Из какой стали делают клапана двигателей
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.
950° С.
, 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.
| Ст0 | Для второстепенных элементов конструкций и неответственных деталей: настилов, арматуры, подкладки, шайб, перил, кожухов, обшивки и др. | |
| ВСт2кп | Неответственные детали повышенной пластичности, малонагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах. | |
| ВСт2пс | ВСт2сп | Неответственные детали, требующие повышенной пластичности или глубокой вытяжки, малонагруженные элементы сварных конструкций,работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах. |
| ВСт2сп | ВСт2пс | Неответственные детали, требующие повышенной пластичности или глубокой вытяжки, малонагруженные элементы сварных конструкций,работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах. |
| ВСт3кп | ВСт3пс | Для второстепенных и малонагруженных элементов сварных и несварных конструкций, работающих в интервале температур от -10 до 400°С. |
| ВСт3пс | ВСт3сп | Несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.Фасонный и листовой прокат (5-й категории)толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до +425°С. Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от -40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. |
| ВСт3сп |
|
Несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках:при толщине проката до 25 мм в интервале температур от -40 до +425°С; при толщине проката свыше 25 мм в интервале от -40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. |
| ВСт3Гпс | ВСт3пс, 18Гпс | Фасонный и листовой прокат толщиной от 10 до 36 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках при температуре от -40 до +425°С; и для ненесущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках при температуре от -40 до +425°С при гарантируемой свариваемости. |
| ВСт4кп | Сварные, клепаные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей. | |
| ВСт4пс | ВСт4сп | Сварные, клепаные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей типа валов, осей, втулок и др. |
| ВСт5пс | Детали клепаных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, втулки, ходовые валики, клинья, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, звездочки, трубчатые решетки, фланцы и другие детали, работающие в интервале температур от 0 до +425°С; поковки сечением до 800 мм. | |
| ВСт5сп | Ст6сп, ВСт4сп | Детали клепаных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, втулки, ходовые валики, клинья, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, звездочки, трубчатые решетки, фланцы и другие детали, работающие в интервале температур от 0 до +425°С; поковки сечением до 800 мм. |
| ВСт6пс | Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев поршней и т. д. | |
| ВСт6сп | ВСт5сп | Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев поршней и других деталей в термообработанном состоянии, а также для стержневой арматуры периодического профиля. |
| Ст05кп | Неответственные детали, изготавливаемые методом холодной штамповки и высадки. | |
| Ст08 | Ст 10 | Детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности: шайбы, патрубки, прокладки и другие неответственные детали, работающие в интервале температур от -40 до 450°С. |
| Ст08(кп,пс) | Ст 08 | Для прокладок, шайб, вилок, труб, а также деталей, подвергаемых химико-термической обработке, -втулок, проушин, тяг. |
| Ст10 | Ст08,15,08кп | Детали,работающие в интервале температур от -40 до 450°С, к которым предъявляются требования высокой пластичности. После ХТО — детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности сердцевины. |
| Ст10(кп,пс) | Ст08кп,15кп,10 | Детали,работающие в интервале температур до 450°С, к которым предъявляются требования высокой пластичности, а также втулки, ушки, шайбы, винты и другие детали после ХТО, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины. |
| Ст15 | Ст10,20 | Болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие в интервале температур от -40 до 450°С; после ХТО — рычаги, кулачки, гайки и другие детали,к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины. |
