Впускной и выпускной клапан двигателя


Выпускной клапан

Выпускной клапан – элемент ГРМ, при открытии которого происходит удаление (выпуск) отработавших газов из камеры сгорания двигателя. 

Выпуск газов происходит тогда, когда поршень в цилиндре двигателя направляется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе работы двигателя выпускные клапаны подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как постоянно контактируют с раскаленными отработавшими газами. Головка клапана при работе ДВС может разогреваться в пределах 600-800 градусов.

После окончания такта впуска и сжатия главным требованием в момент возгорания топлива в камере сгорания является максимальная герметичность. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень принял на себя энергию расширяющихся газов после возгорания топливно-воздушной смеси, из камеры сгорания необходимо удалить эти отработавшие газы. Герметизация камеры на данном этапе уже не нужна. За удаление выхлопных газов в конструкции газораспределительного механизма отвечает выпускной тарельчатый клапан, который размещен в головке блока цилиндров (ГБЦ).

На такте впуска создается разряжение, а на такте выпуска в рабочей камере сгорания двигателя образуется повышенное давление. После сгорания смеси топлива и воздуха отработавшие газы покидают камеру сгорания через открывающийся в нужный момент выпускной клапан. Сила давления позволяет газам с легкостью выйти из рабочей камеры. Этим объясняется меньший размер тарелки выпускного клапана сравнительно с тарелкой впускного клапана. На такте впуска разрежение по своей силе меньше давления на выпуске. Выхлопные газы практически выталкиваются наружу через открытый выпускной клапан.

Эффективная герметизация камеры сгорания стала возможна благодаря использованию тарельчатых клапанов в конструкции ГРМ современных ДВС. Устройство клапана простое, элемент имеет тарелку и стержень. Фаска плавно переходит в стержень, что делает клапан достаточно прочным. Коническая форма перехода заметно снижает сопротивление выхлопных газов при выходе из камеры, а также дополнительно улучшает герметизацию.

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала.  Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокер, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление,  которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

На верхней части стержня клапана выполнена специальная выточка. Указанная выточка является местом установки «сухаря».   Данный «сухарь» представляет собой коническое кольцо, которое разрезано на две равных части. Решение необходимо для крепления тарелки пружины клапана. Если открытие клапана осуществляется за счет «толчка» от кулачка распредвала, то закрытие клапана реализовано посредством усилия пружины клапана. Указанная пружина закрывает клапан, плотно прижимая тарелку к седлу. Дополнительно имеется механизм, который осуществляет проворачивание клапана. Это необходимо для равномерного износа клапана и очистки клапана от нагара.

Выпускной клапан работает в крайне сложных условиях. Отработавшие газы вызывают сильную коррозию выпускных клапанов. Если топливо сгорает в камере не полностью, тогда это может привести к прогару клапана. Регулировка клапанного механизма является важной процедурой в процессе эксплуатации ДВС. Раннее закрытие  выпускного клапана может привести к быстрому его прогару.

В процессе эксплуатации любого ДВС тарелка клапана и седло покрываются нагаром. Избежать нагара на клапанах практически не представляется возможным. Наличие нагара вызывает постоянный перегрев выпускного клапана. Рано или поздно опорная поверхность клапана начинает выгорать, что приводит к потере герметичности в камере сгорания. Результатом становится прогрессирующая потеря мощности ДВС, затрудненный пуск и т.д.

Появившиеся от перегрева микротрещины на тарелке клапана постепенно увеличиваются, так как раскаленные газы под давлением начинают прорываться наружу из камеры сгорания. Головка клапана в таких условиях деформируется и далее разрушается. Выход клапана из строя фактически означает полную потерю цилиндром двигателя своей функциональности. После замены обязательно требуется притирка клапана к седлу для максимально точного прилегания. Игнорирование процедуры или некачественное выполнение притирки клапанов приведет к быстрому выходу нового клапана из строя.

Вполне очевидно, что перегрев является серьезной проблемой  выпускных клапанов. Для изготовления выпускного клапана используется особая хромоникельмолибденовая сталь. Основой является никель, который повышает устойчивость выпускного клапана к механическому разрушению. Сталь для изготовления клапанов отличается высокой жаропрочностью.

Следующим шагом по снижению термонагруженности выпускного клапана становится его конструкция, которая отличается от устройства впускных клапанов. 

Стержень выпускного клапана полый, полость заполнена металлическим натрием. Натрий расплавляется и перетекает внутри стержня клапана, что позволяет улучшить теплообмен и равномерно распределить нагрев.

Выпускной клапан также может иметь дополнительную защиту, которая способна значительно продлить срок службы элемента. Единственным недостатком можно считать конечное удорожание производства детали.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

  • лазерное легирование;
  • метод плазменно-порошковой наплавки;
  • наплавка токами высокой частоты;

Плазменно-порошковая наплавка считается одним из наиболее экономически и практически оправданных решений. Для такой наплавки используют различные металлические порошки, в основе которых лежит кобальт или никель. Технологии нанесения покрытия разные, но главной задачей каждого из указанных способов становится наплавление тонкого слоя защиты на поверхность клапана для повышения износостойкости, устойчивости к появлению коррозионных процессов и механическому разрушению.

Впускные и выпускные клапаны автомобиля, конструкция и материалы

Впускные и выпускные клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски. Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием пружины. Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики. После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки.

Всесторонние испытания показали, что между различными геометрическими параметрами клапанов существуют оптимальные соотношения. В двигателях с цилиндрами внутренним диаметром от 3 до 8 дюймов (от 80 до 200 мм) для впускного клапана оптимальным будет диаметр головки, составляющий приблизительно 45% внутреннего диаметра цилиндра. Оптимальный диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 38% внутреннего диаметра цилиндра. Впускной клапан должен быть больше по размеру, чем выпускной, чтобы пропускать ту же массу газа. Больший по размеру впускной клапан управляет низкоскоростным потоком разреженного газа. В то же время выпускной клапан управляет высокоскоростным потоком сжатого газа. С таким потоком в состоянии справиться клапан меньшего размера. Вследствие этого диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 85% диаметра головки впускного клапана. Для нормального функционирования диаметр головки клапана должен составлять приблизительно 115% диаметра клапанного окна. Клапан должен быть достаточно большим, чтобы перекрывать окно. Высота подъема клапана над седлом составляет примерно 25% диаметра головки.

Конструкции клапанов автомобиля

Головки клапанов авто (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими так и эластичными.  Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью. Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла. Поэтому эластичный клапан надежно запечатывает окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан адаптируется к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая шляпка. Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.

Попадание холодного воздуха на горячие выпускные клапаны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам. Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер вдувает холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость. Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.

 Материалы из которых изготавливаются клапаны

Сплавы, материалы из которых изготавливаются выпускные клапаны автомобиля, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке. Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить. Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высокой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью. В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня впускного клапана автомобиля направляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом. В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.

 Клапаны с полым стержнем и деформацией седла

В некоторых типах особо мощных двигателей используются выпускные клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием. Натрий при нагреве клапана до рабочей температуры расплавляется, превращаясь в жидкость. Этот расплав плещется в канале стержня и отводит тепло от головки клапана в стержень. Далее тепло передается через направляющую втулку клапана и поглощается системой охлаждения. Монолитная конструкция впускного и выпускного клапана при правильном выборе материалов обеспечивает, как правило, хорошие эксплуатационные характеристики автомобильных двигателей.

Клапан прижимается к седлу рабочей фаской, герметично закрывая камеру сгорания. Седло обычно формируется как элемент конструкции в отливке чугунной головки блока цилиндров — такое седло называется встроенным седлом. Седла обычно подвергаются индукционной закалке, чтобы можно было использовать неэтилированный бензин. Это обеспечивает замедление износа седел в процессе эксплуатации двигателя. В процессе износа седла клапан все глубже садится в него — утапливается. В тех случаях, когда коррозионная стойкость и износостойкость должны быть особенно высокими, всегда используются вставные седла. В алюминиевых головках седла и направляющие втулки клапанов — только вставные. Необходимо отметить, что в алюминиевых головках рабочая температура седел выпускных клапанов на 180°Ф (100°С) ниже, чем в чугунных. Вставные седла используются в качестве спасительной меры при восстановлении сильно поврежденных встроенных седел клапанов.

Деформация седла является основной причиной преждевременного выхода из строя клапанов. Деформация седла клапана может быть обратимой — как результат воздействия высокой температуры и давления, или необратимой — как результат действия внутренних механических напряжений. Механическое напряжение — это сила, действующая на тело, которая стремится изменить его форму.

