חומרי שסתום מנוע: הבנת עמידות בתנאי חום גבוה
מיכל בעירה הוא אחד הסביבות הקשות ביותר שיכולות להשפיע על חלק של רכב. הטמפרטורות עשויות להגיע ליותר מ-1,400 מעלות צלזיוס (2,500 מעלות פרנהייט), מה שמייצר מתח תרמי ומיכני גדול על שסתומי המנוע הנשלטים על ידי תנועת אויר ופליטה. בחירת חומר ושילוב נכון של שסתום אינו בחירה מותרת, אלא בעיה הנדסית מרכזית שיכולה להשפיע ישירות על ביצועים, אמינות ומחזור חיים. עבודה זו בוחנת את היבטים החשובים ביותר שמבטיחים עמידות לאורך זמן של שסתומים בסביבה הקשה הזו.
שסתומים עם גזע מלא נתרן לעומת שסתומים עם גזע מוצק – מחקר בהיבטי קירור ועומק
הבעיה העיקרית שמטרידה שסתום פליטה היא איבוד כמות גדולה של חום שהוא מקבל עקב גזי השריפה. קיימות שתי תצורות פופולריות הפותרות זאת בצורה שונה.
הדגמים הסטנדרטיים הם שסתומים עם גגשüm מוצק שעשויים מחומר חד-חלקי. הם עמידים, זולים יחסית ומציעים חוזק מכני גבוה, ולכן מתאימים בצורה מושלמת לטווח רחב של שימושים, במיוחד בשסתומי הזרקה, שמונחים על ידי תערובת האוויר-דלק הנכנסת.
במקרים קריטיים ותנאי עבודה קיצוניים, כמו במנועים בעלי ביצועים גבוהים או במנועים עם טורבו, שבהם שסתומי הפליטה נחשפים להפגזת חום מתמדת, שסתומים ממולאים בנתרן הם אפילו טובים יותר. שסתומים אלו הם חלולים וממולאים חלקית בנתרן מתכתי. נקודת ההיתוך של הנתרן נמוכה בצורה מרשימה, והאלמנט הוא מוליך חום מעולה. כאשר השסתום בתפקוד, הנתרן נעשה נוזלי ומשתולל בתוך הגגשüm, ובכך מעביר ביעילות את החום מהראש החם של השסתום לגגשüm הקריר יותר. החום העודף מוסר אל מערכת הקירור של המנוע דרך מנחה השסתום.
פלדת אל-חלד לעומת אינקונל: בחירת חומרים למנועים בעלי ביצועים
השורה הראשונה של ההגנה על השסתום היא החומר שממנו הוא עשוי. קיימים שני סגסוגות ש Sob sob במנועים ביצועיים, כאשר לכל אחת יתרונות משל עצמה.
סגסוגות נירוסטה, במיוחד סגסוגות עשירות בניקל וכרום (כגון 21-4N), הן נפוצות ושימושיות מאוד. הן מצוינות באיזון בין חוזק בטמפרטורות גבוהות, התנגדות מעולה לאكسידציה (כלומר נזק עקב חימום) ותכונות 마סה. עובדות אלו מקימות אותן כאפשרות חזקה לשסתומי הזרקה וגם לשסתומי פליטה ברוב המנועים בעלי תפוקה גבוהה, ומציעות שיפור משמעותי לעומת פחמן עתיק, מבלי להטיל מחיר כבד כמו חומרים מיוחדים יותר.
כדי להשיג את הרמה הגבוהה ביותר של חוזק חום גבוה, אינקונל (סגסוגת-על של כרום וניקל) משמש בדרך כלל כאשר נדרשות הבחירות הטובות ביותר לבניית יישומי המרוצים והאינדוקציה הכפויה המאתגרים ביותר. אינקונל אינו מאבד אחוז כה גבוה מחוזק המתיחה שלו בטמפרטורות גבוהות יותר כמו פלדת אל-חלד. קצב זחילה גבוה זה מתבטא בכך שהוא פחות רגיש למתיחה, עיוות או התעוות בעומסים תרמיים קיצוניים. המחיר והמשקל הנוספים שלו עשויים להיות מקוזזים על ידי העובדה שהוא יכול לשרוד את הטמפרטורה הגבוהה של מנוע בעל דחיפה גבוהה או סל"ד גבוה, ולכן הוא רע הכרחי עקב ההשלכות הרות האסון שעלולות להיות של קריסת שסתומים כאשר היא מתרחשת בסופו של דבר.
הבטחת תאימות מושב השסתום ועמידות בפני שחיקה
לא ניתן להגדיר את עמידותו של שסתום בפני עצמו; התנהגות השסתום עם מושב השסתום משחקת את התפקיד החשוב ביותר. חוסר תאימות, במקרה זה, הוא הגורם לבלאי מהיר ולשבר מנוע.
מושבי שסתומים קשיחים משמשים במנועים מודרניים בראש הצילינדר. יש להתאים את חומר השסתום לחומר המושב כראוי כדי ליצור פשרה בין עמידות בפני שחיקה לבין אורך חיים. השסתום לא צריך להיות קשה מאוד מכיוון שהדבר יגרום לבלאי מוגזם של המושב. מצד שני, מושב קשיח מדי ישחק את השסתום במהירות.