Какая сталь на клапане
Одним из ключевых элементов в работе автомобильного двигателя являются впускные и выпускные клапаны, а также валы. Выбор материалов для их производства крайне важен, так как от этого зависят многие важные показатели двигателя, такие как надежность, прочность и долговечность.
Впускные и выпускные клапаны
- Изготовляются из сильхромовой стали, такой как 40Х9С2 или40Х10С2М.
- Для клапанов выхлопных газов необходима хромоникелевая кремниевая легированная сталь для работы в условиях высокой температуры и высокого напряжения.
- Впускные клапаны обычно изготавливаются путем высадки из кремниевой легированной стали.
- Для улучшения термической устойчивости некоторые производители помещают в полость выпускных клапанов натрий, который при работе двигателя плавится и переносит тепло от головки к стержню.
- Лучший выбор для производства валов — это прочные, легко обрабатываемые металлы с высоким модулем упругости.
- Основные стальные сплавы в производстве валов — это углеродистые (сталь 25, 35, 40, 45) и легированные (35Х, 40Х, 40ХН, 40ХНМ и другие сплавы и стали).
- Для создания валов наибольшей прочности необходимо использовать стали повышенной и высокой прочности, такие как сталь класса С 225 и выше.
- При производстве валов необходимо учитывать многие факторы, такие как нагрузки, вибрации, температуры и влажность, для достижения наилучшей производительности и срока службы.
Советы и выводы
- Выбор правильных материалов для производства клапанов и валов является важным фактором для достижения высокой производительности и долговечности автомобильного двигателя.
- Необходимо учитывать условия эксплуатации автомобиля при выборе материалов для валов и клапанов.
- Для достижения максимальной прочности и надежности рекомендуется использовать стали повышенной и высокой прочности.
- Использование натрия в полости выпускных клапанов может улучшить термическую устойчивость клапанов за счет улучшения теплоотвода от головки к стержню.
Почему гнет клапана на 16
При использовании двигателя 1,5 литра и 16 клапанов могут возникнуть проблемы с загибом клапанов. Основная причина этого заключается в отсутствии выемок под клапаны в поршнях, что приводит к непредвиденным последствиям в случае обрыва ремня. После обрыва, поршня бьют по клапанам, вызывая их загиб. Эта проблема связана с конструкцией двигателя, которая не предусматривает необходимости выемок для клапанов в поршнях. Чтобы избежать такой поломки, необходимо проводить регулярное техническое обслуживание двигателя и следить за сроками замены ремня ГРМ. Важно помнить о том, что ремонт и замена клапанов, может стоить владельцу автомобиля достаточно дорого. Необходимо следить за состоянием двигателя и регулярно производить замену запчастей.
Для чего нужен клапана
Клапаны необходимы для эффективного функционирования трубопроводов и узлов. Они выполняют важную функцию — передачу жидкости в нужном объеме и под нужным давлением. Клапаны могут быть использованы как для открытия, так и для закрытия отверстий. В зависимости от режима работы, они могут обеспечить регулирование потока жидкости и контроль за ее давлением, что позволяет управлять процессом передачи воды, газа или других веществ. Клапаны могут удерживать жидкость под определенным давлением, регулировать ее объем или иметь защитную функцию, чтобы предотвратить разрыв труб, обусловленный избыточным давлением. В целом, клапаны являются важной составляющей системы трубопроводов и обеспечивают безопасность, эффективность и надежность процесса передачи жидкости.
Сколько клапанов в двухтактном двигателе
В двухтактном двигателе не используются клапаны газораспределительного механизма, которые присутствуют в четырехтактных двигателях. Пара поршень и гильза выполняют функцию пропуска воздуха и топлива при впуске, а также отводят отработавшие газы при выпуске. Таким образом, рабочий цикл двигателя происходит в течение одного оборота коленчатого вала и через два такта. Отсутствие клапанной системы делает двигатель более простым и дешевым по сравнению с четырехтактным двигателем, но при этом он менее экономичный и менее экологически безопасный. В зависимости от модели и конструкции, количество поршней и гильз может быть разным, но их роль в газораспределительном механизме остается неизменной — управление потоком газов и топлива в двигателе.
Какой мотор гнет клапана на ВАЗ 2114
Двигатель на ВАЗ 2114 объемом 1,6 литра и с количеством клапанов 16 штук не гнет клапана при обрыве ремня. Это означает, что если ремень привода ГРМ (газораспределительный механизм) на этом двигателе сломается, то вероятность порчи клапанов существенно снижается. Обычно, при обрыве ремня на двигателях других марок и моделей, гнет клапана при столкновении поршня с ними, что может привести к серьезным повреждениям двигателя. Однако, в данном случае на ВАЗ 2114 этого не происходит благодаря особенностям конструкции двигателя. Таким образом, владельцам автомобилей ВАЗ 2114 можно быть уверенным в том, что в случае обрыва ремня, их двигатель не понесет серьезных повреждений.
Для изготовления впускных клапанов двигателей используются материалы высокого качества и различные технологии. Одним из наиболее распространенных материалов является сильхромовая сталь типа 40Х9С2 или 40Х10С2М. Такой материал обладает высокой прочностью, устойчивостью к износу и нагреву, что позволяет клапанам длительное время работать в экстремальных условиях. Данная сталь подвергается специальной технологии высадки, благодаря чему получается дополнительная прочность клапанов. Она также обладает хорошими антикоррозионными свойствами и считается одним из наиболее удачных выборов для производства впускных клапанов двигателей. Эта сталь способствует эффективной и надежной работе двигателей, обеспечивая длительный срок их эксплуатации.
13.4. Клапанные стали
Клапанный узел двигателя внутреннего сгорания — ответственный узел, часто определяющий срок службы мотора до ремонта. В особенно тяжелых условиях работают клапаны выхлопа, они подвергаются одновременному воздействию высоких механических нагрузок при высокой температуре (700. 900 С) и газовой коррозии в продуктах сгорания. Кроме того, шток клапана работает на износ при повышенных температурах, а его конец не должен сминаться при ударах.

В автомобильных и тракторных моторах небольшой мощности клапаны выпуска изготавливают из сильхромов, которые обладают хорошей жаропрочностью (800. 900 С) и стойкостью в среде выхлопных газов.
Клапаны мощных моторов изготовляются из более жаропрочных сталей аустенитного класса — 45Х14Н14В2 и 45Х14Н14В2С3.
Сильхромовые стали относятся к группе сталей мартенситного класса, закаливающихся на воздухе. Для сильхрома 40Х9С2 наилучшие свойства получаются после закалки от 975 С в масле и отпуска при 800 С с последующим сравнительно быстрым охлаждением на воздухе.
13.5. Жаростойкие стали
Комплексное легирование расширяет диапазон рабочих температур жаростойких сталей.

Молибден в сталь Х6М вводится для устранения тепловой хрупкости и для повышения механических свойств, эта сталь способна к самозакаливанию на воздухе, поэтому после каждой операции горячей обработки должна отжигаться при температуре 860 С.
Стали 40Х9С2 и 10Х13СЮ обладают более высокой жаростойкостью и применяются при изготовлении клапанов двигателей внутреннего сгорания и печного оборудования. Наилучшие свойства этих сталей получаются после закалки с 975 С в масле и отпуска при 800 С с последующим быстрым охлаждением на воздухе.
Сталь 08Х17Т относится к ферритному классу и применяется в теплообменниках, при добавках кремния становится стойкой даже в среде горячих топочных газов, богатых серой.
Стали 12Х18Н9Т и 36Х18Н25С2 относятся к аустенитному классу, обладают хорошими технологическими свойствами (пластичны и хорошо свариваются) и повышенной механической прочностью при высоких температурах. Из-за добавки кремния последняя сталь обладает высокой жаростойкостью, особенно в средах с повышенным содержанием серы и применяются для печных конвейеров и других нагруженных деталей, а также для деталей сопл и жаровых труб в газотурбинных установках.
Лекция 14. Стали и сплавы, работающие при низких температурах
14.1. Влияние низких температур на свойства металлов
При охлаждении металлов происходит повышение предела прочности, твердости и снижение показателей пластичности и ударной вязкости, что повышает опасность хрупкого разрушения.
Порог хладноломкости — температура, ниже которой происходит скачкообразное снижение ударной вязкости.
Проблема хрупкого разрушения существенна для материалов, работающих в условиях Крайнего Севера, а также для металлов и сплавов, используемых в технике сверхнизких (криогенных) температур.
14.2. Стали для изделий, работающих при низких климатических температурах
С машинами и металлоконструкциями, работающими в условиях Севера, происходит особенно большое количество аварий. Разрушение деталей в условиях севера, а также зимой в средней полосе происходит потому, что обычные стали имеют недостаточно низкий температурный порог хладноломкости. Поэтому для изделий, работающих в отмеченных условиях, необходимо применение легированных сталей с пониженным значением порога хладноломкости.
Эффективными металлами для работы в условиях севера являются низколегированные малоуглеродистые стали (
и др.), которые обладают хорошей свариваемостью и поэтому пригодны для изготовления сварных металлоконструкций. В строительных металлоконструкциях наибольший эффект достигается при использовании термомеханически упрочненного проката.
Из какой стали делают клапана двигателей: Из какого материала изготовлен клапан
Клапаны имеют грибовидную форму. Обычно их штампуют, в результате чего волокна располагаются соответственно конфигурации клапана. По условиям работы на двигателе клапаны разделяют на выпускные и впускные.
Условия работы головки и стержня выпускного клапана различны. Головка клапана в процессе работы сильно нагревается (до 600° С и выше), стержень изнашивается, а конец стержня изнашивается и сминается. Поэтому материал выпускного клапана должен сохранять свои механические свойства при высоких температурах (обладать жаропрочностью), не подвергаться местной закалке при остывании, не давать остаточных деформаций,
не подвергаться коррозии при высоких температурах, обладать высоким сопротивлением износу и смятию. Указанным требованиям удовлетворяют окалиностойкие и жаропрочные стали 40Х9С2 и 40Х10С2М, из которых в основном и изготовляют выпускные клапаны.
, Нагрев конца стержня клапана для закалки проводится с помощью т. в. ч. или в установке для концевого нагрева в электролите.
. В связи с тем, что условия работы головки и стержня клапана различны, а стержень в процессе работы не нагревается, для экономии жаропрочной стали клапаны иногда изготовляют сварными: головка из жаропрочной стали, а стержень из менее легированной стали (обычно из стали, применяемой для впускных клапанов).
Впускные клапаны изготовляют в основном из сталей 40Х и 40ХН Клапаны из стали 40Х закаливают в масле от 850— 870° С и отпускают при 600—630° С (HRC 30—36). Затем закаливают конец стержня клапана от 820° С с охлаждением в масле (НRC 40—45).
Термическую обработку впускных клапанов можно проводить с использованием тепла после штамповки. При таком способе осуществляют: 1) непосредственную закалку в масле после штамповки с предварительным подстуживанием до 800—850° С или без подстуживания и отпуск при 600—630° С; 2) изотермическую закалку по режиму: штамповка поковок, перенос их в изотермическую среду (щелочь или селитру) с температурой 390—500° С, выдержка 15 мин, охлаждение в воде, промывка в растворе хромпика и окончательная промывка в проточной воде. Наиболее целесообразным является первый вариант как более простой.