Какой клапан больше впускной или выпускной ⋆ Прорабофф.рф

Если вы планируете увеличить мощность двигателя за счет замены впускных и выпускных клапанов, то в первую очередь нужно узнать какой из них должен быть больше.

В этой статье мы расскажем, какой клапан больше впускной или выпускной, чтобы вы в дальнейшем могли знать нужные ли детали стоят в двигателе.

Зачем нужны клапаны

Перед тем как узнать рекомендуемое соотношение клапанов мы расскажем, зачем они вообще нужны. Итак, впускной и выпускной клапан играют важную роль в работе системы сгорания. Впускной клапан подает топливо в камеру сгорания, а выпускной позволяет выходить газам, которые образовались после сгорания топлива.

Какой клапан должен быть больше

Каждый из клапанов важен и на первый взгляд различия в размерах совсем не играют роли, но это ошибка, ведь даже от нескольких миллиметров зависит мощность двигателя. По словам профессиональных исследователей, впускной клапан должен быть больше выпускного, и в соотношении составлять 1:0,75. Такое соотношение объясняется тем, что выпускному клапану куда легче выпустить легкие газы, и поэтому и больший размер необязателен. Соотношение 1:0,9 подходит лишь тем автомобилям, которые используют закись азота или турбо надув, а таких, как правило, можно посчитать по пальцам.

Вывод

Теперь вы знаете, какой клапан больше впускной или выпускной. Также от рекомендуемого соотношения впускного и выпускного клапана зависит экономия топлива. Даже от небольшого увеличения выпускного клапана зависит снижение мощности и увеличения расхода топлива, поэтому отнестись нужно к этому серьезно. Удачи!

Впускные и выпускные клапаны

Выпускные клапаны

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Маслоотража­тельный колпачок

Впускной клапан большого диа­метра — увеличение количества впускаемого воздуха

Пружина с переменным шагом навивки

В четырехтактных бензиновых и дизельных двигателях клапаны располагаются в головке цилиндров. Через впускные клапаны проходит только смесь воздуха и топлива, поэтому они подвергаются воздействию более низких температур, чем выпускные клапаны. У впускного клапана тарелку делают большего диаметра, чем у выпускного, так как давление на впуске меньше давления на выпуске. Двигатели разных моделей отличаются количеством клапа­нов. Двигателям с двумя и более впускными клапанами свойственно лучшее наполнение цилиндров. Дополнительный впускной клапан увеличивает проходное сечение впускных каналов, следовательно, в цилиндр поступает больше топливовоздушной смеси. То же самое касается и выпускных клапанов: два клапана на выпуске позволяют увеличить вы­пускные каналы, что облегчает выход отработавших газов из цилиндра. Клапан подверга­ется очень значительным нагрузкам даже при нормальном режиме работы двигателя. Для повышения стойкости клапана к износу, прожиганию и коррозии его поверхность подвер­гается специальной обработке. Так, например, впускные клапаны изготавливаются из стали с хромом или кремнием для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости или магния и никеля для повышения прочности. Выпускные клапаны сделаны из сплавов на основе никеля. Клапан состоит из двух частей: стержня и тарелки. Клапан установлен в отверстии в головке цилиндров. Тарелка плотно прилегает к седлу. В процессе работы головка цилиндров нагревает седло. Часть тепла передается стержню клапана, а от него — направляющей втулке, поэтому стержень является самой холодной частью клапана. Седло клапана и направляющая втулка охлаждаются жидкостью, протекающей по рубашке вокруг впускных каналов. Открываясь и закрываясь, клапан поворачивается на небольшой угол, поэтому каждый раз он садится на новое место.

Маслоотража­тельный колпачок

Благодаря этому на фаске и седле клапана не оседает нагар. Кроме того, это предотвра­щает заклинивание клапана в направляющей втулке и равномерно распределяет тепло по всему седлу. Клапан перемещается в направляющей втулке и полностью концентричен седлу. Направляющая втулка представляет собой полую цилиндрическую деталь. Сначала в головке блока цилиндров сверлятся отверстия, а затем в них запрессовываются напра­вляющие втулки. В головку цилиндра из алюминиевого сплава необходимо вставить чугунные направляющие втулки, в противном случае добиться необходимой контактной поверхности для стержня клапана будет невозможно. В большинстве двигателей используются сменные направляющие втулки, запрессованные в отверстия в головке цилиндров. В некоторых двигателях направляющие втулки отлиты в головке цилиндров. Затем в них просверливается отверстие, соответствующее диаметру стержня клапана. В верхней части направляющей втулки имеется маслоотражательный колпачок. Клапанная пружина обеспечивает закрытие клапана и плотное прилегание тарелки к седлу для предотвращения утечек газов. Используются клапанные пружины двух типов: пружины с переменным шагом навивки и двойные пружины.

Газораспределительный механизм

Гидрокомпенсатор зазора в приводе клапана

Открытие впуск­ного клапана

Закрытие впускного клапана

Закрытие выпускного клапана

Открытие выпускного клапана

Зубчатый шкив распределительного вала

OHC — газораспределительный механизм с верхним распределительным валом

DOHC — газораспределительный механизм с двумя верхними распределительными валами

OHV — газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов

CIH — газораспределительный механизм с распределительным валом в головке блока цилиндров

Типы и конструкция

Газораспределительный механизм обеспечивает открытие и закрытие впускных и выпуск­ных клапанов. Основными элементами газораспределительного механизма являются распределительный вал, компенсаторы зазоров в приводе клапанов, коромысла и клапаны. В зависимости от числа и расположения распределительных валов различают несколько типов газораспределительных механизмов.

Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов (OHV)

В двигателе с таким газораспределительным механизмом клапаны расположены в головке цилиндров, а распределительный вал находится в самом блоке рядом с коленчатым валом. Толкатель клапана соприкасается с кулачком распределительного вала. При повороте распределительного вала усилие от кулачка передается толкателю, а от него — штанге. Штанга воздействует на одно плечо коромысла, а другое плечо при этом нажимает на клапан. Существует несколько типов толкателей. Механический толкатель представляет собой полый цилиндр из чугуна, установленный в отверстие картера. Толкатель медленно вращается, благодаря чему равномерно изнашивается под действием кулачка распреде­лительного вала.

В настоящее время применяются газораспределительные механизмы следующих типов: с одним верхним распределительным валом (OHC), с двумя верхними распределитель­ными валами (DOHC), с распределительным валом в головке блока цилиндров (CIH).

Как работают клапана двигателя

2848 Просмотров

Для работы автомобиля используется два клапана. Первый, впускающий топливную смесь в цилиндр, – это впускной клапан; другой, который выпускает переработанный воздух из мотора, – это выпускной клапан. Важно, чтобы эти два устройства были открыты и закрыты в нужное время, неважно на каком уровне движения авто, тогда можно говорить об эффективности мотора.

ДВС состоит из распредвала и коленвала, а также поршневой системы. Распределительный вал вращается благодаря цепям, ремням или нескольким шестеренкам (в зависимости от типа ГРМ). Именно эти соединения служат для синхронной работы всего механизма клапанов.

Верхнее положение вала

В зависимости от конструкции силового агрегата, вал может быть расположен, либо вверху над блоком, либо внутри него. Рассмотрим сначала первый случай.

Благодаря верхнему положению вала другие детали взаимосвязаны с цилиндрами или толкателями.

Принцип работы следующий: то, что толкает, касается детали, которая в это время передает энергию детали, а ей удается опереться о ножку клапана, он держится при помощи пружинки, отличающейся силой, приподнятым, то есть он закрыт.

В описанной системе, распредвал, находящийся в двигателе наверху, работает благодаря приводу, имеющему зубчатые зацепы. Также видно, что кулачки и устройство толкателей, находящихся прямо над двумя затворами, связаны между собой.

Давление толкателя, оказываемое на кулачок, побуждает деталь, на которой держится клапан, ослабить пружинку. Далее, когда вал вращается, пружина делает ход и становится на свое место, тогда происходит закрытие клапана.

Именно эта конструкция позволяет работать двигателю, который оснащен верхним расположением клапанного механизма.

Двигатель, имеющий один вал распределителя

Существуют двигатели внутреннего сгорания, не имеющих толкатели, поэтому для открытия и закрытия затворов используется распределительный вал в виде одинарного типа. Называется эта конструкция – однораспредвальный двигатель. Там детали клапана помещаются в головке. Конструкция имеет мало подвижных частей, именно это способствует ее надежности, позволяя действовать даже тогда, когда скорость автомобиля на пределе. При этом материал, из которого изготавливаются запчасти – металл (специальный сплав).

Для более эффективной работы мотора между элементами должно быть свободное пространство – зазор. Если зазоры между затворной ножкой, кулачком или коромыслом отсутствуют, тогда система будет работать на износ, вызвав серьезные повреждения.

