Попет -клапан
Попет -клапан (также иногда называемый грибной клапан [ 1 ] ) - это клапан, обычно используемый для управления временем и количеством бензина (газа) или пары в двигатель или из двигателя, но со многими другими применениями.
Он состоит из отверстия или открытой камеры, обычно круглой или овальной по поперечному сечению, и вилки, обычно формы диска на конце вала, известного как стебель клапана. Рабочий конец этой заглушки, поверхность клапана, обычно заземляется при конике на 45 °, чтобы запечатать на соответствующем заземлении сиденья клапана в обод, запечатанную камеру. Вал проходит через руководство клапана, чтобы поддерживать его выравнивание.
Разница давления по обе стороны от клапана может помочь или ухудшить его производительность. В выхлопных приложениях более высокое давление на клапан помогает запечатать его, а в применении впускного применения более низкое давление помогает открыть его.
Попет -клапан был изобретен в 1833 году американским EAG Young из железной дороги Ньюкасла и Френчтауна . Янг запатентовал свою идею, но пожар патентного офиса 1836 года уничтожил все записи. [ 2 ]
Этимология
[ редактировать ]Слово Poppet разделяет этимологию с « куклой »: оно из среднего английского Popet «кукла»), от среднего французского пупетт , который является миниатюрным пупа («молодежь» или . Использование слова Poppet для описания клапана происходит от того же слова, применяемого к марионетам , которое, как и клапан Poppet, движутся телесными в ответ на удаленное движение, передаваемое линейно. [ 3 ] [ 4 ] В прошлом «Кукольный клапан» был синонимом попетки ; [ 5 ] [ 6 ] Тем не менее, это использование «марионетки» теперь устарело.
Дизайн
[ редактировать ]
Попет -клапан отличается как слайд, так и колеблющиеся клапаны. Вместо того, чтобы скользить или раскачиваться через сиденье, чтобы раскрыть порт, клапан Poppet поднимается с сиденья с движением , перпендикулярно плоскости порта. Основное преимущество клапана поппета состоит в том, что он не имеет движения на сиденье, что не требует смазки. [ 7 ]
В большинстве случаев полезно иметь «сбалансированный попет» в клапане прямого действия. Для перемещения поппета требуется меньше силы, потому что все силы на поппети не имеют равных и противоположных сил. Сомоленоидная катушка должна противодействовать только пружинной силой. [ 8 ]
Клапаны спетки наиболее известны за их использование во внутреннем сжигании и паровых двигателях, но используются в общих пневматических и гидравлических цепях, где требуется импульсный контроль потока. Импульс может контролироваться комбинацией дифференциального давления и пружины по мере необходимости.
Presta и Клапаны Schrader, используемые на пневматических шинах, являются примерами клапанов спетки. Клапан Presta не имеет пружины и опирается на разность давления для открытия и закрытия во время раздувания.
Клапаны спетки широко используются при запуске торпед с подводных лодок . Многие системы используют сжатый воздух для выброса торпедо из трубки , а клапан Poppet восстанавливает большое количество этого воздуха (наряду со значительным количеством морской воды), чтобы уменьшить контрольное облако пузырьков, которые в противном случае могли бы предать лодку погруженная позиция. [ 9 ]
Использование в двигателях внутреннего сгорания
[ редактировать ]
 | В этом разделе нужны дополнительные цитаты для проверки . ( март 2022 г. ) |
Клапаны спетки используются в большинстве поршневых двигателей для управления потоком впуска и выхлопных газов через головку цилиндра в камеру сгорания . Сторона клапана спетки, которая находится внутри камеры сгорания, представляет собой плоский диск, в то время как другая сторона сужается от формы диска до тонкого цилиндрического стержня, называемого «стеблем клапана».
Материалы и долговечность
[ редактировать ]В типичных современных двигателях массового производства клапаны твердые и изготовлены из стальных сплавов . Однако в некоторых двигателях используются полые клапаны, заполненные натрием , для улучшения теплопередачи .
Многие современные двигатели используют головку алюминиевого цилиндра. Несмотря на то, что это обеспечивает лучшую теплопередачу, сиденья стального клапана для для использования вставки стального клапана; В старых чугунных головках цилиндров сиденья клапана часто являются частью головки цилиндра. Зазор 0,4–0,6 мм (0,016–0,024 дюйма) присутствует вокруг стебля клапана, поэтому уплотнение для предотвращения втягиваемого масла в впускное коллектор и камеру сгорания используется ствола клапана. Как правило, используется уплотнение типа резины. Распространенным симптомом изношенных направляющих клапанов и/или дефектных масляных уплотнений является затяжка синего дыма из выхлопных труб во время увеличения вакуума впускного коллектора , например, когда дроссель внезапно закрыт.