МАТЕРИАЛЫ,ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Распределительные валы изготовляют из легированных сталей 15Х, 15НМ и 12ХНЗА, или из углеродистых сталей 40 и 45, или из чугуна. Кулачки и шейки стальных распределительнных валов подвергаются цементации с последующей закалкой или поверхностной закалке, а чугунных — отбеливанию.
Для распределительных шестерен применяют сталь 20 и 45 или серый чугун. Для уменьшения шума при работе зубья шестерни делают косыми, а шестерню изготовляют из текстолита (при стальной ступице).
Толкатели изготовляют из легированных сталей 15Х, 20Х 12ХНЗА и 18ХНЗА, из стали 45 с последующей поверхностной закалкой. В некоторых двигателях толкатели делают из отбеливающихся чугунов. Твердость рабочих торцов толкателя не должна быть ниже HRC 54—56.
Выпускные клапаны в карбюраторных двигателях изготовляют из сталей ЭСХ8, Х9С2, Х10СМ, Х12Н7С, ЭН107 и ЭЯ2. С целью экономии жаропрочные материалы в ряде двигателей применяют только для головок клапанов, а стержни делают из сталей 40Х или 40ХН, затем эти детали сваривают. Для повышения коррозионной стойкости выпускных клапанов и уменьшения износа рабочей поверхности на нее и на головку клапана со стороны цилиндра наплавляют слой твердого сплава ВЗК (на кобальтовой основе), сормайта (на железной основе) или стеллита (60% Niи 15% Сг) толщиной 1,5—2,5 мм.
Для впускных клапанов применяют хромистую и хромони-келевую сталь 40Х, 40ХН, 50ХН, 37С и 40ХНМА.
Седла клапанов изготовляют из серых перлитовых чугунов СЧ 24—48, стали 45. В некоторых случаях седла клапанов отливают из отбеливающихся чугунов, при этом седла хорошо противостоят ударной нагрузке и химическому воздействию газов. Кроме того, обработка точно отливаемых колец для седел сводится только к шлифованию, без обтачивания и притирки.
Направляющие втулки изготовляют из чугуна или из алюминиевой бронзы.
Для пружин применяют специальную пружинную проволоку диаметром 3—5 мм из сталей СОГ, 65Г, 50ХФХ и П1.
Детали крепления тарелки, пружины и стержня клапана (сухари, чеки) изготовляют из сталей 40, 45, 12НЗА и чугуна СП-4Ф и др.
Коромысла штампуют из углеродистых сталей 20 и 30. Применяют также легированные стали 20ХНЗА, 12ХЗА, ЭИ274 и др. Ударной части коромысла с помощью термической обработки придается высокая твердость.
Возможно существующее в среде охотников поверье о том, что нож из клапанной стали круче даже ножа из дамасской – не более чем миф. Однако то, что этот материал отличают просто великолепные рабочие характеристики – чистейшая правда.
Клинком, выполненным из клапанной стали, например, можно без труда разрубить болт на 12. Для изготовления таких замечательных инструментов используется сталь выпускного клапана для мощных дизельных двигателей.
Мастера изготавливают клинки именно из этой детали. Дело в том, что старый металл нормализован и отличается отсутствием внутреннего напряжения. Лучше всего для данной цели подходят тепловозные клапана, на изготовление которых идет сталь Х40.
Самое главное при изготовлении клинка из клапанов – это правильно оттянуть металл. Выполнить из Х40 длинную пластинку достаточно непросто. Такая операция под силу только опытным кузнецам. Закалки данный материал не требует.
Основные характеристики стали Х40
Клапан просто идеально подходит для изготовления абсолютно любых типов клинков. Ножи из нержавеющей стали Х40 могут использоваться в тяжелых условиях.
Сталь Х40 относится к жаропрочным, высоколегированным. Ее высокие механические свойства не теряются даже при очень высоких температурах (до 600С). Однако при длительном воздействии может снизиться ударная вязкость.
Эту марку стали в промышленности применяют для изготовления клапанов тракторных, автомобильных, авиационных.
Основными отличительными характеристиками клапанов являются:
• Высокое содержание углерода в ножах, обеспечивающее клинкам повышенную твердость;
• Хром, присутствующий в составе стали делает ее устойчивой к ржавлению. На таком клинке вы никогда не увидите рыжих пятен. Смазка ножа жиром при длительном хранении не нужна;
• Доступность материала, делает его едва ли не самым распространенным на сегодняшний день из всех, используемых для изготовления.
Преимущества клинков из клапанной стали Х40
Нож Х40 отличается просто замечательными режущими свойствами. Точится не слишком сложно, однако заточку при этом держит очень хорошо. На режущей кромке клинка из клапанной стали даже после использования на достаточно твердых материалах никаких зарубок не появляется.
Небольшим недостатком данного вида стали считается некоторая хрупкость на излом. Однако для того, чтобы сломать нож из клапана нужно приложить все же достаточно серьезное усилие (твердость стали 57 – 58, что в общем для клинков оптимально).
Прослужит такой клинок из клапана долго, так как металл Х40 не ржавеет. Кроме того, благодаря наличию в составе стали хрома, лезвие не тускнеет. То есть не требует периодической шлифовки. Простота в уходе – еще одна причина необыкновенной популярности подобных инструментов.
Купить нож клапанной стали отличного качества можно у нас в мастерской. Просматривайте наш каталог, и вы обязательно подберете для себя подходящую модель с замечательными рабочими характеристиками.
Кроме того мы продаем и другие модели – ножи из дамасской стали, алмазки, нержавеющей стали и т.д.
Применение сталей — характеристика материала / Справочники — Металлинвест. Управляющая компания
Клапаны — Энциклопедия журнала «За рулем»
Для работы четырехтактного ДВС требуется как минимум по два клапана на цилиндр — впускной и выпускной. В настоящее время применяются клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для улучшения наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается больше, чем у выпускного. Седла клапанов изготовленные из чугуна или стали, запрессовываются в головку блока цилиндров.
При работе двигателя клапаны подвергаются значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому для их изготовления применяются специальные сплавы. Иногда для улучшения охлаждения клапанов высокофорсированных двигателей применяют клапаны с полым стержнем, который заполняется натрием. Натрий при рабочих температурах плавится и в расплавленном виде перетекает внутри клапана, перенося тепло от более нагретой тарелки клапана к стержню. Для лучшей очистки рабочей фаски от нагара и равномерной теплопередачи иногда применяются различные механизмы для вращения клапана.
ГРМ могут быть нижнеклапанными и верхнеклапанными, но в современных двигателях используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость для гарантированного закрытия клапана при работе, но жесткость пружины не должна быть чрезмерной, чтобы не увеличивать ударной нагрузки на седло клапана. Иногда для уменьшения возможности резонансных колебаний используются пружины уменьшенной жесткости, но на один клапан устанавливается по две пружины.
При использовании двух пружин они должны быть навиты в разные стороны, чтобы не произошло заклинивания клапана в случае поломки одной из пружин и попадания ее витка между витками другой пружины. Для снижения потерь на трение в ГРМ сейчас широко применяются ролики, размещаемые на рычагах и толкателях привода клапанов.
Рис. Замена трения скольжения трением качения путем применения в клапанном механизме роликов дает возможность уменьшить потери на привод клапанов
При открытии (опускании) впускного клапана через кольцевой проход между тарелкой клапана и седлом проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) и заполняет цилиндр. Чем больше будет площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, а следовательно, и выходные показатели этого цилиндра при рабочем ходе будут выше. Для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания желательно также увеличить диаметр тарелки выпускного клапана. Размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Лучшее наполнение цилиндров и их очистка обеспечиваются при использовании большего, чем два, числа клапанов на один цилиндр. Встречаются трехклапанные (два впускных и один выпуск ной) системы и пятиклапанные (три впускных и два выпускных) системы.
Рис. Четырехклапанная камера сгорания. Применение газораспределительного механизма с четырьмя клапанами на цилиндр в дизельном двигателе
Впервые четыре клапана на цилиндр были использованы еще 1912 г. на двигателе автомобиля Peugeot Gran Prix. Широкое использование такой схемы на серийных легковых автомобилях началось только в 1970-е гг. Сейчас ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей. Некоторые из двигателей Mercedes имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).
Двигатели некоторых автомобилей группы Volksvagen-Audi и ряд японских двигателей используют пять клапанов на цилиндр (три впускных и два выпускных), но при таком числе клапанов значительно усложняется их привод.
Рис. Трехклапанный ГРМ. Компания DaimlerChrysler утверждает, что ГРМ с двумя впускными, одним выпускным и двумя свечами зажигания обеспечивает снижение вредных веществ в отработавших газах
Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение
Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:
- своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
- последующий отвод выхлопных газов.
Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.
Общее устройство
Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.
Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:
- стальная пружина;
- устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
- втулка, направляющая движение;
- посадочное седло.
Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.
Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.
К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:
- минимально возможный вес;
- антикоррозийная устойчивость;
- безупречная теплоотдача клапана;
- устойчивость к высоким температурам;
- герметичность работы при контакте с седлом;
- повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
- отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
- максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.
Конструктивные особенности
Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.
В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.
Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.
Конструктивно деталь состоит из двух частей:
- головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
- стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.
Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.
К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.
Требования к изготовлению пружин и втулок
Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.
Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.
Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.
Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.
Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.
для вилочных погрузчиков клапаны, двигатели и их детали
Что такое клапан двигателя?
Клапан двигателя — это устройство, которое регулирует, направляет и контролирует поток топлива и воздуха в двигателе. Он открывает или закрывает проходы через точно определенные интервалы времени — и этот механический танец позволяет двигателю работать эффективно.
Для двигателей требуется минимум два клапана на цилиндр: впускной клапан и выпускной клапан. В наши дни возрастают требования к расходу топлива и экологичности двигателей. Вот почему большинство двигателей сегодня являются многоклапанными — они содержат от четырех до шести клапанов на цилиндр. Это позволяет всем процессам протекать более эффективно и приводить двигатель в действие более эффективно.
Каждый клапан состоит из двух частей: штока и головки. Шток обычно изготавливается из закаленной стали. Головка блока цилиндров изготовлена из прочного материала, который может противостоять огромному количеству тепла, создаваемого в камере сгорания, — чаще всего из титана или углеродистой стали.
Различные типы клапанов двигателя
В TVH есть все необходимые клапаны двигателя: впускные и выпускные клапаны.
Впускные клапаны контролируют, сколько топливовоздушной смеси поступает в цилиндр двигателя. А выпускные клапаны освобождают отработавшие газы из камеры сгорания.
Оба клапана имеют похожую конструкцию, но впускные клапаны больше, чем выпускные. Это создает более широкий проход для потоков газа в цилиндр. Почему? Потому что втягивать газ гораздо сложнее, чем выпускать выхлопные газы.
Выпускные клапаны изготовлены из более прочного материала. Это делается для того, чтобы они могли обрабатывать огромное количество тепла, которое покидает камеру сгорания. Некоторые выпускные клапаны также обрабатываются тонким покрытием, таким как Stellite, для увеличения прочности и термостойкости.
TVH имеет все необходимые детали двигателя, включая детали, которые работают с клапанами двигателя, такие как пружины, толкатели клапанов, направляющие клапанов, замки клапанов, фиксаторы клапанов, седла клапанов, уплотнения клапанов и многое другое..