| Ст15(кп,пс) | Ст10кп,20кп | Элементы трубных соединений, штуцера, вилки и другие детали котлотурбостроения, работающие при температуре от -40 до 425°С. После цементации и цианирования — детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины (крепежные детали, оси, рычаги и другие детали). |
| Ст18кп | Для сварных строительных конструкций в виде листов различной толщины и фасонных профилей. | |
| Ст20(20А) | Ст15,25 | После нормализации или без термообработки — крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали,работающие при температуре от -40 до 425°С под давлением, после ХТО — шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины. |
| Ст20(кп,пс) | Ст15кп | После нормализации или без термообработки — патрубки, штуцера, вилки, болты, фланцы, корпуса аппаратов и другие детали из кипящей стали, работающие от -20 до 425°С;после цементации и цианирования — детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины (крепежные детали, оси, пальцы, звездочки и другие). |
| Ст25 | Ст20, 30 | Оси, валы, соединительные муфты, собачки, рычаги, вилки, шайбы, валики, болты, фланцы, тройники, крепежные детали и другие неответственные детали;после ХТО — винты, втулки, собачки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины. |
| Ст30 | Ст25, 35 | Тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности. |
| Ст35 | Ст30,40,35Г | Детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения:оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали. |
| Ст40 | Ст35, 45, 40Г | После улучшения — коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и др. детали;после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ — детали средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса). |
| Ст45 | Ст40Х, 50, 50Г2 | Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. |
| Ст50 | Ст45, 50Г, 50Г2, 55 | После нормализации с отпуском и закалки с отпуском — зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие на трение. |
| Ст55 | Ст50, 60, 50Г | После нормализации с отпуском и закалки с отпуском — зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие на трение. |
| Ст60 | Ст55, 65Г | Цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали,к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости. |
| А12 | А20 | Оси, втулки, зубчатые колеса, шестерни, пальцы, винты, болты и другие малонагруженные мелкие детали сложной формы, обрабатываемые на станках-автоматах, к которым предъявляются повышенные требования по качеству поверхности и точности размеров. |
| А20 | А12 | Мелкие детали машин и приборов, малонагруженные детали сложной конфигурации, к которым предъявляются повышенные требования по качеству поверхности и точности размеров, после цементации и цианирования — малонагруженные детали,к которым предъявляются требования износостойкости и повышенного качества поверхности. |
| А30 | А40, А40Г | Оси, втулки, зубчатые колеса, шестерни, пальцы, винты, болты и другие детали сложной формы, обрабатываемые на станках-автоматах, к которым предъявляются повышенные требования по качеству поверхности, работающие при повышенных напряжениях и давлениях. |
| А40Г | Оси, втулки, зубчатые колеса, шестерни, пальцы, винты, болты и другие детали сложной формы, обрабатываемые на станках-автоматах, к которым предъявляются повышенные требования к чистоте поверхности, работающие при повышенных напряжениях и давлениях. | |
| АС12ХН | АС14ХГН, АС19ХГН | Храповики коленчатого вала, фланцы масляного насоса, штифты, рычаги переключения передач, тяги, гайки, муфты, оси. |
| АС14ХГН | АС12ХН, АС19ХГН | Оси сателлитов, ступицы, скользящие муфты синхронизатора. |
| АС19ХГН | АС12ХН, АС14ХГН,АС20ХГНМ | Промежуточные шестерни заднего хода, венцы синхронизаторов, шестерни коробки передач. |
| АС35Г2 | А40Г | Валики масляного насоса, шпильки, оси. |
| АС30ХМ | АС38ХГМ, АС40ХГНМ | Червяки рулевого управления, шестерни, валики, шпильки. |
| АС38ХГМ | АС30ХМ, АС40ХГНМ | Кольца запорного подшипника, полуоси, шестерни, шпильки, шпиндели. |
| АС40ХГНМ | АС38ХНМ | Ответственные детали в автомобилестроении, шестерни, валики и т.д. |
| 09Г2 | 10Г2, 9Г2С, 09Г2Д, 09Г2Т | Стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от -40 до +450°С. |
| 14Г2 | 15ХСНД | Для крупных листовых конструкций, работающих до температуры -70°С. |
| 12ГС | 12Г2А, 14Г2А, 15ГС | Детали, изготовляемые путем вытяжки, ковки, штамповки. |