Также стоит отметить, что излишние зазоры приведут к тому, что клапан совершит открытие раньше времени, а закрытие позже. Таким образом, сила ДВС будет снижена, а под высоким давлением затворов ход будет осуществляться шумнее.

Если же зазор будет мал, то и давление станет меньше, это приведет к тому, что ход затвора станет весьма затруднительным, тем самым автомобиль будет терять мощность.

Есть такие двигатели внутреннего сгорания, которые работают автоматически, сами подстраивая затворы под нужное действие. Для этого нужно обильное количество смазочной жидкости, ведь именно под ее давлением будет работать система клапанов.

Вал вместе с толкателями внутри блока

При таком положении конструкции клапанов, то есть когда она располагается внутри системы цилиндров, толкающее устройство может оказывать воздействие на деталь, непосредственно касающуюся клапана, которая его открывает. Это считается более выгодным положением, чем предыдущее, которое было рассмотрено выше. Ведь, используя много подвижных частиц, ход автомобиля уменьшается на порядок. В результате чего, впускной клапан и выпускной клапан имеют меньшее давление, что снижает на порядок мощность двигателя внутреннего сгорания.

Сравнивая дальше, можно увидеть, что ДВС, который содержит вал вверху, а также штанги распределительного вала, которые располагаются в головке цилиндра, имеет больший ход. Когда вал вращается, то затвор может открыться или закрыться под давлением хода вала. Служит для открывания и закрывания клапанов толкающее устройство, а также коромысло вместе со штангой. Благодаря пружине клапан держится в закрытом положении.

То, сколько зубчиков на звезде, которая расположена в цепи ведущего вала, определяет мощность давления кулачка на деталь, касающуюся клапана, которое способствует открыванию затворов. При этом зубчиков на шестеренке распредвала меньше раза в два, это приводит к тому, что вал вращается с несколько меньшей скоростью, чем сам двигатель внутреннего сгорания.

ДВС с одним валом

Есть такие модели ДВС, способствующие прямому воздействию кулачков на рычаги, они обычно выполняются небольшими, и их еще называют пальцами. В таком двигателе внутреннего сгорания материал затворов тщательно продуман. В нем не так много составляющих, играющих роль в открывании и закрывании заслонок. Так в частности, ход автомобиля полностью зависит от кулачков, воздействующих сразу на короткие детали, открывающие или закрывающие клапаны.

Как видим, в такой системе мало сложностей с точки зрения техники, к тому же в такой конструкции малый вес. В ней совершенно нет штанг, которые выступают как толкатель и коромысло, которое на это провоцирует толкающее устройство, оказывая на него давление.

Материал цепи, которая способствует правильному расположению вала на звезде, влияет на то, что она часто виснет.

Стержнем решения такой проблемы будет необходимость добавить несколько небольших звезд, а также натяжения короткой цепи. Еще применяют ремешки, которые являются нерастягиваемыми, их материал – это резина. Внутри каждого такого маслоупорного ремня есть звездочки, которые способствуют вращению распределительного и коленчатого вала.

Устройство клапанного механизма

Как мы уже поняли, двигатель внутреннего сгорания способствует тому, что клапаны в цилиндры ДВС впускают горючую смесь, если это бензиновое топливо, или воздух, если это дизельное топливо, а также выпускают их наружу. Поэтому есть два клапана, каждый из которых может открыться или закрыться в свое время под давлением кулачков.

Давление, оказываемое на стержни во время касания его кулачком в двигателе, имеющем сгорание горючей смеси или воздуха, смешанного с дизелем, способствует тому, что стержень, удерживающий клапан, выполненный из качественного материала, имеет хороший ход.

То, что ход идет ровно у конструкции с клапанами, говорит о правильном материале, из которого выполнена конструкция.

Наличие необходимых зазоров в металлическом материале детали стержня, на котором держится вся конструкция, способствует быстрому открыванию и закрыванию затворов. Выходит, что благодаря качественному материалу осуществляется лучшая работа мотора.

Современные детали мотора имеют правильный материал, который способствует простоте в конструкции, стоят они мало, ремонт требуется редко, а надежность конструкции на высшем уровне. Если же случается поломка, детали следует ремонтировать, либо полностью менять. Речь идет о распределительном вале, втулках направляющих, толкателе и пружине.

Еще поговорим напоследок о том, как размещаются затворы:

  1. Распределительный вал может находиться внизу относительно штанги клапана.
  2. Наличие у стержня рычажного толкателя.
  3. Распределительный вал находится вверху, а клапаны приводятся в движение благодаря коромыслу, воздействующему на толкатель.
  4. Затвор находится в верхней части двигателя, и вал оказывает на него воздействия сразу через толкатель, то есть без коромысла.

Теперь можно подвести итоги того, как работает механизм с клапанами. Кулачок способствует передаче усилия толкателю, который в свою очередь благодаря небольшому зазору оказывает влияние на клапан, который либо открывается, либо закрывается. После того, как масло было вобрано в полость затвора, который потом впрыскивает его в цилиндр, затвор закрывается. В итоге масло при очередном такте уходит, поэтому следует снова его вобрать в себя, это уже происходит на следующем такте.

Выпускной клапан двигателя - Движок Мастер

Большое разнообразие материалов из которых изготавливают клапаны двс может поставить перед сложным выбором.

В этой статье пойдет речь о технологиях производства клапана в каких случаях использовать те или иные клапаны, их достоинства и недостатки, облегчение и проточка «тюльпана», а также поговорим о защищающих покрытиях и методах их нанесения. Эта информация предоставлена, чтобы помочь Вам сделать обоснованное решение при модернизации клапанного механизма.

1.Технологии производства клапанов

При изготовлении выпускных клапанов особое внимание уделяется методам изготовления и материалам способным длительно выдерживать высокую температуру и при этом сохранять прочность. К впускным требования не столь жесткие так как они имеют дополнительное охлаждение свежей топливовоздушной смесью.

Необходимым свойствам соответствуют многие сплавы при соблюдении определенных технологиях, но всегда приходится чем-то жертвовать к тому же вес детали получается большим. Проводится много исследований и выявление новых материалов не стоит на месте.

Множество запатентованных технологий еще не нашли своего применения на практике.

Все то множество технологий и их недостатки я описывать подробно не буду, поверхностно пройдемся по основным. Как делается тарелка клапана:

Торцевая раскатка- раскалённый стержень клапана выступает из матрицы и вращающийся под углом к оси матрицы пауссон раскатывает по кругу стержень, который постепенно подается в матрицу до придания необходимой формы. Создается направленная микроструктура метала, параллельная профилю тарелки клапана, что увеличивает прочность.

1-торец заготовки. 2-матрица. 3-паусон. 4-готовая тарелка клапана. 5-стержень.

В следующем методе заготовку подают в матрицу и похожим образом раскатывают тарелку клапана, при этом еще выдавливается ножка в отверстие что тоже дает направленную микроструктуру, подобную волокнам древесины. Существует еще несколько методов имеющих сходство с описанным.

Клапан изготавливают из стали марок: 40Х9С2, 40XH, 40Х10С2М, 20ХН4ФА, 55Х20Г9АН4, 45Х14Н-14В2М, титановых сплавов ПТ-3В, ВТ3, ВТ-14, ВТ6, с намного низкой температурной стойкостью (только впускные клапаны) ВТ18У и ВТ25У и других сплавов.

Клапаны из сплавов на основе интерметаллида TiAl имеют сравнимо низкую плотность металла, соответственно и меньший вес с большей твердостью и жаропрочностью даже в сравнении с привычными сплавами на основе титана.

Но возникают трудности при изготовлении по привычным технологиям, позволяющим добавить прочность, из-за низкой пластичности.

В таком случае изготавливают методом литья, но в этом случае, в структуре металла образуется пористость, которая удаляется только высокотемпературным газоизостатированием, очень дорогая процедура, составляющая себестоимость клапана.

Широко применяется комбинированная система, когда стержень выполняется из низколегированных сплавов с большей твердостью, а тарелка из жаропрочных. Готовые детали в последствии свариваются различными методами или напрессовываются, конструкция считается не очень надежной.

Другой вариант изготовления, стержень и торец клапана изготавливаются из одного сплава, в последствии деформационной и термо обработки создаются разные микроструктуры метала, в головке обеспечиваются высокая твердость и сопротивление ползучести в тарелке высокая термостойкость. Опять же технологии изготовления очень дорогостоящие. Не стану описывать остальные методы, имеющие по 3-4 переходных зоны по микроструктуре и технологию отжига, все они принципиально схожи с выше описанным.

