Menu

Впускной и выпускной клапан как определить: как определить на двигателе впускной выпускной клапан на new holland b115b?

Содержание

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

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

РАСПОЛОЖЕНИЕ КЛАПАНОВ

Два клапана в каждом цилиндре могут быть расположены в один или в два ряда вдоль оси блока цилиндров.

При расположении в один ряд чередование впускных и выпускных клапанов может быть различным. Попарное расположение одноименных клапанов дает возможность уменьшить число каналов в блоке цилиндров и упростить форму трубопроводов, но при этом увеличивается неравномерность износа цилиндров по окружности. Поэтому в настоящее время применяют смешанное чередование клапанов, при котором рядом располагаются как одноименные, так и разноименные клапаны соседних цилиндров. Соседние каналы впускных клапанов объединяют, а соседние каналы выпускных делают отдельными для лучшего охлаждения клапанов.

В карбюраторных двигателях оба трубопровода обычно размещают с одной стороны головки цилиндров, что обеспечивает подогрев впускного трубопровода и более интенсивное испарение топлива, направляющегося из карбюратора в цилиндры двигателя. В дизелях впускные и выпускные трубопроводы часто располагают по обе стороны головки цилиндров. При этом уменьшается подогрев воздуха, направляющегося в цилиндры, и повышается коэффициент наполнения.

На схеме показан непосредственный привод клапанов от распределительного вала, расположенного над ними, а на схеме приведено нижнее (в блоке цилиндров) расположение распределительного вала с приводом клапанов через толкатели, штанги и коромысла.

При расположении клапанов в два ряда впускные и выпускные клапаны размещают в разных рядах, а впускные и выпускные трубопроводы располагают с обеих сторон головки цилиндров. Применение клапанов, наклоненных к оси цилиндров, позволяет увеличить размеры клапана и упростить форму канала и головки цилиндров. В дизелях размещение клапанов в два ряда затрудняет установку форсунки в цилиндре и доступ к ней.

При двухрядном расположении клапанов их привод может быть различным: 1) с одним верхним распределительным валом и системой рычагов; 2) с двумя верхними распределительными валами, размещенными над клапанами; 3) с отдельным распределительным валом каждого ряда клапанов (в этом случае распределительные валы располагаются по обе стороны блока цилиндров). В V-образном двигателе часто устанавливают три распределительных вала.

Четыре клапана в цилиндре применяют для увеличения общей площади проходных сечений и уменьшения размеров клапанов. При этом жесткость клапанов значительно увеличивается и они лучше охлаждаются. Одноименные клапаны могут быть расположены в разных рядах или в одном.

При расположении одноименных клапанов в разных рядах уменьшается число каналов в головке цилиндров и оба трубопровода можно разместить с одной стороны. Однако при этом увеличивается тепловая напряженность выпускного клапана, находящегося со стороны трубопровода, так как его стержень обтекается отработавшими газами соседнего клапана. Поэтому чаще одноименныеклапанырасполагаютвразныхрядах.Привод к клапану осуществляется в этом случае от одного верхнего распределительного вала с помощью поперечных траверс, обеспечивающих одновременное открытие обоих одноименных клапанов, или от двух верхних распределительных валов, размещенных над клапанами.

Нижнее расположение клапанов применялось только в карбюраторных и газовых двигателях. При этом высота головки цилиндров и всего двигателя уменьшается, а привод распределительного вала и клапанов упрощается, но ограничивается возможность повышения степени сжатия (до 7,5) и ухудшаются технико-экономические показатели двигателя.

Нижние клапаны размещают с одной стороны блока цилиндров в один ряд и обычно чередуют так же, как и верхние клапаны при расположении их в один ряд.

Смешанная система расположения клапанов применяется только в карбюраторных и газовых двигателях. Впускной клапан обычно размещается в головке цилиндров, а выпускнойв блоке цилиндров двигателя. При этом проходное отверстие клапана значительно увеличивается, что позволяет форсировать двигатель, но значительно усложняется привод клапанов.

Впускной клапан

Впускной клапан пропускает в камеру сгорания смесь воздуха и топлива

Двигатель

Впускной клапан газораспределительного механизма открывает доступ в цилиндр топливо-воздушной смеси и прекращает доступ перед началом такта сжатия. В случае с дизельным двигателем клапан пропускает в камеру сгорания только воздух.

При обрыве ремня ГРМ впускные клапана "зависают", так как распредвал перестает вращаться. Тарелки клапанов, оказавшихся открытыми, ударяются о поверхность цилиндра

Клапана располагаются под углом от 30 до 45 градусов относительно вертикальной оси. Тарелка впускного клапана больше, чем у выпускного. Разница обусловлена тем, что в момент открытия впускного клапана в камере сгорания образуется разрежение, а в момент выпуска — повышенное давление. Сила разрежения ниже силы давления, поэтому для впуска требуются клапана с большей поверхностью головки, чтобы обеспечить пропускание необходимого объема топливо-воздушной смеси.

Устройство впускного клапана

Состоит клапан из тарелки и стержня. Плоская со стороны камеры сгорания тарелка впускного клапана имеет конусную форму со стороны распредвала (фаску). При полном закрытии она плотно прилегает к "седлу" (коническому отверстию) в головке блока цилиндров. Точную посадку впускного клапана обеспечивает направляющая втулка, в которой перемещается стержень клапана. Она запрессована в корпус головки блока цилиндров и зафиксирована стопорным кольцом.

Современная тенденция в конструировании ГРМ - увеличение количества впускных клапанов на один цилиндр. Это позволяет увеличить пропускную способность цилиндра и повысить мощность двигателя

Впускной клапан имеет внутреннюю и наружную цилиндрические пружины, которые крепятся на стержне клапана.

В действие впускной клапан приводится рычагом (рокером) от кулачка распределительного вала, или, в большинстве современных двигателей непосредственно давлением кулачка. Пружина обеспечивает постоянный контакт стержня впускного клапана с концом рокера или с кулачком.

Между кулачком распределительного вала и торцом стержня клапана конструктивно закладывается зазор. Это дает возможность компенсировать тепловое расширение впускного клапана. Величина такого зазора составляет 0,3-0,05 мм.

                                           

Принцип работы впускного клапана

Своевременное открытие и закрытие впускного клапана обеспечивает угловое положение распределительного вала, точно синхронизированного с таким же угловым положением коленчатого вала. То есть, угловое положение одного строго соответствует определенному угловому положению другого.

В зависимости от модели двигателя, впускных клапанов может быть и несколько на один цилиндр.

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

Прежде, чем поршень достигнет высшей мертвой точки, начинает открываться впускной клапан - то есть, при такте впуска, к началу движения поршня вниз, клапан уже приоткрыт. Для разных моделей двигателей существует свое опережение открытия клапана. Пределы колебаний составляют 5-30 градусов.

А вот закрытие впускного клапана происходит с некоторой задержкой, после того как поршень достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. Заполнение цилиндра продолжается даже после начала движения. Это происходит вследствие инерции во впускном коллекторе.                         

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Материалы для производства клапанов

 Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

Впускные и выпускные клапаны | Тюнинг ателье VC-TUNING

При разработке головке цилиндров очень важно получить не только максимальную мощность, но и большой поток. При этом в камеры сгорания должны быть установлены максимально большие клапаны. Размер клапанов ограничивается только размером камеры, куда они будут установлены. 

При этом следует максимально практично распределить пространство камеры сгорания между выпускным и впускным клапаном. Поэтому попробуем разобрать, что более целесообразно: клапаны одинакового размера или один из клапанов больше второго. 
 