У нас есть клапаны и соответствующие детали для установки на:
Briggs & Stratton – Caterpillar – Continental – Cummins – Deutz – Doosan – Fiat – Ford – FPT – GM – Hatz – Honda – Hyundai – IH – Isuzu – JCB – John Deere – Kia – Kohler – Komatsu – Kubota – Lombardini – MAN – Mazda – Mercedes – Mitsubishi – MWM – Nissan – Perkins – Peugeot – Renault – Scania – Shibaura – Sisu – Toyota – Volvo – VM Motori – VW – Waukesha – Xinchai – Yanmar
Разновидности и принцип действия впускных клапанов
Впускной и выпускной клапан — отличия
Главное отличие впускного клапана от выпускного – диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.
Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) – одинаковое, а скорость – разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка – больше в диаметре.
Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов – равное количество – по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.
Второе важное отличие в конструкции клапанов – их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее – раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов. Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.
KnowCar — понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные — внизу сайта.
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.
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.
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.
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.
Мой секрет
). 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.
Впускной клапан – элемент механизма газораспределения , который отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси или только воздуха (для или моторов с непосредственным впрыском). Впускной клапан осуществляет открытие доступа в цилиндр двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется такт сжатия.
Впускные клапаны изготавливают из особой стали. К такой стали для изготовления выдвигаются отдельные требования:
- высокая твердость поверхности;
- достаточная теплопроводность материала;
- узкий коэффициент термического расширения;
- противостояние разъедающему влиянию продуктов сгорания;
- возможность противостоять регулярным динамическим нагрузкам при высоком нагреве;
Дополнительные требования к стали для клапанов предполагают отсутствие эффекта закаливания в момент охлаждения клапана после работы в условиях высоких температур. Это означает, что при остывании сталь не должна становится хрупкой. Данным требованиям на 100% не соответствует ни одна из разработанных сегодня марок стали.
Клапаны ДВС изготавливают из высоколегированных сильхромов, что позволяет указанной детали работать в условиях высочайшего нагрева. Такой подход обеспечил нужную прочность клапана, а также возможность элемента противостоять коррозионным процессам, которые активно прогрессируют в среде его работы при высоких температурах около 600 — 800 °C.
Клапаны размещают под определенным углом (30-45 градусов) по отношению к вертикальной оси. Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение. В момент выпуска в цилиндре имеет место повышение давления.
Разрежение в цилиндре на впуске уступает давлению по силе на такте выпуска. Для максимально качественного и полного наполнения рабочей топливно-воздушной смесью на впуске необходимы клапана с большей пропускной способностью. Такая пропускная способность реализована посредством увеличения диаметра тарелки впускного клапана или количества впускных клапанов.
Тарелка впускного клапана со стороны рабочей камеры сгорания плоская, а со стороны распределительного вала получает форму конуса. Данный конус еще называется фаской. В момент закрытия впускного клапана фаска прилегает к седлу клапана, которое также представляет собой коническое отверстие в .
Точность посадки впускного клапана обеспечена благодаря использованию направляющей втулки. В указанную втулку вставляется стержень клапана, а сама втулка называется направляющей клапана. Направляющие клапанов запрессованы в корпус ГБЦ, а также дополнительно зафиксированы посредством стопорного кольца.
Современные силовые агрегаты имеют тенденцию к увеличению количества впускных клапанов на цилиндр для улучшения пропускной способности, повышения эффективности наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной смесью и улучшения мощностных и других характеристик ДВС.
Клапан получает внутреннюю и наружную пружины. Данные цилиндрические пружины закрепляют на стержне клапана. Открытие впускного клапана на такте впуска становится возможным благодаря тому, что усилие от кулачка передается на рокер (толкатель). Конструкция современных ДВС подразумевает прямое воздействие кулачка распредвала на клапан. Пружины клапана плотно закрывают (прижимают) клапан обратно после того, как рокер сбегает с толкателя или стержень клапана прекращает контактировать с кулачком распредвала.
Между распределительным валом (его кулачком) и стержнем клапана (его торцевой частью) имеется конструктивный зазор. Такой зазор (может находиться на отметке 0,3-0,05 мм) создан для компенсации теплового расширения впускного клапана.
Открытие и закрытие впускных клапанов в четко определенный момент становится возможным благодаря угловому положению распредвала, которое в точности совпадает с аналогичным положением ДВС. Получается, положение распредвала в момент открытия впускных клапанов строго соответствует положению коленвала. Конструкции двигателей могут отличаться, количество распредвалов может быть разным.
Впускной клапан начинает приоткрываться немного раньше того момента, когда окажется в ВМТ (высшая мертвая точка). Это означает, что в самом начале такта впуска (когда поршень начинает опускаться вниз), впускной клапан уже немного открыт. Такое решение называется опережением открытия клапана. Различные модели силовых агрегатов имеют разное опережение, а рамки колебаний находятся в пределах от 5-и до 30-и градусов.
Закрытие впускного клапана осуществляется с небольшой задержкой. Клапан закрывается в тот момент, когда поршень в цилиндре оказывается в нижней мертвой точке и далее начинается движение вверх. Цилиндр продолжает наполняться и после начала движения поршня вверх. Такое явление происходит в результате инерционного движения во впускном коллекторе.
Основными неисправностями, которые напрямую связаны с клапанами ДВС, являются: загибание клапанов, зарастание клапанов нагаром и прогар клапана. Загибание клапанов чаще всего происходит по причине обрыва ремня ГРМ. Не менее часто гнет клапана и при неправильно выставленных метках в процессе замены приводного ремня ГРМ. Менять ремень ГРМ и выставлять метки на шкивах распредвала и коленвала нужно с повышенным вниманием.
Неисправностью клапанного механизма становится образование нагара на впускных и выпускных клапанах, что проявляется в повышенном шуме в процессе работы и падении мощности ДВС. Характерно появление металлического стука в области клапанной крышки на ГБЦ, а также проблемы с клапанами выявляют по хлопкам во впускном и выпускном коллекторе.
Нагар на клапанах и седлах не позволяет элементам плотно прилегать друг к другу, что ведет к потере необходимого показателя компрессии в двигателе. Снижение компрессии означает потерю мощности ДВС. Сильный нагар также приводит к перегреву и прогару клапана.
Неисправность пружин клапана может привести к деформации ГБЦ и заеданию стержня в направляющей клапана. Неправильный тепловой зазор между рычагом и стержнем приводит к сильному стуку клапанов. В таком случае необходимо немедленно заниматься выставлением требуемого производителем теплового зазора. Автолюбители называют эту процедуру регулировкой клапанов. Регулировать клапана нужно с определенной периодичностью в процессе эксплуатации мотора, а также если указанная возможность отрегулировать клапана двигателя изначально предусмотрена конструктивно.
Для работы четырехтактного ДВС требуется как минимум по два клапана на цилиндр — впускной и выпускной. В настоящее время применяются клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для улучшения наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается больше, чем у выпускного. Седла клапанов изготовленные из чугуна или стали, запрессовываются в головку блока цилиндров. При работе двигателя клапаны подвергаются значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому для их изготовления применяются специальные сплавы. Иногда для улучшения охлаждения клапанов высокофорсированных двигателей применяют клапаны с полым стержнем
, который заполняется
натрием
. Натрий при рабочих температурах плавится и в расплавленном виде перетекает внутри клапана, перенося тепло от более нагретой тарелки клапана к стержню. Для лучшей очистки рабочей фаски от нагара и равномерной теплопередачи иногда применяются различные механизмы для вращения клапана. ГРМ могут быть
нижнеклапанными
и
верхнеклапанными
, но в современных двигателях используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость для гарантированного закрытия клапана при работе, но жесткость пружины не должна быть чрезмерной, чтобы не увеличивать ударной нагрузки на седло клапана. Иногда для уменьшения возможности резонансных колебаний используются пружины уменьшенной жесткости, но на один клапан устанавливается по две пружины.
При использовании двух пружин они должны быть навиты в разные стороны, чтобы не произошло заклинивания клапана в случае поломки одной из пружин и попадания ее витка между витками другой пружины. Для снижения потерь на трение в ГРМ сейчас широко применяются ролики, размещаемые на рычагах и толкателях привода клапанов.
Рис. Замена трения скольжения трением качения путем применения в клапанном механизме роликов дает возможность уменьшить потери на привод клапанов
При открытии (опускании) впускного клапана через кольцевой проход между тарелкой клапана и седлом проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) и заполняет цилиндр. Чем больше будет площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, а следовательно, и выходные показатели этого цилиндра при рабочем ходе будут выше. Для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания желательно также увеличить диаметр тарелки выпускного клапана. Размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Лучшее наполнение цилиндров и их очистка обеспечиваются при использовании большего, чем два, числа клапанов на один цилиндр. Встречаются трехклапанные (два впускных и один выпуск ной) системы и пятиклапанные (три впускных и два выпускных) системы.
Рис. Четырехклапанная камера сгорания. Применение газораспределительного механизма с четырьмя клапанами на цилиндр в дизельном двигателе
Впервые четыре клапана на цилиндр были использованы еще 1912 г. на двигателе автомобиля Peugeot Gran Prix . Широкое использование такой схемы на серийных легковых автомобилях началось только в 1970-е гг. Сейчас ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей. Некоторые из двигателей Mercedes имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана). Двигатели некоторых автомобилей группы Volksvagen-Audi и ряд японских двигателей используют пять клапанов на цилиндр (три впускных и два выпускных), но при таком числе клапанов значительно усложняется их привод.
Рис. Трехклапанный ГРМ. Компания DaimlerChrysler утверждает, что ГРМ с двумя впускными, одним выпускным и двумя свечами зажигания обеспечивает снижение вредных веществ в отработавших газах
Седла и направляющие втулки клапанов из металлических порошков значительно превосходят аналогичные детали, полученные при литье
Компания Federal-MogulPowertrain создала материалы, отличающиеся высокой прочностью и повышенной коррозионной стойкостью.
Новые металлические порошки, предназначенные для изготовления направляющих втулок и седел клапанов производства компании Federal-Mogul Powertrain, подразделения Federal-Mogul Holdings Corporation (NASDAQ: FDML), обеспечивают повышенную стойкость к коррозии, механическую прочность и уменьшенные расходы по сравнению с традиционными материалами для литья. Изделия, изготовленные из этих материалов, способствуют снижению выбросов CO2 — они позволяют изготавливать седла клапанов с фаской под таким углом, при котором выхлопные газы быстрее покидают камеру сгорания. Эти изделия в основном предназначены для применения в двигателях магистральных и внедорожных грузовых автомобилей, а также в мощных двигателях прогулочных судов.
«Переход от использования сплавов к применению металлических порошков в сфере легковых автомобилей начался несколько десятилетий назад, а сейчас мы наблюдаем аналогичную тенденцию в области двигателей для тяжелой техники. Новые материалы отличаются повышенной коррозионной стойкостью, износостойкостью и механической прочностью, — сказал Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), директор по технологиям Federal-Mogul Powertrain. — В настоящее время на долю металлических порошков приходится примерно 25 % рынка деталей двигателей для тяжелой техники, и на фоне проявляемого производителями техники интереса эта цифра стабильно увеличивается».
Преимущества металлических порошков обусловлены особенностями их структуры: такие материалы не должны быть однородными, поэтому для достижения конкретных свойств можно подбирать фазы и микроструктуры порошков — все зависит от поставленных задач. Кроме того, изделия из таких материалов сразу производятся в чистовом размере, что уменьшает количество операций обработки и повышает рентабельность производства изделий и заготовок.
