Легкий клапан - огляд тем ScienceDirect

Пов’язані терміни:

• Кулачки
• Тертя
• Впускний клапан
• Випускний клапан
• Rocker Arm
• Вставка сидіння
• Сталевий клапан

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Кінетичні ефекти клапана

Невідповідність вставки сидіння щодо напрямної клапана

Оскільки легкі клапани мають меншу міцність, ніж класичні цільносталеві клапани, неправильне вирівнювання вставки сидіння щодо напрямної клапана або будь-якої основи клапана може призвести до відповідно більш швидкого зносу або пошкодження вузла вкладиша направляючий клапан-сидіння [245] .

Невідповідність, викликана викривленням або зміною форми металу в блоці, створить тертя між штоком клапана та напрямною клапана [246]. Це призведе до зношування напрямної та штока клапана до такої міри, що зменшить ефективність клапана.

Неправильно вирівняний клапан або спотворена вкладиш сидіння через нерівномірно затягнуті болти головки впливають на роботу двигуна через зміну часу, порушення газових потоків, нерівномірний розподіл температури на гранях сидіння і навіть попередні запалення.

Невідповідність клапана/сидіння впливає на знос клапана/сидіння, оскільки це призводить до нерівномірних контактних напружень та поганого ущільнення [247]. Також важлива концентричність керівництва/сидіння. В ідеалі напрямні отвори та посадочні поверхні одночасно обробляються в головці блоку циліндрів. Початкове відхилення вставки сидіння впливає на тепловіддачу від головки клапана до головки циліндра [248] .

Трибологія клапана

Трибологічні проблеми в підсистемі Напрямні – Легкий клапан – Встановлення сидіння

Застосування легких клапанів у кулачкових і безкульових клапах вимагає вирішення трьох основних трибологічних проблем:

Знос у контакті між головкою клапана та вставкою сидіння (рис. 7.1, вузол I)

Рисунок 7.1. Схема безкульового клапана із вставним кріпленням та напрямною.

BC1, Поверхні теплообміну за допомогою провідності між відводом і наконечником клапана, між вставкою сидіння та матеріалом головки блоку циліндрів, а також між напрямною та матеріалом головки блоку циліндрів. BC2, Поверхні конвективного теплообміну між клапаном, вставкою сидіння та напрямною та заміненими газами. BC3, Поверхні теплопередачі між гніздами клапана та його вкладишем періодично шляхом провідності та періодично конвекцією.

Тертя та знос у контакті між штоком клапана та його напрямною (рис. 7.1, вузол II)

Зчеплення крана, бампера коромисла або кулачка з наконечником клапана, особливо коли клапан обертається

Причини цих проблем такі:

Обмежене змащення штока клапана в його напрямній у випадку безкульового приводу клапана

Висока частота обертання клапана під час встановлення у вкладиші сидіння

Неможливість забезпечити обертання клапана в деяких рішеннях для приводу

Трибологічні проблеми, що виникають у вузлах поза направляючою-клапаном-системою вкладишів, обговорюються в посиланнях. [3], [4] та [228] [3] [4] [228] для кулачкового клапана та у посиланні [380] для безрамкового клапана. Тому вони тут не обговорюються.

Клапан і сідло клапана

6.5.1 Кераміка

Випробувано нові матеріали для виготовлення легких клапанів. Для двигунів з клапанами великого діаметру легкі матеріали є безперечною перевагою. Клапани нітриду кремнію (Si 3N4), показані на рис. 6.14, були широко досліджені. Si3N4 важить всього 3,2 г/см 3. Він має міцність на вигин 970 МПа при кімнатній температурі і 890 МПа навіть при 800 ° С. Навпаки, аустенітна сталь SUH35 демонструє міцність на вигин лише 400 МПа при 800 ° C (рис. 6.8). Повідомлялося, що зменшення ваги від використання Si3N4 замість жароміцного сталевого клапана становить 40%. 14

(люб'язно надано NGK Insulators, Ltd.)

Керамічні матеріали крихкі в умовах напруги при розтягуванні, тому конструкція та якість матеріалів дуже важливі. На рисунку 6.15 показано виробничий процес. Порошок нітриду кремнію спочатку формується, а потім випікається. Для підвищення надійності особливу увагу приділяють чистоті матеріалів, розміру зерен та процесу випікання.

6.15. Процес виробництва керамічного клапана з нітриду кремнію.

Деякі керамічні деталі вже продаються як деталі двигуна. Сюди входять ізолятори для запальних свічок, стільник для перетворювачів вихлопних газів, ротори з турбокомпресором, зносостійкі стружки в коромислі клапанів та передкамера для дизельних двигунів. Однак, незважаючи на енергійні дослідницькі зусилля, керамічні клапани досі не продаються.

Проектування та аналіз механічних компонентів

Процедури для поліпшення умов змащення та тепловіддачі для компонентів полегшеної пари тертя стовбура клапана - направляюча

Поліпшення умов змащування та тепловіддачі в зазорі між полегшеним штоком клапана та напрямною може бути досягнуто за допомогою структурних змін, таких як показано в посиланні [4]. Тут згадується концепція використання самосмажування штока клапана [448]. З огляду на передбачуване скасування використання масла з центральної мастильної системи двигуна, у випадку описаного раніше рішення можна використовувати окремі резервуари мастила. Інша ідея полягає в ущільненні поверхонь між штоком і напрямною клапана кільцем [448]. Для таких змін, що застосовуються у звичайних сталевих клапанах, повні клапани повинні бути виготовлені зі сплаву TiAl або керамічних композитів.

Удосконалена конструкція та аналіз механічних клапанів

Короткий зміст приводів кулачкових клапанів

Хоча фіксована синхронізація клапанів є найбільш недорогою та широко використовуваною системою для двигунів SI, вона представляє компроміс, який заважає досягти максимальної ефективності двигуна в усьому діапазоні його швидкості та навантаження. Однак використання змінної синхронізації клапанів стало популярним, і його переваги обговорюються в посиланнях. [27] та [90] [27] [90]. У сучасних двигунах фази ГРМ регулюються як для вхідних, так і для вихідних клапанів. Іноді достатньо контролю лише впускних клапанів [91] .

---