Горячая штамповка в торец- раскалённый стержень просто вдавливается в матрицу в которой метал распределяется как попало с нарушением микроструктуры, самый простой и бюджетный способ, не имеющий необходимой прочности.

2. Виды клапанов

Широко распространены всего два вида тарельчатых клапанов «Тюльпан» и «Т-образный».

Стоит разобраться в недостатках и преимуществах чтобы сделать свой выбор. И так самый распространенный это тюльпан, имеет большой запас прочности обтекаемую форму, часто большой вес.

Т- образный предназначен в большей степени для тюнингованного мотора работящего преимущественно на высоких оборотах.

Имеет минимальный радиус перехода от ножки к тарелке, небольшой вес в следствии чего уменьшается нагрузка на газораспределительный механизм продлевая срок службы, сдвигает порог зависания клапана что позволяет использовать стандартные клапанные пружины, не прибегая к усиленным, отбирающих свою долю мощности, меньший износ направляющих втулок, лучшая продувка. О надежности поговорим чуть ниже.

3. Облегчение клапана типа «Тюльпан»

Из экономических соображений многие стремятся самостоятельно облегчить клапаны, покупка новых Т- образных выливается в кругленькую сумму, обычно это клапаны на основе титана, имеющие небольшой вес минимальную металлоёмкость и лучшие характеристики прочности и жаростойкости, однако в виду трудоемкого производства таких деталей себестоимость очень высока.

Выше я уже говорил, что Тюльпан изначально имеет большой запас прочности и есть возможность его облегчить ценой надежности, неоправданного риска попасть на очередную капиталку.

Мало кого этот факт останавливает и начинаются поиски тех кто уже опробовал и сделать именно также, соблюдая размеры оппонента.

В сети по этой теме можно найти много положительного опыта, реже попадаются печальный исход доработки.

А теперь давайте разберемся почему это происходит. В начале я описывал технологии производства клапанов и материалов.

Если вы читали внимательно, то уже поняли, что большое значение имеет технология производства и созданная микроструктура в металле пусть хоть в результате термообработки или метода штамповки.

Во время облегчения клапана механически удалятся часть металла в поверхностных слоях которого была заключена основная прочность всей детали. Термонагруженность тарелки возрастает вследствие чего материал клапана не способен выдерживать нагрузку и поддается деформации.

Некоторые производители наносят специальные покрытия расширяющие свойства, в конце темы опишу подробнее. Из этого можно сделать вывод, вероятность обрыва тарелки 50/50, ведь вам не известна технология и материалы и действовать вы будете по опыту других или на глазок. Добавим вероятность заводского брака и возможную детонацию, и получите такой результат.

Однако не всегда так случается и судя по опыту немногих, облегченные клапаны ходят по 100тыс и продолжают исправно работать. Если вы все же решились на облегчение, задумайтесь об охлаждении тарелки, в этом поможет замена седел клапанов на бронзовые.

Именно через седла отводится большая часть температуры. Об этом я уже писал в теме Седло клапана.

Не допускайте острых краев и тонких кромок на тарелке, эти места будут чрезвычайно перегреты повысится вероятность детонации и приведет к прогару и разрушению клапана. Совершенно нет необходимости в фасках, сделайте плавный переход и скруглите кромку тарелки.

Не забудьте притереть клапан к седлу, желательно не алмазными пастами. Рассмотрите варианты облегчения остальных подвижных частей- пружинные тарелки, коромысла или толкатели.

Предпочтение стоит отдавать конечно заводским Т- образным клапанам, не оставляя без внимания бренд, их надежность не заставит вас сомневаться. Не думайте опробовать производство из Китая даже если это титан.

4. Защищающие покрытия, методы нанесения

Распространение получили три метода нанесения покрытия на металлы плазменно-порошковая наплавка, лазерное легирование, наплавка токами высокой частоты.

Нанесенное покрытие совершенно другого металла на выпускной клапан расширяет защитные свойства детали, возможность противостоять агрессивной среде. Это позволяет выполнять клапан из более подходящих материалов по термостойкости и прочности, не прибегая к поиску золотой середины.

Таким получаем прочный и легкий клапан, не способный противостоять окислению и износу, но применение тонкого слоя специального покрытия решит эту проблему.

Выхлопные газы высокой температуры наносят большой вред клапану, возникает газовая коррозия парами воды, окисление кислородом, оксидом углерода, оксидом серы, которые образуются в результате горения. Механическое воздействие расклепывает рабочую фаску увеличивается ее размер, нарушается герметичность, что приводит к прорыву раскалённых газов в щель и большему прогару.

Далее расскажу о методах нанесения покрытия, ознакомимся с каждым из них подробнее.

Плазменно-порошковая наплавка-

наиболее универсальный метод, подается гранулированный металлический порошок вместе с газом в плазмотрон. Такой метод позволяет наносить качественное покрытие толщеной 0.5-5.

0мм, растворимость металла детали в наплавленном слое всего 5%, возможное отклонение от номинала толщены- 0.

5мм, минимальная окисляемость наплавляемого слоя за счет подаваемого в плазмотрон газа, минимальная зона термического влияния.

Лазерное легирование-

на деталь воздействует луч лазера разогревая поверхность чуть больше температуры плавления основы. Температура регулируется мощностью лазера и диаметром луча.

В результате происходит активное перемешивание легирующего металла размещенного на поверхности основы с металлом детали на глубину примерно 1-2 мм.

Такой метод позволяет наносить покрытия стеллита, вольфрамохромокобальтового сплава. Растворимость основного металла в покрытии 5-10%.

Наплавка токами высокой частоты-

На тарелку клапана устанавливается кольцо из наплавляемого металла, между клапаном и кольцом находится порошковый флюс или газовая среда (аргон, азот) под действие тока высокой частоты разогревается кольцо и подогревается тарелка клапана до температуры диффузии металлов, место нанесения покрытия охлаждается водой с другой стороны клапана, таким образом происходит намораживание наплавляемого слоя, при этом клапан вращается для обеспечения равномерности нагрева. Таким образом наносят самофлюсующиеся сплавы ЭП616, ЭП616А, ЭП616Б, ЭП616В значительно дешевле кобальтовых стеллитов и имеют достаточную твердость и стойкость к коррозии. Растворимость основного металла в слое покрытия 20-30%.

Тарелка титанового клапана с покрытием нитрид хрома (CrN)

Пример с покрытием из нитрида титана, обеспечивает высокую твердость.

Противостоит отложению нагара и окислению.

Источник:

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

Справочная и техническая информация о деталях двигателейразвернутьсвернуть

Мощность двигателя, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна количеству горючей смеси или воздуха и топлива, поступающего в его цилиндры через впускные клапаны и качества очищения цилиндра от отработанных газов через выпускные клапаны. Для улучшения наполнения двигателя диаметр впускного клапана выполняется обычно большим, чем выпускного. Так как при выпуске скорость потока отработанной смеси выше, чем свежей впускной, за счет выталкивания отработанных газов поршнем на такте выпуска. При много клапанной системе, например у двигателя AUDI ADR, диаметр выпускной тарелки клапана больше чем у впускных, но устанавливается 3 впускных клапана и 2 выпускных, таким образом, общая площадь впускных клапанов все равно больше. Уменьшение диаметра выпускных клапанов позволяет снизить их температуру и уменьшить величину движущихся масс, приходящихся на один клапан.

Таким образом, величина впускного отверстия определяется диаметром впускного клапана. Диаметр впускного клапана ограничивается возможностями размещения его в головке блока, а высота подъема клапана – силами инерции клапанного механизма, которые не должны быть излишне большими во избежание установки слишком сильных клапанных пружин и вызванного этим слишком большого износа кулачков.

Основными элементами клапана являются головка (тарелка) и стержень (шток). С целью уменьшения гидравлических потерь на впуске и выпуске переход от головки клапана к стержню делается, возможно, более плавным.

Клапаны, особенно выпускные, работают высокой тепловой напряженности, температура тарелки впускного клапана достигает при полной нагрузке двигателя 350-500ºС, а выпускного 700-900ºС. Столь высокая тепловая напряженность выпускных клапанов обусловливается главным образом их очень сильным нагревом во время процесса выпуска.

Клапаны подвергаются так же коррозирующему действию газов. Материал клапанов вследствие этого должен обладать стойкостью против коррозии и хорошо сопротивляться износу, поскольку условия смазки клапана не удовлетворительны.

Для повышения износостойкости и продления срока службы клапаны проходят дополнительную обработку, путем наваривания специального сплава (стеллита) на рабочую фаску клапана. Для улучшения антифрикционных свойств и повышения износостойкости стержня клапана его часто азотируют или хромируют.

