Mga Materyales sa Engine Valve: Pag-unawa sa Tibay sa Mataas na Temperatura

Mga Materyales sa Engine Valve: Pag-unawa sa Tibay sa Mataas na Temperatura

Ang combustion chamber ay isa sa mga pinakamalupit na kapaligiran kung saan maaring maipailalim ang isang bahagi ng kotse. Ang temperatura ay maaaring umabot sa mahigit pa sa 1,400°C (2,500°F), na nagdudulot ng matinding thermal at mechanical strain sa mga engine valve na kinokontrol ng hangin at usok. Ang pagpili ng angkop na materyales at disenyo ng valve ay hindi lamang opsyonal kundi isang mahalagang engineering problema na direktang nakakaapekto sa pagganap, katatagan, at haba ng buhay ng engine. Ang papel na ito ay tatalakay sa mga pinakamahalagang pagsasaalang-alang upang matiyak ang katatagan ng mga valve sa napakalupit na kapaligirang ito.

Sodium-Filled vs. Solid Stem Valves - Isang Pag-aaral sa Paglamig at Lakas

Ang pangunahing problema na dumaranas sa isang exhaust valve ay ang pagkawala ng malaking halaga ng init na natatanggap nito dahil sa mga gas ng pagsusunog. May dalawang sikat na disenyo na naglulutas nito sa magkaibang paraan.

Ang karaniwang uri ay mga solid stem valve na gawa sa isang pirasong materyal. Sila ay matibay, ekonomikal, at nagbibigay ng mataas na mekanikal na lakas kaya lubos na angkop para sa hanay ng mga gamit, lalo na sa mga intake valve, na pinapalamig ng papasok na air-fuel mixture.

Kapag ito ay kritikal at matinding gawain, tulad ng mataas na pagganap na mga engine o turbocharged engines kung saan ang mga exhaust valve ay nakakaranas ng patuloy na pagbomba ng init, mas mainam ang sodium-filled valves. Ang mga balbula na ito ay may butas sa loob at bahagyang puno ng metallic sodium. Napakababa ng melting point ng sodium at ito ay isang napakahusay na conductor ng init. Habang gumagana ang valve, natutunaw ang sodium at kumikilos nang pabalik-balik sa loob ng stem, na epektibong nagdadala ng init mula sa mas mainit na ulo ng valve patungo sa mas malamig na stem. Ang sobrang init ay inilalabas papunta sa cooling system ng engine sa pamamagitan ng valve guide.

Stainless Steel vs. Inconel: Mga Pagpipilian sa Materyales para sa Mataas na Pagganap na Engine

Ang unang linya ng depensa para sa valve ay ang materyal kung saan ito ginawa. May dalawang uri ng alloy na kilala sa mataas na pagganap na engine, na bawat isa ay may sariling mga kalamangan.

Ang mga haluang metal na bakal na hindi kinakalawang, lalo na ang mataas na nikel at chromiyo (tulad ng 21-4N), ay malawakang ginagamit at maraming gamit. Mahusay sila sa pagbabalanse ng lakas sa mataas na temperatura, mahusay na katangian laban sa oksihenasyon (pagsusunog), at katangian laban sa pagsusuot. Dahil dito, mainam silang gamitin bilang in-take at ex-haust balbula sa karamihan ng makapangyarihang makina, na nag-aalok ng malaking pagpapabuti kumpara sa mas lumang mga carbon steel nang hindi napipigilan ng mataas na presyo ng mas espesyalisadong materyales.

Upang makamit ang pinakamataas na antas ng lakas sa mataas na temperatura, karaniwang ginagamit ang Inconel (isang superalloy na may nilalamang chromium at nickel) kapag kailangan ang pinakamahusay na pagpipilian para sa paggawa ng mga pinakamahihirap na aplikasyon sa rumba at forced-induction. Hindi nawawala ng Inconel ang mataas na porsyento ng kanyang tensile strength sa mas mataas na temperatura gaya ng stainless steel. Ang mataas na creep rate nito ay nangangahulugan na mas hindi ito madaling lumuwang, mag-deform, o mag-tulip sa ilalim ng matinding thermal load. Maaaring mapantayan ng extra presyo at timbang nito ang kakayahang mabuhay sa mataas na temperatura ng isang high-boost o high-RPM engine, kaya ito ay kinakailangang kasama dahil sa potensyal na mapaminsalang epekto ng pagkabigo ng valve kapag ito'y nangyari.

Pagtiyak sa Katugmaan ng Valve Seat at Paglaban sa Pagsusuot

Hindi maaaring tukuyin ang katatagan ng isang valve nang mag-isa; ang pag-uugali ng valve kasama ang valve seat ang pinakamahalagang papel na ginagampanan. Ang hindi pagkakatugma, sa kasong ito, ang dahilan ng mabilis na pagsusuot at pagkabasag ng engine.

Ginagamit ang pinatibay na upuan ng balbula sa mga modernong engine sa ulo ng silindro. Dapat din na angkop ang materyal ng balbula sa materyal ng upuan upang magkaroon ng tamang balanse sa pagitan ng paglaban sa pagsusuot at haba ng buhay. Hindi dapat masyadong matigas ang balbula dahil magreresulta ito sa masyadong pagkasuot ng upuan. Sa kabilang dako, kung sobrang tigas ng upuan, mabilis itong masisira ang balbula.