Седла клапанов
Federal-Mogul FM-S20B — это новый материал для изготовления седел впускных клапанов, отличающийся непревзойденной коррозионной стойкостью. Соль, которую посыпают на дороги в развитых странах, и топливо с варьирующимся процентом содержания серы, распространенное на развивающихся рынках, способствуют коррозии впускных клапанов двигателя и увеличению конденсата из-за большего объема рециркуляции отработавших газов.
Материал FM-S20B создан на основе железа, чем выгодно отличается от сравнимых литых сплавов на базе дорогостоящего кобальта. В рамках испытаний во время разработки седла клапанов из FM-S20B продемонстрировали более высокую коррозионную стойкость, чем изделия различных классов, полученные литьем. Достижение заявленных характеристик было подтверждено в ходе испытаний деталей в двигателях.
Для седел выпускных клапанов, которые подвергаются более высоким тепловым и механическим нагрузкам, специалисты компании Federal-Mogul Powertrain разработали материал FM-S33P. Входящие в состав кобальт и быстрорежущая сталь делают его исключительно износостойким. Из материала, запущенного в опытное производство, была изготовлена партия деталей, предназначенных для проведения испытаний клиентами, эксплуатирующими соответствующие двигатели. Он очень хорошо зарекомендовал себя в сравнении со сплавом Т400 на основе кобальта. Позднее в текущем году специалисты компании Federal-Mogul Powertrain проведут испытания деталей из этого материала в двигателях, работающих на сжатом природном газе.
Экстремальные нагрузки, которые испытывают седла клапанов двигателей тяжелой техники, вынудили разработчиков перейти от традиционного 45-градусного угла фаски к углу, равному 30 и даже 20 градусам, что позволяет повысить износостойкость. Такое решение — компромисс: ухудшились характеристики потока газов, но увеличился срок службы деталей. Разработка специалистами компании Federal-Mogul Powertrain новых материалов позволяет вернуться к использованию оптимального угла фаски при сохранении выдающейся износостойкости и снижении выбросов CO2.
Еще одним преимуществом седел клапанов, изготовленных из металлических порошков, является двуслойность конструкции: задняя поверхность седла, прилегающая к головке блока цилиндров, отличается по составу от передней поверхности, которая контактирует с клапаном. В зависимости от требований заказчика задняя поверхность седла может быть изготовлена из различных материалов: более дешевого материала для снижения стоимости детали, обогащенного медью материала для улучшенного отвода тепла или более прочного материала для соответствия по модулю упругости чугунным головкам блока цилиндров.
Для задней поверхности седел клапанов инженеры компании Federal-Mogul Powertrain разработали два материала — FM-S60A и FM-S60B, соответствующие требованиям при изготовлении чугунных головок блока цилиндров двигателей тяжелой техники. Каждый материал оптимизирован для достижения наилучших характеристик при взаимодействии с активным слоем седел.
Направляющие втулки клапанов
Для направляющих втулок клапанов компания Federal-Mogul Powertrain подготовила к выпуску на рынок два новых металлических порошка: FM-G15E и FM-G15N. Они создавались для применения в двигателях, эксплуатируемых в тяжелых условиях и испытывающих высокую поперечную нагрузку, включая работающие на сжатом природном газе энергетические установки.
Материал FM-G15E представляет собой специально обработанный порошок стали с большим содержанием твердых смазывающих частиц, снижающих трение и повышающих износостойкость. Обработка вакуумным маслом обеспечивает дополнительную смазывающую способность и исключительное сочетание механической обрабатываемости и долговечности. Специалисты компании Federal-Mogul Powertrain располагают данными о механической обрабатываемости материала FM-G15E и могут порекомендовать своим клиентам оптимальные режимы обработки.
Для применения в условиях чрезмерно высоких температур и поперечных нагрузок создан материал FM-G15N. Он обеспечивает необходимые надежность и износостойкость за счет применения хромистой стали с однородным распределением твердых смазывающих частиц и обработки вакуумным маслом. Направляющие втулки, изготовленные из материала FM-G15N, прошли 1500-часовое испытание в двигателе и продемонстрировали полное соответствие требованиям клиентов как к впускным, так и к выпускным клапанам.
Преимущества материалов из порошковой стали дают компании Federal-Mogul Powertrain возможность применять их и в двигателях с направляющими втулками клапанов длиной более 100 мм, так как ее специалистам удалось преодолеть проблему сжатия таких длинных деталей. Направляющие втулки поставляются как полностью готовыми к установке, так и в виде заготовки необходимой длины. Процесс обработки предусматривает предварительное рассверливание и последующую развертку для получения окончательного отверстия.
«Компания Federal-Mogul Powertrain изначально разрабатывала направляющие втулки и седла клапанов из металлического порошка для бензиновых автомобильных двигателей, работающих в условиях высоких температур, и мощных дизельных двигателей. Однако эти втулки хорошо показали себя при использовании в двигателях энергетических установок, работающих на сжатом природном газе непосредственно на нефтяных месторождениях в условиях жаркой и сухой погоды, а также отсутствие смазки в виде нагара от сгорания дизельного топлива ведет к повышенному износу литых деталей, — прокомментировал Фрэнк Цвайн (Frank Zwein), технический руководитель отдела по применению седел и направляющих втулок клапанов компании Federal-Mogul Powertrain. — Испытание деталей в двигателе длилось более 10 тысяч часов в тяжелых условиях и выявило почти нулевой уровень износа».
Компания Federal-Mogul Powertrain представит ассортимент седел и направляющих втулок клапанов, а также смежных деталей на Международном автомобильном салоне в Ганновере (Германия), который пройдет с 22 по 29 сентября 2016 года. Продукцию компании можно будет увидеть на стенде C28 в зале 13.
Материалы выпускного клапана — High Power Media
Тарельчатые клапаны четырехтактных двигателей имеют длительный срок службы, и текущая тенденция в конструкции двигателей серийных автомобилей и нескольких гоночных серий может еще больше усложнить их жизнь. С уменьшением габаритов приходит форсирование, в основном в виде турбонаддува; любая форма наддува приводит к повышению температуры и давления в камере сгорания, а также к гораздо более высокой температуре выхлопных газов.Выпускной клапан, который уже имеет гораздо более высокие температуры, чем впускной клапан в безнаддувном двигателе, будет испытывать еще большее повышение температуры.
Многие безнаддувные гоночные двигатели (и некоторые серийные двигатели) используют титан в качестве материала выпускного клапана. Титановые сплавы обладают низкой плотностью и, следовательно, привлекательны для разработчиков клапанных механизмов. В таких случаях материал может быть таким же, как и материал впускного клапана, хотя есть некоторые доступные титановые сплавы, которые выбираются специально для использования выпускного клапана.Они имеют большую ценность, но будут надежно работать при более высоких температурах по сравнению со «старыми фаворитами», такими как Ti-6242. Polmear (1) предполагает, что материалы для выпускных клапанов, такие как Ti-834, нашли применение в производственных двигателях. Как всегда, автоспорт извлекает выгоду из аэрокосмической разработки материалов: большинство высокопрочных титановых сплавов, используемых для изготовления клапанов, изначально были разработаны для лопаток компрессора газотурбинных двигателей.
В то время как титан нашел применение в двигателях с турбонаддувом в качестве материала для гоночных выпускных клапанов, это было во времена двигателей CART с относительно низким наддувом и спиртовым топливом.
Стальные материалы оказались очень популярным материалом для выхлопных клапанов двигателей без наддува. Аустенитные стали, такие как 21-4N, остаются популярными сегодня для применения в гонках, и более 40 лет назад они цитировались в технических статьях и книгах по клапанам (2, 3). Сегодня в этой категории есть материалы с немного лучшими механическими свойствами, например, DIN 1.4882
Для более экстремальных применений мы должны смотреть не только на стальные материалы, но и на суперсплавы.Эти сплавы, обычно используемые для гоночных двигателей с турбонаддувом, основаны на никеле и обеспечивают значительно улучшенную прочность и жесткость при температуре. Nimonic 80A — типичное предложение от производителей клапанов. Из-за неизменно высокой рыночной цены на элементы, из которых сделаны такие материалы — в основном никель и хром в случае Nimonic 80A — и трудности с их обработкой, такие клапаны не дешевы, но они делают разницу между двигатель работает и не работает.
(Источники: Техническая информация G&S Valves, выпуск 2, 2003 г., для 21-4N, DIN 1. 4882 и Nimonic 80A, а также таблица данных Timet для Ti-834)
Мы должны учитывать не только прочность материала выпускного клапана при рабочей температуре, но и другие свойства, такие как сопротивление ползучести и коррозии. Ползучесть — это мера «релаксации» материала, которая измеряется путем наблюдения за деформацией, зависящей от времени, при фиксированной нагрузке или путем наблюдения за напряжением, зависящим от времени, при фиксированной деформации.Книги, содержащие соответствующие данные о ползучести, включают книгу Конвея (4).
Список литературы
1. Polmear, I.J., «Легкие сплавы», 4-е издание, Butterworth-Heinemann, 2005
2. Коули, У.Э., Робинсон, П.Дж., Флэк, Дж., «Тарельчатые клапаны двигателя внутреннего сгорания: исследование механических и металлургических требований», Proc. IMechE Auto. Div. 1964
3. Смит, П.Х., «Клапанные механизмы для высокоскоростных двигателей», Foulis, 1967,
. 4. Конвей, Дж. Б., «Параметры разрушения под напряжением: происхождение, расчет и использование», Gordon and Breach, 1969
Рис. 1 — Выбор материала является ключом к успешной работе клапана; сила — только часть уравнения
Автор Уэйн Уорд
: высокопроизводительные клапаны | ДВИГАТЕЛЬ
В серьезном профессиональном сообществе впускные и выпускные клапаны — это больше, чем кажется на первый взгляд. Благодаря технологическим достижениям, достигнутым в индустрии гоночных компонентов, сегодня у нас есть ошеломляющий выбор.В этой статье мы пытаемся объяснить различные материалы и конструкции, чтобы лучше понять предлагаемые сегодня клапаны.
Клапаны из нержавеющей стали. Хотя клапаны из нержавеющей стали могут предлагаться различных марок и рецептур сплавов, высокоэффективные клапаны из нержавеющей стали чаще всего изготавливаются из материала, называемого EV8 (более дорогой сверхпрочный нержавеющий сплав), и изготавливаются из одного -штучная ковка. Кроме того, некоторые производители клапанов предлагают более прочную формулу из нержавеющей стали, которая обеспечивает более высокую термостойкость. Некоторые производители используют EV8 только для своих выпускных клапанов, в то время как другие используют этот материал как для впускных, так и для выпускных клапанов.
Клапаны из нержавеющей стали с высокими эксплуатационными характеристиками должны иметь наконечники из твердого стеллита (поскольку нержавеющая сталь не закаливается, к штоку необходимо приваривать закаленный наконечник) и штоки с твердым хромированием (не дешевое хромирование) для уменьшения износа направляющих. Стержни с подрезкой способствуют небольшому снижению веса и улучшают характеристики текучести. Примечание. Если клапаны определенной марки из нержавеющей стали не имеют твердого наконечника, необходимо использовать защитные колпачки.
Титановые клапаны. Титан предлагает самое высокое отношение прочности к весу из всех известных металлов. В нелегированном состоянии титан такой же прочный, как и некоторые стальные материалы, но примерно на 45% легче. Когда титан используется для производства автомобильных клапанов, он легируется небольшим количеством различных материалов, включая медь и молибден. Обработка титана может быть сложной задачей, так как он может истирать, если инструмент недостаточно твердый и острый, а также если материал не охлаждается должным образом во время обработки.