Выпускные клапаны форсированных двигателей иногда выполняют полыми. Заполняющее на 50-60% полость клапана легкоплавкое вещество (натрий или специальные соли) во время работы двигателя плавится и энергично взбалтывается, что обеспечивает лучший отвод тепла от головки к стержню клапана и тем самым устраняет его перегрев.

Таким образом можно понизить температуру тарелки клапана на 80 –150 °C. Для уменьшения массы, в современном моторостроении находят применение полые, незаполненные впускные клапаны. Полые выпускные клапаны применяются преимущественно с целью понижения температуры в особо опасной области галтели (закруглённого перехода).

Впускные и выпускные клапаны разделяются на :

    • Цельнометаллический (монометаллический) клапан. Эти клапаны производятся только из одного материала. При этом выбирается такой материал, который подходит к предъявляемым требованиям, это высокая теплостойкость и антифрикционные свойства.
    • Биметаллический клапан. Биметаллические клапаны это соединение двух металлов: материала тарелки клапана с высокой теплостойкостью и материала штока клапана, который закалён со стороны конца стержня клапана, и при этом обладающего высокими антифрикционными свойствами для скольжения внутри направляющей втулки клапана. Соединение этих двух материалов выполняется при помощи сварки трением.
Клапан с наполнителем Биметаллический клапан

Источник:

Впускные и выпускные клапаны автомобиля, конструкция и материалы

Впускные и выпускные клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски.

Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием пружины.

Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики.

После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки.

Всесторонние испытания показали, что между различными геометрическими параметрами клапанов существуют оптимальные соотношения. В двигателях с цилиндрами внутренним диаметром от 3 до 8 дюймов (от 80 до 200 мм) для впускного клапана оптимальным будет диаметр головки, составляющий приблизительно 45% внутреннего диаметра цилиндра.

Оптимальный диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 38% внутреннего диаметра цилиндра. Впускной клапан должен быть больше по размеру, чем выпускной, чтобы пропускать ту же массу газа. Больший по размеру впускной клапан управляет низкоскоростным потоком разреженного газа. В то же время выпускной клапан управляет высокоскоростным потоком сжатого газа.

С таким потоком в состоянии справиться клапан меньшего размера. Вследствие этого диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 85% диаметра головки впускного клапана. Для нормального функционирования диаметр головки клапана должен составлять приблизительно 115% диаметра клапанного окна. Клапан должен быть достаточно большим, чтобы перекрывать окно.

Высота подъема клапана над седлом составляет примерно 25% диаметра головки.

Конструкции клапанов автомобиля

Головки клапанов авто (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими так и эластичными.  Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью.

Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла.

Поэтому эластичный клапан надежно запечатывает окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан адаптируется к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая шляпка.

Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.

Попадание холодного воздуха на горячие выпускные клапаны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам.

Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер вдувает холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость.

Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.

 Материалы из которых изготавливаются клапаны

Сплавы, материалы из которых изготавливаются выпускные клапаны автомобиля, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке.

Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить.

Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высокой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью.

В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня впускного клапана автомобиля направляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом.

В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.

 Клапаны с полым стержнем и деформацией седла

В некоторых типах особо мощных двигателей используются выпускные клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием. Натрий при нагреве клапана до рабочей температуры расплавляется, превращаясь в жидкость.

Этот расплав плещется в канале стержня и отводит тепло от головки клапана в стержень. Далее тепло передается через направляющую втулку клапана и поглощается системой охлаждения.

Монолитная конструкция впускного и выпускного клапана при правильном выборе материалов обеспечивает, как правило, хорошие эксплуатационные характеристики автомобильных двигателей.

Клапан прижимается к седлу рабочей фаской, герметично закрывая камеру сгорания. Седло обычно формируется как элемент конструкции в отливке чугунной головки блока цилиндров — такое седло называется встроенным седлом.

Седла обычно подвергаются индукционной закалке, чтобы можно было использовать неэтилированный бензин. Это обеспечивает замедление износа седел в процессе эксплуатации двигателя. В процессе износа седла клапан все глубже садится в него — утапливается.

В тех случаях, когда коррозионная стойкость и износостойкость должны быть особенно высокими, всегда используются вставные седла. В алюминиевых головках седла и направляющие втулки клапанов — только вставные.

Необходимо отметить, что в алюминиевых головках рабочая температура седел выпускных клапанов на 180°Ф (100°С) ниже, чем в чугунных. Вставные седла используются в качестве спасительной меры при восстановлении сильно поврежденных встроенных седел клапанов.

Деформация седла является основной причиной преждевременного выхода из строя клапанов. Деформация седла клапана может быть обратимой — как результат воздействия высокой температуры и давления, или необратимой — как результат действия внутренних механических напряжений. Механическое напряжение — это сила, действующая на тело, которая стремится изменить его форму.

Источник:

Клапан впускной и клапан выпускной двигателя СМД

Впускные клапаны двигателей СМД-14 (деталь № СМД14-0604, рис. 61,а) и двигателей СМД-7 (деталь № СМД 1-0604, рис. 61,б) изготавливают из стали 40ХН; твердость тарелки клапана и стержня НВ 269?311.

Торец клапана подвергают закалке и отпуску до твердости не менее НRС 40 на глубину не более 4 мм с постепенным снижением твердости закаленного слоя до твердости остальной части стержня.

Выпускные клапаны двигателей СМД-14 (деталь № СМД14-0607, рис. 62,а) и двигателей СМД-7 (деталь № СМД7-0607, рис. 62,б) работают в условиях высоких температур и корродирующего действия горячих газов, поэтому их изготовляют сварными: тарелку — из жаро­стойкой стали Х9С2, а стержень — из стали 40ХН.

Твердость термически обработанного клапана НВ 269—311.

Дефекты, при которых клапаны подлежат восстанов­лению:

1. износ рабочей фаски. Высота цилиндрической кромки должна быть не менее 0,5 мм;

2. износ торца стержня до длины не менее 156,5 мм;

3. износ поверхности стержня до диаметра не менее 10,69 мм у впускного и 10,64 у выпускного;

4. изгиб стержня не более 0,05 мм на длице 100 мм;

5. износ поверхности выточки под сухарики.

Клапаны двигателей СМД выбраковывают при:

1) диаметре стержня клапана менее 10,69 мм у впу­скного и 10,64 мм у выпускного клапанов;

2) высоте цилиндрического пояска тарелки менее 0,5 мм;

3) подгорании тарелок клапанов;

4) изгибе стержня более 0,05 мм;

5) наличии усталостных трещин.

Восстановление рабочей фаски клапана

Восстановление рабочей фаски клапана производят шлифованием поверхности фаски до выведения следов износа на станке ОПР-723 (СШК-3) шлифовальным кругом ПВ 100?25?20, ЭБ-25-40 С1-С2К.

Коническая поверхность фаски должна быть чистой, без задиров, черновин, рисок и граненности.

Биение фаски относи­тельно образующей стержня не должно превышать 0,05 мм, что проверяется на специальном приспособлении при помощи индикатора часового типа пределом измерения 0—10 мм.

Восстановление торца стержня клапана

Восстановление торца стержня клапана производят шлифованием поверхности торца до выведения следов износа на станке ОПР-723 (СШК-3). Шлифование ведут с обильным охлаждением содовым раствором, чтобы не допустить отпуска закаленной части торца стержня. После шлифования на торце снимают фаску 1 ±0,5?45°.

Чистота поверхности торца стержня должна соответст­вовать 8-ну классу. Наличие рисок и следов износа не допускается. Плоскость торца стержня клапана должна быть перпендикулярна к образующей стержня. Допуска­ется односторонний просвет на торце до 0,05 мм по ле­кальному плоскому угольнику 160 ? 160 мм.

Биение торца стержня относительно цилиндрической поверхности стержня допускается не более 0,05 мм на крайних точках.

Восстановление поверхности стержня клапана

Восстановление поверхности стержня клапанапроиз­водят шлифованием поверхности стержня на бесцентрово-шлифовальном станке 3184 до ремонтного размера при наличии направляющей втулки клапана ремонтного размера.

Для стержня впускного клапана ремонтный размер диаметра составляет 10,8-0,030 -0,055мм, для выпускного 10,8-0,060 -0,085 мм.

Если направляющих втулок ремонтного размера нет, поверхность стержня клапана восстанавливают хромированием или железнением.

Хромировать поверхность стержня клапана целесооб­разно до диаметра 11,1 мм в ванне с электролитом следующего состава:

Электролитическое осталивание рекомендуется про­изводить до диаметра 11,15 мм в ванне с электролитом следующего состава:

Примечание. При осталивании плот­ность тока увеличивают до номинальной в тече­нии 10 минут. Поверхность деталей должна быть гладкой, серовато-матового оттенка с ясно вы­раженной сеткой трещин, без вздутий и призна­ков отслоений.

