Выпускной клапан двигателя зил 130 (5 видео)

В современных автомобильных двигателях выпускные клапаны являются самыми высоконагруженными элементами конструкции. Температура головки клапана может достигать 800—940° С. Ускорения движения клапана составляют 200—400 g при нормальных зазорах в механизме и резко возрастают при их увеличении. Среда, в которой работает выпускной клапан, является весьма агрессивной, вызывающей интенсивную коррозию. При применении бензина каталитического крекинга в продуктах сгорания содержатся окислы ванадия, вызывающие, как известно, интенсивную коррозию почти всех жаропрочных материалов. В продуктах сгорания этилированного бензина содержатся окислы свинца и бромистые соединения, вызывающие коррозию металлов при высоких температурах. При работе двигателя на обедненных смесях свободный кислород в отработавших газах также способствует высокотемпературной коррозии. Используемые в современных маслах металлоорганические присадки в некоторых случаях обладают высокой коррозионной активностью и вызывают разрушение фаски клапана при работе двигателя с большой нагрузкой.

Основная тенденция в развитии автомобильных двигателей — непрерывный рост степени сжатия. При этом повышаются давления в цилиндре и, как следствие, возрастают нагрузки на головку клапана от сил газов и утечка газов через клапаны из-за большей деформации их головок под действием давления в цилиндре. Несмотря на то что с повышением степени сжатия температура выпускного клапана несколько уменьшается (примерно на 20° С при увеличении степени сжатия на одну единицу) вследствие снижения температуры отработавших газов, имеются случаи, когда клапаны, удовлетворительно работавшие при степени сжатия 6,5, оказываются непригодными для степени сжатия 8,0.

Наиболее горячие участки выпускного клапана — средняя часть головки на стороне, обращенной в камеру сгорания, и участок стержня клапана непосредственно под его головкой; наиболее холодный участок — торец стержня клапана. Разность температур наиболее горячих и холодных участков клапана может достигать 450—500° С.

Температура выпускного клапана зависит от состава смеси. Опыты показывают, что наивысшая температура соответствует а — 1,03-=-1,05. При обогащении смеси температура клапана снижается. Поскольку температура выпускного клапана зависит от состава смеси, на эту температуру значительное влияние оказывают атмосферные условия, так как при изменении последних изменяется состав смеси, подаваемой карбюратором.

Вследствие того что на выпускные клапаны действуют большие температуры и высокие механические нагрузки, а также агрессивная рабочая среда, к материалам этих клапанов предъявляются

Жесткие требования. Основные из этих требований следующие: высокая прочность и твердость при всех рабочих температурах; большая ударная вязкость как при высоких, так и при низких температурах, в том числе и отрицательных (до —30° С); значительная антикоррозионная стойкость, так как в отработавших газах содержатся окислы свинца, ванадия и серы, а также металлоорганические компоненты присадок масла и, кроме того, неорганические кислоты, образующиеся при пуске холодного двигателя; хорошая сопротивляемость тепловым ударам; способность образовывать прочную пленку окислов, не разрушающуюся при рабочих температурах и нагрузках; высокие теплопроводность при возможно меньшем коэффициенте линейного расширения и износостойкость рабочих поверхностей клапана; хорошие технологические свойства; небольшая стоимость.

Материала, который мог бы полностью удовлетворить всем этим требованиям, в настоящее время еще не найдено, поэтому при проектировании выпускных клапанов используют конструктивные методы (комбинирование различных материалов, введение специальных покрытий и т. п.), чтобы по возможности максимально выполнить приведенные выше требования.

В качестве материалов для выпускных клапанов карбюраторных двигателей применяют ферритно-мартенситные и аустенитные стали, стали с сигма-фазой и специальные сплавы на нежелезной основе, такие как сплав Нимоник 70, ХН77ТЮР (ЭИ437Б) и т. д. Характерной особенностью всех этих сталей и сплавов является большое содержание хрома — основного элемента, который при высокой температуре придает сталям стойкость против коррозии, а также повышает их прочность. Однако содержание хрома свыше 25% нецелесообразно (сталь становится хрупкой).