| 16ГС | 17ГС, 15ГС, 20Г2С, 20ГС, 18Г2С | Фланцы, корпуса и другие детали, работающие при температуре от -40 до 475°С под давлением;элементы сварных металлоконструкций,работающих при температуре -70°С. |
| 17ГС | 16ГС | Корпуса аппаратов, днища, фланцы и другие сварные детали,работающие под давлением при температурах от -40 до +475°С. |
| 17Г1С | 17ГС | Сварные детали,работающие под давлением при температурах от -40 до +475°С. |
| 09Г2С | 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С | Различные детали и элементы сварных металлоконструкций,работающих под давлением при температурах от -40 до +475°С. |
| 10Г2С1 | 10Г2С1Д | Различные детали и элементы сварных металлоконструкций,работающих при температуре от -70°С;аппараты, сосуды и части паровых котлов,работающих под давлением при температурах от -40 до +475°С. |
| 10Г2Б | 0Г2Б | Для сварных металлических конструкций. |
| 15Г2СФД | Для сварных металлических конструкций в строительстве и машиностроении. | |
| 14Г2АФ | 16Г2АФ | Металлоконструкции для промышленных зданий, подкрановые фермы для мостовых кранов. |
| 16Г2АФ | 15Г2АФ, 14Г2АФ | Металлоконструкции, сварные фермы. Для изделий машиностроения. |
| 18Г2АФпс | 15Г2АФДпс, 16Г2АФ, 10ХСНД, 15ХСНД | Листовой прокат для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале температур до -60°С. |
| 14ХГС | 15ХСНД, 16ГС, 14ГН, 16ГН, 14СНД | Сварные конструкции, листовые, клапанные конструктивные детали. |
| 15Г2АФДпс | 18Г2АФпс, 16Г2АФ, 10ХСНД, 1БХСНД | Ответственные сварные конструкции, в том числе северного исполнения. |
| 20ХГ2Ц | Для изготовления арматуры периодического профиля класса А-4 диаметром от 10 до 32 мм. | |
| 10ХСНД | 16Г2АФ | Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до +450°С. |
| 10ХНДП | В строительстве и машиностроении для сварных конструкций. | |
| 15ХСНД | 16Г2АФ, 15ГФ, 14ХГС, 16ГС, 14СНД | |
| 35ГС | ВСт5сп, Ст6, Ст5пс | Для изготовления арматуры периодического профиля класса А-3 диаметром от 6 до 40 мм. |
| 25Г2С | Для изготовления арматуры периодического профиля класса А-4 диаметром от 10 до 32 мм. | |
| 15Х | 20Х | Втулки, пальцы, шестерни,валики, толкатели и другие цементуемые детали,к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины,детали,работающие в условиях износа при трении. |
| 20Х | 15Х,20Хн, 12ХН2, 18ХГТ | Втулки, обоймы, гильзы, диски и другие цементуемые детали,к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины,детали,работающие в условиях износа при трении. |
| 30Х | 30ХРА, 35Х, 35ХРА | Для осей, валиков, рычагов, болтов,гаек и других некрупных деталей. |
| 35Х | 40Х, 35ХР | Оси, валы, шестерни, кольцевые рельсы и другие улучшаемые детали. |
| 38ХА | 40Х, 35Х, 40ХН | Червяки, зубчатые колеса, шестерни, валы, оси, ответственные болты и другие улучшаемые детали. |
| 40Х | 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР | Оси, валы, вал-шестерни, коленчатые и кулачковые валы, зубчатые венцы, шпиндели, оправки, рейки и другие улучшаемые детали повышенной прочности. |
| 45Х | 40Х, 50Х, 45ХЦ, 40ХГТ, 40ХФ, 40Х2АФЕ | Валы, шестерни, оси, болты, шатуны и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, твердости,износостойкости и работающие при незначительных ударных нагрузках. |
| 50Х | 40Х, 45Х, 50ХН, 50ХФА | Валы, шпиндели,установочные винты, крупные зубчатые колеса, редукторные валы, упорные кольца, валки горячей прокатки и другие улучшаемые детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, твердости,износостойкости и работающие при незначительных ударных нагрузках. |
| 15Г | 20Г | После улучшения — заклепки ответственного назначения; после цементации или цианирования — поршневые пальцы, фрикционные диски, пальцы рессор, кулачковые валики, болты, гайки, винты, шестерни,червяки и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, твердости,износостойкости;без термообработки — сварные подмоторные рамы, башмаки, косынки, штуцера, втулки. |
| 35Г | Тяги, оси, серьги,траверсы, рычаги, муфты, валы, звездочки, цилиндры, диски, шпиндели, соединительные муфты паровых турбин, болты, гайки, винты и другие детали, к которым предъявляются требования невысокой прочности. | |