Многие титановые клапаны производятся сначала путем поковки, а затем обрабатываются до окончательной формы.Но некоторые из них изготавливаются по конструкции, состоящей из двух частей с инерционной сваркой. Согласно Xceldyne Technologies, этот процесс настолько эффективен, что клапаны с инерционной сваркой были сертифицированы как имеющие лучшую структуру зерна, чем цельная кованая конструкция. Затем клапан обрабатывается на станке с ЧПУ и во многих случаях вырезается в области штока, чтобы обеспечить ложе для вставки покрытия. Затем клапан покрывается плазменным молибденом.
Отдельные части клапана подвергаются дальнейшей механической обработке, а шток шлифуется, оставляя плазменное молибденовое покрытие только на желаемой области штока.Затем производится окончательная обработка канавок головки, штока и держателя. Завершается шлифовка штока, чтобы установить допуск на размер с точностью до 0,0002 дюйма. Окончательная прецизионная полировка снижает вероятность образования нагара.
Обычно доступны три типа наконечников клапанов, которые включают наконечник из закаленной стали или наконечник с керамическим покрытием (керамические наконечники должны использоваться в сочетании с колпачками) и тонкопленочную технологию, такую как покрытие из паровой плазмы (PVD). .
Поскольку титан является относительно мягким материалом, для него требуется защитная контактная поверхность на концах стержня, обычно это закаленные колпачки для ресниц.Xceldyne отметил, что когда клапаны имеют диаметр штока менее 5/16 дюйма (7 мм или меньше), на наконечник штока наносится специальное твердое покрытие, защищающее его от трения крышки зазора.
Прочное твердое керамическое покрытие предназначено для защиты титана от трения, вызываемого ресничками. На наконечники могут быть нанесены другие покрытия, такие как обработка PVD, обработка нитридом хрома, химическое осаждение из паровой фазы (CVD), алмазоподобный углерод (DLC) или другое узкоспециализированное защитное покрытие. Эта закаленная деталь на кончике предотвращает перенос материала или заедание между кончиком и крышкой ресниц.
Также доступны полые титановые клапаны с полым штоком или с комбинацией полых штоков и полых головок. Конструкция с полым штоком снижает вес клапана примерно на 10%. Конструкция с полой головкой — это запатентованный процесс, позволяющий снизить дополнительный вес от 6 до 8 граммов (в зависимости от размера клапана). В рамках запатентованного процесса, внутри головки клапана может быть усилено, чтобы обеспечить опорную конструкцию для прочности и жесткости.
При обращении с титановыми клапанами и их использовании необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
• Не прикасайтесь к поверхности клапана голыми руками, так как кислоты отпечатков пальцев могут повлиять на покрытие. Перед работой наденьте перчатки или смажьте клапан маслом.
• Никогда не используйте притирочный состав или какой-либо абразивный материал, если клапан покрыт PVD-покрытием.
• Заменяйте седла клапана во время каждого ремонта, чтобы обеспечить надлежащий контакт клапана с седлом.Ширина зоны контакта (поверхность клапана до седла клапана) должна быть не менее 1 мм.
• Новые седла клапана должны быть из относительно мягкого материала, такого как бронза или чугун с шаровидным графитом (термообработанный до уровня Rockwell RC32 или менее).
• Если производителем клапана не указано иное, всегда используйте упрочненные колпачки с зазором на титановых клапанах. Некоторые производители предлагают клапаны с закаленными наконечниками, сваренными трением. Голые, незащищенные титановые наконечники станут грибовидными при воздействии сил коромысла.
Если титановый клапан имеет наконечник из стеллита, наконечники можно притереть во время обслуживания клапана, но с осторожностью.Вы сможете безопасно удалить максимум примерно от 0,015 до 0,020 дюйма.
Что касается седел клапана, то традиционные литые или твердые седла могут иметь канавку на поверхности клапана, поэтому рекомендуется использовать материал седла из никелевой бронзы. Также доступны другие сиденья из экзотического металла.
Титановые клапаны разработаны для применений, где необходимо уменьшить вес клапанного механизма, для приложений с высокими оборотами и расширенными высокими оборотами, поскольку титановые клапаны позволяют работать с более высокими оборотами двигателя и подходят для очень агрессивных профилей распределительных валов.Однако для экстремальных температур (продувка, турбо- и нитродвигатели) титан может быть не идеальным выбором. Кроме того, для многих уличных применений титан может быть не лучшим выбором для двигателя, которому не нужно развивать такие высокие обороты, или для двигателя, который будет застегиваться, а не разбираться и регулярно обслуживаться. Другими словами, вероятно, лучше всего зарезервировать использование титана для безнаддувных гонок или приложений с принудительной индукцией на стороне впуска, где вес клапанного механизма и длительное использование на высоких оборотах имеют первостепенное значение.
Клапаны из инконеля. Inconel является зарегистрированным товарным знаком Special Metals Corp. и относится к семейству суперсплавов на основе никеля. Сплавы Inconel — это стойкие к окислению и коррозии материалы, предназначенные для использования в условиях высоких температур. Инконель сохраняет прочность в широком диапазоне рабочих температур. В отличие от стали или алюминия, он не так сильно расползается (меняет размер) при высоких температурах.
Инконель может включать углерод, марганец, кремний, фосфор, серу, никель, кобальт, хром, железо, алюминий, молибден, титан, бор и медь, причем наибольшая концентрация материала приходится на никель и хром.
Обычно используются пять «классов» инконеля — 600, 625, 690, 718 и 939. В основном преимущества инконеля включают легкий вес, устойчивость к экстремальным температурам, высокую прочность и устойчивость к термодинамике.
Inconel обладают чрезвычайно высоким термическим сопротивлением и предназначены для работы в условиях высоких температур, например, в системах с турбонаддувом, наддувом и закись азота.
Клапаны Nimonic 90. Нимоник — это никель-хромовый сплав, особая марка которого — Нимоник 90 — используется некоторыми производителями для производства высокопроизводительных клапанов.Nimonic 90 — это суперсплав, состоящий из никель-хром-кобальта, который обеспечивает высокую прочность и способность выдерживать чрезвычайно высокие температуры, по сообщениям, в пределах диапазона 2000 ° F, без искажений. Мэнли сообщает, что они добились успеха в таких экстремальных приложениях, как нитрометан, и в приложениях с турбонаддувом с высоким наддувом, таких как тяговые двигатели с несколькими турбинами.
Клапаны с натриевым наполнением. Клапаны, заполненные натрием, имеют штоки с прецизионным отверстием и заполнением специально разработанным натрием.Это позволяет снизить вес (результат перфорации для создания полой штанги) и улучшить рассеивание тепла. По поводу эффективности этой передачи тепла ведутся споры из-за опасений, что передача тепла направляющим увеличивает износ направляющих. Даже с учетом этих опасений интересно отметить, что двигатель Chevy LS7 оснащен выпускными клапанами, заполненными натрием (наряду с впускными клапанами из титана).
Полые пространства в головке и штоке клапана с натриевым охлаждением примерно на 60% заполнены металлическим натрием, который плавится при температуре около 206 ° F.Силы инерции, возникающие при открытии клапана, заставляют жидкий натрий перемещаться вверх внутри штока, передавая тепло направляющей клапана, а затем и водяной рубашке.
Клапаны с полым штоком. Клапаны с полым штоком из нержавеющей стали или титана (без натриевого наполнения) имеют перфорированное сверление для создания полых штоков строго для снижения веса — примерно на 10% по сравнению с аналогичным клапаном с цельным штоком.
Общие рекомендации
Для большинства уличных двигателей рекомендуется использовать качественный клапан из нержавеющей стали.Титан обычно является предпочтительным для большинства гоночных приложений, но некоторые производители двигателей, которые специализируются на приложениях с турбонаддувом, предпочитают клапаны из сплава Inconel с высоким содержанием никеля. Клапаны с полым штоком, как правило, отлично работают на стороне впуска, но их гораздо сложнее изготовить и проверить на наличие дефектов на внутреннем диаметре. поверхность. Многие производители двигателей высшего эшелона избегают полых клапанов по этой причине в гонках на выносливость (NASCAR или 24-часовой стиль).
Клапаны из нержавеющей стали чаще всего используются в уличных гонках и гонках с умеренными характеристиками.Титан используется, когда важен вес клапана и не учитывается стоимость. Инконель используется, когда температура выхлопных газов становится очень высокой. Нержавеющая сталь (для уличного исполнения) имеет гораздо лучшие характеристики прочности, чем титан, и уличные парни обычно не видят реальных преимуществ титана. В гонках используйте титан, если хотите похудеть… и потратить много денег.
Если ваш покупатель заботится о долговечности, и он уже вырабатывает столько мощности, сколько хочет, и уже вращает двигатель на столько, сколько хочет, тогда используйте материал из нержавеющей стали. Если он работает с нитрометаном, то материал выпускного клапана Inconel будет его лучшим выбором, если он хочет финишировать.
На стороне выпуска заправка натрием — лучший способ увеличить напор полого выпускного клапана. Если требуются стальные клапаны стандартного диаметра, но вес клапана не является обязательным, переход на полый впуск и выпуск с наполнением натрия, безусловно, является большим преимуществом.
Наиболее критичным моментом является получение массы из клапана. Чем легче клапан, тем жестче система клапанного механизма по отношению к массе, которую он должен перемещать.Кроме того, при уменьшении массы клапана вы можете уменьшить усилие пружины, необходимое для управления заданным движением клапана, и / или перейти к более агрессивной конструкции кулачка, которая может обеспечить большую мощность.
В то время как некоторые производители клапанов выпускают только конструкции со сплошным штоком, полые штоки, безусловно, обеспечивают меньшую массу. Теоретически это был бы лучший вариант, но существуют очень серьезные производственные и инспекционные препятствия, которые необходимо устранить при производстве полого клапана.
Вопрос для вашего клиента звучит так: где самый безопасный и лучший способ вложить свои деньги при создании этого движка для этого конкретного приложения в рамках этого бюджета? Иногда ответом будет полый клапан, но в большинстве случаев, вероятно, это будет сплошной шток клапана, если только мы не увидим серьезный технический скачок на производственной стороне.Поскольку производители оригинального оборудования начинают использовать более экзотические технологии производства клапанов на массовом рынке, для рынка запчастей могут появиться новые технологии, позволяющие сделать эти детали производительными и гоночными.
Хотя 95% рынка используют фиксаторы с квадратной канавкой, напряжения в клапане сводятся к минимуму с помощью одной круглой (радиальной) канавки. Система наименьшего напряжения — это конструкция верхнего замка с небольшой круглой канавкой в верхней части замка. Замок спроектирован с немного меньшим углом, чем фиксатор, поэтому клапан удерживается усилием цанги, сжимающим больше в нижней части интерфейса замок-клапан.
Радиусные канавки решают проблему зон концентрации напряжений, связанных с очень малым радиусом внутреннего угла замка квадратной канавки. В гонках высокого класса с клапанами из любого материала фиксаторы и замки могут использовать только одну канавку, потому что это заставляет замок захватывать шток клапана и удерживать его на месте. Многие двигатели OE имеют стальные замки с несколькими пазами и клапаны, которые позволяют клапану вращаться в замках, что хорошо для уличных и низкопроизводительных характеристик. Поскольку между клапаном и замками имеется неплотная посадка, это может вызвать перегрузку при использовании в тяжелых гонках.