После электролитического наращивания поверхности стержня поверхность шлифуют до нормального размера (см. рис. 61, 62). Отклонение поверхности стержня от прямолинейности после шлифования должно быть не бо­лее 0,015 мм на длине 100 мм.

Восстановление прямолинейности стержня

Восстановление прямолинейности стержня в случае его изгиба рихтовкой не дает положительных результа­тов. Небольшой изгиб стержня устраняют шлифованием под ремонтный размер или под электролитическое нара­щивание. Если изгиб стержня клапана устранить ука­занным методом невозможно, клапан выбраковывают.

Восстановление выточек под сухарики

Восстановление выточек под сухарики производят зачисткой и полировкой изношенной поверхности.

В клапанах двигателя СМД-14 необходимо, чтобы кромки выточки были острыми. Поверхность выточки должна быть чистой, гладкой, без повреждений.

Источник:

Клапаны и их приводы в судовых двигателях

Во всех двигателях впускные и выпускные клапаны открываются внутрь цилиндра. Давлением тарелки клапанов прижимаются к седлам, в результате плотность посадки их повышается

Читайте также:  Что такое инжектор: особенности и отличия от карбюратора

Клапаны (рис 81, а) состоят из штока 3 и тарелки 10, выполняемых обычно заодно на тарелке снята коническая рабочая фаска 1 под углом а, равным 90—120° Благодаря фаске 1 тарелка 10 плотно сидит в седле, проточенном в крышке 2 цилиндра Рекомендуется принимать угол а фаски 1 на 1—2о бопьше угла посадочной поверхности седла. Фаску и седло взаимно притирают с помощью приспособления, для которого предусмотрены углубления а или шлиц.

Шток 3 клапана движется в чугунной, бронзовой или стальной сменной втулке 4, смазываемой маслом, подводимым от узлов привода открытия клапана или вручную. Втулка 4 вставлена в крышку 2.

Клапан прижат к седлу пружиной 5, упирающейся нижним концом в крышку 2, а верхним — в тарелку 6, закрепленную в верхней части штока 3 клапана.

Когда клапан закрыт, пружина удерживает его в седле, несмотря на разрежение в цилиндре при всасывании (выпускной клапан) В момент окончания подъема клапана пружина препятствует его дальнейшему движению под действием сил инерции. Отрыв толкателя от кулачковой шайбы исключен.

Клапанные пружины изготавливают из высокоуглеродистых марганцовистых, кремнемарганцовистых и хромоникелеванадиевых сталей 60Г, 65Г, 50ХФА и др.

Тарелка 6 закреплена, как правило, двумя коническими полукольцами («сухарями») 8 и 9. Их надевают на шейку клапана при опушенной тарелке 6 Снаружи у полуколец предусмотрена коническая поверхность, а у тарелки 6 — коническая расточка. Поэтому после того, как полукольца 8 и 9 будут надеты, тарелка 6 под действием пружины 5 упрется в полукольцо, прижав их к шейке штока.

Клапаны открывает рычаг привода, действующий на торец штока. Чтобы торец не изнашивался, в него вставляют или на него надевают закаленный наконечник 7, а иногда наплавляют на него износостойкий слой металла или закаливают торцовую поверхность, причем иногда предварительно приваривают стальную пластину.

Седла клапанов могут быть вставными (рис. 81,б). Седло 11, изготовленное из специального чугуна, стали или бронзы, вставляют в крышку и фиксируют.

В клапане на рис. 81,6 предусмотрены внешняя 15 и внутренняя 14 пружины с разным направлением витков.

При двух пружинах легче обеспечить необходимые усилия пружин на закрытый и открытый клапан при данной высоте его подъема Кроме того, при поломке одной из пружин другая удерживает клапан в седле Работа клапана с нормальной частотой вращения при одной сломанной пружине невозможна, но по крайней мере исключена опасность выпадания его в цилиндр.

Рис. 81 Типы каланов рабочих цилиндров

Клапан на рис. 81, а типичен для штангового привода, когда его открывает рычаг. Есть двигатели, у которых кулачковые шайбы распределительных валов действуют непосредственно на клапаны. У таких двигателей в конструкции клапана (рис.

81,6) предусмотрена упорная тарелка 17 большого диаметра, на которую сверху действует кулачковая шайба. Тарелка 17 ввернута во внутрь штока 12 клапана. Под упорной тарелкой 17 помещена замковая тарелка 16. На тарелке 17 снизу, а тарелке 16 сверху выполнены радиальные шлицы.

Кроме того, тарелка 16 надета на осевые шлицы штока 12 клапана. Пружины 14 и 15 прижимают замковую тарелку 16 к упорной тарелке 17, предотвращая ее проворачивание, т. е. вывертывание из штока 12.

В клапане предусмотрены направляющая втулка 13 и вставное седло 11, которое в данном случае применено потому, что головка цилиндра изготовлена из алюминиевого сплава.

У крупных двигателей и у двигателей с высокими тепловыми напряжениями в конструкции клапанов предусмотрен корпус. Иногда корпус предусматривают лишь у выпускных клапанов, как, например, в двигателях НФД48-2АУ (рис. 81, в).

Шток клапана 24, снабженный защитным отражателем газа 23, пружины 18, тарелку 19, седло 22 собирают в один узел с корпусом 25.

Затем клапан в сборе вставляют в гнездо крышки 21 цилиндра и корпус крепят в крышке. Корпус выпускного клапана делают охлаждаемым.

При данной конструкции клапана вода поступает внутрь корпуса 25 из крышки 21 через регулировочный кран 26, а через фланец 20 — в сборную магистраль.

Впускные и выпускные клапаны выполняют обычно одинаковыми по конструкции и размерам. Иногда диаметр тарелки впускного клапана делают больше, чем у выпускного, чтобы уменьшить сопротивление впуску свежего заряда воздуха. Клапаны чаше всего изготовляют из разного материала.

Впускные клапаны должны быть изготовлены. из стали 20ХН4ФА, 4Х9С2, 4Х10С2М, а выпускные — из стали 4Х10С2М, 4Х14НВ2М или других, обеспечивающих стойкость клапнов. Допускаются сварные клапаны тарелка из жаропрочной стали, а стержень из конструкционной.

Фаску тарелок рекомендуется наплавлять коррозионно- жаро- и износостойкими сплавами или материалами. Наружную поверхность стержней хромируют, азотируют, закаливают ТВЧ или упрочняют накаткой.

При работе дизеля на тяжелых топливах повышать коррозионную стойкость клапана становится необходимо.

Чтобы различить впускной и выпускной клапаны, если у них одинаквые диаметры, но изготовлены из разных материалов, на нижнем торце тарелки выбивают клейма: «Вп», «Вс» для впускного и «Вх», «Вых» для выпускного. На двигателях, изготовленных в ГДР, клейма бывают соответственно «Е» (einlas — впуск) и «А» (auslas — выпуск).    

Типы клапанных приводов. Как было описано выше, клапаны открывает либо особый механизм, называемый клапанным приводом, либо кулачкой вая шайба распределительного вала непосредственно воздействуя на клапан.    

У большинства судовых двигателей клапаны открываются с помощью привода от распределительного вала, расположенного на уровне верхней части картерного пространства (нижнее расположение). Чаще всего распредели тельный вал 20 (см. рис.

216) расположен внутри картерного пространства вследствие чего обеспечивается хоршее смазывание кулачковых шайб масляной пылью, но усложнен доступ ним. У некоторых типов двигателей распределительный вал 16 (см рис. 217) помещен в специальной городке блок-картера или блока цилиндров.

В этом случае облегчен доступ к кулачковым шайбам для осмотра и регулировки, но необходима система подвода масла к узлам привода.

Способ открытия клапанов кулачковыми шайбами (верхнее надклапанное расположение распределительного вала) принят в быстроходных двигателях При этом предусматривают два распределительных вала 14 и 15 (см.

рис 221), укладываемых над впускными (вал 14) и выпускными (вал 15) клапанами Хотя наличие двух распределительных валов, усложнение связи распределительных и коленчатых валов, загромождение головки двигателя являются недостатками данного способа открытия клапанов, но это лучше, чем детали клапанного привода, на которые действуют силы инерции и которые у быстроходных двигателей были бы значительными. Кроме того, при рассматриваемом размещении валов легко обеспечить открытие впускных и выпускных клапанов тогда, когда их по два (тех и других) на каждый цилиндр. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция клапанного привода.