| 20Г | Ст20, 30Г | После улучшения — заклепки ответственного назначения; после цементации или цианирования — поршневые пальцы, фрикционные диски, пальцы рессор, кулачковые валики, болты, гайки, винты, шестерни,червяки и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, твердости,износостойкости;без термообработки — сварные подмоторные рамы, башмаки, косынки, штуцера, втулки. |
| 30Г | Ст35, 40Г | Тяги, оси, серьги,траверсы, рычаги, муфты, валы, звездочки, цилиндры, диски, шпиндели, болты, гайки, винты и другие детали, к которым предъявляются требования невысокой прочности. |
| 40Г | Ст45, 40Х | Оси, коленчатые валы, шестерни, штоки, бандажи, детали арматуры, шатуны, звездочки, распределительные валики, головки плунжеров и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности. |
| 45Г | 40Г, 50Г | Коленчатые валы, шатуны, оси, карданные валы, тормозные рычаги, диски трения, зубчатые колеса, шлицевые и шестеренные валы, анкерные болты. |
| 50Г | 40Г, 50 | Диски трения, валы, шестерни, шлицевые валы, шатуны, распределительные валики, втулки подшипников, кривошипы, шпиндели, ободы маховиков, коленчатые валы дизелей и газовых двигателей и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и износостойкости. |
| 10Г2 | 09Г2 | Крепежные и другие детали, работающие при температуре от -70°С под давлением. |
| 35Г2 | 0Х | Валы, полуоси, цапфы, рычаги сцепления, вилки, фланцы, коленчатые валы, шатуны, болты, кольца, кожухи, шестерни и другие детали, применяемые в различных отраслях машиностроения, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости. |
| 40Г2 | 45Г2, 60Г | Оси, коленчатые валы, поршневые штоки, рычаги, распределительные валики, карданные валы, полуоси и другие детали. |
| 45Г2 | 50Г2 | Валы-шестерни, коленчатые и карданные валы, полуоси, червяки, крышки шатунов, шатуны, звенья конвейерных цепей и другие крупногабаритные средненагруженные детали. |
| 50Г2 | 45Г2, 60Г | Шестерни, диски трения, шестеренные валы и другие детали, работающие на истирание. |
| 47ГТ | 40ХГРТ | Полуоси автомобилей. |
| 18ХГ | 20Х, 18ХГТ, 20ХГР, 15Х, 20ХН | Улучшаемые и цементуемые детали. |
| 18ХГТ | 30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН2М, 14ХГСН2МА, 20ХГР | Улучшаемые или цементуемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающие под действием ударных нагрузок. |
| 25ГС | 17Г1С, 17ГС, 25Г2С | Крупные детали, изготавливаемые с применением ЭШС, цилиндры гидропрессов, валы гидротурбин и т.д. |
| 20ХГР | 20ХН3А, 20ХН2М, 12ХН3А, 18ХГТ, 12ХН2 | Зубчатые колеса, вал-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики, пальцы, втулки и другие улучшаемые или цементуемые детали, работающие под действием ударных нагрузок. |
| 30ХГТ | 18ХГТ, 20ХН2М, 25ХГТ, 12Х2Н4А | Улучшаемые и цементуемые детали, от которых требуется высокая прочность, вязкая сердцевина и высокая поверхностная твердость, работающие при больших скоростях и повышенных удельных давлениях под действием ударных нагрузок. |
| 15ХФ | 20ХФ | Для некрупных деталей, подвергаемых цементации и закалке с низким отпуском (зубчатые колеса, поршневые пальцы, распределительные валики, плунжеры, копиры). |
| 40ХФА | 40Х, 65Г, 50ХФА, 30Х3МФ | В улучшенном состоянии шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и другие детали, работающие при температуре до 400 °С; после закалки и низкого отпуска — червячные валы и другие детали повышенной износостойкости. |
| 40ХМФА | Замки насосно-компрессорных труб, шлицевые валы, штоки, шатуны, крепежные детали трубопроводов, работающие при температуре до 400 °С. | |
| 33ХС | Улучшаемые детали пружинного типа сравнительно небольших сечений, от которых требуется высокая прочность, износостойкость и упругость. | |
| 25ХГТ | 18ХГТ, 30ХГТ, 25ХГМ | Нагруженные зубчатые колеса и другие детали, твердость которых более HRC 59. |
| 38ХС | 40ХС | Валы, шестерни, муфты, пальцы и другие улучшаемые детали небольших размеров, от которых требуется высокая прочность, износостойкость и упругость. |
| 40ХС | 38ХС, 35ХГТ | Валы, шестерни, муфты, пальцы и другие улучшаемые детали небольших размеров, от которых требуется высокая прочность, износостойкость и упругость. |
| 20ХГСА | 30ХГСА | Ходовые винты, оси, валы, червяки и другие детали, работающие в условиях износа и при знакопеременных нагрузках при температурах до 200°С. |