Читайте также: Рено кангу регулировка клапанов зазоры

В практике отечественного двигателестроения для изготовления выпускных клапанов применяются следующие стали: 4Х10С2М (ЭИ 107), ЭИ72, 4Х14Н14В2М (ЭИ69), ЭИ240, ЭИ992, ЭП9, ЭП48, ЭПЗОЗ и некоторые другие. Химический состав этих сталей приведен в табл. 14. Наиболее прочной является сталь ЭПЗОЗ. Временное сопротивление на разрыв этой стали при температуре 800° С достигает 31 кгс/мма. Аналогичная сталь используется и в зарубежных автомобильных двигателях под маркой 21-4 N и 21-4 NS для изготовления неохлаждаемых выпускных клапанов.

Выпускные клапаны могут быть неохлаждаемые и охлаждаемые. В охлаждаемых клапанах стержень, а иногда частично и головку делают пустотелыми. Эти полости примерно на 1/2—2/3 заполняют металлическим натрием, имеющим низкую температуру плавления (97,7° С) и высокую температуру кипения (883° С), вследствие чего при рабочих температурах выпускных клапанов он находится в жидком состоянии и давление его паров невелико. Натрий имеет небольшую плотность и высокую теплопроводность в жидком состоянии. Кроме того, он хорошо смачивает практически любые стали.

14. Химический состав некоторых отечественных сталей

Благодаря свободному объему во внутренней полости выпускного клапана жидкий натрий резко перебрасывается от головки к стержню и передает тепло от нагретой головки стержню и затем направляющей втулке. Натрий перемещается со значительной скоростью относительно стенок внутренней полости, поэтому коэффициент теплопередачи большой и температурное поле клапана выравнивается. Для выпускных клапанов, охлаждаемых металлическим натрием, используют, как правило, менее жаропрочные стали, чем сталь ЭПЗОЗ, поскольку температура наиболее нагретых зон такого выпускного клапана на 100—150° С ниже, чем неохлаждаемого.

В двигателе ЗИЛ-130 выпускной клапан изготовлен из стали ЭИ992. Сталь такого типа, обычно используемая для изготовления охлаждаемых клапанов, за рубежом выпускается под марками ХВ, Еп-59 и т. д.

Сталь ЭИ992 хорошо закаливается. Торец стержня выпускного клапана закален до твердости HRC 55, не менее. Твердость стержня и головки клапана находятся в пределах HRC 30—35. Стержень клапана, так же как и участок криволинейной поверхности подголовка, шлифуют. Для улучшения изностостойкости и противозадирных свойств рабочий участок стержня покрыт электролитическим способом тонким слоем хрома (0,002—0,007 мм).

Канавку под сухари не хромируют, чтобы избежать сколов.

Клапан имеет отверстие в стержне диаметром 7,0 мм и глубиной 80 ±1,0 мм и грибообразную полость в головке объемом 3 см3. В полости находится 1,85 г металлического натрия. Сверление отверстия в стержне и обработка полости в головке клапана производится со стороны головки. После заправки натрием полость в головке закрывают заглушкой, изготовленной также из стали ЭИ992. Заглушку приваривают к головке с помощью контактной электросварки. Глубину сварочного шва про-веряют на полностью обработанном клапане с помощью ультразвука. Исследования показали, что минимальная ширина сварочного шва для обеспечения надежной работы клапана должна быть не менее 1,2 мм.

Видео:Zil-130 двигатель клапанСкачать

Выпускной клапан двигателя зил 130

Выпускные клапаны двигателя ЗИЛ-130 — часть 3

Механизм вращения выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 состоит из корпуса 7 (рис. 38), в котором в пяти наклонных лунках 2 находятся шарики 3, прижимаемые пружинами 1. Тарельчатая пружина 6 закрывает наклонные каналы с находящимися в них шариками. Крышка 5 корпуса передает силу пружины 4 клапана на тарельчатую пружину 6, жесткость которой выбрана так, чтобы при закрытом клапане ее опорная поверхность воспринимала силу предварительной затяжки пружины 4.

