Компоненты клапанного механизма MAHLE: больше, чем просто клапаны

В сотрудничестве с мировыми производителями двигателей компания MAHLE разрабатывает трибологическую систему всех компонентов клапанного механизма: клапанов, направляющих втулок клапанов и колец седла клапанов. Самое пристальное внимание при изготовлении клапанов уделяется выбору их формы. Для того чтобы наши клапаны наилучшим образом противостояли механическим, химическим и термическим нагрузкам, а также гарантировали оптимальный отвод тепла, мы проектируем их с учетом различных условий эксплуатации.

Наши клапаны выдерживают самые высокие нагрузки

Температура выпускных клапанов может достигать от 800 до 1000 °C, а впускные клапаны нагреваются вплоть до 300—550 °C. Экстремально высокие величины давления цикла и жесткие клапанные пружины оказывают ударные нагрузки на раскаленные клапаны, выбивая их в седло до 70 раз в секунду. Агрессивные химические вещества, содержащиеся в выхлопных газах, могут стать причиной развития коррозии или накопления отложений. Для того чтобы клапаны, направляющие и кольца седла клапанов годами или даже десятилетиями выдерживали такие нагрузки, при их производстве необходимо использовать высококачественные и тщательно подобранные материалы.

Материал, из которого изготовлены компоненты клапанного механизма

Конструкционные материалы: только лучшее для безопасности человека, двигателя и окружающей среды

Клапаны

Принципиально различают моно- и биметаллические клапаны, которые, как правило, изготавливаются из сплошного материала. В зависимости от будущей нагрузки используются различные материалы: от высоколегированной стали CrSi для впускных клапанов, стали типа CrMoV и аустенитной стали CrMnNiNb или CrMnNi с добавлением азота до суперлегированных сплавов на никелевой основе для высоконагруженных выпускных клапанов. В особых случаях применяются т.н. полые клапаны, заполненные натрием.

В заполненных натрием полых клапанах температура плавления натрия составляет ок. 97,5 °C, наполнитель при этом равномерно распределяется внутри клапана. Благодаря т.н. эффекту шейкера натрий отводит тепло от тарелки клапана через весь стержень вплоть до направляющей. Это способствует снижению температуры на тарелке в пределах от 80° C до 150° C, что приводит к значительному улучшению антидетонационных характеристик двигателя. Это повышает КПД двигателя и снижает расход топлива.

Для работы в жестких условиях клапаны выпускаются с бронированным седлом, закаленными, нитрированными или хромированными.

Направляющие втулки клапанов

При изготовлении направляющих для умеренных эксплуатационных нагрузок используется сплав CuZnAl. Если нагрузки выше, то выбирают сплавы из серого чугуна с перлитной структурой. При добавлении в композитный материал фосфора можно еще больше увеличить прочность направляющих. Сплав CuSn или CuNi подходит для особенно требовательных условий работы, а металлокерамический сплав выдерживает даже самые высокие температуры.

Кольца седла клапана

При изготовлении колец седла клапана (и сопряженных с ними деталей на клапане) компания MAHLE использует серый чугун с высоким содержанием углерода или кобальт с хромом и вольфрамом. Кроме того, применяются также стальные сплавы с хромом и молибденом. Сталь с хромом и ванадием или даже особенно высококачественный спеченный материал используются для высокомощных двигателей.

При производстве колец седла клапанов компания MAHLE отдает предпочтение центробежному литью или технологии спекания. В первом случае жидкий расплав заливается во вращающуюся форму для литья. При схватывании расплав принимает геометрию формы, образуя полую отливку. При спекании выполняется прессование порошкового металла. Сформированный предварительным прессованием брикет (т.н. «прессовка») нагревается (но не расплавляется), затем уплотняется и приобретает конечную твердость. Тип порошковой смеси определяется, в частности, температурой будущего режима эксплуатации колец, а также требуемой степенью износостойкости. Т.е. кольца седла клапанов уже на этапе производства изготавливаются в точном соответствии с условиями их эксплуатации в двигателе.

Мощная научно-исследовательская работа для автомастерских: мы заботимся о качестве и надежности наших продуктов

Инновационная разработка: клапан TopTherm

Специально для двигателей, изготовленных в ключе технологии «даунсайзинг», компания разработала клапан TopTherm®. В отличие от традиционных полых клапанов и клапанов EvoTherm®, новый клапан представляет собой сборную деталь. Большая, частично заполненная натрием полость позволила уменьшить вес конструкции и обеспечивает эффективное снижение температуры на поверхностях клапана, которые подвержены высоким термическим нагрузкам. Ожидается, что потенциал снижения таким клапаном температуры тарелки значительно превысит 100 К. Одновременно с этим в режиме полной нагрузки и на высоких оборотах снизится расход топлива, т.к. обогащение смеси для защиты клапанов станет излишним. Благодаря повышенному исходному давлению экономия топлива возможна даже при частой смене режимов езды. Все эти характеристики нового клапана TopTherm® еще раз демонстрируют, что компания MAHLE заслуженно занимает позицию мирового лидера в области производства полых клапанов.

Эволюция клапана: от классического клапана из сплошного материала, полого клапана, клапана EvoTherm® MAHLE до нового клапана TopTherm® MAHLE (слева направо)