Решение этого вопроса лежит в принципе действия клапанов. Выпускной клапан используется для выхода отработанных газов из системы. А из-за того, что объем таких газов больше, чем тех, которые были втянуты в систему, то большой выпускной клапан – это вполне рациональное решение. Но не стоит забывать, что для опустошения цилиндра необходимо больше мощности, чем для его наполнения. Доказано, что наилучшее соотношение размеров впускного и выпускного клапанов – это 4:3. Следовательно, и соотношение потоков через данные клапана аналогично их размерам. Данное правило используется в том случае, если клапаны занимают все пространство камеры сгорания, то есть для автомобилей, главная задача которых выдавать большую мощность.  

А для автомобилей, мощность для которых не является основным приоритетом, клапаны имеют меньший размер и не занимает все пространство камеры сгорания. Поэтому соблюдения этого соотношения размеров впускного и выпускного клапана не насколько важно. 
 
Правило 4:3 можно игнорировать, если не требуется максимальная мощность автомобиля, а также, если в нем используется турбонаддув и система впрыска закиси азота. Для таких автомобилей рекомендуется применять соотношение 10:9. При необходимости соотношение может быть изменено в пользу выпускного клапана. 
 
Однако выпускной клапан повышенного размера устанавливается также с впускным клапаном обычного размера. Дело в том, что внутри головки блока находится водяная рубашка, расположенная возле седел выпускного клапана. Именно она дает возможность клапанам не нагреваться. Однако именно из-за этого довольно часто невозможно установить клапаны во всем объеме камеры сгорания. А из-за тепла, которое выделяется при больших мощностях, снижается долговечность головки, а седла быстрее изнашиваются. 
 
В том случае, если не требуется высокая мощность двигателя, а основная цель – это экономия топлива, можно увеличить размер выпускного клапана по сравнению с размером впускного. Такое соотношение достигает 0,75 к 1. К тому же при таком соотношение значительно возрастает долговечность мотора. Однако не стоит забывать, что при чрезмерном увеличении этого соотношения в пользу выпускных клапанов экономия топлива снижается, так же как и мощность двигателя.

Клапана газораспределения дизельных двигателей, впускной клапан, выпускной клапан / НЕВА-диз

 

Постоянно на складе и под заказ впускные и выпускные клапана газораспределения судовых двигателей:

                                                                   

клапан впуска 4Ч 8,5/11
клапан выпуска 4Ч 8,5/11
клапан впуска 6Ч 9,5/11
клапан выпуска 6Ч 9,5/11

 


клапан впускной 4Ч 10,5/13
клапан выпускной 4Ч 10,5/13
клапан впускной 6Ч 12/14
клапан выпускной 6Ч 12/14

клапан впускной 3Д6/Д12
клапан выпускной 3Д6/Д12

клапан впускной 6ЧН 18/22
клапан выпускной 6ЧН 18/22

клапан впускной 6ЧН 25/34
клапан выпускной 6ЧН 25/34

клапан впускной 6Ч 23/30
клапан выпускной 6Ч 23/30
клапан впускной Г60 (6ЧН 36/45)
клапан выпускной Г60 (6ЧН 36/45)

клапан впускной 6S 160
клапан выпускной 6S 160

Клапаны (впускной клапан, выпускной клапан) – детали двигателя, служащие для периодического открывания и закрывания отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка работы двигателя.

Клапаны расположены в головке цилиндров под углом к вертикальной оси цилиндров. Стальной впускной клапан изготовлен цельным, а выпускной состоит из двух частей, соединённых в заготовке сваркой. Верхняя часть клапана - его стержень - изготовлена из стали, имеющей высокую износостойкость, нижняя часть стержня и головка выпускного клапана сделаны из термостойкой стали.

Уплотнительной поверхности клапанной головки приходится входить в соприкосновение с клапанным седлом до 70 раз в секунду. Возникающие при этом динамические усилия, а также силы клапанных пружин и давление воспламенения представляют собой весьма серьезное испытание для этих деталей.

Особенно сильному нагреву подвергается выпускной клапан: отработанный газ имеет температуру до 800°С. В течение того короткого времени, пока рабочие поверхности входят в соприкосновение друг с другом, необходимо осуществить максимальную передачу тепла с клапанного седла на головку цилиндра.
Правильный выбор впускных/выпускных клапанов
Выбор материала

При выборе клапанов для форсированного двигателя наибольшее количество вопросов вызывает именно выбор материала. Производители предлагают широкий выбор материалов, удовлетворяющий требованиям практически любого двигателя. Некоторые производители имеют в своем ассортименте один-два типа материала, заявляя при этом о его универсальности и том, что он подходит ко всем моторам. Однако если взять в расчет условия, в которых приходится работать клапанам, становится понятным необоснованность таких заявлений, один тип материала ни в коем случае не может подойти ко всем без исключения двигателям. Основная разница между впускными и выпускными клапанами состоит в различных рабочих температурах. Выпускные клапаны находятся под постоянным воздействием крайне разрушительных газов, а температуры часто превышают рубеж 760°С. Впускные же клапаны постоянно охлаждаются потоками воздушно-топливной смеси и не разогреваются до таких температур. Специфические сплавы впускного клапана при своей не слишком высокой рабочей температуре могут оказаться прочнее нержавеющей стали выпускного клапана.
Конструкция головки клапана

Форма головки клапана и ее размеры имеют особое значение для мощности двигателя. А ключевым звеном является диаметр головки и угол седла. Клапаны, имеющие вогнутую со стороны камеры сгорания головку, - несколько легче обычных, но из-за увеличенного объема камеры сгорания имеет место некоторое падение компрессии. Диаметр головки клапана прямо пропорционально связан с интенсивностью прохождения потоков воздушно-топливной смеси и, следовательно, мощностью двигателя. То есть клапан должен иметь достаточный для свободного прохождения потоков смеси диаметр головки. Повысить мощность двигателя можно установив в головку блока клапаны с увеличенным диаметром головок. Такие клапаны, однако, имеют и недостаток – заметное снижение пиковой мощности и крутящего момента. Выбор диаметра клапана в итоге оказывается компромиссом между низкими оборотами и пиковой мощностью, определяющим же фактором при этом является предназначение двигателя. В обычных, нетурбированных двигателях, диаметр головки впускного клапана больше диаметра выпускного на 25%.
Угол седла клапана

Угол седла клапана обычно определяется производителем двигателя, хотя измерить его можно в любой мастерской. Даже если в распоряжении мастерской имеется гидростенд, лучше не испытывать судьбу и следовать рекомендациям производителя относительно угла седла, поскольку его значение имеет огромное значение. При обработке седла клапана необходимо уделять особое внимание точности. Для того, чтобы контактная поверхность седла соприкасалась с нужной точкой фаски клапана и имела требуемую ширину (1,15 – 1,5 мм), седло должно быть обработано под несколькими углами. Профессионально обработанные седла (как показано на рисунке 1) могут существенно повысить мощность двигателя. При измерении углов нужно быть внимательным, в некоторых двигателях, как, например, у показанного на рисунке 2 двигателя Honda S2000, имеют место сужающиеся углы.
Обработка нижней части головки клапана – полировка

Форма нижней части головки клапана и качество ее обработки также влияет на прохождение потоков смеси через клапан. Нижняя поверхность головок высококачественных клапанов проходит специальную механическую обработку, повышающую прочность клапана и облегчающую прохождение потоков смеси. Полировка имеет несколько положительных сторон. Во-первых, благодаря удалению с поверхности всех неровностей первичной обработки облегчается прохождение потоков смеси, а во-вторых, в процессе полировки удаляются все возможные концентраторы напряжения.
Конструкция штока клапана – диаметр и выточка на штоке

