в головку клапана, так как поверхность соприкосновения головки клапана с горячими газами увеличивается и головка клапана омывается газами, выходящими со скоростью 300 — 500 м / сек. [34]

Из кобальтовых литейных жаропрочных сплавов изготовляют детали методом точного литья, работающие при высоких температурах. Их применяют также для на — плавки выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания , матриц и других деталей. Кобальтовые литейные сплавы-имеют хорошие литейные свойства. По жаропрочности они несколько превосходят деформируемые сплавы того же состава. Для повышения статической и длительной прочности кобальтовые литейные сплав подвергают старению в интервале температур 735 — 815 С, а в некоторых случаях двойной термической обработке — закалке старению. [35]

Применяются в качестве жаростойкого и износостойкого материала для наплавки выпускных клапанов двигателей внутр. [37]

Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия потока жидкости и ( или) газа. Такому изнашиванию на автомобиле подвержены в первую очередь рабочие поверхности тарелок выпускных клапанов двигателя , жиклеры карбюратора. [38]

В соответствии с этим при обогащении и обеднеют горючей смеси температуры деталей карбюраторного двигателя, соприкасающихся с горючими газами, понижаются. Это подтверждается данными ( рис. 18), полученными при определении температуры выпускного клапана двигателя МЗМА-408 на разных числах оборотов вала, равных 1400, 2200, 3000 и 3800, по данным опытов МАМИ. [40]

Исследованиями температурного состояния клапанов двигателей Д-16 и Д-21, работавших на нагрузочном режиме при постоянной частоте вращения 1600 об / мин, установлено, что изменение температуры клапанов и седла выпускного клапана зависит от нагрузки. Из рис. 129 видно, что температура в средней части переходного участка выпускного клапана двигателя Д-16 на высоте 10 мм от торца тарелки достигает 580 — 590 С, а на высоте 5 мм она составляет 590 — 610 С. [41]

Тетраэтилсвинец повышает детонационную стойкость бензинов; это очень ядовитая жидкость. В чистом виде ТЭС к бензинам не добавляют, так как при его сгорании в камере сгорания на выпускных клапанах двигателя и на электродах свечей зажигания образуется большое количество свинца и его окиси, которые сокращают срок службы деталей ( особенно выпускных клапанов) и моторесурс двигателя. Чтобы уменьшить отложения свинца и его соединений на деталях мотора, ТЭС применяют в виде этиловой жидкости, в которую входят выно-сители — галоидирбванные углеводороды, выносящие значительную часть свинца из камеры сгорания с выпускными газами. [42]

Читать еще:  Характеристики двигателей на тойоту виндом

Для лучшего охлаждения в стержне выпускного кла — i пана двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ — 130 выполнена полость, заполняемая натрием. На рабочей фаске тарелки выпуск-клапана имеется жаропрочная наплавка. Для повы-срока службы выпускные клапаны двигателей ЗИЛ — 130 и ЗИЛ — 645 принудительно поворачиваются специальным механизмом. На двигателе ЗМЗ-53 между опорной шайбой пружины и сухарями устанавливают коническую втулку. В двигателе КамАЗ — 740 поворот клапана осуществляется за счет вибрации двух пружин. [43]

Испытаниями установлено, что срок службы выпускного клапана определяется наличием в бензине ТЭС и концентрацией МЦТМ. Когда ТЭС отсутствует, МЦТМ лишь незначительно влияет на работу выпускного клапана. При добавлении небольших количеств МЦТМ к бензину, содержащему ТЭС, срок службы выпускных клапанов двигателя резко снижается, но затем по мере увеличения концентрации МЦТМ возрастает до такой же величины, как и тогда, когда МЦТМ отсутствует. Это явление, установленное на различных двигателях при их эксплуатации, до настоящего времени еще не объяснено. [44]

