شما و اتومبيل اتان


سائيدگي سوپاپها

 

Monday, January 15, 2007

 

Wear of Automotive Engine Valves and Seats

 

سائيدگي سوپاپها و نشيمنگاه هاي  آنها در موتورخودروها

 

Tom Slatter, University of Sheffield
Maik Broda, Ford Motor Company
Dr Roger Lewis,

University of Sheffield
Dr
Rob Dwyer-Joyce, University of Sheffield

transleted to persian BY: mohammad tavakoli , bipc mahshahr

 

 

مقدمه :

يكي از مشكلات رايجي كه باعث از كار افتادن موتورهاي درونسوز و از جمله موتورهاي ديزل مي شود خراب شدن سوپاپهاي آنان است سوپاپها از اصلي ترين قطعات موتور هستند شايد يك موتور با يك پيستون و يا حتي ياتاقان معيوب بتواند مدتي كار كند اما با وجود سوپاپي كه خراب شده است گاهي موتور همان زمان اندك را هم كار نمي كند مثلا اگر در يك موتور چهار سيلندر ، سوپاپ  يكي از سيلندها خراب شود

امكان از كار افتادن آن سيلندر خيلي زياد است و در اين حالت خودرو خيلي بد كار مي كند (اصطلاحا گفته مي شود تك كار مي كند ) و حتي گاهي براي چند لحظه هم روشن نمي ماند مگر اينكه بطور مدام بر روي پدال گاز فشار دهيد .

از اين رو سلامت سوپاپها خيلي اهميت دارد اما سوپاپها در شرايط خيلي سختي كار مي كنند اگر خودرو با دور 3000 در دقيقه كار كند سوپاپها در هر ثانيه 25 بار باز و بسته مي شوند اين همه حركت و ضربه هايي كه به نشيمنگاه مي زنند و نيز فشارهاي ناشي از احتراق  ، همگي باعث مي شوند كه سوپاپها و نشيمنگاه آنها مستعد خرابي شوند .

در گذشته به همراه هواي ورودي موتورهاي ديزل مقداري روغن هم وارد سلندر مي شد تا براي روانكاري سوپاپها مورد استفاده قرار گيرد ولي از آنجائيكه اين روغنها باعث آلودگي هوا مي شوند و در سالهاي اخير كه قوانين زيست محيطي سختي در اين مورد به مرحله اجراء در آمده است از اين امر ممانعت مي شود و همين موضوع باعث بروز خرابي هاي بيشتر در سوپاپها شده است  .

بهر حال ما بايد بين حفظ محيط زيست و سلامت انسان و سالم كار كردن موتور تعادلي برقرار كنيم هر چند در اين ميان همواره بايد موازنه به نفع  رعايت  حفظ محيط زيست و سلامت انسان ها باشد .

در متن زير بحث كوتاهي در مورد علل خرابي هاي سوپاپ و خصوصا سوپاپ ورودي هوا شده است و مشكلات آن از جهات مختلف مورد بررسي قرار گرفته است .

 

 

تلاش براي كاهش انتشار گازهاي آلاينده هاي حاصل ازاگزوز  موتورهاي ديزل منجر به كاهش ميزان روغن در جريان هواي خودروهايي كه با موتور ديزل كار مي كنند شد و اين امر نيز به نوبه خود سبب افزايش ميزان سايش سوپايهاي ورودي هوا و نشيمنگاه هاي آن در موتورهاي ديزل گرديد .

 

سه نوع خرابي  سوپاپ / نشيمنگاه در موتورهاي احتراق داخلي اتفاق مي افتد . كه عبارتند از :

پس روي = recession

شيار دار شدن = guttering

جوش خوردگي = torching

 

رايج ترين مكانيزم خرابي در موتور هاي ديزل پس روي سوپاپها valve recession است و دليل اين امر هم برداشته شدن موادي از روي سوپاپ يا محل قرار گيري آنها است .

 دو نوع آزمايش براي اين منظور ابداع شده است .