Именно шток является опорной поверхностью, контактирующей с направляющей клапана. Упор же клапана должен обладать достаточным запасом прочности, способным выдерживать постоянные нагрузки, передаваемые на клапан качающимся рычагом. Диаметр штока зависит от того, какой вес и запас прочности ожидается от клапана. Некоторые клапаны премиум-класса имеют вырезку на штоке. Вырезка уменьшает диаметр в области ниже направляющей и ощутимо увеличивает проходимость смеси при низком подъеме головки клапана. При этом слегка снижается вес клапана. Существенно снизить вес клапана можно уменьшив диаметр его штока.
Покрытие клапана и его зазор

Хромирование штока клапана увеличивает его долговечность в условиях недостаточного смазывания. Это особенно актуально для сильно разогревающихся выпускных клапанов. В настоящее время покрытие имеют все более или менее качественные клапаны, что позволяет удовлетворить требованиям самых строгих маслосберегающих технологий. Зазор между штоком клапана и направляющей зависит от многих факторов: диаметра штока, предназначения двигателя, свойств материала направляющей и типа сальника клапана. Клапаны, имеющие недостаточный зазор, могут привести к значительно большим повреждениям двигателя, чем клапаны с чрезмерным зазором. Наиболее распространенные значения зазора впускных клапанов – 0,04-0,06 мм, выпускных – 0,05-0,075 мм.
Конструкция замка клапанной пружины

Наиболее распространенная конструкция замка клапанной пружины – прямоугольной формы канавка. Компоненты такого замка представлены в широком ассортименте форм и типов материалов. Кроме этого свою эффективность доказали и многоканавочные замки, позволяющие клапану вращаться независимо от пружины и ее тарелки. Благодаря этому достигается равномерный износ и чистота контактных поверхностей фаски клапана и седла, а это в свою очередь увеличивает долговечность клапана. И хотя среднестатистический автомобиль великолепно работает с многоканавочной конструкцией замка тарелки пружины, для форсированных двигателей рекомендуется одноканавочная конструкция. Полукруглая форма канавки замка объективно нужна только в клапанах с очень маленьким диаметром штока, работающих на пределе прочности. Поломка клапана в области канавки замка – довольно нетипичное явление.
Конструкция упора клапана

Упор клапана должен обладать достаточным запасом прочности, чтобы противостоять постоянному давлению качающегося рычага. Нержавеющую сталь невозможно закалить до такого уровня, чтобы она выдерживала подобные нагрузки, поэтому упор необходимо либо наваривать, либо делать съемным. Сплавы не на основе нержавеющей стали хорошо поддаются закалке и не нуждаются в наварных упорах или других укрепленных элементах. Шток клапана с многоканавочной конструкцией замка должен быть закален в области канавок либо наварен, если материал головки – нержавеющая сталь.
Вес клапана

Вес двигателя может быть фактором, ограничивающим обороты двигателя. Этот фактор обязательно нужно учитывать при его конструировании. При этом, учитывая больший размер впускных клапанов, им нужно уделять особое внимание. Вырезка на штоке клапана – незначительное снижение веса. Большого результата можно добиться, уменьшив диаметр штока клапана. Титановые клапаны хотя и дорого стоят, но имеют существенно меньший вес, что положительно сказывается на оборотах двигателя и долговечности пружин клапанного привода.
Зазор между поршнем и клапаном

Ни один клапан не выдержит удара о поршень. Основной причиной выхода из строя головок блока является именно такие удары. Рекомендуемый зазор между ними – 2,5 мм, хотя это значение и может показаться слишком большим. Безусловно. Меньший зазор обеспечит лучшие результаты, но при этом придется жертвовать надежностью двигателя.
Материалы для производства впускных и выпускных клапанов

Материалы для производства клапанов должны удовлетворять всем требованиям двигателя. Термин “нержавеющая сталь” обычно применяется по отношению ко сплавам стали, содержащим как минимум 10% хрома. Как будет показано ниже, сплав сильхром 1 приближается к этому уровню при том что стоимость его остается на уровне дешевых высокоуглеродистых сплавов.

Sil XB, 422, 21-2N и 21-4N: сплавы нержавеющей стали.

1541: высокоуглеродистая сталь с добавками марганца, повышающими коррозионную устойчивость. 8440: стальной сплав, пригодный для производства работающих с повышенными нагрузками клапанов. Для повышения термостойкости в сплав добавлен хром.

Sil1: стальной сплав с 8,5% содержанием хрома, пригодный для производства работающих с повышенными нагрузками клапанов. Используется для изготовления высококачественных впускных клапанов.

Sil XB: ферритный сплав, содержащий 20% хрома и 1,3% никеля. Используется для производства впускных клапанов, работающих с высокими нагрузками.

422: сплав нержавеющей стали, используемый для изготовления высококачественных впускных клапанов. Сплав разработан специально для впуcкных клапанов, диапазон рабочих температур его не подходит для изготовления выпускных клапанов. Клапаны из этого сплава часто имеют обозначение “для жестких условий”.

Ti-6: титан – легкий неферритный материал, применяемый для изготовления клапанов, работающих в высокооборотистых спортивных двигателях. Он на 40% легче стали и сохраняет прочность при высоких температурах. Обычно из титана изготавливаются впускные клапаны большого диаметра, хотя можно встретить и выпускные клапаны из этого материала.

21-2N: аустенитный стальной сплав, содержащий 21% хрома и 2% никеля. Наиболее популярный материал для изготовления выпускных клапанов, сохраняет свойства при существенных повышениях температуры. Благодаря дополнительной обработке характеристики клапана из такого материала можно приблизить к оптимальным. В итоге получается недорогой и очень качественный клапан.

21-4N: аустенитный стальной сплав, похожий по качествам на 21-2N, но с более высоким содержанием никеля (4%). Используется как альтернатива сплаву 21-2N.
                                                       

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.

Регулировка зазоров клапанов ГРМ

Зазоры между толкателями клапанов и кулачками распредвала, в зависимости от температуры, приведены в таблице.

Таблица

Состояние двигателя Клапан Зазор в мм (А)
Холодный Впускной 0,15-+0,02
Выпускной 0,20-+0,02
Горячий Впускной 0,25-+0,02
Выпускной 0,30-+0,02

Зазоры клапанов

Рекомендуется проводить регулировку на холодном двигателе, но можно и на горячем. В этом случае следует нагреть двигатель до такой температуры, при которой включается электродвигатель вентилятора, затем выключить зажигание и к регулировке преступить через 20 — 30 минут.

Последовательность действий при регулировке зазоров следующая:

  • Снять крышку головки.
  • Вращая колесо ременной передачи, установить коленвал двигателя в положение, соответствующее концу такта сжатия в первом цилиндре (наиболее удаленного от механика). Выступы кулачков распредвала в это время должны быть повернуты в противоположную сторону от толкателей клапанов первого цилиндра (зажигание в первом цилиндре).

Таблица. Очередность регулировки зазоров клапанов

Положение коленвала Клапан Цилиндр
1 2 3
Конец такта сжатия в цилиндре 1 Впускной + +
Выпускной + +
Конец такта выхлопа  в цилиндре 1 Впускной +
Выпускной +

Рис. Измерение измерителем зазоров величины зазора клапана

  • Пользуясь измерителем зазоров (щупом), определить величину зазоров впускного и выпускного клапанов первого цилиндра, впускного клапана второго цилиндра. Отрегулировать зазоры обозначенных выше клапанов, устанавливая приведенные в таблице значения зазоров с помощью регулировочного винта и затягивая контргайку с усилием 15…20Нм. После затягивания контргайки, следует еще раз проверить величину зазоров.
  • Установить коленвал в положение, соответствующее концу такта выхлопа в первом цилиндре (или выполнить один оборот относительно предыдущего положения) и отрегулировать зазоры впускного клапана третьего цилиндра и выпускного второго цилиндра.

