The effect of the design and material parameters on the temperature gradient in lightweight valves in the valvetrains of combustion engines

• Autorzy: Siczek K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów konstrukcyjnych i materiałowych na rozkład temperatury w lekkich zaworach rozrządu silników spalinowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

According to the current trend to reduce the valvetrain movable masses in combustion engines lightweight valves are used increasingly. They can be made of light alloys from the TiAl alloy group or of ceramic materials such as silicon nitride. They are often coated with additional protective layers to reduce the resistance of friction or the wear intensity. They may also be a hollow structure made of steel with internal reinforcing ribs. Compared to traditional full steel valves they are characterized by different temperature gradients when working in a valvetrain. As a result, their working change, particularly the intensity of the heat transfer and wear. The paper presents valve models developed with the FEM technique for several design and material configurations for lightweight intake and exhaust valves operating under conditions similar to those made of steel. Also the temperature gradients of the discussed valves have been included and compared to those of full steel valves.

PL

Zgodnie z obecną tendencją do zmniejszania mas ruchomych rozrządu w silnikach spalinowych stosowane są lekkie zawory. Mogą być one wykonane z lekkich stopów z grupy TiAl lub z materiałów ceramicznych jak azotek krzemu. Często są powlekane dodatkowymi warstwami ochronnymi dla zmniejszenia oporów tarcia lub intensywności zużycia. Mogą to być też zawory stalowe drążone, z ewentualnym zastosowaniem wewnętrznych żeber wzmacniających. W stosunku do klasycznych pełnych zaworów stalowych odznaczają sie one innym rozkładem temperatury podczas pracy w rozrządach. W efekcie zmieniają się ich warunki pracy, a zwłaszcza intensywność odbioru ciepła i zużywania. W artykule przedstawiono opracowane modele zaworu, wykonane przy użyciu MES, dla kilku konfiguracji konstrukcyjnych i materiałowych lekkich zaworów dolotowych i wylotowych, pracujących w zbliżonych warunkach jak pełne zawory stalowe. Zamieszczono też obliczone rozkłady temperatury i porównano je z przypadkiem pełnych zaworów stalowych.

Słowa kluczowe

EN

combustion engine; valvetrain; lightweight valve; temperature gradient

PL

silnik spalinowy; rozrząd silnika; lekki zawór; rozkład temperatury

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 52, nr 2
• Strony: 94--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Siczek K.

• Faculty of Mechanical Engineering at Technical University of Lodz

Bibliografia

• [1] Siczek K: Badania i modelowanie zjawisk tribologicznych zachodzących w układzie prowadnica – lekki zawór – gniazdo w rozrządach silników spalinowych, rozprawa habilitacyjna, Politechnika Łódzka, Łodź, 2012 (in Polish).
• [2] Kaufman D.: Engine Builder Magazine, 11/25/2008, http://www.underhoodservice.com/Article/40385/tech_feature_understanding_valve_design_and_alloys.aspx.
• [3] http://www.precisionenginetech.com/tech-explained/2009/06/02/valve-materials-and-designs-part-2/
• [4] Abele M.: A lightweight valve made from a nickel alloy, Nickel magazine, March, 2004 , http://www.nickelinstitute.org/index.cfm/ci_id/12774/la_id/1/document/1/re_id/0.
• [5] http://www.precisionenginetech.com/tech-explained/2009/06/02/valve-materials-and-designs-part-1/
• [6] Hiroshi Yamagata: The science and technology of materials in automotive engines, Woodhead Publishing Ltd, Cambridge England 2005.
• [7] http://www.sbintl.com/valveseatinserts.html
• [8] Sun J.G., Zhang J.M., Andrews M.J., Trethewey J.S., Philips N.S.L., Jensen J.A.: Evaluation of Silicon-Nitride Ceramic Valves, International Journal of Applied Ceramic Technology, 5 (2), 2008, pp. 164-180.
• [9] Wiśniewski T.S., Banaszek J., Furmański P., Rebow M.: Influence of boundary conditions on temperature distribution in valve seat of IC engine by FEM analysis, Journal of KONES, Bielsko – Biała, 1997, pp. 463–468.
• [10] Merker G.P., Schwarz C., Stiesch G., Otto F.: Simulation Combustion. Simulation of combustion and pollutant formation for engine-development, Springer, Berlin, 2006.
• [11] ANSYS help documentation
• [12] pl.wikipedia.org