آزمايش بر روي ميز كار

آزمايش بر روي سر سيلندر موتور

كه از طريق آنها قادر خواهيم بود كه شبيه سازي كاملي از چگونگي سايش سوپاپهاي ورودي هوا و نشيمنگاه آنان را در موتور هاي ديزل ارائه دهيم .

روش آزمايش بر روي ميز كار بر روي دستگاه تست هيدروليك قرار مي گرد و قادر است كه هم فشار احتراق و هم ضربه اي را كه به هنگام بسته شدن سوپا پ از طرف سوپاپ بر روي نشيمنگاه وارد مي شود شبيه سازي كند . اما با اين روش قادر نيستيم كه سرعت بسته شدن را به شكل قابل توجهي تغيير دهيم .

اما در روش آزمايش موتوري كه بر روي سر سيلندر انجام مي گيرد مي توان تاثيرات ضربه هاي سوپاپ بر روي نشيمنگاه را در حالتهاي مختلف و با سرعتهاي گوناگون اندازه گيري كرد .

اسلوب آزمايش سوپاپ بر روي ميز كار bench test-rig بيشتر براي مجزا كردن اثرات ناشي از ضربه و لغزش impact and sliding ابداع شده و تكامل پيدا كرده است .

تحقيقات نشان داده است كه موضوع سائيدگي سوپاپها و نشيمنگاه  آنها در ارتباط با دو سازو كار مختلف است . اثري كه سوپاپ به هنگام بسته شدن بر روي نشيمنگكاه مي گذارد و لغزش سوپا پ بر روي نشيمنگاه  كه در اثر ضربه ناشي از فشار  احتراق پديد مي آيد .

هر دوي اين عوامل اثر بزرگي بر روي بوجود آمدن مشكل عقب نشيني سوپاپ دارند . اما تركيب اين دو عامل اثر خيلي زيادتري از خود برجا مي گذارد .

در حالت آزمايش سوپاپ بر روي ميز كار هر دو عامل ضربه و لغزش را با هم و در دورهاي چندهزار مرتبه اي كه سبب سايش مي شود تا دوره هايي با چند هزار مرتبه كه باعث لغزش هاي اصطكاكي مي شود مورد آزمايش قرار مي دهند .

 در اين تصاوير مجموعه اي از بر آمدگي هاي و فرو رفتگي هايي كه بر روي نشيمنگاه سوپاپ شكل گرفته است و باعث تغيير شكل و ناوداني شدن آن ها deformation/gouging process شده و حاصل ضربه هايي است كه سوپاپ  به هنگام بسته شدن وارد مي كند مي توانيد مشاهده كنيد . دندانه دار شدن هاي شعاعي بر روي محل نشيمنگاه سبب لغزيدن سوپاپ در اثر فشار ناشي از احتراق شده دو و باعث ترك برداشتن سطح و متعاقب آن كنده شدن لبه هاي نشيمنگاه مي شود كه همگي حاصل ضربه هاي سوپاپ به هنگام بسته شدن است .

Ridges and Valleys on a
Valve Seating Face

The pictures illustrate; a series of ridges and valleys on a valve seating face formed by a deformation/gouging process as a result of impact on valve closure; radial indentations on an insert seating face caused by the valve sliding against the insert under the effect of combustion loading and surface cracking and subsequent material loss on an insert seating face as a result of impact on valve closure.

Radial Indentations on a
Seat Insert Seating Face

Surface Cracking on a
Seat Insert Seating Face

 

نشان داده شده است كه ميزان سايش با افزايش سرعت بسته شدن سوپاپها  ، فشار احتراق ، و همراستا نبودن سوپاپ نسبت به نشيمنگاه  ، زيادتر مي شود .

روانكاري فاصله بين سوپاپ و نشيمنگاه كه با مواد گوناگون آزمايش شده است  باعث كاهش خرابي ناشي از  عقب نشيني سوپاپ تا يك دهم  مي شود  .

مدل نيمه تجربي از سائيدگي براي عقي نشيني سوپاپها بر اساس سازو كارهاي اساسي سايش و در طي كارهاي آزمايشي مشخص شده است .