Рис. Газораспределительное устройство: 1 — распредвал, 2 — толкатель, 3 — ось толкателя, 4 — впускной клапан, 5 — выпускной клапан.

Рис. Механизм передачи распределительного устройства: 1 — ведуийе зубчатый шкив, 2 — механизм натяжения зубчатого ремня, 3 — пружина механизма натяжения, 4 — зубчатый ремень, 5 — зубчатый шкив распредвала, 6 — насос охлаждающей жидкости.

Рис. Регулировка зазора клапана: 1 — контргайка, 2 — регулирующий винт, 3 — клапан, А — зазор клапана

  • Установить крышку головки, затянуть болты с усилием 9…12Нм.

Вперед Замена зубчатого ремня распредвала Назад Снятие и установка крышки привода распределительных валов

Определение клапана или что такое клапан

Определение клапана

  Клапан   существительное  - любое устройство для закрытия или изменения 
прохода через трубу, выход, вход и т.п.,
для остановки, разрешения или управления потоком
жидкая среда.

В простейшей форме, когда вы сжимаете садовый шланг, чтобы остановить поток, ваша рука и этот участок шланга становятся клапаном. В своей наиболее сложной форме клапан имеет встроенную электронику или другие чувствительные устройства, которые реагируют на условия в реальном времени, и клапан будет контролировать поток с чрезвычайной точностью в соответствии с тем, как он запрограммирован.

На практике большинство клапанов имеют впускное отверстие, отверстие или седло, диск (или заглушку, уплотнение и т. Д.), Уплотняющий отверстие, и выпускное отверстие. Вход (-а) и выход (-а) также известны как «порты».

Принцип седла и уплотнения с диафрагмой может быть реализован несколькими способами. На самом деле, кажется, что промышленность клапанов постоянно изобретает новые. Возможно, наиболее распространенным является шаровой клапан, в котором уплотнение перемещается, чтобы прижаться к отверстию типа «вулкан». Другой распространенный тип - шаровой кран, в котором шар с сквозным отверстием вращается внутри двух уплотнений.Когда отверстие совмещено с входом и выходом, клапан открыт. Когда шар поворачивается и твердые стороны шара совпадают с входом и выходом, клапан закрывается. Плунжерный клапан аналогичен; в нем вместо шара имеется сквозное отверстие цилиндрической или конической формы.

Как указано выше, гнездо отверстия и уплотнение могут иметь разные формы. В типичном пережимном клапане полностью резиновая втулка «защемлена» закрыта - очень похоже на садовый шланг - в этом случае втулка выполняет функцию седла и уплотнения.В обратном клапане поворотного типа уплотнение представляет собой заслонку, которая поворачивается, чтобы плотно прилегать к отверстию. Он удерживается закрытым за счет давления на выходе клапана и открывается под давлением на входе.

Помимо этих основных принципов, в игру вступает ряд других факторов, в первую очередь срабатывание . Другими словами, сила или механизм, который заставляет клапан открываться, закрываться или выполнять любую его функцию.

Самая простая форма срабатывания - ручной . Ручной клапан требует, чтобы оператор открывал, закрывал или иным образом управлял клапаном «вручную». «Ваш кухонный смеситель представляет собой ручной клапан. К общепринятым промышленным ручным клапанам относятся запорные клапаны с ручным управлением и ручные шаровые краны.

Автоматические клапаны , также известные как самодействующие, выполняют свою определенную функцию без внешней помощи. Предохранительный клапан на домашнем водонагревателе является примером автоматического клапана. Когда давление в баке превышает силу пружины, встроенную в клапан, предохранительный клапан автоматически открывается. Обычные автоматические промышленные клапаны включают регуляторы давления, обратные клапаны, вакуумные прерыватели и т. д. и перепускные предохранительные клапаны.

Для работы клапанов с механическим приводом требуется внешнее устройство, двигатель или другое усилие. Они обозначаются просто как клапанов с приводом. Примером может служить электромагнитный клапан вашей автоматической посудомоечной машины. Электрический сигнал воздействует на катушку, которая электромагнитно тянет металлический стержень, прикрепленный к сиденью; клапан открывается и пропускает поток. В момент снятия внешней силы (электричества) магнитное поле исчезает, и пружина закрывает клапан.Обычные промышленные клапаны с "приводом" включают в себя шаровые краны с пневматическим приводом, шаровые краны с электроприводом и соленоидные клапаны. Хорошо спроектированный привод является модульным; он может быть установлен на различных клапанах и может обслуживаться / заменяться без нарушения работы компонентов, работающих с жидкостью.

В некоторых клапанах используется сочетание ручного и автоматического, автоматического и управляемого или ручного и управляемого. Самый простой пример - бачок для повседневного туалета; клапан требует ручного открытия, но затем автоматически отключается с помощью поплавка.Примером промышленного клапана является шаровой кран с пневматическим приводом и ограничителем хода; для открытия требуется внешнее усилие (сжатый воздух для привода), но затем он автоматически останавливается в зависимости от того, где установлен концевой упор.

Другие соображения касаются того, что на самом деле делает клапан. Большинство клапанов являются «нормально закрытыми». Они остаются закрытыми, пока на них не будет действовать какая-то сила. Если клапан затем снова закрывается при снятии усилия, это «отказоустойчивый» клапан. Электромагнитный клапан в вашей автоматической посудомоечной машине обычно закрыт и, надеюсь, отказоустойчив.

Другой тип клапана - «нормально открытый». Они открыты до тех пор, пока не будут приняты соответствующие меры, и часто описываются как «отказоустойчивые / открытые». Нормально открытые клапаны часто встречаются в системах охлаждения, где всегда требуется максимальный поток, а клапан закрывается только тогда, когда требуется техническое обслуживание системы.

Дроссельные клапаны - это клапаны, которые открываются или закрываются постепенно, ограничивая поток. Патрубок, к которому вы прикрепляете садовый шланг, обычно используется в качестве дроссельного клапана - вы открываете его немного, чтобы слегка полить цветочную клумбу, или широко открывайте его для мытья автомобиля.

«Отводящий» или пробоотборный клапаны используются для перенаправления потока. Они имеют три порта - два входа или два выхода - и обычно называются 3-ходовыми клапанами. Небольшой адаптер, который вы прикрепляете к патрубку и который позволяет переключаться между двумя садовыми шлангами, представляет собой переключающий клапан. В промышленных приложениях отводные клапаны используются для смешивания двух входов, разделения выхода, отбора проб и подобных приложений.

«Многопортовые» клапаны теоретически включают в себя переключающие клапаны, но чаще относятся к клапанам с четырьмя или более отверстиями.

Многопортовые клапаны имеют тенденцию быть более сложными и вместо этого часто проектируются как «коллектор». Конфигурация портов коллектора ограничена только воображением дизайнера и ограничениями материала, используемого для корпуса коллектора. Коллекторы могут не только иметь множество комбинаций впускных / выпускных отверстий и путей потока, они также могут использоваться для объединения нескольких различных типов клапанов в одну работающую систему.

Пластиковые клапаны

ПРИМЕЧАНИЕ. Большинство пластиковых клапанов, с которыми люди контактируют в повседневной жизни, радикально отличаются от прочных промышленных клапанов, описанных на этих страницах.Обычный пластиковый клапан, используемый в домашнем аквариуме или бассейне, как правило, отлит из низкосортного белого пластика и рассчитан на низкую стоимость. Для более подробного объяснения различий между пластиковыми клапанами, ориентированными на потребителя, и промышленными пластиковыми клапанами щелкните здесь.