Читайте также: Клапан огнезадерживающий с электроприводом belimo 220в

При открытии клапана сила, воспринимаемая тарельчатой пружиной, увеличивается и последняя, распрямляясь, ложится на шарики 3, которые под ее действием катятся по наклонной канавке, поворачивая одновременно эту пружину и крышку 5 вместе с находящейся на ней пружиной 4 клапана. Поворачиваясь, пружина 6 поворачивает клапан в направляющей по часовой стрелке. После закрытия клапана механизм возвращается в исходное положение. При следующем открытии клапана цикл движения повторяется. За один ход клапан поворачивается на 3—5″. В соответствии с этим частота вращения выпускного клапана (в об/мин)

Однако при размещении механизма вращения клапана на го ловке блока периодические воздействия на этот механизм кулачка вызывают колебания витков клапанной пружины, вследствие чего на работающем двигателе частота вращения клапана, как правило, увеличивается быстрее, чем частота вращения коленчатого вала. В общем виде зависимость частоты вращения выпускного клапана от п выражается соотношением

Рис. 38. Механизм вращения выпускного клапана

Зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой влияет на температуру клапана. Увеличение зазора на каждые 0,1 мм приводит к повышению температуры клапана на 60—70r С-Температура направляющей втулки при этом изменяется незначительно. Вследствие этого зазоры между стержнем клапана и наппацляющей втулкой должны быть минимальными. Они зависят от материалов клапана и втулки, условий охлаждения последней, диаметра стержня клапана и других факторов.

Зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой в двигателе ЗИЛ-130 подбирали опытным путем. Во время длительной эксплуатации было установлено, что только при минимальном зазоре не менее 0,08 мм отсутствует заедание выпускного клапана в направляющей втулке. Максимальный зазор при этом на новом двигателе не превышает 0,12 мм.

Сочетание конструктивных, металлургических и технологических мероприятий, т. е. применение натриевого охлаждения, покрытие фаски стеллитом, тонкослойное хромирование стержня клапана, сочетание оптимальной твердости рабочих поверхностей с благоприятной структурой металла, принудительное вращение клапана, •— все это определило достаточно высокую долговечность выпускных клапанов двигателя ЗИЛ-130. При соблюдении установленных правил эксплуатации рабочую фаску клапана нужно шлифовать после пробега автомобилем 150— 200 тыс. км.

После длительной эксплуатации ни на фасках, ни на стержнях клапанов не наблюдалось больших отложений. Небольшие черные отложения на участке стержня, имеющем полость, заполненную натрием, характерны для охлаждаемых клапанов. Износ стержня клапана невелик. Наиболее изношенным является обычно участок стержня около головки клапана. Износ в этом месте после пробега автомобиля 200 тыс. км не достигает и 0,05 мм.

Видео:Регулировка клапанов Зил-130.Скачать

Выпускной клапан двигателя зил 130

Выпускные клапаны двигателя ЗИЛ-130 — часть 2

Охлаждение выпускных клапанов вызывает уменьшение потребного октанового числа топлива. Детонационные испытания двигателя ЗИЛ-130 с охлаждаемыми и неохлаждаемыми выпускными клапанами показали, что при охлаждаемых клапанах потребное октановое число топлива снижается на 6 единиц.

При наличии грибообразной полости в головке для натрия температура средней ее части и верхней части стержня уменьшается на 110—120°С.

Рабочая фаска выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 выполнена с углом 45°, а угол рабочей фаски седла равен 44°. Угол фаски на клапане всегда несколько больше угла фаски седла из-за неравномерности температурного поля головки клапана. Действительно, центральная часть головки клапана нагревается больше, чем его края, вследствие чего головка деформируется и угол рабочей фаски клапана несколько уменьшается. Ширина рабочей фаски клапана 2 мм. Биение этой фаски относительно стержня не превышает 0,03 мм, а биение фаски седла относительно оси отверстия в направляющей втулке не превышает 0,04 мм. Такая высокая точность изготовления позволила отказаться от традиционной притирки клапана к седлу при обеспечении хорошей герметичности клапана.

Читайте также: Обратные клапана для озонаторов

Фаска выпускного клапана работает в очень тяжелых условиях. При общей высокой температуре головки клапана в момент начала выпуска через щель, образованную клапаном и седлом, с большой скоростью (до 1200 м/с) протекают отработавшие газы, имеющие температуру до 1000° С. Фаска воспринимает давление газов в цилиндре и силу предварительной затяжки клапанной пружины. Кроме того, на фаску действуют ударные нагрузки, возникающие при посадке клапана на седло. На отдельных участках фаски действующие на нее силы могут значительно превышать средние по фаске. Это возможно при перекосе клапана в направляющей втулке вследствие износа последней, а также при короблении головки блока из-за неравномерности ее температурного поля.

Свод камеры сгорания в зоне выпускного клапана, свечи зажигания, а также стенки выпускных каналов в головке блока нагреваются больше, чем свод камеры сгорания в зоне впускного клапана и стенки впускных каналов или участки головки блока вне камеры сгорания. Вследствие различия температур свода камера сгорания вместе с установленными в ней седлами клапанов деформируется. Если деформации значительны, а жесткость головки клапана велика, между седлом и фаской клапана образуется щель, через которую проходят газы. На клапане в этом месте создается зона повышенной температуры, и фаска может подгореть (рис. 36). Для предотвращения подгорания рабочую фаску

покрывают специальными жаростойкими сплавами и обеспечивают принудительное вращение выпускного клапана.

Для покрытия фаски используют материалы, которые при рабочих температурах имеют по сравнению с основным материалом Клапана значительно более высокие прочность, твердость и анти-коррозийонную стойкость. Коэффициент линейного расширения

этих материалов должен быть примерно одинаковым с коэффициентом расширения основного металла клапана. В Советском Союзе для покрытия фаски клапана обычно применяют материалы, приведенные в табл. 15.

Длительные испытания выпускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 с различными покрытиями рабочей фаски показали, что большое влияние на долговечность фаски оказывает моторное масло. На рис. 37 показано состояние рабочих фасок клапанов

после 200-часовых испытаний двигателя ЗИЛ-130 на режиме максимальной мощности. В двигатель было залито масло АСп-8 с присадкой ВНИИНП-360- Только на клапанах с фаской, покрытой стеллитом ВЗК (рис. 37, е), нет пятен коррозии. При работе двигателя с маслом без присадки пятен коррозии не наблюдается. Нет их и при работе на маслах, в которых используются так называемые беззольные присадки, т. е. присадки, не содержащие металлоорганических соединений кальция, бария, цинка и других активных металлов

15. Химический состав и твердость материалов, используемых для покрытия рабочей фаски выпускного клапана

Сплавы, используемые для покрытия рабочих фасок выпускных клапанов, почти не содержат железа. Поэтому они сохраняют высокие механические свойства при больших температурах.

В случае принудительного вращения выпускного клапана значительно повышается долговечность фасок. При вращении стираются отложения между стержнем клапана и направляющей втулкой, что улучшает отвод тепла, кроме того, удаляются отложения свинцовых окислов на рабочих фасках седла и головки клапана, что также способствует отводу тепла от головки в седло через фаску. При принудительном проворачивании клапана исключается возможность местного перегрева фасок, вследствие чего можно увеличить их ширину без ухудшения герметичности, т. е. уменьшить удельную нагрузку на фаски.

Рис. 37. Рабочие фаски выпускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 с покрытием из различных материалов после 200-часовых испытаний на режиме максимальной мощности:
а — сталь Х12Н68М6В6; б — хромоникелевый стеллит ВХН-1; в — кобальтовый стеллит ВЗК