| 25ХГСА | 20ХГСА | Ответственные сварные и штампованные детали, применяемые в улучшенном состоянии:ходовые винты, оси, валы, червяки, шатуны, коленчатые валы, штоки и другие детали. |
| 30ХГС | 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 35ХГСА | Различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, тормозные ленты моторов, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали. |
| 30ХГСА | 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА,35ХГСА | Различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин,работающие при температуре до 400 °С; рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах. |
| 35ХГСА | 30ХГС, 30ХГСА, 30ХГТ, 35М | Фланцы, кулачки, пальцы, валики, рычаги, оси, детали сварных конструкций и другие улучшаемые детали сложной конфигурации, работающие в условиях знакопеременных нагрузок. |
| 30ХМ(30ХМА) | 35ХМ, 35ХРА | Шестерни, валы, цапфы, шпильки, гайки и различные другие детали, работающие при температуре до 450-500 °С. |
| 35ХМ | 40Х, 40ХН, 30ХМ, 35ХГСА | Валы, шестерни, шпиндели, шпильки, фланцы,диски, покрышки, штоки и другие ответственные детали, работающие в условиях больших нагрузок и скоростей при температуре до 450-500 °С. |
| 38ХМА | Ответственные детали общего назначения в машиностроении. | |
| 14Х2ГМР | 14ХНМДФР | Тяжелонагруженные сварные детали и узлы. |
| 20ХН | 15ХР, 20ХНР, 18ХГТ | Шестерни, втулки, пальцы, детали крепежа и другие детали, от которых требуется повышенная вязкость и умеренная прокаливаемость. |
| 40ХН | 45ХН, 50ХН, 38ХГН, 40Х, 35ХГФ, 40ХНР, 40ХНМ, 30ХГВТ | Оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла. |
| 45ХН | 40ХН | Коленчатые валы, шатуны, шестерни, шпиндели, муфты, болты и другие ответственные детали. |
| 50ХН | 40ХН, 60ХГ | Валки для горячей прокатки, валы-шестерни, зубчатые колеса, бандажи, коленчатые валы, шатуны, болты, выпускные клапаны и другие крупные ответственные детали. |
| 20ХНР | 20ХН | Зубчатые колеса, вал-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики, пальцы, втулки и другие нагруженные крупные детали, работающие в условиях ударных нагрузок. |
| 12ХН2 (12ХН2А) | 20ХНР, 20ХГНР, 12ХН3А, 18ХГТ, 20ХГР | Шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты, поршневые пальцы и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах. |
| 12ХН3А | 12ХН2, 20ХН3А, 25ХГТ, 12Х2Н4А, 20ХНР | Шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты, поршневые пальцы и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах. |
| 20Х2М | Ст30, 22Х3М | Круглые детали, изготавливаемые методом ЭШС, днища, обечайки, колонны гидропрессов, поковки для деталей, работающих под давлением. |
| 12Х2Н4А | 0ХГРН, 12ХН2, 12ХН3А, 20Х2Н4А, 20ХГР | Зубчатые колеса, валы, ролики, поршневые пальцы и другие крупные особо ответственные цементуемые детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах. |
| 25Х2Н4МА | Крупногабаритные шатуны и другие детали большой вязкости и прокаливаемости (для дизелестроения). | |
| 30ХН3А | 30Х2ГН2, 25Х2ГНТА, 34ХН2М | Венцы ведомых колес тяговых зубчатых передач электропоездов, шестерни и другие улучшаемые детали. Может применяться при температуре -80 °С (толщина стенки не более 100 мм). |
| 20ХН3А | 20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР | Шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты, поршневые пальцы и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах. |
| 20Х2Н4А | 20ХГНР, 15ХГН2ТА, 20ХГНТР | Шестерни, валы, пальцы и другие цементуемые особо ответственные высоконагруженные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах. |
| 38ХГН | 38ХГНМ | Детали экскаваторов, крепеж, валы, оси, зубчатые колеса, серьги и другие ответственные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности. |
| 20ХГНР | 20ХН3А, 12ХН2, 12ХН3А | Зубчатые колеса, вал-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики, пальцы, втулки и другие ответственные детали, работающие в условиях ударных нагрузок. |
| 30ХГСН2А | Шестерни, фланцы, кулачки, пальцы, валики, оси, шпильки и другие ответственные тяжелонагруженные детали. | |
| 20ХН2М (20ХНМ) | 20ХГР, 15ХР, 20ХНР, 20ХГНР | Шестерни, полуоси, сателлиты, кулачки, шарниры и другие детали. |
| 30ХН2МА | Коленчатые валы, шатуны, ответственные болты, шпильки, диски, звездочки и другие ответственные детали, работающие в сложных условиях нагружения при нормальных, пониженных и повышенных температурах. | |