Исторически, что клапаны имели две основные проблемы, обе из которых были решены путем улучшения в современной металлургии . Первым было то, что в ранних двигателях внутреннего сгорания высокие показатели износа клапанов означали, что задача клапана для реализации клапанов требовалась через регулярные промежутки времени. Во -вторых, свинцовые добавки с 1920 -х годов использовались в бензине (бензин), чтобы предотвратить стук двигателей и обеспечить смазку для клапанов. Современные материалы для клапанов (такие как нержавеющая сталь) и сиденья клапанов (такие как стеллит ), позволили вывести на свинец бензин во многих промышленно развитых странах к середине 1990-х годов.
Выхлопные клапаны натрия
[ редактировать ]Выхлопные клапаны подвержены очень высоким температурам, и в экстремальных высокопроизводительных приложениях могут быть охлаждены натрия . Клапан полов и заполнен натрием, который тает при относительно низкой температуре, и в его жидком состоянии конветы нагреваются от головки горячего клапана до стебля, где он может быть проведен в головке цилиндра. Распространенные в поршневых двигателях Второй мировой войны, теперь только встречаются в двигателях высокой производительности. [ 10 ]
Метод действий
[ редактировать ]Ранние двигатели в 1890 -х и 1900 -х годах использовали «автоматический» впускной клапан, который был открыт вакуумом в камере сгорания и закрыт легкой пружиной. Выпускной клапан должен был быть механически приводится в движение, чтобы открыть его на давление в цилиндре. Использование автоматических клапанов упростило механизм, но клапан Float ограничивал скорость, с которой двигатель мог работать, и примерно к 1905 году механически управляемые впускные клапаны были все чаще приняты для транспортных двигателей.
Механическая работа обычно прижимает к концу стебля клапана, причем пружина обычно используется для возврата клапана в закрытое положение. При высоких скоростях двигателя ( об / мин ) вес клапана означает , что пружина клапана не может закрыть клапан так же быстро, что приводит к переплетению клапана или отскок клапана . Десмодромические клапаны используют второй рокер для механического закрытия клапанов (вместо использования клапанов -пружин) и иногда используются, чтобы избежать плавания клапана в двигателях, которые работают при высоком обороне.
В большинстве массовых двигателей распределительный вал (ы) контролирует отверстие клапанов с помощью нескольких промежуточных механизмов (таких как толкатели , роликовые рокеры и атлеты клапанов ). Форма кулачков на распределие влияет на подъем клапана и определяет время, когда клапаны открываются.
Номер и расположение клапанов
[ редактировать ]
Ранние двигатели Flathead (также называемые двигателями L-головы ) видели клапаны, расположенные рядом с цилиндром (ы), в «перевернутой» ориентации, параллельной цилиндрам. [ 11 ] Хотя эта конструкция создана для упрощенной и дешевой конструкции, скручивающий путь впускного и выхлопного газа имел серьезные недостатки для воздушного потока, что ограничивало обороты двигателя двигателя [ 12 ] и может привести к перегреву блока двигателя при устойчивой тяжелой нагрузке. Дизайн Flathead превратился в двигатель впускной поверхности (IOE) , используемый во многих ранних мотоциклах и нескольких автомобилях. В двигателе IOE впускные клапаны были расположены непосредственно над цилиндром (например, двигатели более поздних верхних клапанов ), однако выпускной клапан остается рядом с цилиндром в перевернутой ориентации.
Эти конструкции были в значительной степени заменены двигателем верхнего клапана (OHV) в период с 1904 года до конца 1960-х годов/начало до среднего 1970-х годов, в результате чего потребление и выпускные клапаны расположены непосредственно над цилиндром (с распределительным валом, расположенным в нижней части дна двигатель). В свою очередь, двигатели OHV были в значительной степени заменены двигателями верхнего распределительного вала (OHC) в период с 1950 -х до 1980 -х годов. Расположение клапанов в целом одинаково между двигателями OHV и OHC, однако двигатели OHC видели распределительный вал, расположенный на вершине двигателя с клапанами и двигателями OHC, часто имеют больше клапанов на цилиндр. Большинство двигателей OHC имеют дополнительное потребление и дополнительный выпускной клапан на цилиндр (четырехклапанный цилиндр) по сравнению с конструкцией двух клапанов на цилиндр, используемых большинством двигателей OHV. Однако некоторые двигатели OHC использовали три или пять клапанов на цилиндр.