Q: В чем разница между клапанами Black Nitride и клапанами Inconel? Можно ли использовать клапаны из инконеля на стороне всасывания?
A: Клапаны из черного нитрида — это клапаны из нержавеющей стали с черной обработкой, которая делает клапаны более твердыми. Клапаны Inconel изготовлены из сплава Nimonic 751, который имеет лучшую термостойкость, чем нержавеющая сталь. Клапаны Inconel используются только на выпускной стороне, это единственная сторона, на которой необходимо использовать более высокотемпературный сплав.
Q: Когда следует использовать клапаны Inconel вместо клапанов Black Nitride?
A: Следует использовать клапаны из инконеля, когда мощность двигателя превышает 250 л.с., если мощность двигателя превышает 800 л.с., мы рекомендуем использовать клапаны с натриевым наполнением / инконель.
Q: Можно ли изготовить клапаны на заказ?
A: Да, мы можем изготовить клапаны любой марки или модели по индивидуальному заказу, однако для изготовления на заказ потребуется минимум 50 экземпляров каждого клапана из нержавеющей стали или инконеля. szie.
В: Какова твердость нитридного слоя на клапанах?
A: Твердость азотированного клапана составляет около 800 по Виккерсу = эквивалент 52 Rc (эквивалент, потому что это всего лишь тонкий слой.
Q: Каковы рабочие температуры клапанов?
A: Наши клапаны из нержавеющей стали имеют температуру 1460 F. (приблизительно 1900 F EGT) Клапаны INCONEL имеют 1600 F (приблизительно 2200 F EGT)
В: Какова долговечность наших титановых клапанов?
A: Зависит от многих факторов, таких как рабочая температура., жесткость седла, об / мин и т. д., но разумным числом является 1000 миль в гоночных приложениях
Q: Каков зазор между поршнем и стенкой цилиндра?
A: Все наши поршни поставляются со спецификациями, пожалуйста, прочтите их внимательно. Диаметр поршня должен быть измерен в точке замера, указанной на листе. Требуемый зазор зависит от диаметра, сплава, типа или поковки (конструкция с полной юбкой или тапочкой), условий эксплуатации.
Q: Какой зазор между шатуном и пальцем запястья?
A: Зазор между стержнем и штифтом Writs составляет 0,010-0,012 мм (0,0004 «-0,0005»)
Q: В чем разница между сплавом 4032 и сплавом 2618?
A: A) 4032 Высококремний (примерно 11% кремния, но усиленный дополнительными медью, никелем и магнием) Сплав с низким коэффициентом расширения.
B) 2618 Сплав с низким содержанием кремния и высоким коэффициентом расширения.Поскольку большинство используют 2618, они говорят, что он лучше, но это не всегда так. На самом деле они очень похожи, и разница не такая большая
Q: Какова степень расширения сплава 4032:
A: 4032 расширяется на 18% меньше, чем 2618
Q: Какой должен быть зазор между куполом поршня и головкой цилиндра?
A: Для стальных стержней: 0,040 дюйма (1 мм). Для алюминиевых стержней: 0,060 дюйма (1,5 мм).
Q: Поршни поставляются со штифтами, замками и кольцами.
A: Наши поршни поставляются со штифтами и замками, однако кольца продаются отдельно.
Q: Поставляются ли кулачковые толкатели с прокладкой и какой размер рекомендуется?
A: 8-миллиметровые прокладки продаются отдельно, и нужно всегда измерять зазор между кулачком и наконечником клапана, чтобы знать, какого размера прокладки необходимы.
Композитные клапаны двигателя? | CompositesWorld
В автогонках меньшая масса означает большую скорость. Инженеры постоянно искали способы уменьшить массу компонентов гоночных автомобилей для повышения производительности, и композиты были вспомогательным материалом в этих усилиях, особенно в компонентах корпуса и рамы гоночного автомобиля. В Исследовательском центре автомобильной инженерии Университета штата Колорадо (CSU, Ft. Collins, Colo.), однако исследования по снижению массы были сосредоточены на композитном решении в очень маловероятной области: исследователи Дональд Рэдфорд, Ричард Бакли и группа студентов инженерного факультета CSU отливают композитные цельные клапаны двигателя, которые составляют часть веса металлические версии.
Регулировка клапанов двигателя не только снижает вес, но, что более важно для гоночных целей, также открывает возможность увеличения практических оборотов двигателя. «Ограничение числа оборотов [оборотов в минуту] большинства современных двигателей определяется скоростью, при которой клапанный механизм становится нестабильным», — объясняет Рэдфорд. «Поскольку« скачок »и« отскок »клапана регулируются массой и жесткостью компонентов клапанного механизма, уменьшение массы клапана должно увеличивать рабочую скорость двигателя». Команда потратила несколько лет, демонстрируя потенциальные характеристики армированных волокном высокотемпературных матричных клапанов с формованной смолой (RTM’d) для замены материалов, используемых в настоящее время.
Материалы и суровые условия
Концепция композитных клапанов существует уже давно.В начале 1980-х годов Polimotor Research Inc. (Фейрлон, Нью-Джерси) попыталась полностью разработать концепцию двигателя из полимерного армированного углеродом двигателя на основе двигателя Ford, в котором для штоков клапанов использовался высокотемпературный армированный углеродом полиамид-имид (PAI) и керамика для головки клапанов. Рядный 4-цилиндровый двигатель весил всего 168 фунтов / 76 кг, отмечает Рэдфорд. В 1980-х годах Исследовательский центр НАСА в Лэнгли (Вирджиния) предпринял проект углеродно-углеродного двигателя, в котором были произведены и испытаны клапаны из углеродного композита. В этих предыдущих усилиях использовались многоэлементные концепции для решения проблемы различных температур, наблюдаемых по всему клапану, и склеенное соединение между головкой клапана и штоком клапана часто являлось точкой разрушения конструкции.Команда Рэдфорда считает, что существует потенциал для легких клапанов, изготовленных в виде единой детали, которые можно масштабировать в соответствии с объемами производства, хотя остаются серьезные проблемы с проектированием и производством.
Цельная преформа из высокотемпературной смолы
Выбранная композитная конструкция включала двухслойную плетеную трубку из углеродного волокна диаметром 6,4 мм / 0,25 дюйма, содержащую 60% аксиального однонаправленного жгута для дополнительного сопротивления осевому изгибу. На поверхность клапана были добавлены два небольших диска из ткани с полотняным переплетением (подробнее об этом ниже), чтобы выдерживать приложенные изгибающие нагрузки. Матрица представляет собой высокотемпературную полиимидную смолу PETI-RFI от Langley Research Center.
Смола PETI-RFI ведет себя как термопласт при температуре ниже 280 ° C / 536 ° F, но сшивается и превращается в термореактивную смолу при температуре отверждения выше 300 ° C / 572 ° F. Из-за этой уникальной характеристики команда Рэдфорда разработала план введения смолы в форму при повышенной температуре, но ниже температуры отверждения. После завершения инъекции форма была удалена из машины для литья под давлением, закрытые крышки формы были закреплены в отверстии и вентиляционных отверстиях, и форма была помещена в печь для полного отверждения и сшивания.
Поскольку клапан должен был быть цельным, команда первоначально спроектировала и создала прототип алюминиевой формы с одной полостью. Но возникли проблемы: неравномерное наполнение, трудности с удержанием преформы и промывкой волокна, а также застревание детали в форме. Хуже того, алюминиевая форма со временем деформировалась из-за высоких температур отверждения, что привело к проблемам с герметизацией и, в конечном итоге, к образованию пустот в деталях. В конечном итоге была разработана модульная, состоящая из нескольких частей пресс-форма из нержавеющей стали с разделенными полостями для улучшения заполнения и смачивания, обеспечения большего давления зажима и облегчения удаления деталей, сообщает Рэдфорд.
Одной из наиболее серьезных проблем было удержание крошечной оплетки в правильном положении внутри формы во время литья под давлением. Конечным решением была двухкомпонентная удерживающая втулка преформы, которая зажимает плетеную втулку на конце клапана. Втулка предохраняет волокна от вымывания формы и «раскрывает» оплетку, заставляя смолу проникнуть внутрь, так что смачивание преформы, согласно Рэдфорду, происходит изнутри.
Еще одна проблема заключалась в том, как добавить локальное армирование волокном на торце клапана.Первоначальная идея заключалась в том, чтобы «намотать» конец оплетки на плоскую поверхность, но размещение было неопределенным из-за потока смолы во время впрыска. Ответ заключался в том, чтобы «препрег» высушить углеродную ткань полотняного переплетения путем плавления PETI-RFI в его термопластическом состоянии на ткани. Затем из пропитанной смолой ткани вырезали или вырубали маленькие диски того же диаметра, что и поверхность клапана, для образования дисков, упомянутых выше. По словам Рэдфорда, диски легко вдавливались в поверхность пресс-формы клапана во время сборки пресс-формы и обеспечивали необходимый дополнительный объем волокна в области головки.«Когда горячая смола вводится в форму, смола в дисках плавится вместе с ней», — объясняет он. «Мы сняли торцевую крышку для инъекций, чтобы подтвердить смачивание диска перед сушкой в печи. Это дает нам гибкость для выполнения аддитивного производства для местных нагрузок и может перейти к добавлению функциональных характеристик, таких как материалы для теплопередачи ».
Результаты испытаний, направления на будущее
Настоящее испытание было проведено с установкой клапанов в настоящий гоночный двигатель типа Junior Dragster с боковыми клапанами и воздушным охлаждением с ручным управлением дроссельной заслонкой. Клапаны работали хорошо на холостом ходу, но когда они были доведены до почти полной нагрузки, они вышли из строя в течение 10 минут. При осмотре на поверхности клапана возле седла наблюдалась эрозия и потеря материала. Было очевидно, и это наблюдение было впоследствии подтверждено данными термопары, что у гоночного двигателя с воздушным охлаждением температура впускных клапанов превышала 425 ° C / 797 ° F — намного выше, чем ожидалось.«Мы достигли нашей цели, создав цельный композитный клапан, который по своей конструкции может работать как впускной клапан, но тепловые характеристики самого композитного материала становятся реальной проблемой», — говорит Рэдфорд.
Со времени первых экспериментов группа улучшила свою работу на основе извлеченных уроков. Например, все исходные клапанные изделия имели небольшую пористость поверхности, что могло повлиять на тепловые характеристики. Рэдфорд сообщает, что вакуумная дегазация расплава перед впрыском, а также хорошо запечатанная форма теперь считаются критически важными для предотвращения образования пустот.Другие меры включают попытки повысить тепловые характеристики полиимида с помощью наноразмерных добавок. Также исследуются новые неорганические полимеры, в том числе «геополимеры» на основе силиката оксида алюминия, подобные тем, которые предлагает Pyromeral (Pont Sainte Maxence, Франция и Даллас, Техас). Эти ручки похожи на двухкомпонентную эпоксидную смолу, могут обрабатываться методом RTM и обеспечивать очень высокие температурные характеристики (
750 ° C / 1382 ° F), но прочность — проблема, отмечает он. Клапаны, изготовленные с таким же усилением, но пропитанные керамической матрицей, имеют белый цвет, а не черный.