Основные принципы, описанные выше, могут применяться практически к любому типу материала клапана, будь то большой литой металлический клапан на нефтеперерабатывающем заводе, жесткий полиэтиленовый клапан для ирригационной системы или клапан из экзотического сплава для очистки паром под высоким давлением. в фармацевтической фирме.

В частности, промышленные пластиковые клапаны, представленные на этих страницах, имеют много общих элементов, которые позволяют лучше понять их конструкцию, конструкцию и, в конечном итоге, выбор для конкретного применения.

Основными компонентами, типичными для большинства промышленных пластмассовых клапанов, являются:

  1. Корпус. Обычно это полностью пластиковый материал. Поскольку это основная часть, контактирующая с жидкостью, пластик выбирается на основе его совместимости с технологической жидкостью.
  2. Крышка (корпус пружины, корпус уплотнения, воздушная камера и т. Д.) Также изготовлена ​​из пластика. Это похоже на корпус клапана, и его часто путают с ним. Как показывает практика, если клапан имеет отдельные верхнюю и нижнюю секции, то верхняя часть обычно является крышкой. Крышка часто изготавливается из того же материала, что и корпус, но в случаях, когда она не контактирует с жидкостью, она часто изготавливается из другого материала по соображениям стоимости.
  3. Основное уплотнение (также известное как диск), изготовленное из эластомеров или фторопластов.
  4. Шток, вал или другой уплотнительный механизм. Шток часто представляет собой комбинацию пластика и стали, иногда работающую в сочетании с пружиной. Смачиваемые части изготовлены из пластика. Обычно он находится в капоте.
  5. Корпус и уплотнения штока, изготовленные из эластомеров. Это необходимо для создания полностью герметичного устройства.
  6. Крепежные детали (если есть), доступны из различных материалов, но обычно из нержавеющей стали. Поскольку пластмассовые клапаны, как правило, используются как в системах с высокой чистотой, так и в высококоррозионных средах, важно, чтобы крепежные детали не подвергались воздействию какой-либо технологической жидкости и подвергались минимальному атмосферному воздействию.

- Рик Болджер, менеджер по маркетингу и рекламе, Plast-O-Matic Valves, Inc.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, вернитесь в Технический информационный центр Plast-O-Matic.

Где установить клапаны на промышленных насосах

Клапаны на насосе регулируют поток жидкости через насос. Они помогают регулировать давление в насосе и предотвращают возможную поломку. К любому насосу необходимо присоединить два клапана; один на входе или всасывании, а другой на выходе или в зоне нагнетания.

Клапаны необходимо устанавливать на правильном расстоянии, чтобы обеспечить техническое обслуживание и безопасность. Это можно определить, используя в качестве меры ширину каждого клапана. Например, если насос имеет входное отверстие диаметром 1 дюйм и выходное отверстие ½ дюйма, то клапан следует разместить на расстоянии не менее 10 дюймов от стороны всасывания и 5 дюймов на выходе.

Пытаясь управлять потоком насоса, всегда регулируйте поток с помощью клапана на выпускной стороне. Использование клапана на стороне всасывания для регулирования потока значительно увеличивает шансы «вывести насос из строя».Это когда уровень жидкости, поступающей в насос, меньше, чем насос пытается вытеснить. Выход насоса из строя после работы всухую представляет наибольшую опасность для любого насоса с магнитным приводом.

Клапан на стороне всасывания должен быть закрыт только при выключенном насосе. При запуске клапан на выходе не должен быть полностью открыт, он должен быть частично закрыт для создания дополнительного противодавления. Если вам нужна помощь в идентификации различных частей March Pump, посмотрите видео ниже.

Лучшими клапанами для использования с March Pumps обычно являются те, которые имеют минимальные потери на трение. Потери на трение - это потеря энергии или «напора», которая возникает внутри трубы из-за вязких эффектов, создаваемых поверхностью трубы. March Pump поощряет использование клапанов, которые предназначены для минимизации потерь на трение.

Популярные варианты - шаровые краны и задвижки. Шаровые краны - это клапаны со сферическим диском, в середине которого имеется отверстие.Это контролирует количество потока через насос.

Они могут обеспечить идеальное перекрытие потока.

Задвижки - это клапаны, которые открываются за счет подъема «задвижки» или клина на пути прохождения жидкости. Они в основном используются для разрешения или предотвращения потока, но не должны использоваться для регулирования потока.

И наоборот, такие клапаны, как соленоидные клапаны (электромеханические клапаны, управляемые электрическим током через соленоид или спиральную катушку), могут быть опасны для пластиковых насосов из-за того, как быстро они закрываются.Вполне возможно, что они могут вызвать гидравлический удар. Это скачок давления, который возникает, когда жидкость вынуждена останавливаться или внезапно менять направление, что может привести к поломке задней части корпуса. Если вы используете электромагнитный клапан, увеличьте время, необходимое для закрытия клапана, чтобы снизить вероятность возникновения гидроудара.

Клапаны помогают поддерживать и регулировать использование помпы. Обязательно используйте лучшее оборудование для ваших нужд.

Если у Вас возникнут вопросы, обращайтесь к нам в любое время.

Впускной и выпускной поток - Liquid Dynamics

Впускной и выпускной поток - Liquid Dynamics

Поток на впуске и выпуске - динамика жидкости и другие формулы

Введение

Характеристики клапана играют важную роль в общем производстве энергии двигателя. Если клапаны слишком малы, поток воздуха будет ограничен, и крутящий момент двигателя уменьшится. Воздушный поток через впускной и выхлопные отверстия двигателя неустойчивы из-за периодического открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Применяются несколько типов клапанов: тарельчатый, поворотный, дисковый. и рукав. Самый распространенный клапан - это тарельчатый клапан. Тарельчатый клапан стоит недорого и обладает хорошими герметизирующими свойствами, что делает его таким популярным выбор. В следующей оценке предполагается, что тарельчатые клапаны используются как для впускной и выпускной порты.


Геометрические свойства

Рис. 1. Схема клапана и порта клапана

Обычно входной порт имеет круглую форму и составляет около 44-48% от размера диаметр цилиндра не должен быть больше, чем необходимо для получения желаемой мощности.

Еще один геометрический параметр клапана - высота подъема. Когда значение чуть выше сиденья считается малоподъемной. При низком подъеме впускной поток остается прикрепленным к седлу клапана, принимая форму пристенной струи. В промежуточный подъем, поток начинает отделяться от головки клапана на внутренний край седла клапана. Наконец, при высоком подъеме поток отделяется от внутренний край седла клапана также принимает форму свободной струи.


Расход на впуске

Рисунок 2.Схема впуска

Из-за постоянного открытия и закрытия клапанов поперечное сечение изменяется площадь, через которую проходит поток. Эта область упоминается к как эффективная площадь. Эта область определяется как:

Ae = Ac (q) Cd (q)

  • Где:

    Ac = площадь завесы

    Cd = коэффициент расхода

Область завесы Ac можно определить несколькими способами.Простое определение площади занавеса составляет:

Ac = 3,14159 * Dv Lv

  • Где:

    Dv = диаметр клапана

    Ур = лифт

Подъем и коэффициент нагнетания изменяются в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Коэффициент расхода определяется экспериментально.Этот коэффициент учитывает реальные эффекты газового потока. Коэффициент расхода уменьшается немного с подъемом, так как струя заполняет меньше эталонной площади завесы поскольку он трансформируется из присоединенной струи в отдельную свободную струю. Представитель значение коэффициента расхода Cd = 0,6.

Подъем и Cd определены экспериментально. Если лифт и КД профили известны, эффективная площадь может быть найдена как функция угла поворота коленчатого вала. Следующий апплет, апплет эффективной площади впуска, определяет эффективную площадь по определению


Выхлоп

Процесс выхлопа разбивается на две части: продувка выхлопных газов. и такт выпуска.Продувка выхлопных газов моделируется как постоянный объем. такт выпуска моделируется как процесс с постоянным давлением. Когда выпускной клапан открывается, давление в цилиндре обычно достаточно высокое. так что звуковой поток возникает на клапане и продувка происходит очень быстро.