Использование в паровых двигателях
[ редактировать ]
Джеймс Уотт использовал клапаны спетки, чтобы контролировать поток пар в цилиндры его лучевых двигателей в 1770 -х годах. Секционная иллюстрация двигателя луча Ватта 1774 года с использованием устройства находится в Терстоне 1878: 98, [ 13 ] и Lardner (1840) предоставляет иллюстрированное описание использования Ваттом клапана поппета. [ 14 ]
Например, при использовании в приложениях высокого давления в качестве входных клапанов на паровых двигателях такое же давление, которое помогает герметизировать клапаны спетки, также вносит значительный вклад в силу, необходимую для их открытия. Это привело к разработке сбалансированного поппета или двойного удара клапана , в котором две заглушки клапана едут на общем стебле, с давлением на одну пробку, в значительной степени балансируя давление на другую. [ 15 ] [ 16 ] В этих клапанах сила, необходимая для открытия клапана, определяется давлением и разницей между областями двух отверстий клапана. Sickels запатентовал клапанную передачу для двойных клапанов спетки в 1842 году. Критика была зарегистрирована в журнале Science в 1889 году равновесных клапанов спетки (называемой статьей «двойной или сбалансированный или американский клапан кукол»), используемый для двигателей патлеров, двигателей париков,, что по своей природе он должен протекать 15 процентов. [ 17 ]
Попет -клапаны использовались на паровых локомотивах , часто в сочетании с Lentz или коробкой передач Caprotti . Британские примеры включают в себя:
- LNER CLASS B12
- LNER CLASS D49
- Lner Class P2
- LMS Station Class 5 4-6-0
- BR Стандартный класс 5
- BR Стандартный класс 8 71000 герцог Глостер .
Sentinel Waggon Works использовали клапаны спетки в их паровых вагонах и паровых локомотивах. Реверсирование было достигнуто с помощью простой скользящей системы распределительного вала .
Многие локомотивы во Франции, особенно те, которые восстанавливаются в конструкциях Андре Чапелона, таких как SNCF 240p , использовали каппельные клапаны для камеры Ленца, которые управляли клапаном Walschaert, с помощью локомотива уже были оборудованы.
Клапан Poppet также использовался на American Pennsylvania Railroad T1 , дуплексных локомотивах хотя клапаны обычно выходили из строя, потому что локомотивы обычно эксплуатировались более 160 км/ч (100 миль в час), а клапаны не предназначались для напряжений. такие скорости. Клапаны спетки также давали локомотиву отличительный звук «болтовня».
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Аль Дайк (1921), Энциклопедия Dyke's Automobile and Ganshiline , Сент-Луис, Аль-Дайк, архивирована с оригинала 2016-06-11
- ^ Уайт, Джон Х. (1979). История американского локомотива . Северный Челмсфорд, Массачусетс: Корпорация Курьер. п. 145.
- ^ « Попет в Мерриам-Уэбстер» . Merriam-Webster.com. Архивировано из оригинала 2011-10-17 . Получено 2011-12-06 .
- ^ « Куколка в Мерриам-Уэбстере» . Merriam-Webster.com. Архивировано из оригинала 2012-01-12 . Получено 2011-12-06 .
- ^ « Кукольный клапан из словаря Вебстера 1913 года» . Websters-online-dictionary.org. Архивировано из оригинала 2006-02-21 . Получено 2011-12-06 .
- ^ «Патент США № 339809,« кукольный клапан », выпущен 13 апреля 1886 года» . Patimg1.uspto.gov. Архивировано с оригинала 10 января 2017 года . Получено 2011-12-06 .
- ^ Фессенден, Чарльз Х. (1915). Клапанные шестерни . Нью -Йорк: МакГроу Хилл. С. 159 –168. Архивировано с оригинала 2016-06-03.
- ^ Wahl, Philipp (2013). Поршневые катушки клапаны и клапаны спетки . Esslingen: Festo AG & Co. KG.
- ^ ВМС, США (февраль 2009 г.). Торпедо Трубка Руководство . ISBN 9781935327639 - через Google Books.
- ^ Кэмерон, Кевин (22 апреля 2020 года). «Некоторые факты о клапанах, заполненных натрием» . Цикл мира . Octane Media, LLC . Получено 9 июля 2023 года .
- ^ "fsoc" . FSOC . Архивировано с оригинала 18 марта 2018 года . Получено 24 апреля 2018 года .
- ^ «Удобное руководство по двигателям Клинтона» (PDF) . 1956. с. 2. Архивировал (PDF) из оригинала 3 октября 2015 года . Получено 2 октября 2015 года .
RPM 2200 - 3600
- ^ Терстон, RH (1878). История роста парового двигателя . Нью -Йорк: Appleton & Co. с. 98 .
- ^ Ларднер, Дионисий (1840). Паровой двигатель объяснил и проиллюстрировал . Лондон: Тейлор и Уолтон. С. 189–91 . Архивировано с оригинала 2013-10-04.
- ^ Жак Mouchly, клапан и клапан снаряжение для локомотивов и других двигателей, патент США 1824 830, выпущен 29 сентября 1931 года.
- ^ Герман Г. Мюллер, паровой клапан, патент США 1 983 803, выпущен 11 декабря 1934 года.
- ^ Критика EN Dickerson в лекции в электрическом клубе Нью -Йорка 17/01/1889, сообщает Science Vol.13 № 314, 8 февраля 1889 г. с.95 Sciencemag.org