Из рассматриваемых двигателей только дизель ЯАЗ-204 имеет верхнее расположение клапанов. Гнездами выпускных клапанов в этом двигателе служат вставные седла, запрессованные в головку блока. Во всех других двигателях гнездами клапанов являются обработанные отверстия в блоке, не имеющие вставных седел, кроме выпускных клапанов двигателей ГАЗ-51 , М-20 и Москвич, снабженных вставными седлами. [45]

Что такое выпускной клапан двигателя

ДЕТАЛИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130

Выпускные клапаны двигателя ЗИЛ-130 — часть 1

В современных автомобильных двигателях выпускные клапаны являются самыми высоконагруженными элементами конструкции. Температура головки клапана может достигать 800—940° С. Ускорения движения клапана составляют 200—400 g при нормальных зазорах в механизме и резко возрастают при их увеличении. Среда, в которой работает выпускной клапан, является весьма агрессивной, вызывающей интенсивную коррозию. При применении бензина каталитического крекинга в продуктах сгорания содержатся окислы ванадия, вызывающие, как известно, интенсивную коррозию почти всех жаропрочных материалов. В продуктах сгорания этилированного бензина содержатся окислы свинца и бромистые соединения, вызывающие коррозию металлов при высоких температурах. При работе двигателя на обедненных смесях свободный кислород в отработавших газах также способствует высокотемпературной коррозии. Используемые в современных маслах металлоорганические присадки в некоторых случаях обладают высокой коррозионной активностью и вызывают разрушение фаски клапана при работе двигателя с большой нагрузкой.

Основная тенденция в развитии автомобильных двигателей — непрерывный рост степени сжатия. При этом повышаются давления в цилиндре и, как следствие, возрастают нагрузки на головку клапана от сил газов и утечка газов через клапаны из-за большей деформации их головок под действием давления в цилиндре. Несмотря на то что с повышением степени сжатия температура выпускного клапана несколько уменьшается (примерно на 20° С при увеличении степени сжатия на одну единицу) вследствие снижения температуры отработавших газов, имеются случаи, когда клапаны, удовлетворительно работавшие при степени сжатия 6,5, оказываются непригодными для степени сжатия 8,0.

Наиболее горячие участки выпускного клапана — средняя часть головки на стороне, обращенной в камеру сгорания, и участок стержня клапана непосредственно под его головкой; наиболее холодный участок — торец стержня клапана. Разность температур наиболее горячих и холодных участков клапана может достигать 450—500° С.

Температура выпускного клапана зависит от состава смеси. Опыты показывают, что наивысшая температура соответствует а — 1,03-=-1,05. При обогащении смеси температура клапана снижается. Поскольку температура выпускного клапана зависит от состава смеси, на эту температуру значительное влияние оказывают атмосферные условия, так как при изменении последних изменяется состав смеси, подаваемой карбюратором.

Вследствие того что на выпускные клапаны действуют большие температуры и высокие механические нагрузки, а также агрессивная рабочая среда, к материалам этих клапанов предъявляются

Жесткие требования. Основные из этих требований следующие: высокая прочность и твердость при всех рабочих температурах; большая ударная вязкость как при высоких, так и при низких температурах, в том числе и отрицательных (до —30° С); значительная антикоррозионная стойкость, так как в отработавших газах содержатся окислы свинца, ванадия и серы, а также металлоорганические компоненты присадок масла и, кроме того, неорганические кислоты, образующиеся при пуске холодного двигателя; хорошая сопротивляемость тепловым ударам; способность образовывать прочную пленку окислов, не разрушающуюся при рабочих температурах и нагрузках; высокие теплопроводность при возможно меньшем коэффициенте линейного расширения и износостойкость рабочих поверхностей клапана; хорошие технологические свойства; небольшая стоимость.

Материала, который мог бы полностью удовлетворить всем этим требованиям, в настоящее время еще не найдено, поэтому при проектировании выпускных клапанов используют конструктивные методы (комбинирование различных материалов, введение специальных покрытий и т. п.), чтобы по возможности максимально выполнить приведенные выше требования.