Синхронизация клапана

Открытие и закрытие выпускного и впускного клапана перекрывают друг друга. На следующем рисунке показано перекрытие двух клапанов.

Рисунок 3.Синхронизация впускного и выпускного клапана

Впускной клапан начинает открываться до верхней мертвой точки, так что - большая эффективная площадь Ae в начале индукции. Выпускной клапан начинает открываться перед нижней мертвой точкой, отдавая продукты сгорания время бежать

Скорость двигателя определяет, насколько рано открывается выпускной клапан. При низких оборотах клапан открывается раньше, а на высоких оборотах клапан открывается поздно.


Тюнинг системы впуска и выпуска

При правильном выборе длины впускного и выпускного трубопровода производительность двигателей внутреннего сгорания может быть увеличена.Впуск и выпуск открытие и закрытие клапана создает процесс сжимаемого потока, в котором давление волны текут вперед и назад через впускную и выпускную системы. Соответствующий Длина трубы может быть оценена путем решения уравнений сжимаемого потока. В качестве альтернативы был разработан ряд эвристических уравнений длины трубы.

Волна давления создается при открытии впускного или выпускного клапана. Волна распространяется через жидкость в трубе со скоростью звука c.Когда эта волна встречает изменение площади поперечного сечения, например, конец трубы, волна противоположного знака отразится от конца трубы трубка. В зависимости от времени, необходимого для возврата этой волны обратно в клапан, длину трубы можно определить.


Впускной клапан

Например, когда впускной клапан открывается, вверх по потоку посылается волна разрежения. от клапана. Когда эта волна встречает изменение области, например, впускной коллектор, волна сжатия генерируется и отправляется вниз по потоку обратно в впускной клапан.Эта волна сжатия увеличивает локальную плотность входного отверстия. поток, процесс, называемый «эффектом тарана».

Экспериментально было обнаружено, что значительное увеличение объемного эффективность достигается, когда отраженная волна сжатия возвращается, когда поршень находится под углом поворота коленчатого вала 90o. В этот момент скорость поршня максимальна. Согласование времени, необходимого для возврата волны, с характеристикой время поршня, необходимую длину трубы можно найти.

Скорость волны определяется по формуле:

скорость = расстояние / время

Расстояние вдвое больше длины трубы, 2L.Время находится из скорость двигателя.

Расчет длины трубы L дает:

Член c - это скорость звука. Зависит от температуры T (в градусах Кельвина) набегающего потока, постоянная идеального газа воздуха R, и коэффициент теплоемкости k. Скорость звука определяется следующим уравнение:


Выпускной клапан

Когда выпускной клапан открывается, волна сжатия направляется вниз по потоку и отражается назад как волна разрежения, когда отверстие в выхлопной системе встречается.Экспериментальным путем было установлено, что оптимальное положение поршня при возврате волны составляет 120o. На этой позиции оставшиеся выхлопные газы могут быть удалены из камеры сгорания. Требуемая длина выхлопной трубы.


Требования к мощности автомобиля

Сколько мощности нужно, чтобы разогнаться до 100 км / ч? 80 миль в час? Вес машины и его скорость - все это факторы, которые влияют на количество требуемой мощности.В баланс сил транспортного средства показан на рисунке 4.

Рис. 4. Силовой баланс

Силы, действующие на автомобиль, вызваны внутренним сопротивлением, сопротивлением шин и воздуха. Результирующую этих сил, полную силу сопротивления, FD, можно оценить. по следующему уравнению:

  • cR = коэффициент сопротивления качению

    cD = коэффициент аэродинамического сопротивления

    м = масса автомобиля [кг]

    A = площадь фронтальной поверхности [м2]

    г = 9.8 м / с

    r = плотность сотки, 1,2 кг / м3 @STP

Коэффициенты сопротивления качению и лобового сопротивления определяются из эксперимент. Типичное значение коэффициента сопротивления качению составляет 0,015. Коэффициент лобового сопротивления у автомобилей разный, обычно используется значение 0,3.

Требуемая выходная мощность может быть определена по заданной силе сопротивления. выше и скорость автомобиля.

P = FDV

Учитывая массу автомобиля и площадь его лобовой поверхности, участок может быть На рисунке показаны требования к мощности для диапазона скоростей.

Также представляет интерес мощность, необходимая для разгона до заданной скорости. Для большего ускорения требуется больше мощности ..

Основное определение силы ускорения (без учета сопротивления!): выдает:

F = ma

Предполагая, что сила, необходимая для разгона транспортного средства от 0 до 60 миль в час можно определить из приведенного выше уравнения, тогда необходимая мощность для разгона до заданной скорости составляет:

P = мАВ

  • Где:

    м = масса автомобиля

  • a = ускорение = DV / DT

    DV = 60 - 0 = 60 миль / ч = 26.82 м / с

    V = конечная скорость, 60 миль / ч


Дать Слава БОГУ

Компьютеры MC Chatter Комплекты принадлежностей Политика двигателей Вьетнам Магазин Главная Христианские файлы

Все о клапаны двигателя

Изображение предоставлено: Максим Вивцарук / Shutterstock.com

Клапаны двигателя - это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания, чтобы разрешить или ограничить поток жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя.Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильный выбор времени.

Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха в составе систем контроля выбросов и рециркуляции выхлопных газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не рассматривается в этой статье.

Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются количеством цилиндров, которые представляют собой камеры сгорания, вырабатывающие энергию от воспламенения топлива. Они также различаются типом работы (2-тактный или 4-тактный) и конструктивным размещением клапанов внутри двигателя [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .

В этой статье кратко описывается работа клапанов двигателя в типичных двигателях внутреннего сгорания, а также представлена ​​информация о типах клапанов, их конструкции и материалах.Дополнительную информацию о других типах клапанов можно найти в нашем соответствующем руководстве «Общие сведения о клапанах».

Номенклатура клапанов двигателя

Большинство клапанов двигателя сконструированы как клапаны тарельчатого типа из-за их толкающего движения вверх и вниз и имеют головку клапана конического профиля, которая прилегает к механически обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана. На рисунке 1 показана номенклатура различных элементов типичного клапана двигателя.

Рисунок 1 - Номенклатура стандартного тарельчатого клапана двигателя.

Изображение предоставлено: https://dieselnet.com

Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит галтель, ведущий к поверхности седла, которая обрабатывается под определенным углом, чтобы соответствовать механической обработке седла клапана, с которым она будет соответствовать. Посадка поверхности клапана на седло клапана - это то, что обеспечивает уплотнение клапана против давления сгорания.

Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят в действие клапан, создавая силу для перемещения штока против давления в седле, создаваемого пружиной клапана. Стопорная канавка используется для удержания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана многократно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, приводящим в действие клапан.

Работа двигателя

В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания используются два основных типа клапанов - впускной и выпускной.Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку воздушно-топливной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.

При нормальной работе коленчатый вал двигателя, к которому прикреплены поршни, привязан к распределительному валу как часть механизма клапана для двигателя. Движение коленчатого вала передает движение распределительному валу через цепь привода ГРМ, ремень привода ГРМ или другой зубчатый механизм.Синхронизация и совмещение между положением коленчатого вала (которое определяет положение поршня в цилиндре) и положением распределительного вала (которое определяет положение клапанов для цилиндра) имеют решающее значение не только для максимальной производительности двигателя, но и для предотвращения столкновения поршней и клапанов в двигателях с высокой степенью сжатия.

