Выпускной клапан Советский патент 1992 года по МПК F01L3/20 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в механизме газораспределения двигателя.

Известен выпускной клапан, состоящий из стержня и тарелки, содержащей посадочную фаску, выполняемую в форме кольцевой конической поверхности, с помощью которой осуществляется сопряжение с такой же посадочной фаской седла клапана.

Недостатком известного выпускного клапана является низкая надежность работы из-за частых нарушений газоплотности сопряжения с седлом клапана.

Известен выпускной клапан, у которого посадочная фаска состоит из двух конических поверхностей, пересекающихся между собой на середине фаски, а угол конуса фаски седла по всей высоте сохраняется постоянным. При сопряжении такой фаски клапана с фаской седла создается кольцевой кромочный контакт , который через несколько минут приработки, после пуска нового двигателя в результате возникновения высоких контактных нагрузок и об- сусловленного этим пластического деформирования материала формируется в посадочную фаску, соответствующую конической форме посадочной фаски седла клапана.

Однако сформированная при кратковременных начальных условиях работы двигателя поверхность сопряжения выпускного клапана и седла в других условиях эксплуатации, отличающихся от начальных, не будет оптимальной, обеспечивающей надежное и долговечное газоплотное взаимодействие, что объясняется следующим.

Одной из причин нарушения плотности сопряжения выпускного клапана и седла является неодинаковая степень нагрева этих деталей рабочими газами, обуславливающая разную степень теплового деформирования и перемещения посадочных фасок относительно друг друга. При этом тарелка клапана вследствие теплообмена с менее нагретыми стержнем и седлом нагревается неравномерно в осевом и радиальном направлениях. Неравномерный нагрев тарелки клапана в осевом направлении вызывает меридиональный ее изгиб, обуславливающий возникновение сопряжения с посадочной поверхностью седла в виде кольцевого кромочного контакта. В частности, такой характер сопряжения возникает при установке клапана с перекосом относительно оси сопряжения. Известно, что посадка клапана с перекосом сопровождается прорывом рабочих газов по линии кольцевого кромочного контакта, что обуславливает повышение температуры и выгорание металла фасок, интенсивное изнашивание их поверхностей продуктами сгорания топлива, возникновение трещин в зоне контакта фасок и другие дефекты.

Наиболее близким к предлагаемому является выпускной клапан, у которого посадочная фаска тарелки клапана и

0 соответствующая посадочная поверхность седла ориентированы под углом к продольной оси клапана и образованы дугами окружностей разных радиусов, причем центры радиусов контактируемых поверхностей

5 расположены по разные стороны от соприкасающейся плоскости.

Однако известный выпускной клапан характеризуется недостаточной надежностью работы клапана из-за повышения кон0 тактных напряжений, обусловленных малой площадью принятого вида сопряжения фаски клапана и посадочной поверхности седла.

Целью изобретения является повыше5 ние надежности и долговечности выпускного клапана за счет обеспечения газоплотности сопряжения с седлом.

Поставленная цель достигается тем, что в выпускном клапане, содержащем стер0 жень, плавно переходящий втарелку, снабженную посадочной фаской, контактирующей с посадочной поверхностью седла, посадочные фаски клапана и седла образованы дугами окружностей разных радиусов, при

5 этом центры радиусов дуг фаски и посадочной поверхности седла расположены на одной прямой, проходящей через ось клапана и по одну сторону от оси и поверхности контакта и выполнены в соответствии с со0 отношением

Rk(0,91...0,95)Rc, где Rk - радиус дуги фаски клапана;

Re радиус дуги посадочной поверхности седла.

5 На чертеже изображен выпускной клапан в сопряжении с седлом, общий вид.

Выпускной клапан содержит стержень 1, тарелку 2 и посадочную фаску 3. При этом посадочная фаска 3 и взаимодействующая с

0 ней посадочная поверхность 4 седла 5 образованы дугами окружностей разных радиусов. Центры радиусов дуг фаски 3 и посадочной поверхности 4 расположены на одной прямой и по одну сторону от оси кла5 пана.

Газоплотность сопряжения выпускного клапана с седлом обеспечивается слудую- щим образом. При-работе двигателя тарелка клапана вследствие теплообмена с менее нагретым стержнем лл седлом нагревается

неравномерно в осевом и радиальном направлениях. Возникающие при этом осевые и радиальная составляющие тепловой деформации обуславливают меридиональный поворот фаски 3 относительно посадоч- ной поверхности 4 и смещение фаски 3 вдоль посадочной поверхности 4 в сторону больших диаметров. Выполнение посадочной фаски 3 и посадочной поверхности 4 в виде дуг окружностей разных радиусов с расположением центров радиусов дуг окружностей по одну сторону от оси клапана и поверхности контакта и на одной прямой, проходящей через эту ось, создает условия для взаимодействия по кольцевым поверх- ностям шириной I, что обеспечивает надежное газоплотное сопряжение.

Соотношение радиусов дуг окружностей фаски 3 и посадочной поверхности 4 составляет Rk(0-91---095)Rc. Превышение верхнего предела указанного соотношения приводит к снижению газоплотности сопряжения, так как происходит трансформация предлагаемого сопряжения в известные конические, а понижение нижнего предела - к уменьшению поверхности сопряжения, что обусловливает рост уровня контактных напряжений и снижение надежности работы клапана.

Экспериментальные исследования выпускного клапана на работающем двигателе показали, что предлагаемый выпускной клапан обеспечивает большую надежность газоплотности сопряжения с седлом и позволяет за счет этого в 2-3 раза увеличить долговечность работы клапана и повысить ресурс двигателя в целом.

Формула изобретения

Выпускной клапан для двигателя внутреннего сгорания, содержащий стержень, плавно переходящий в тарелку клапана, снабженную посадочной фаской, контактирующей с посадочной поверхностью седла, причем фаска и соответствующая ей посадочная поверхность седла образованы дугами окружностей разных радиусов, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, центры радиусов дуг окружностей фаски и посадочной поверхности седла лежат на одной прямой, проходящей через ось клапана и по одну сторону от оси и поверхности контакта, и выполнены в соответствии с соотношением

Rk (0,91...0,95) Re. где Rk - радиус дуги фаски клапана;

RC - радиус дуги посадочной поверхности седла.

Сущность: клапан содержит стержень 1, тарелку 2 и посадочную фаску 3, контактирующую с нэсадочной поверхностью 4 седла 5. Фаска 3 и поверхность 4 образованы дугами окружностей разных радиусов, центры которых лежат на одной прямой, проходящей через ось клапана и по одну Сторону от оси и поверхности контакта, и выполнены в соответствии с соотношением Rk(91...0,95) Rc, где Rk - радиус дуги фаски клапана; Rc - радиус дуги посадочной поверхности седла 1 ил. Ё VI сл 00 hO Јь О