Также исследуются в качестве альтернативы высокотемпературной матрице различные золь-гели и суспензии коллоидных частиц кремнезема. Кроме того, команда ищет способы сделать свою оригинальную конструкцию из углеродного волокна / полиимида более устойчивой к нагреванию и эрозии. «Мы изучаем различные термобарьеры, в том числе напыляемые покрытия или металлические покрытия на поверхности клапана, но все же нам необходимо решить проблемы, связанные с коэффициентом теплового расширения (КТР)», — добавляет Рэдфорд.
Учитывая текущий экономический спад и, как следствие, спад в автомобильной промышленности, производители оригинального оборудования, занятые переосмыслением себя и разработкой «более экологичных» автомобилей, которые определят будущее транспорта, вряд ли будут рассматривать композитные клапаны в качестве приоритета. Тем не менее, исследование многообещающее. В автогонках, где скорость по-прежнему важнее всего, композитные клапаны — и (кто знает?) Даже полностью композитный двигатель — могут стать следующим прорывом в соревнованиях.
ПИСТОЛЕТЫ КЛАПАНЫ ДВИГАТЕЛЯ
КЛАПАНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
A / S: BI МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КЛАПАНЫ
Выпускные клапаны специально изготовлены из биметаллический. Головки клапанов, которые выдерживают коррозию, износ, подвижное и механическое усилие изготовлено из аустенитной стали и штоки клапанов изготовлены из мартенситной стали, поскольку биметаллические увеличивает время работы клапана.
Na: КЛАПАНЫ, ЗАПОЛНЕННЫЕ НАТРИЙ
Внутренняя часть некоторых клапанов заполнена натрием. так что его тепло может быть уменьшено для двигателей, которые работают с высокая скорость в тяжелых условиях долгое время, поэтому возможность уменьшение трещин, коррозии и деформации.
Ni: КЛАПАНЫ АЗОТИРОВАННЫЕ
Некоторые клапаны применяются путем нитрования. обработать так, чтобы их износостойкость и устойчивость к коррозии увеличивать.Нитрованная пластина на клапанах не хрупкая и не падает в распад. Время усталости может быть увеличено до 80% на высоколегированных сплавах. сталь и% 40 по стали хромоникелевой части 8-18 азотированием. Процесс снижает коэффициент трения и увеличивает корреляцию сопротивление. Нитрация снижает липкость, даже если нет смазка. Эти особенности продлевают срок службы клапана.
ST: STELLITED VALVES
Вспомогательный процесс наносится на выпускной клапан и некоторые седла впускных клапанов и наконечник штока концы для увеличения их сопротивления
Y: КЛАПАНЫ С ЗАКРЕПЛЕННЫЕ СЕДЛА
Седла впускных клапанов особенно закалено индукцией для предотвращения истирания
Cr. ХРОМ КЛАПАНЫ С ПОКРЫТИЕМ
Шток клапанов хромирован для увеличить поверхностное сопротивление и уменьшить истирание. В процесс не только увеличивает сопротивление ствола, но также снижает функциональную мощность, поэтому удлиняет клапан и направляющую долговечность.
Ph: КЛАПАНЫ С ФОСФАТНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Клапаны покрыты фосфатом, чтобы они могли сохранять смазку. и быть защищенным от коррозии.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ МАТЕРИАЛ КЛАПАН:
N Легированная сталь для всасывания клапаны, также используемые в качестве материала штока для биметаллических версий, являются сильный от коррозии.
S CrSi выпускной клапан из стали с высоким сопротивлением как крайним температуры и коррозии, обычно используемые для изготовления впускных клапанов.
O (CrMo) — сталь с отличным износом сопротивление и с низким коэффициентом трения используется для высоких –Напряженные выпускные клапаны.
A (CrNiMn) Аустенитный CrNiMn — Сталь для высоконапряженных выпускных клапанов, с высокая стойкость к горению и коррозии используется в качестве головы материал со стеллитовой облицовкой для биметаллических версий, также не производятся этилированным топливом.
R Аустенитный (CrMoMn) — Сталь с исключительной износо- и жаростойкостью, а также усталостная прочность используется для сильно нагруженных впуском и выпуском клапаны.
I Суперсплав на основе никеля для большой дизель — выпускные клапаны двигателя подвергаются очень сильному стрессы.
X Аустенитный хром-марганец — Никелевая сталь с добавкой азота, стойкость к коррозии. действие и высокие прочностные свойства при повышенных температурах для выпускных клапанов и впускных клапанов для тяжелых условий эксплуатации.
Клапаны двигателя — впускные и выпускные клапаны для судовых дизельных двигателей
Клапаны двигателя
Shailesh Industries имеет большой опыт в производстве клапанов для двигателей и поставляет полный спектр специальной продукции для клиентов по всему миру. Обширный опыт в конструкции и материалах Shailesh Industries гарантирует индивидуальные, целостные, функциональные и экономичные решения, адаптированные к самым жестким условиям эксплуатации.
Shailesh Industries производит впускные и выпускные клапаны в вариантах штамповки и горячей экструзии из широкого ассортимента материалов для двигателей всех размеров. Изготовлен методом штамповки металла с нарушением процесса ковки. Биметаллические клапаны сварены трением. Также предлагаются различные процессы, такие как хромирование на штоке, стеллит на седле и в области наконечника, азотирование / туппинг.
Мы можем предложить производство клапанов двигателя в соответствии с определениями, размерами и спецификациями оригинальных производителей, а также с индивидуальными требованиями и обновленными спецификациями, чтобы удовлетворить потребности рынка.
Диапазон производства клапанов двигателя
Двигатель Клапан Галерея продукции
Материалы
предлагаются из широкого спектра материалов, таких как:
- Низкоуглеродистая сталь
- Нержавеющая сталь
- Мартенситный клапан Сталь
- Сталь аустенитного клапана
- Никелевый сплав
- Стеллитовый сплав
- Нимоник / Инконель / Монал Суперсплавы
Конфигурация
Различные конфигурации, такие как монометалл, биметалл — сварка трением, сварка выступом; отделка головки — машинная, кузнечная; седло — твердосплавное, индукционная закалка; конец наконечника — закаленный пламенем, закаленный индукционным способом; Также предлагается покрытие со стеллитом для улучшения характеристик клапана двигателя и увеличения срока его службы.
Специальные покрытия и средства обработки
Для улучшения свойств термостойкости, износостойкости и коррозионной стойкости клапанов двигателя Shailesh Industries предлагает различные покрытия и обработки:
- Жесткое хромирование
- Туфтридный процесс
- Марганцево-фосфатное покрытие
- Покрытие из нитрида хрома (CrN)
- Покрытие из нитрида титана (TiN)
- Покрытие из нитрида циркония (ZrN)
- Зеркальный лак
Клапаны для судовых двигателей
Shailesh Industries имеет большой опыт в производстве клапанов для судовых двигателей.Мы поставляем впускной и выпускной клапаны для различных судовых дизельных двигателей, таких как Allen, B&W, Daihatsu, MAN, Cummins, Hanshin, Yanmar, Niigata, Akasaka, Makita, Deutz, ITO, Mitsubishi, MAK, Pielstick и других известных торговых марок.
Мы также можем предоставить услуги по индивидуальному проектированию и производству для разработки индивидуальных клапанов двигателя. Мы стремимся к партнерству с нашими клиентами, чтобы предлагать быструю разработку, создание прототипов и опытное производство клапанов двигателя, адаптированных к конкретным потребностям каждого клиента.Если вам необходимы специальные клапаны и вы хотите предоставить нам заказ на клапаны, свяжитесь с нами.
Клапаны в двигателе — как они работают
Газы поступают в камеру сгорания и из нее через каналы в головке блока цилиндров, называемые портов . Этот поток газов регулируется клапанами. Есть два набора клапанов — один для управления впуском, а другой — для выпуска. Клапаны должны создавать минимальные препятствия для потока газов, когда они открыты, и создавать газонепроницаемое уплотнение, когда они закрыты.
На такте впуска впускной клапан будет открыт, и в него может войти смесь воздуха и топлива. Затем клапан закроется, чтобы смесь можно было сжать и сжечь, затем выпускной клапан открывается на такте выпуска, так что сгоревшая смесь может быть вытеснена движением поршня вверх.
Клапаны управляются распределительным валом, который в нужное время толкает каждый клапан — напрямую или через рычажный механизм. Клапаны должны быть синхронизированы с поршнем, чтобы они открывались и закрывались в нужный момент хода поршня.А ремень ГРМ (cambelt по-английски) или же цепь ГРМ проходит между коленчатым валом и распределительным валом, связывая их вместе, удерживая их синхронизированными.
Клапан в сборе
В ранних двигателях экспериментировали со всеми типами клапанов, но в течение примерно ста лет в автомобильных двигателях использовалась одна и та же конструкция: тарельчатый клапан.
Каждый клапан расположен в круглом отверстии в крыше камеры сгорания. В закрытом состоянии между клапаном и поверхностью, к которой он прижимается, будет плотное уплотнение, известное как седло клапана .Клапан закрыт пружина клапана который прижимается к диску, прикрепленному к штоку клапана, который называется фиксатор .
Давление, вытесняющее выхлопные газы, сильнее, чем вакуум, вытягивающий воздух и топливо. Давить газы легче, чем всасывать их с помощью вакуума. Вы можете попробовать это самостоятельно, дыша через соломинку для питья, это займет больше времени, чтобы заполнить легкие, чем опорожнить их. Это означает, что выхлопные газы движутся легче, и поэтому впускные клапаны больше (или их больше), чем впускные клапаны, чтобы обеспечить большую площадь для впускного потока.
Клапан
Сам клапан состоит из круглой головки, соединенной с длинным штоком. Шток проходит в направляющей клапана и гарантирует, что клапан может двигаться только вверх и вниз, а не покачиваться из стороны в сторону.
Клапан состоит из двух частей, которые затем свариваются. Головка обычно изготавливается из нержавеющей стали, а шток — из высокоуглеродистой стали. Клапаны в основном изготавливаются из закаленной стали или из более экзотических материалов, таких как титан в высокопроизводительных двигателях.
Когда клапан закрыт, он контактирует с поверхностью по периметру порта клапана. Эта поверхность, на которой находится клапан, называется седло клапана . Седло должно быть гладким, так как оно обеспечивает уплотняющую поверхность, а максимальный контакт между клапаном и седлом гарантирует, что головка цилиндра может поглощать тепло от клапана. С чугунной головкой седло клапана будет обработано непосредственно в головке, тогда как для более мягких алюминиевых головок, которые не могут противостоять коррозии выхлопных газов, седло клапана будет сделано из более прочного металла и вдавлено в головку.
Впускные и выпускные клапаны нагреваются во время работы. Это тепло должно быть отведено, и это тепло в основном передается через поверхность клапана, через седло клапана и в головку цилиндров, где оно уносится протекающей охлаждающей жидкостью. Тепло также проходит вверх по штоку и через направляющие клапана в головку. Штоки некоторых рабочих клапанов заполнены натрием, который плавится и плещется внутри штока для улучшения теплопередачи.
[Схема теплового потока в клапанах]
Выхлопные клапаны имеют более жесткий срок службы, чем впускные клапаны, они подвергаются более высоким температурам, потому что горячие выхлопные газы текут вокруг них и за ними.Они проводят свою рабочую жизнь в тесном контакте с горячими едкими выхлопными газами и поэтому изготовлены из особо прочных, жаростойких и устойчивых к коррозии материалов.