Во время впускного цикла поршень впускного цилиндра опускается вниз при открытии впускного клапана. Движение поршня создает отрицательное давление, которое помогает втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр.Сразу после того, как поршень достигает самого нижнего положения в цилиндре (известного как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается. В цикле сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, когда поршень поднимается в цилиндре в наивысшее положение (известное как верхняя мертвая точка), что сжимает топливно-воздушную смесь до небольшого объема. Это действие сжатия служит для обеспечения более высокого давления на поршень при воспламенении топлива, а также для предварительного нагрева смеси, чтобы способствовать эффективному сгоранию топлива.В энергетическом цикле воздушно-топливная смесь воспламеняется, что создает взрыв, который заставляет поршень вернуться в самое нижнее положение и передает химическую энергию, высвобождаемую при сжигании топливно-воздушной смеси, во вращательное движение коленчатого вала. В цикле выпуска поршень снова поднимается вверх в цилиндре, при этом впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан теперь открыт. Давление, создаваемое поршнем, помогает вытеснять выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан в выпускной коллектор.К выпускному коллектору подсоединены выхлопная система, набор труб, который включает глушитель для снижения акустического шума и систему каталитического нейтрализатора для управления выбросами при сгорании двигателя. Как только поршень достигает верха цилиндра в цикле выпуска, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться, начиная процесс снова. Обратите внимание, что давление в цилиндре на впуске помогает держать впускной клапан открытым, а высокое давление в цикле сжатия помогает удерживать оба клапана закрытыми.

В двигателях с несколькими цилиндрами одни и те же четыре цикла повторяются в каждом из цилиндров, но в определенной последовательности, чтобы двигатель демонстрировал плавную мощность и сводил к минимуму шум и вибрацию. Последовательность движения поршня, клапана и зажигания достигается за счет точной механической конструкции и электрического времени сигналов зажигания к свечам зажигания, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь.

Движение клапана двигателя

Движение клапанов двигателя приводится в действие распределительным валом двигателя, который содержит ряд кулачков или кулачков, которые служат для создания линейного движения клапана за счет вращения распределительного вала. Количество кулачков на распределительном валу равно количеству клапанов в двигателе. Когда распределительный вал находится в головке блока цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним распредвалом (OHC); когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним расположением клапана (OHV). Независимо от конструкции двигателя, основное движение клапанов двигателя происходит за счет движения кулачка против подъемника или толкателя, который создает силу, которая давит на шток клапана и сжимает пружину клапана, тем самым снимая натяжение пружины, которое удерживает клапан в закрытое положение.Это движение штока клапана поднимает клапан над седлом в головке цилиндра и открывает клапан. Как только распределительный вал поворачивается дальше и кулачок перемещается так, что эксцентриковая часть больше не находится в непосредственном контакте с толкателем или толкателем, давление пружины закрывает клапан, поскольку шток клапана перемещается по центральной части кулачка.

Поддержание надлежащего зазора клапана между штоком клапана и коромыслом или кулачком чрезвычайно важно для правильной работы клапанов.Необходим некоторый минимальный зазор для расширения металлических деталей при повышении температуры двигателя во время работы. Конкретные значения зазора варьируются от двигателя к двигателю, и несоблюдение надлежащего зазора может иметь серьезные последствия для работы и производительности двигателя. Если зазор клапана слишком велик, то клапаны откроются позже, чем оптимально, и закроются раньше, что может снизить производительность двигателя и увеличить шум двигателя. Если зазор клапана слишком мал, клапаны не закроются полностью, что может привести к потере сжатия.Гидравлические подъемники клапана являются самокомпенсирующимися и могут устранить необходимость в регулировке зазора клапана.

Современные двигатели внутреннего сгорания могут использовать различное количество клапанов на цилиндр в зависимости от конструкции и области применения. Меньшие двигатели, такие как те, которые используются в газонокосилках, могут иметь только один впускной клапан и один выпускной клапан. В двигателях более крупных транспортных средств, таких как 4-, 6- или 8-цилиндровые двигатели, может использоваться четыре клапана на цилиндр, а иногда и пять.

Материалы клапанов двигателя

Клапаны двигателя являются одним из компонентов двигателей внутреннего сгорания, которые подвергаются высоким нагрузкам.Необходимость надежной работы двигателя диктует, что клапаны двигателя должны обладать способностью проявлять устойчивость к многократному и непрерывному воздействию высокой температуры, высокого давления из камеры сгорания, а также механических нагрузок и напряжений, обусловленных динамикой двигателя.

Впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшим тепловым нагрузкам из-за охлаждающего воздействия поступающей воздушно-топливной смеси, которая проходит мимо клапана во время цикла впуска. Выхлопные клапаны, напротив, подвергаются более высоким уровням термической нагрузки, поскольку находятся на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя.Кроме того, тот факт, что выпускной клапан открыт во время цикла выпуска и не контактирует с головкой блока цилиндров, означает, что меньшая тепловая масса поверхности сгорания, а головка клапана имеет больший потенциал для быстрого изменения температуры.

Впускные клапаны из-за более низких рабочих температур обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь. В выпускных клапанах с более высокими температурами могут использоваться более жаропрочные металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы.

Поверхности клапана, которые подвергаются более высоким температурам, иногда становятся более долговечными за счет приваривания к поверхности клапана стеллита, который представляет собой сплав кобальта и хрома.

Другие типы материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя, включают нержавеющую сталь, титан и сплавы трибалой.

Кроме того, для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя могут применяться покрытия и обработка поверхности. Примеры этого включают хромирование, фосфатирование, нитридное покрытие и завихрение.

Типы клапанов двигателя

Помимо характеристики клапанов двигателя по функциям (впускной и выпускной), существует несколько конкретных типов клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от конструкции и материалов. К основным типам клапанов двигателя относятся:

  • Монометаллические клапаны двигателя
  • Биметаллические клапаны двигателя
  • Полые клапаны двигателя

Монометаллические клапаны двигателя, как следует из их названия, изготавливаются из единого материала, который образует как шток клапана, так и головку клапана.Эти типы клапанов двигателя обладают как высокой термостойкостью, так и хорошими антифрикционными свойствами.

Биметаллические клапаны двигателя, также известные как биметаллические клапаны двигателя, изготавливаются путем соединения двух разных материалов вместе с использованием процесса сварки трением для создания клапана с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью для штока клапана. Свойства каждой из этих сталей служат оптимальному назначению: аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает жаропрочность и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь для штока клапана обеспечивает высокую прочность на разрыв и абразивный износ.

Полые клапаны двигателя - это специальный биметаллический клапан, который содержит полую полость, заполненную натрием. Натрий сжижается при повышении температуры клапана и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Полая конструкция обеспечивает лучшую теплопередачу через шток по сравнению со сплошными клапанами, поскольку мартенситный материал штока является лучшим проводником тепла, чем аустенитный материал головки. Полые клапаны особенно подходят для использования в современных двигателях, которые обеспечивают большую мощность за счет более компактных и плотных двигателей с более высокими температурами выхлопных газов, с которыми твердые клапаны не справляются.Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом нескольких условий, в том числе:

  • Стремление к процессу сжигания обедненной смеси, который сокращает выбросы парниковых газов
  • Конструкции двигателей с более высокой степенью сжатия и более высоким давлением сгорания, которые обеспечивают более высокий КПД
  • Интегрированные конструкции коллектора, поддерживающие турбокомпрессоры для повышения производительности двигателей меньших размеров

Есть несколько других типов конструкций клапанов двигателя.Так называемые золотниковые клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем и которая скользит или вращается с приводом от распределительного вала, как и другие клапаны двигателя. Перемещение золотникового клапана приводит к тому, что отверстия, прорезанные во втулке, выравниваются с соответствующими отверстиями в стенке цилиндра в различных точках цикла двигателя, таким образом, функционируя как простой впускной и выпускной клапан двигателя без сложностей, связанных с коромыслами и подъемниками.