| 30Х3МФ | Детали судовых дизелей, плунжеры топливных насосов высокого давления, направляющие, тонкостенные гильзы и другие детали (в том числе прецизионные), которые должны обладать износостойкостью при высоких давлениях. | |
| 38Х2Ю | Трущиеся детали приборов, детали вспомогательных агрегатов, валики водяных насосов, работающие в подшипниках скольжения, плунжеры, направляющие втулки кондукторов. | |
| 38Х2Н2МА | Валы, шатуны, болты, шпильки и другие крупные особо ответственные тяжелонагруженные детали сложной конфигурации, применяемые в улучшенном состоянии. | |
| 40ХН2МА | 40ХГТ, 40ХГР, 30Х3МФ, 45ХН2МФА | Коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и другие тяжелонагруженные детали. Валки для холодной прокатки металлов. |
| 40Х2Н2МА | 38Х2Н2МА | Крупные детали: валы, диски, редукторные шестерни, а также крепежные детали. |
| 38ХН3МА | 38ХН3ВА | Валы, оси, шестерни и другие особо ответственные детали. |
| 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) | 15Х2ГН2ТРА, 20Х2Н4А | В цементованном и улучшенном состоянии применяется для ответственных деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности, износостойкости и вязкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам. Сталь может применяться при температуре от -70 до 450 °С. |
| 30ХН3М2ФА | Диски паровых турбин. | |
| 38ХН3МФА | Наиболее ответственные тяжелонагруженные детали, работающие при температурах до 400°С. | |
| 45ХН2МФА | Торсионные валы, коробки передач и другие нагруженные детали, работающие при скручивающих повторно-переменных нагрузках и испытывающие динамические нагрузки. | |
| 20ХН4ФА | 18Х2Н4МА | Клапаны впуска, болты, шпильки и другие ответственные детали, работающие в коррозионной среде при повышенных температурах (300-400°С). |
| 38Х2МЮА | 38Х2ЮА, 38ХВФЮ, 20Х3МВФ, 38Х2Ю | Штоки клапанов паровых турбин, работающие при температуре до 450°С, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, иглы форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, плунжеры, распределительные валики, шестерни, валы, втулки и другие детали. |
| 35ХН1М2ФА | Диски паровых турбин, оси, валы и другие особо ответственные крупные детали с высокими требованиями к механическим свойствам. | |
| 38Х2Н3М | Ответственные детали контейнеров с высокими требованиями по механическим свойствам при повышенных температурах. | |
| 34ХН1М | 38Х2НМ, 34ХН3М, 38Х2Н2МА, 40Х2Н2МА | Диски, валы, роторы турбин и компрессорных машин, валы экскаваторов, оси, муфты, шестерни, полумуфты, вал-шестерни, болты, силовые шпильки и другие особо ответственные высоконагруженные детали, к которым предъявляются высокие требования по механическим свойствам и работающие при температуре до 500°С. |
| 30ХН2МФА | 30ХН2ВФА | Валы, цельнокованные роторы, диски, детали редукторов, болты, шпильки и другие ответственные детали турбин и компрессорных машин, работающих при повышенных температурах. |
| 36Х2Н2МФА | 37ХН3МФА | Для крупных ответственных деталей-дисков, крепежных болтов и т. д. |
| 34ХН3М | 35ХНВ, 35ХГНМ, 38Х2НМ, 34ХН1М, 34ХН3МА, 34ХН3МФА | Крупные особо ответственные детали с высокими требованиями к механическим свойствам. |
| 38Х2НМ | 34ХН1М, 40ХН2МА | Ответственные детали тяжелого и транспортного машиностроения типа осей, валов и другие высоконагруженные детали, а также детали, используемые в условиях низких температур. |
| 38Х2НМФ | 4ХН1М, 40ХН2МА, 34ХН3М | Ответственные детали тяжелого и транспортного машиностроения типа осей, валов и другие высоконагруженные детали, а также детали, используемые в условиях низких температур. |
| 12К | Для изготовления деталей, частей котлов и сосудов, работающих под давлением при комнатной, повышенной и пониженной температурах. | |
| 15К | 20К | Фланцы, днища, цельнокованые и сварные барабаны паровых котлов, корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающих под давлением при температуре до 450°С. |
| 16К | Для изготовления деталей, частей котлов и сосудов, работающих под давлением при комнатной, повышенной и пониженной температурах. | |
| 18К | Для изготовления деталей, частей котлов и сосудов, работающих под давлением при комнатной, повышенной и пониженной температурах. | |