Привод с неразрезными рычагами. Клапаны 1 (рис 82, а) открывают рычаги 13 и 16, сидящие на оси 14, закрепленной в стойке 12 крышки цилиндра.

На других концах этих рычагов предусмотрены регулировочные винты 3, упирающиеся в головки штанг 4, Нижний конец каждой из штанг упирается в толкатель 10, на ролик 9 которого может воздействовать кулачковая шайба 8 распределительного вала.

Когда выступ кулачковой шайбы набежит на ролик толкателя, штанга поднимется и рычаг 13 или 16 откроет клапан. Закрываются клапаны под действием своих пружин.

Клапанные рычаги изготовляют из стали. Чтобы уменьшить расстояние между кулачковыми шайбами, в двигателях Л275 рычаги насажены не под прямым углом по отношению оси 14 Для уменьшения изнашивания торцовой поверхности штока клапана и конца рычага предусмотрен ролик 2.

Однако такая конструкция себя не оправдала, на двигателях 6Л275ШПН завод изготовитель ролики уже не ставит Подшипниками рычагов служат бронзовые втулки 5, смазываемые под давлением маслом подводимым в канал а через штуцер, ввернутый с торца оси 14.

По каналам б клапанных рычагов масло проходит также для смазывания сферической опоры верхней головки штанги 4, а через просверленные отверстия в этой головке, внутренней полости штанги и в нижней ее головке подпятника 6 толкателя и затем далее ролика 9 и самого толкателя 10.

Охватывающая все узлы привода масляная система потребовалась потому, что в этом двигателе толкатели помещены в выгородке блок-картера, изолированной от картерного пространства (см. рис 217)

Чтобы толкатель 10 не поворачивался относительно своей оси, в рассматриваемой его конструкции предусмотрена скользящая шпонка 11, для которой в корпусе 5 выполнена вертикальная канавка. Окна в и ролик 7 толкателя предназначены для подъема последнего при реверсировании двигателя.

После пуска двигателя клапаны вследствие их нагревания удлиняются. Если в клапанном приводе не будет зазора, то при удлинении клапан не будет садиться в седло и его герметичность нарушится.

Следовательно, нарушится нормальное течение процессов сжатия и расширения, а в результате прорыва газов при горении клапан будет быстро обгорать и выйдет из строя. Поэтому при сборке привода и периодических проверках двигателя тепловой зазор в приводе регулируют болтами 3.

Размер этого зазора для холодного двигателя указан в руководстве по его эксплуатации и колеблется в пределах 0,2—2 мм для впускных и 0,3—2,5 мм для выпускных клапанов. Измеряют зазор щупом и обычно над торцом клапана.

При работающем, прогретом двигателе тепловой зазор уменьшается, но он обязательно должен быть. Во время работы двигателя его следует периодически проверять. Для этого достаточно повернуть штангу 4: при наличии зазора в момент, когда клапан закрыт, она легко поворачивается.

Привод с разрезным рычагом. Конструкция приводов с кулачковыми шайбами на распределительном валу значительно упрощается при наличии разрезных рычагов. В данном случае плечо рычага, примыкающее к клапану, и плечо, примыкающее к штанге, изготовляют каждое отдельно и жестко насаживают на общий валик.

На рис. 82, 6 изображен привод, клапанный рычаг 27 которого выполнен неразрезным, а рычаги 24 и 26 представляют собой два плеча разрезного рычага открытия впускного клапана. Рычаги 24 и 26 насажены на валик 29 на шпонках и закреплены на нем стяжными винтами.

Валик 29 лежит в роликовых подшипниках стойки 30, закрепленной на крышке цилиндра. Рычаг 24 с помощью головки, нижняя поверхность которой подвергалась цементации и закалке, может воздействовать на шток клапана 25.

На конце рычага 26 предусмотрен регулировочной винт 23, сферический торец которого опирается в верхнюю головку штанги 22. Когда кулачковая шайба

17 набежит на ролик 18 толкателя 19, штанга 22, поднимаясь, повернет по часовой стрелке рычаг 26 вместе с валиком 29 и рычагом 24, открывающим клапан.

Валик 29 является одновременно осью качания неразрезного рычага, имеющего также роликовый подшипник. Подшипники валика 29 и рычага 27 смазываются через каналы в валике консистентным смазочным материалом от колпачковой масленки 28.

Толкатели 19 направляет втулка 21, закрепленная на полке блок-картера. В каждый из толкателей вставлен упор 20 со сферическим торцом, в который упирается нижняя головка штанги 22. Ролик 18 толкателя фиксируют в вырезах г нижней части втулки 21, благодаря чему предотвращается поворот толкателя относительно его оси.

Рис. 82. Клапанный привод двигателей:

а — типа Л275; 6 — типа НФД48

Головки штанг в данном случае смазывают вручную. Смазывание ролика 18 и толкателя 19 происходит за счет оседания частичек масла из воздуха картерного пространства.

Ручное смазывание узлов клапанного привода — недостаток двигателя, особенно автоматизированного, эксплуатирующегося без постоянной вахты в машинном отделении или с сокращенным ее составом.

Поэтому в двигателях, построенных за последние годы, предусмотрено централизованное смазывание клапанного привода. В этом случае во избежание потерь масла крышки цилиндров закрыты колпаками (см., например, рис. 217).

В необходимых случаях оборудуют и штанги закрытиями в виде кожухов (двигатели 6ЧРН36/45).

В двигателях с большой частотой вращения часто применяют толкатели, условно называемые плоскими. У них нет роликов, и кулачковая шайба 1 (рис. 83, а) воздействует на плоскую поверхность головки 2 толкателя 3.

Иногда у плоских толкателей предусматривают форму стакана 4 (рис. 83, 6), в углубление дна которого упирается сферическая головка штангой 5. Чтобы уменьшить изнашивание торцовой поверхности толкателя, ось его часто смещают относительно середины кулачковой шайбы (см. рис. 83,а). В этом случае при каждом набегании шайбы толкатель будет повертываться.

Приводы открытия группы клапанов

У некоторых типов двигателей штанговые приводы применяют для одновременного открытия группы (от двух до четырех) клапанов одинакового назначения.

Так, у двигателя Д50, в котором по два впускных и выпускных клапана на цилиндр, в приводе предусмотрены трехплечные рычаги: плечо для штанги расположено с одной стороны оси качания, два плеча для клапанов — с другой.

Рычаги расположены один над другим, в связи с чем у выпускных клапанов более длинные стержни, чем у впускных.

Рис. 83. Типы плоских толкателей

Интересна конструкция клапанного привода двигателя 10Д40 (рис. 84). У этого двухтактного дизеля в крышке цилиндра установлено четыре выпускных клапана, а продувочный воздух поступает через окна во втулке цилиндра. Поскольку у всех клапанов одинаковое назначение, они должны открываться одновременно.

Для этой цели служит трехплечий рычаг: его плечо 10 примыкает к штанге 11 привода, а плечи рычагов 1 и 4 через траверсы 2 и 3 открывают клапаны 5. Каждая траверса предназначена для открытия двух клапанов. Хвостовик 8 траверсы движется в направляющей втулке 6, возвратное движение траверсы осуществляется под действием пружины 7.

Для регулировки сопряжений плеч рычагов 1 и 4 с траверсами 2 и 3 служат болты 9.

Траверсы открывают клапаны с помощью гидротолкателей (см. узел 1). Втулка 13 гидротолкателя запрессована в траверсу. Внутри втулки 13 находится толкатель 14, упирающийся в торец клапана 5. Пространство над толкателем заполнено маслом, поступающим через шариковый клапан 12 по каналу а масляной системы дизеля.

Привод работает следующим образом. Пока штанга 11 неподвижна, тол -катели 14 под давлением масла упираются в штоки клапанов 5, а траверсы 2 и 3 — в упорный болт 9 клапанного рычага.

Зазора в клапанном приводе нет, но это не препятствует тепловому удлинению, штока клапана при работе, ибо толкатель 14 опустится под давлением масла до упора в торец клапана. При подъеме штанги 11 клапанный рычаг повернется против часовой стрелки и его плечи 1, 4 надавят на траверсы 2, 3.

При движении траверс вниз шариковый клапан 12 перекроет выход масла из втулки 13 и траверса через слой масла откроет толкателями 14 клапаны.

Гидротолкатели обеспечивают открытие и закрытие клапанов точно в моменты набегания кулачковой шайбы на ролик толкателя и сбегания ее с ролика, а также уменьшают уровень шума при работе клапанного привода.

Рис 84. Групповой клапанный привей двигателя 10Д40

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Источник:

клапан выпускной двигателя внутреннего сгорания, способ его изготовления и жаропрочный сплав для него

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в поршневых авиационных и автомобильных ДВС. Клапан выпускной ДВС содержит шток с наконечником, головку зонтичной формы с ребрами жесткости, которых не более восьми, каждое ребро имеет скос к горизонтальной поверхности не более 20°.

