Матэрыялы клапанаў рухавіка: разуменне трываласці ў умовах высокай тэмпературы

Матэрыялы клапанаў рухавіка: разуменне трываласці ў умовах высокай тэмпературы

Камера згарання — адно з самых суровых умоў эксплуатацыі дэталяў аўтамабіля. Тэмпература можа дасягаць больш за 1400°C (2500°F), што стварае значную цеплавую і механічную нагрузку на клапаны рухавіка, якія кіруюцца рухам паветра і выхлапных газаў. Выбар адпаведнага матэрыялу і канструкцыі клапанаў — гэта не раскоша, а хутчэй сур'ёзная інжынерная праблема, якая можа непасрэдна паўплываць на прадукцыйнасць, надзейнасць і тэрмін службы. У гэтым артыкуле разглядаюцца найбольш важныя меркаванні, якія гарантуюць даўгавечнасць клапанаў у гэтых суровых умовах.

Клапаны з натрыевым напаўненнем і клапаны з цвёрдым штоком - даследаванне астуджэння і трываласці

Асноўная праблема, якая ўзнікае з выпускным клапанам — гэта страта вялікай колькасці цяпла, якое ён атрымлівае ад гаручых газаў. Існуе два распаўсюджаных канструкцыі, якія па-рознаму вырашаюць гэтую праблему.

Звычайныя тыпы — гэта цэльнавыя клапаны са штокам, вырабленыя з аднаго шматкусковага матэрыялу. Яны мацныя, эканамічныя і забяспечваюць высокую механічную трываласць, таму цалкам прыдатныя для шырокага дыяпазону мэт, асабліва ў ўпускных клапанах, якія астуджаюцца прыходнай сумесшчу паветра і паліва.

Калі ідзе пра крытычныя і экстрэмальныя нагрузкі, напрыклад, у высокапрадукцыйных рухавіках ці турбараваных рухавіках, дзе выхлопныя клапаны падвяргаюцца пастаяннаму цеплавому ўздзеянню, яшчэ лепшы вынік даюць клапаны з натрыем. Гэтыя клапаны пустатэллыя і часткова запоўненыя металічным натрыем. Тэмпература плаўлення натрыю вельмі нізкая, а сам ён мае высокую цеплаправоднасць. Падчас працы клапана натрый танее і перамяшчаецца ўнутры штока, эфектыўна перадаючы цяпло ад больш гарачай галоўкі клапана да халаднейшага штока. Значнае цяпло вылучаецца ў сістэму ахалоджвання рухавіка праз напрамную клапана.

Нержавеючая сталь супраць Інконелю: Выбар матэрыялаў для высокапрадукцыйных рухавікоў

Першая лінія абароны клапана — гэта матэрыял, з якога ён выраблены. У вобласці выдатнасці рухавікоў вылучаюцца два сплавы, кожны з якіх мае свае перавагі.

Сплавы няржавеючай сталі, асабліва высоканікелевыя і храмаваныя сплавы (напрыклад, 21-4N), з'яўляюцца шырока выкарыстоўванымі і ўніверсальнымі. Яны вельмі добра спалучаюць у сабе высокую цяплавую трываласць, выдатную стойкасць да акіслення (адшалушвання) і зносавагоднасць. Гэта робіць іх моцным выбарам для ўпускных і выпускных клапанаў у большасці высокапрадукцыйных рухавікоў, забяспечваючы істотнае паляпшэнне ў параўнанні з мацнейшай стальнёй пры адсутнасці заганароднай кошту спецыялізаваных матэрыялаў.

Для дасягнення найвышэйшага ўзроўню трываласці пры высокай тэмпературы звычайна выкарыстоўваецца інконель (суперсплаў хрома і нікелю), калі патрэбны лепшыя матэрыялы для стварэння самых складаных гоначных і прымусавых сістэм. Інконель не страчае такога высокага адсотку сваёй уздоўжняй цягавой трываласці пры павышаных тэмпературах, як нержавеючая сталь. Высокі каэфіцыент паўзучасці азначае, што ён значна менш падобны да расцягвання, дэфармацыі ці «тюльпанападобнасці» пры экстрэмальных цяпловых нагрузкі. Яго дадатковая кошт і вага могуць быць кампенсаваны тым, што ён здольны вытрымаць высокую тэмпературу рухавіка з высокім наддачай або высокімі абёртамі, таму яго часта разглядаюць як неабходнае зло з-за магчымых катастрофічных наступстваў ад поламкі клапана, калі яна нарэшце адбудзецца.

Забеспячэнне сумяшчальнасці седла клапана і стойкасці да зносу

Трываласць клапана нельга вызначыць самастойна; паводзіны клапана ў суразьмяшчэнні са сваім седлам адыгрываюць найбольш важную ролю. У дадзеным выпадку несумяшчальнасць становіцца прычынай хуткага зносу і поламкі рухавіка.

У сучасных рухавіках у галаве цыліндраў выкарыстоўваюцца падвальныя седлы. Матэрыял клапана павінен быць правільна падабраны да матэрыялу седла, каб забяспечыць кампраміс паміж зносасцойкасцю і траўянасцю. Клапан не павінен быць занадта цвёрдым, бо гэта прывядзе да моцнага зносу седла. З іншага боку, занадта цвёрдае седла хутка зносіць клапан.