Направляющие клапана
Клапаны проходят через отверстие в порту, это отверстие будет облицовано прецизионной фрезерованной трубкой, называемой направляющая клапана . Направляющая клапана очень плотно прилегает к штоку клапана, чтобы предотвратить любое поперечное движение или покачивание. Плотная посадка означает, что поверхность клапана идеально совмещена с седлом клапана.
Этот тесный зазор предотвращает утечку масла в порт, а также помогает предотвратить попадание сжатых газов через шток клапана в головку блока цилиндров.
Направляющие клапана дополнительно уплотнены уплотнение штока клапана , которое в основном представляет собой уплотнительное кольцо, которое плотно прилегает к штоку клапана, предотвращая попадание излишков масла и газов через направляющую клапана в порт. Некоторое количество масла желательно в направляющей клапана для предотвращения износа и обеспечения плавной работы.
Пружина клапана
Каждый клапан удерживается закрытым с помощью пружина клапана .Пружина удерживает клапан в закрытом состоянии, а также удерживает клапанный узел в контакте с распределительным валом или коромыслом, когда клапан открыт. Чтобы открыть клапан, клапанный механизм должен противостоять натяжению пружины. Прочность пружины клапана имеет большое значение.
[Иллюстрация с плавающей запятой клапана]
Слишком сильный, и мы тратим энергию на открытие и закрытие клапанов, а также увеличиваем износ клапанного механизма. Но если пружина слишком слабая, она не сможет закрыть клапан достаточно быстро на высоких скоростях, клапан не будет контактировать с распределительным валом в состоянии, известном как клапан поплавковый чего мы хотим всегда избегать.
Пружина клапана сидит вокруг штока клапана и толкает вверх круглую пластину, называемую фиксатор клапана который заблокирован вокруг штока клапана.
Фиксатор фиксируется на штоке с помощью двух держатели клапанов (также известные как фиксаторы клапана, цанги или замки). Держатели клапана имеют коническую форму и входят в пазы на штоке клапана, предотвращая скольжение фиксатора вверх по штоку.
Подъемники клапанов
Толкатели клапана , также называемый толкатели клапана или же толкатели , представляют собой цилиндрические прокладки, которые находятся между верхней частью штока клапана и выступом кулачка или коромыслом.Подробнее о них мы поговорим в статье о распредвале.
Распредвал
Функция клапанов очень тесно связана с функцией распределительного вала, и они действуют вместе, при этом распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Прочтите статью о распределительном валу, чтобы получить полное представление о клапанной передаче.
Неисправности клапана
Поврежденные клапаны вызовут плохую компрессию и серьезные проблемы с двигателем.Результат отказа клапана в одном цилиндре будет находиться где-то по шкале между неработающим двигателем и плохой работой — в зависимости от количества цилиндров в двигателе.
Отказ клапана почти всегда приводит к потере компрессии в пораженных цилиндрах из-за того, что клапан не герметизирует камеру.
Сгоревшие клапаны
А сгоревший клапан происходит, когда часть поверхности клапана повреждается из-за нагрева или коррозии.Если клапан не сидит идеально из-за изгиба или небольшой трещины, выхлопные газы могут просачиваться через небольшой участок клапана. Концентрация газов в этой области имеет тенденцию разъедать головку клапана, вызывая дальнейший износ. Сгоревший клапан вызовет плохое уплотнение вокруг клапана, что приведет к потере сжатия в цилиндре.
Гнутый клапан
Клапаны находятся в постоянном танце с поршнями, синхронизированными с помощью ремня ГРМ или цепи.Если ремень ГРМ щелкает или подпрыгивает, то мощный поршень может коснуться клапана и это вызовет клапан коленчатый . Двигатель, в котором поршень и клапан могут перекрываться, известен как интерференционная конструкция — большинство современных двигателей имеют интерференционная конструкция . А двигатель невмешательства имеет зазор между поршнем и клапаном, даже когда клапан полностью открыт и поршень находится в верхней части своего хода.
После сгибания клапана он не сможет правильно сесть, что приведет к плохому сжатию.В зависимости от силы контакта между поршнем и клапаном, направляющая клапана может быть повреждена.
Из какой стали изготавливают клапана двс
Материалы для изготовления клапанов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания
К клапанам механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания предъявляются повышенные требования, поэтому для их изготовления применяется комбинирование различных материалов, а также использование специальных наплавок и покрытий. Особое внимание уделяют разработке клапанных сталей и сплавов, которые функционируют при температуре более 580 градусов Цельсия. К примеру, впускные клапаны дизельного двигателя КамАЗ изготавливаются из стали 40Х10СМ2 мартенистого класса. Работающие при более высокой температуре выпускные клапаны изготавливаются из стали ЭП-303М (5Х20Н4А19М) аустенитного класса. Рабочая фаска данных клапанов выполняется путём наплавки сплавом ВЗК типа «Стелит», который содержит до 60% кобальта.
С целью замены дефицитных добавок внедрены сплавы на никелевой основе, которые не содержат кобальта (ЭП-649, ЭП-616, ЭП-615). К недостаткам данных сплавов можно отнести снижение твёрдости при температуре 1300 градусов Цельсия, в сравнение со сплавом ВЗК.
Впускные клапаны дизельных двигателей (СМД-60, Д-240, Д-65Н, Д-144, А-41) изготавливаются из стали 40Х10СТМ, а выпускные клапаны двигателей (Д-144, СМД-60, А-41) – из стали ЭП-616, а двигателей (СМД-14, Д-240, Д-65Н) – из стали 40Х10СМ2.
Особые требования предъявляют к материалу изготовления выпускных клапанов карбюраторного двигателя, формированного по скоростному режиму, который подвержен максимальным термическим и механическим нагрузкам. Для клапанов данных двигателей применяется жаропрочная сталь ЭП970, которая не отличается от стали ЭП303.
ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР КЛАПАНОВ

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.
Значительная часть впускных клапанов изготовлена из сталистых сплавов, например, как сильхром 1, что обусловлено значительной прочностью таких сплавов в диапазоне рабочих температур, относительно невысокой стоимостью и тем фактом, что упор клапана может быть дополнительно закален для увеличения долговечности. Выпускные клапаны изготавливаются из нержавеющих сталей марок 21-2N или 21-4N, имеющих высокую термостойкость и устойчивость к окислению оксидами свинца.
Кованые клапаны из нержавеющей стали
В США эти высококачественные клапаны изготавливаются из очищенной стали 21-2N. Такие клапаны имеют цельную конструкцию и дополнительно закаленный упор. Хромирование штока и полировка поверхности — возможная дополнительная обработка.
Серия впускных клапанов "Super Duty", изготовленных из термически обработанной нержавеющей стали марки 422, разработана специально для работы в особо сложных условиях. Материал этих клапанов превосходит по качествам материалы так называемых "клапанов для тяжелых условий эксплуатации", широко представленных на рынке и имеет выдающуюся устойчивость к уставанию и растрескиванию. Выпускные клапаны премиум класса также изготовлены из высококачественного сплава 21-2N, однако в процессе производства подвергаются дополнительной термической обработке и некоторым другим операциям, существенно повышающим прочность изделия. Благодаря этому клапаны становятся способными выдерживать высокие температуры и работать на высоких оборотах.
Никелевый сплав инконель довольно редко используется в автомобильных двигателях. Он может быть необходимым в двигателях, работающих на особо высоких температурах, например, в турбированных двигателях. Титан — прочный, легкий, но вместе с тем дорогой материал, используемый преимущественно в автоспорте. Основное преимущество титана — существенное снижение веса клапана, что позволяет двигателю работать на более высоких скоростях и реализовать весь заложенный в него потенциал.
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 могут существенно повысить мощность двигателя. При измерении углов нужно быть внимательным, в некоторых двигателях, как, например, у 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 опорой 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 масло сберегающих 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, не имеющая острых углов прямоугольной 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 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 благотворно 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 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 под 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 под высокими нагрузками.
422: сплав нержавеющей стали, используемый для изготовления высококачественных впускных клапанов. Сплав разработан специально для впукных 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.
PS посоветуйте, как быть, стоковые клапана колбеншмидта 331033 и EA v94148
полировать или нет ?
Клапан — марка стали?
Прошу помощи: расковали тепловозный клапан, а он ржавеет. Кто знает марку стали? Подскажите. Просьба в поиск не посылать (трафик+ политика. ). Сноп искр на наждаке плотный, тёмно-красный. Буду благодарен за совет — стоит ли возится?
Конечно стоит, сталь отличная, отполируете в зеркало ржаветь не будет. Называется — хромокремнистомолибденовая жаропрочная сталь 40Х10С2М или ЭИ107.
ну их как минимум 10 марок.
к примеру сталь ЭП 303 55Х20Г9АН4
Сталь 45Х14Н14В2М ГОСТ 5632-72
Сталь 40Х9С2 ГОСТ 5632-72
Сталь 45Х22Н4М3 ГОСТ 5632-72
и так далее..
ну надеюсь в гугле не забанили?(с)
На нож идет только та, которая на ВПУСКНЫХ! Которая на выпускных НЕ годится!
Тоарищ Zaicheg, спаибо за инормацию! Господин Serjant, примите мою благодарность! Прошу объяснить, что такое гул (гуль, гуля. ), и почему его (её. ) нельзя банить? С увжением Kalmuik. P.S. Полоса получилась неплохая: 500х35х8-3. Работы конечно много, но если сталь того стоит, то будет в радость. GAU-8A — Говорили, что клапан ВПУСКНОЙ, но на этот счёт слышал разные мнения. Сам нержавейку, в т.ч. клапана проверяю магнитом. Спасибо всем!
Запомните на всю жизнь. Клапан должен быть ВЫПУСКНОЙ, по той простой причине что он работает при гораздо более жестких условиях. Отработавшие газы имеют большую температуру, чем и обусловлено более качественный материал клапана по сравнению в впускным, где по хорошему топливо и газ(воздух) подаются холодными.
Интересная информация, а у Марьянко написано наоборот. Где правда?
to Serjant:
1. Мне кажется, что нужно провести дискуссию по этому вопросу и поместить это в часто задаваемые вопросы.
2. Утверждение, что только выпускной, на мой взгляд дилетанта неверно, хотя до этого считал с точностью до наоборот. Говорят, что выпускной клапан не калится именно потому, что он жаропрочный, углерода там мало, а легирующих добавок ого-го.
to kalmuik:
Если полоса длинная, то возможно ковали со штока клапана, а не из головки. Потому, что из головки ковать труднее. А на шток идет совсем другая сталь, если клапан большой. Т.е . на головке одна сталь, а на штоке другая. Поэтому выясняйте из какой части ковали. Если из штока, то тип клапана не важен.
С Уважением
Ну, впускной тоже более 500К нагревается.
А что значит «более качественный» ?
Интересно.
У меня на работе у парня полоска раскованая лежит, сейчас тоже себе нож делает. А это правда, что она типо «замозакаливающаяся» и что ее калить не надо? Если так, как ее обрабатывать, какую твердость полоска имеет?
В чем вообще приимущество этой сталюки? (живу около вокзала, могу достать!)
Ой млин, интересно почему тогда десятки лично откованых выпускнуых клапанов от самой разной техники закалилсь. Многие до сих пор в пользовании, уже лет так 20.
Мне пох и Марьянко и кто угодно со своими мнениями, у меня есть личный опты и факты. Закаливать нужно уметь.