В качестве материалов для выпускных клапанов карбюраторных двигателей применяют ферритно-мартенситные и аустенитные стали, стали с сигма-фазой и специальные сплавы на нежелезной основе, такие как сплав Нимоник 70, ХН77ТЮР (ЭИ437Б) и т. д. Характерной особенностью всех этих сталей и сплавов является большое содержание хрома — основного элемента, который при высокой температуре придает сталям стойкость против коррозии, а также повышает их прочность. Однако содержание хрома свыше 25% нецелесообразно (сталь становится хрупкой).

В практике отечественного двигателестроения для изготовления выпускных клапанов применяются следующие стали: 4Х10С2М (ЭИ 107), ЭИ72, 4Х14Н14В2М (ЭИ69), ЭИ240, ЭИ992, ЭП9, ЭП48, ЭПЗОЗ и некоторые другие. Химический состав этих сталей приведен в табл. 14. Наиболее прочной является сталь ЭПЗОЗ. Временное сопротивление на разрыв этой стали при температуре 800° С достигает 31 кгс/мма. Аналогичная сталь используется и в зарубежных автомобильных двигателях под маркой 21-4 N и 21-4 NS для изготовления неохлаждаемых выпускных клапанов.

Выпускные клапаны могут быть неохлаждаемые и охлаждаемые. В охлаждаемых клапанах стержень, а иногда частично и головку делают пустотелыми. Эти полости примерно на 1/2—2/3 заполняют металлическим натрием, имеющим низкую температуру плавления (97,7° С) и высокую температуру кипения (883° С), вследствие чего при рабочих температурах выпускных клапанов он находится в жидком состоянии и давление его паров невелико. Натрий имеет небольшую плотность и высокую теплопроводность в жидком состоянии. Кроме того, он хорошо смачивает практически любые стали.

14. Химический состав некоторых отечественных сталей

Благодаря свободному объему во внутренней полости выпускного клапана жидкий натрий резко перебрасывается от головки к стержню и передает тепло от нагретой головки стержню и затем направляющей втулке. Натрий перемещается со значительной скоростью относительно стенок внутренней полости, поэтому коэффициент теплопередачи большой и температурное поле клапана выравнивается. Для выпускных клапанов, охлаждаемых металлическим натрием, используют, как правило, менее жаропрочные стали, чем сталь ЭПЗОЗ, поскольку температура наиболее нагретых зон такого выпускного клапана на 100—150° С ниже, чем неохлаждаемого.

В двигателе ЗИЛ-130 выпускной клапан изготовлен из стали ЭИ992. Сталь такого типа, обычно используемая для изготовления охлаждаемых клапанов, за рубежом выпускается под марками ХВ, Еп-59 и т. д.

Сталь ЭИ992 хорошо закаливается. Торец стержня выпускного клапана закален до твердости HRC 55, не менее. Твердость стержня и головки клапана находятся в пределах HRC 30—35. Стержень клапана, так же как и участок криволинейной поверхности подголовка, шлифуют. Для улучшения изностостойкости и противозадирных свойств рабочий участок стержня покрыт электролитическим способом тонким слоем хрома (0,002—0,007 мм).

Канавку под сухари не хромируют, чтобы избежать сколов.

Клапан имеет отверстие в стержне диаметром 7,0 мм и глубиной 80 ±1,0 мм и грибообразную полость в головке объемом 3 см3. В полости находится 1,85 г металлического натрия. Сверление отверстия в стержне и обработка полости в головке клапана производится со стороны головки. После заправки натрием полость в головке закрывают заглушкой, изготовленной также из стали ЭИ992. Заглушку приваривают к головке с помощью контактной электросварки. Глубину сварочного шва про-веряют на полностью обработанном клапане с помощью ультразвука. Исследования показали, что минимальная ширина сварочного шва для обеспечения надежной работы клапана должна быть не менее 1,2 мм.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector