Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов либо впуска новой рабочей смеси. К основным элементам детали относятся тарелка клапана и стержень клапана. Переход от стержня к тарелке служит для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, либо очистка камеры сгорания. Отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньшие нагрузки он испытывает, вот почему выпускной клапан двигателя делается меньшего диаметра, а требования к нему выше. Так, при работе, тарелка выпускного клапана нагревается до 800-900.°С на бензиновых двигателях и до 500-700°С на дизельных моторах, впускной, нагревается до 300°С.
Именно по этим причинам при изготовлении выпускных клапанов нужны сплавы и материалы, обладающие повышенной жаропрочностью и содержащие большое количество легирующих присадок. Клапана делают из 2-х частей: тарелку из жаростойкого материала, стержень из углеродистой стали. Для изготовления клапана ДВС эти заготовки сваривают и шлифуют.
Выпускные клапана, в месте контакта с цилиндром, покрывают твёрдым сплавом. Толщина сплава порядка 1,5-2,5mm. Такое покрытие позволяет избежать коррозии.
По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов используют хромистые или хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, топливо отводит часть температуры от клапана и его составляющих, из-за чего температурные перепады у него ниже.
На эффективность работы клапана большое влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего или выходящего заряда смеси. Чаще всего головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления детали, удешевления её производства и сохранения жёсткости.
Конструкция клапана и термины:
1) общая длина клапана (L)
2) общая толщина тарелки
3) высота седла
4) высота края тарелки
5) упрочнение седла
6) головка клапана
7) диаметр стержня клапана (d)
8) стержень клапана
9) область канавки
10) закаленная поверхность конца стержня
11) длина скольжения
12) галтель
13) угол посадки клапана (α)
14) поверхность тарелки
15) диаметр тарелки клапана (D)
16) выемка
Впускные и выпускные клапаны разделяются на:
Цельнометаллический (монометаллический) клапан - производятся только из одного материала. При этом выбирается такой материал, который отвечает необходимым требованиям, а именно, обладает высокой теплостойкостью и хорошими антифрикционными свойствами.
Биметаллический клапан - конструкция клапана позволяет сочетать материал с высокой термостойкостью (тарелка клапана) и материал стержня клапана, который можно закалить (конец стержня), который, помимо этого, обладает хорошими антифрикционными свойствами с направляющей клапана. Соединение материалов осуществляется путем сварки трением.
Клапан с наполнителем (натрий или специальные соли) - применяются преимущественно для понижения температуры в особо опасной области галтели, специально просверленные полости заполняются натрием. Это сопровождается еще одним положительным эффектом - уменьшением веса самого клапана. Пустотелые, незаполненные впускные клапаны применяются только в целях уменьшения массы клапана. Чтобы достичь понижения температуры клапана, примерно 60% объема высверленной полости стержня клапана наполняется натрием и закупоривается методом сварки трением. Натрий плавится при температуре 97,5°C, его плотность составляет 0,97г/см³ и он является отличным проводником тепла. Во время работы двигателя натрий становится жидким и приводится в возвратно-поступательное движение под воздействием сил инерции в стержне клапана - "эффект миксера". Натрий при этом передает часть образующегося при сгорании тепла с тарелки клапана в область его стержня. Оттуда тепло выводится через направляющую клапана. Таким образом, удается понизить температуру на тарелке клапана на 80°C-150°C.