پيشگويي مدل كه با آزمايش هاي موتوري هم مقايسه شده است در نمودار زير نشان  داده شده است .

از اين مدل مي توان براي پيشگويي كمي quantitative prediction عقب نشيني سوپاپها كه به هنگام استفاده از برخي مواد انتظار مي رود و نيز براي ارزيابي كيفي qualitative assessment عواملي كه نياز به تغيير دارند تا ميزان عقب نشيني سوپاپ را كاهش دهند استفاده مي شود .

نرم افزاري بنام RECESS  طراحي شده است كه مدلي است نيمه تجربي براي عقب نشيني سوپاپ ها .

همچنين نمودارهايي ابداع شده است به مرور اصطلاحات ، تجزيه و تحليل خرابي ها و مدلسازي اجرايي براي كمك به عيب يابي و تصحيح

diagnosing and rectifying خرابي سوپاپها و كاهش عقب نشيني آنها طراحي شده است .

 

......................................مقدمه و ترجمه از محمد توكلي – 25 ديماه 1385 ماهشهر bipc

منيع :

http://www.shef.ac.uk/mecheng/tribology/research/projects/resvalve.htm

 

Publications

  1. Slatter, T., Lewis, R., 2006, “Valve Recession - The Importance of Impact Wear”, Proceedings of the IMechE Conference on Tribology 2006: Surface Engineering & Tribology for Future Engines & Drivelines.

  2. Slatter, T., Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., 2006, “Valve Recession Modelling”, SAE Paper 2006-01-0365.

  3. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., Slatter, T.J., Brooks, A.C., 2004, “Valve Recession: From Experiment to Predictive Model”, Proceedings of the VDI Conference on Ventriltrieb und Zylinderkopf, pp79-93. (ISBN 3 18 091813 6)

  4. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., 2002, "Design Tools for Predicting Inlet Valve Recession and Solving Valve Failure Problems", Journal of Engines, Transactions of the SAE 2001, pp105-114. (ISBN 0 7680 1099 3)

  5. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., 2002, "Wear of Diesel Engine Inlet Valves and Seat Inserts", Journal of Automobile Engineering, Proceedings of the IMechE Part D., Vol. 216, pp205-216.

  6. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., 2001, Automotive Engine Valve Recession, Engineering Research Series No. 8, Professional Engineering Publishing Ltd., London. (ISBN 1 86058 358 X)

  7. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., 2001, "Design Tools for Predicting Inlet Valve Recession and Solving Valve Failure Problems", SAE Paper 2001-01-1987, in SP-1624, pp105-114. (ISBN 0 7680 0788 7)

  8. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R. S., and Josey, G., 2001, "An Experimental Approach to Solving Valve and Seat Wear Problems", Proceedings of the 27th Leeds-Lyon Symposium on Tribology, Elsevier Tribology Series No. 39, pp629-640. (ISBN 0 444 50581 4)

  9. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., Josey, G., 2000, "Investigation of Wear Mechanisms Occurring in Passenger Car Diesel Engine Inlet Valves and Seat Inserts", Journal of Fuels and Lubricants, Transactions of the SAE 1999, pp610-618. (ISBN 0 7680 0695 3)

  10. Lewis, R., (2000), "Wear of Diesel Engine Inlet Valves and Seats", University of Sheffield PhD Thesis.

  11. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R. S., and Josey, G., 1999, "Investigation of Wear Mechanisms Occurring in Passenger Car Diesel Engine Inlet Valves and Seat Inserts", SAE Paper 1999-01-1216. (ISSN 0148 7191)

  12. Lewis, R., Dwyer-Joyce, R.S., Josey, G., 1998, "Design and Development of a Bench Test-Rig for Investigating Diesel Engine Inlet Valve and Seat Insert Wear", Proceedings of the 5th International Tribology Conference in Australia, Institution of Engineers, Australia, pp365-370. (ISBN 1 86445 001 0).

 


mohammad tavakoli