| 20К | 15К | Фланцы, днища, цельнокованые и сварные барабаны паровых котлов, корпуса аппаратов и другие детали котлостроения и сосудов, работающих под давлением при температуре до 450°С. |
| 22К | 25К | Фланцы, днища, цельнокованые и сварные барабаны паровых котлов, полумуфты, патрубки и другие детали , работающие под давлением при температуре от -40 до 450°С. |
| 12МХ | Различные детали, работающие при температуре до 530°С. | |
| 12Х1МФ | Различные детали, работающие при температуре 540 — 580°С. | |
| 25Х1МФ | Различные детали, работающие при температуре до 540°С. Крепежные детали, работающие при температуре от — 40 до 500°С. | |
| 25Х2М1Ф | Крепежные детали, работающие при температуре до 535°С, плоские пружины, болты, шпильки и другие детали. | |
| 20Х3МВФ | Крепеж и детали, работающие при температуре до 540 — 560°С. | |
| 15Х5М | Трубы, задвижки, крепеж и другие детали, от которых требуется сопротивляемость окислению при температуре до 600 — 650°С. | |
| 15ХМ | Различные детали, работающие при температуре от — 40 до 560°С под давлением. | |
| ШХ15 | ЩХ9, ШХ12, ШХ15СГ | Шарики диаметром до 150 мм, ролики диаметром до 23 мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность. |
| ШХ15СГ | ХВГ, ШХ15, 9ХС, ХВСГ | Крупногабаритные кольца шарико- и роликоподшипников со стенками толщиной более 20 — 30 мм; шарики диаметром более 50 мм; ролики диаметром более 35 мм. |
| 95Х18 | Кольца, шарики и ролики подшипников, втулки, оси, стержни и другие детали,от которых требуются повышенная прочность и износостойкость и работающие при температуре до 500°С или подвергающиеся действию умеренных агрессивных сред(морской или речной воды, щелочных растворов, азотной и уксусной кислоты и др.). | |
| ШХ4 | Кольца железнодорожных подшипников. | |
| Ст65 | Ст60, 70 | Рессоры, пружины и другие детали, от которых требуются повышенные прочностные и упругие свойства, износостойкость; детали, работающие в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок. |
| Ст70 | 65Г | Рессоры, пружины и другие детали, от которых требуются повышенные прочностные и упругие свойства, а также износостойкость. |
| Ст75 | Ст70, 80, 85 | Круглые и плоские пружины различных размеров, пружины клапанов двигателя автомобиля, пружины амортизаторов, рессоры, замковые шайбы, диски сцепления, эксцентрики, шпиндели, регулировочные прокладки и другие детали, работающие в условиях трения и под действием статических и вибрационных нагрузок. |
| Ст85 | Ст70, 75, 80 | Пружины, фрикционные диски и другие детали, к которым предъявляются требования высоких прочностных и упругих свойств и износостойкости. |
| 60Г | 65Г | Плоские и круглые пружины, рессоры, пружинные кольца и другие детали пружинного типа, от которых требуются высокие упругие свойства и износостойкость; бандажи, тормозные барабаны и ленты, скобы, втулки и другие детали общего и тяжелого машиностроения. |
| 65Г | Ст70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2 | Пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпуса подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. |
| 55С2 | 0С2, 60С2, 35Х2АФ | Пружины и рессоры, применяемые в автомобилестроении, тракторостроении, железнодорожном транспорте и других отраслях машиностроения. |
| 60С2 | 5С2, 50ХФА | Тяжелонагруженные пружины, торсионные валы, пружинные кольца, цанги, фрикционные диски, шайбы пружинные. |
| 60С2А | 60С2Н2А, 60С2Г, 50ХФА | Тяжелонагруженные пружины, торсионные валы, пружинные кольца, цанги, фрикционные диски, шайбы Гровера и др. |
| 70С3А | Тяжелонагруженные пружины ответственного назначения. | |
| 55ХГР | Для изготовления рессорной полосовой стали толщиной 3 — 24 мм. | |
| 50ХФА | 60С2А, 50ХГФА, 9ХС | Тяжелонагруженные ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой усталостной прочности, пружины, работающие при температуре до 300°С и другие детали. |
| 60С2Н2А | 60С2А, 60С2ХА | Ответственные и тяжелонагруженные пружины и рессоры. |
| 60С2Х2 | 60С2ХФА, 60С2Н2А | Для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор ответственного назначения. |
| 60С2ХФА | 60С2А, 60С2ХА, 9ХС, 60С2ВА | Ответственные и тяжелонагруженные пружины и рессоры, изготовляемые из круглой калиброванной стали. |
| 65С2ВА | 60С2А, 60С2ХА | Ответственные и высоконагруженные пружины и рессоры. |
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.