Характеристики клапана двигателя

Типовые клапаны двигателя соответствуют параметрам, указанным ниже.Обратите внимание, что эти данные предназначены для информационных целей, и имейте в виду, что параметры, используемые для определения клапанов двигателя, могут варьироваться от производителя к производителю. Понимая спецификации, покупатели получают больше возможностей для обсуждения своих конкретных потребностей с поставщиками клапанов двигателя.

  • Диаметр стержня - диаметр стержня клапана двигателя
  • Длина штока - расстояние от наконечника штока до головки клапана
  • Угол седла - угол среза седла головки клапана, измеренный в угловых градусах, типичные значения находятся в диапазоне 20 o - 60 o
  • Материалы клапана - описывает материал или материалы, используемые для изготовления клапана
  • Покрытия - обозначает любые покрытия или обработки поверхности, нанесенные на основной материал клапана, такие как хромирование, нитрид, PVD или керамика, например

Сводка

В этой статье представлен краткий обзор клапанов двигателя, включая их сущность, ключевую номенклатуру, принцип их работы, работу клапана, материалы, типы и характеристики.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:
  1. https://www.theengineerspost.com/engine-valves-types/
  2. https://www.aopa.org/training-and-safety/air-safety-institute/valve-safety
  3. https://www.howacarworks.com/basics/the-engine-how-the-valves-open-and-close
  4. http: // ground-mag.com
  5. https://dieselnet.com
  6. http://www.federalmogul.com/en-US/OE/Products/Pages/Product-Details.aspx?CategoryId=48&SubCategoryId=191&ProductId=840
  7. http://www.ijmerr.com/uploadfile/2015/0409/201504051873.pdf
  8. https://www.eaton.com/us/en-us/catalog/engine-valvetrain/engine-valves.html
  9. http://www.nextech.co.in
  10. https://aviamech.blogspot.com/2013/02/piston-engine-valves.html

Другие артикулы клапана

Больше от Насосы, клапаны и аксессуары

Тюнинг системы впуска и выпуска

При правильном выборе длины впускного и выпускного трубопроводов производительность двигатели внутреннего сгорания могут быть увеличены.Открытие и закрытие впускного и выпускного клапана создает процесс сжимаемого потока, в котором волны давления текут вперед и назад через впускная и выпускная система. Подходящую длину трубы можно оценить путем решения уравнений сжимаемого потока. В качестве альтернативы, ряд разработаны эвристические уравнения длины трубы.

Волна давления создается при открытии впускного или выпускного клапана. Волна распространяется через жидкость в трубе со скоростью звука c.Когда эта волна встречает изменение площади поперечного сечения, например, на конце трубы, будет волна противоположного знака отражается от конца трубы. В зависимости от времени, которое требуется этой волне, чтобы вернувшись обратно к клапану, можно определить длину трубы.

Впускной клапан

Например, когда впускной клапан открывается, волна разрежения направляется вверх по потоку от клапана. Когда эта волна встречает изменение площади, такой как впускной коллектор, волна сжатия генерируется и направляется вниз по потоку обратно к впускному клапану.Эта волна сжатия увеличивается локальная плотность входящего потока, процесс, называемый «эффектом поршня».

Экспериментально было обнаружено, что значительный выигрыш в объемном КПД достигается, когда отраженное сжатие волна возвращается, когда поршень находится под углом поворота коленчатого вала 90 o . На это точка скорость поршня максимальная. Соответствует времени, необходимому для волна, чтобы вернуться с характерным временем поршня, требуемая длина трубы может быть нашел.

Скорость волны определяется по формуле:

скорость = расстояние / время
Расстояние вдвое больше длины трубы, 2L. Время найдено из обороты двигателя.

Расчет длины трубы L дает:
Термин c означает скорость звука. Зависит от температуры T (в градусах Кельвина). входящего потока, постоянной R воздуха и идеального газа и коэффициента теплоемкости k.Скорость звука определяется следующим уравнением:

Выпускной клапан

Когда выпускной клапан открывается, волна сжатия отправляется вниз по потоку и отражается назад как волна разрежения, когда встречается отверстие в выхлопной системе. Экспериментальным путем было установлено, что оптимальное положение поршня при волнении доходность составляет 120 o . В этом положении оставшийся выхлопной газ может быть удален из системы сгорания. камера.Затем можно определить требуемую длину выхлопной трубы.

Длину впускной и выпускной трубы можно определить с помощью апплета «Длина впускной и выпускной трубы».

Падение давления на регулирующих клапанах

Давайте закончим эту короткую неделю, посвященную 4 -й июльскому празднику Независимости Соединенных Штатов Америки, образовательным видео с канала Emerson Fisher Valves & Instruments на YouTube.

Видео «Основы определения размеров регулирующего клапана: что такое падение давления?» Описывает, что это такое, как его рассчитать и его важность при выборе правильного регулирующего клапана для вашей области применения.

Падение давления или потеря давления - это разница давлений, измеренная между двумя точками в трубе с текущей жидкостью. В случае регулирующих клапанов это разница между давлением на входе и давлением на выходе. Этот перепад давления или Delta P представляет собой входное давление минус выходное давление.Единицей измерения обычно является дифференциал в фунтах на квадратный дюйм (psid).

Стандарт заключается в измерении давления на входе на два диаметра трубы перед регулирующим клапаном и шесть диаметров после него. Расход регулирующего клапана зависит как от перепада давления на клапане, так и от хода клапана.

При выборе регулирующего клапана падение давления играет роль не только в определении типа клапана и трима, но также и от материалов конструкции. Более высокие перепады давления обычно требуют высокотехнологичных регулирующих клапанов для хорошей работы.

Для регулирующих клапанов Fisher информацию о падении давления можно найти в бюллетенях по продукции. Например, на странице регулирующих клапанов и приводов Fisher GX есть ссылки на несколько бюллетеней продукции, включая Руководство по выбору клапанов с поступательным движением штока Fisher.

Посетите раздел «Регулирующие клапаны» на сайте Emerson.com для получения дополнительной информации о выборе регулирующих клапанов и их размерах. Вы также можете подключиться и взаимодействовать с экспертами по клапанам в группе «Клапаны, приводы и регуляторы» в Emerson Exchange 365 и на конференции Emerson Exchange 23–27 сентября в Нэшвилле.

Двигатель - как открываются и закрываются клапаны

клапан что позволяет смешивать цилиндр впускной клапан; тот, через который отходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно бежать на всех скоростях.

Работа контролируется грушевидными кулачками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распредвал с приводом от цепи, ремня или набора шестерни от коленчатый вал .

Где распредвал установлен в блокировка двигателя , маленькие металлические баллоны толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателей металлический толкатель выходит в крышка цилиндра . Вершина каждого толкателя встречает коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной, пружина клапана .

По мере того, как толкатель поднимается на кулачок, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давление своей весны.Как кулачок вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой верхнего клапана (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; Клапаны управляются более напрямую от одинарных или двойных распредвалов в самой головке блока цилиндров и в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод верхнего кулачка (OHC) более эффективен и дает больше мощности для заданного объема двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях.В любой системе должен быть некоторый свободный ход в приводном механизме, чтобы клапан мог полностью закрываться, когда детали расширяются из-за нагрева.

Толкатель с заданным зазором оформление имеет важное значение между шток клапана и коромысло или кулачок, чтобы учесть расширение. Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются раньше, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей сжатие .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *