содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

ДЕТАЛИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130

Выпускные клапаны двигателя ЗИЛ-130 - часть 1

 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).

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.

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..