knowcar.ru
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.
drive2.ru
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.
sovetprost. ru
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.
krutimotor.ru
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
Перспективы производительности: 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.
Состав сплаваИнконель 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.
КлапаныInconel 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.
Скачать PDF
FAQ
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
Сталь по-прежнему является преобладающим материалом для клапанов двигателей массового производства, и нержавеющая сталь не редкость, поскольку она обеспечивает лучшую износостойкость и теплопередачу, чем сталь, при почти такой же массе.В гоночных приложениях часто используются титановые клапаны, поскольку их масса составляет 60 процентов от массы стальных клапанов, но в первую очередь для впускных клапанов. «Обычно клапаны видят температуру 400 ° C / 752 ° F на поверхности впускного клапана и 900 ° C / 1652 ° F на поверхности выпускного клапана», — говорит Рэдфорд. Титан не выдерживает тепла как выпускной клапан. Кроме того, титан не обладает такими характеристиками многоцикловой усталости, как сталь, и, следовательно, требует упрочняющих обработок, которые увеличивают сложность и стоимость процесса. Керамические клапаны и клапаны с керамической головкой были продемонстрированы для использования в качестве выпускных клапанов, всего на 40 процентов массы стальных клапанов, но режим хрупкого разрушения керамических версий может иметь разрушительные последствия для двигателя.Гоночные команды Формулы 1 использовали интерметаллические клапаны из алюминида титана, которые весят вдвое меньше, чем их стальные аналоги. Они производятся в очень сложном производственном процессе, который требует использования нескольких материалов, но сегодня команды F1 обычно используют клапаны из титанового сплава. Цель команды CSU — смягчить все негативные явления: по словам Рэдфорда, «мы хотим уменьшить массу, повысить жесткость, преодолеть хрупкое разрушение и упростить производство с помощью армированного волокном композитного материала». 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
Клапаны, разработанные Рэдфордом и его командой, имеют тот же размер и форму, что и клапаны обычных двигателей внутреннего сгорания. Общая длина составляет около 100 мм / 4 дюйма, а вес из стали — около 38 г. Моделирование методом конечных элементов (МКЭ) показало, что требуется очень мало углеродного волокна по длине композитного стержня клапана — двух жгутов 12K было достаточно, если учитывать только прочность.Но значительно большее усиление было отмечено в переходной области, на пересечении штока и головки, где возникло пиковое напряжение, и в самой головке клапана из-за изгибающих нагрузок, создаваемых зоной седла клапана. 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
Клапаны были успешно изготовлены с использованием углеродной преформы и смолы PETI-RFI в модульной стальной форме.Они весили всего 7,3 г, всего 19 процентов от стандартного стального клапана (цельный титан весил бы 22 г). Были проведены испытания на статическое растяжение, двигательно-динамические и огневые испытания двигателя. Клапаны показали хорошие результаты в статических и динамических испытаниях с двигателем, сообщает Рэдфорд. Разрушение при растяжении произошло в области держателя пружины клапана из-за сдвига, но при нагрузке, на порядок превышающей нагрузку клапана, прогнозируемую для реального двигателя. В ходе динамических испытаний с приводом клапаны были установлены в испытательном двигателе, соединенном с электродвигателем, который приводил клапаны в действие более 15 минут при скорости вращения 5000 об / мин без повреждений. 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 ДВИГАТЕЛЯКлапаны двух различных типов. используется в двигателях внутреннего сгорания. Клапаны называются впускным двигателем клапаны позволяют свежему воздуху / топливной смеси попасть в цилиндр при открытии и закрытие впускного отверстия.Клапаны, называемые выпускными, позволяют выхлопные газы удаляют из цилиндра, открывая и закрывая выхлопное отверстие.
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
Впускные и выпускные клапаныпредлагаются 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.
.