Клапан изготовлен отливкой в вакууме по выплавляемым моделям в нагретые керамические формы с дальнейшей термообработкой в среде защитного газа при температуре 1200°С+20°С в течение не менее 4,5 часов, после чего осуществляют механическую обработку с последующим нанесением покрытия.

Приведен состав сплава, используемого для изготовления клапана.

Выпускной клапан такой конструкции, изготовленный данным способом и из предлагаемого сплава, высокотехнологичен, имеет незначительную трудоемкость, надежен в работе, обладает большой стойкостью к износу, имеет длительный срок службы и оптимальную массу. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в поршневых авиационных двигателях внутреннего сгорания.

Известен клапан впускной двигателя внутреннего сгорания, имеющий шток, головку грибковой формы и участок перехода между ними с ребрами жесткости (патент Японии № 61-229908 МПК F01L 3/20, F02B 31/00). В этом прототипе клапаны впуска ребра жесткости развивают поверхность для испарения топливовоздушной смеси, уменьшая ее адгезию на головку клапана в процессе работы двигателя.

Для клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ребра жесткости устраняют коробление его рабочей фаски, играют дополнительную теплоотводящую роль от нее и интенсифицируют принудительное вращение действия клапанных пружин, дополнительной реакцией выхлопных газов, способствуя более плотной посадке клапана в его седло и стиранию нагара с рабочей фаски, повышая надежность и срок службы клапана без прогара при оптимальной его массе.

Данная техническая задача решается с помощью клапана выпускного ДВС, имеющего шток с наконечником, головку зонтичной формы с ребрами жесткости в ее донной части, равномерно на ней расположенными до 8 ребер по окружности с подъемом гребня каждого ребра не более 20° по направлению к горизонтали.

На фиг.1 изображен клапан выпускной, на фиг.2 — его разрез А-А, на фиг.3 — схема литья выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания в вакууме в нагретые керамические формы.

Клапан выпускной состоит из штока 1, головки 2 зонтичной формы с ребрами жесткости 3 в ее донной части со стороны штока.

Для сохранения оптимальной массы клапана количество ребер жесткости достаточно не более 8 с подъемом (скосом) каждого до 20° к горизонтали.

Под ролик толкателя клапана на конце штока, противоположном головке, расположен наконечник 4, выполненный из металла большей твердости, чем шток, для лучшей износостойкости этого торца штока.

Головка 2 зонтичной формы имеет рабочую фаску 5, поверхность которой притирается к седлу клапана при сборке для обеспечения герметичности и мощности двигателя в работе.

Клапан выпускной ДВС — высокотеплонапряженная деталь двигателя, и именно приведенная конструкция, отличаясь простотой, стабильно обеспечивает не меньшую рабочую тепловую нагрузку, чем в клапане с внутренней теплоотводной полостью, заполняемой натрием для сбалансированности передачи тепла от грибка к штоку (стр.402-403 П.И.

Орлов «Конструкция авиационных двигателей», Оборонгиз, 1940, т.2).

Ребра жесткости увеличивают теплоотвод из зоны рабочей фаски 5 на шток 1 в процессе работы двигателя, что очень важно, и, кроме того, под воздействием турбулентного потока газов от сгорания топливовоздушной смеси приводят в более интенсивное вращение клапан, положительно дополняя воздействие клапанных пружин на его вращение, чем содействует более плотной и герметичной посадке в свое седло, стирая с рабочей фаски налипающие частицы нагара и исключая тем возникновение прогаров фаски, обеспечивая надежную герметичность посадки клапана в седло при работе двигателя на самых теплонапряженных режимах.

Известен способ изготовления клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания, получаемого отливкой по выплавляемым моделям в нагретые керамические формы (патент Великобритании № 2110299, МПК F01L 3/02 — прототип).

Недостатком данного способа является необходимость в стабилизирующей термообработке для сохранения высоких прочностных характеристик материала.

Технологической задачей данной разработки является упрощение технологии изготовления клапана с повышением его технологичности, снижение трудоемкости и сохранение необходимой точности размеров с высоким качеством прочностных характеристик материала для надежной работы столь ответственной и высоконагруженной детали двигателя.

Способ изготовления клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания, включающий отливку клапана по выплавляемым моделям в нагретые керамические формы без механической обработки оребренной части головки и с припуском до 1-2 мм на остальных поверхностях.

После отливки осуществляется стабилизирующая термообработка в среде защитного газа при температуре 1200+20°С в течение не менее 4,5 часов с последующей механической обработкой и нанесением нитридтитанового покрытия, что обеспечивает получение плотной, гомогенно-равноосной и стабильной структуры металла клапана с плотностью 8,9

г/см3 с высоким уровнем прочностных характеристик и точности размеров при рабочих температурах. На фиг.3 изображена схема литья клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания в вакууме в нагретые керамические формы. Равноосная плотная макроструктура литого выпускного клапана обеспечивает высокие характеристики его механических свойств, приведенные в таблице 1.

После термообработки и предварительной чистовой проточки фаски и штока к торцу стержня клапана приваривается наконечник из высокохромистой стали, затем торец стержня подрезается, шлифуется и подвергается поверхностной закалке и отпуску на высокую твердость HRC50.

Затем следуют операции шлифовки, полирования и суперфиниширования штока и головки клапана до окончательных размеров и покрытие нитридом титана.

После покрытия нитридом титана шток повторно суперфинишируют, а рабочую фаску каждого клапана притирают к своему седлу в цилиндре при сборке.

Известен литейный жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, титан, алюминий, кобальт, ниобий, вольфрам, молибден, железо, лантан, гафний, бор, церий и иттрий, дополнительно содержит тантал и рений при следующем соотношении 16 легирующих элементов, мас.%:

(пат. № 2081930, С22С 19/05 — аналог)

К недостатку этого многокомпонентного сплава относится малая стойкость к истиранию и износу при температурах более 900°С, несмотря на обилие легирующих элементов.

Наиболее близким аналогом является (патент США № 3497349, МПК С22С 19/05) жаропрочный сплав для клапана выпускного ДВС (на основе никеля), содержащий никель, углерод, хром, молибден, железо, вольфрам, бор, ниобий, кремний, марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:

К недостатку вышеуказанного сплава относится наличие ниобия, примесей кремния и марганца, что не гарантирует от образования окислов даже в вакууме, не способствует образованию упрочняющей интерметаллидной фазы, не позволяет получить сплав с плотной мелкозернистой структурой.

Технической задачей данного изобретения является повышение стойкости сплава к износу рабочей фаски выпускного клапана ДВС при температурах более 900°С и получение сплава с плотной мелкозернистой структурой.

Для решения поставленной задачи используется жаропрочный сплав интерметаллидного упрочнения, без аллотропических превращений в плотной равноосной структуре, стабилизированной после литья в вакууме термообработкой до 1200°С+20°С, сравнительно простого химического состава, содержащий никель, углерод, хром, молибден железо, вольфрам, бор. Данный сплав содержит дополнительно алюминий, титан, цирконий и церий, что влияет на процесс кристаллизации и на образование упрочняющей интерметаллидной фазы при стабилизирующей термообработке и следующем соотношении всех составляющих в сплаве, мас.%:

Таким образом, выпускной клапан ДВС такой конструкции, изготовленный из данного сплава и таким способом, высокотехнологичен, имеет небольшую трудоемкость, надежен в работе, позволяет получить плотную мелкозернистую структуру, обладает большой стойкостью к износу, имеет длительный срок службы, оптимальную массу. Взаимозаменяемость литых и кованых клапанов при эксплуатации и ремонте двигателей сохраняется.

Формула изобретения

1. Клапан выпускной двигателя внутреннего сгорания, содержащий шток с наконечником, головку зонтичной формы с ребрами жесткости в ее донной части, отличающийся тем, что ребер жесткости не более 8, причем каждое ребро имеет скос к горизонтальной поверхности не более 20°.

2. Способ изготовления клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания, включающий отливку клапана по выплавляемым моделям в нагретые керамические формы, отличающийся тем, что после отливки осуществляют стабилизирующую термообработку в среде защитного газа при температуре 1200°С+20°С в течение не менее 4,5 ч, механическую обработку и нанесение покрытия.

3. Жаропрочный сплав для клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания, содержащий никель, углерод, хром, молибден, железо, вольфрам, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, титан, цирконий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Источник:

Впускные и выпускные клапаны: размер имеет значение — DRIVE2

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.


Смотрите также