Rezistena la oboseal a supapelor pentru motoare cu ardere intern

Universitatea Politehnica din Bucureti

Masteranzi: Dorobantu Florin Balaceanu Mihai-Cristian

Introducere

O supap este un organ al motorului, care deschide i nchide orificiile canalelor gazelor spre sau dinspre cilindrul motor. Supapele sunt folosite la aproape toate motoarele cu ardere intern n patru timpi. Deschiderea supapei se face prin apsarea n partea de sus a tijei acesteia. nchiderea se face prin apsarea arcului pe supap, care este transmis de arc pe talerul pentru fixarea arcului, fixat prin sigurane pe tij supapei. Ansamblu supap

1.arbore cu came 2. tachet hidraulic 3. arcul supapei 4. tija supapei 5. canal de gaze 6. talerul supapei 7. camera de ardereSeciune prin mecanismul de distribuie

Supapa este construit cu mare precizie dinoeluri aliatede nalt calitate, rezistente la temperaturi ridicate, ct mai uoare i care trebuie s reziste la fore ct mai ridicate. De aceea la motoarele curotaiimari, se folosesc aliaje de oel dur de calitate, acoperite cu anticorozive detitan,wolfram,crom etc.. Pentru motoarele cu solicitri termice mai mari, supapele pot fi executate cu caviti n tij, umplute de exemplu cusodiu, care are punctul de topire sczut, pentru a transporta cldur de la taler la tij. Deasemenea i scaunul supapei, este executat din materiale din aliaje dure.Materiale

Procedeu de fabricaie Supapa, este format din taler, care are rolul de a nchide orificiul de admisie sau de evacuare nchiulascu partea tronconic a acestuia i care la suprafaa de etanare are unghiuri diferite (30 - 45). Aceast parte tronconic se aaz pe scaunul supapei n chiulas. Talerul supapei are o form parabolic spre tija supapei pentru a permite gazelor s treac cu minim rezisten pe lng aceasta. Talerul poate fi dup felul supapei de mai multe forme spre exteriorul su: cu taler plan, taler concav, taler convex.

Tija supapei, are o form de cilindru lung i subire i este fix legat de taler. Aceasta are rolul de ghidare a micrii supapei, culisnd cu frecare uoar, ntr-un loca numit ghidul supapei, realiznd astfel micarea axial n locaul su.

Talerul supapei de admisie are de obicei un diametru mai mare dect cel al supapei de evacuare, pentru c, n acest felrandamentul combustiei este mai mare.

Ruperea datorit oboselii Supapele motoarelor cu ardere interna sunt supuse ncrcrii ciclice repetate datorit dinamicii supapelor. Cnd materialul este supus la oboseal, una sau mai multe fisuri mici, de obicei, ncep dezvoltarea n material, iar acestea cresc pn la cedare complet. Exist diferite tipuri de mecanisme de oboseal: oboseal termic, oboseala in cazul domeniului de durabilitati mari(High cycle fatigue), oboseal in domeniul de durabilitati mici(Low cycle fatigue) oboseala la flambare, oboseala la coroziune, oboseala la torsiune, i oboseala la frecare. n supape, unele dintre cele mai comune deteriorri se datoreaz oboselii termice, oboseala coroziune, i oboseala n domeniul de durabiliti mari i durabiliti mici.nceputul propagrii unei fisuri

Distrugerea datorit temperaturilor nalte Supapele de evacuare funcioneaz la temperaturi foarte ridicate supuse ncrcrilor ciclice, Cedarea suprafeei conice a supapei este cauza principal de deformarea elastic i plastic i oboseal. Tija supapei de evacuare, cedeaz n general din cauza temperaturii supapei de evacuare avnd o temperatur de aproximativ 720 C. Suprafaa tijei supapei este acoperita cu oxid negru. n poriunea mijlocie a tijei se produce o deteriorare avnd loc o secionarea longitudinal. Fisuri mici sunt iniiate i propagate n ntreaga seciune. Cu ncrcari mari, sunt iniiate mai multe fisuri dac supapele sunt supuse la temperaturi ridicate i, n astfel de condiii de exploatare, ar fi logic s se atepte ca cedarea s aib loc n cteva milioane de cicluri.

Tij de supap fisurat Supapa nr. 4 este o supap de evacuare noua, care este comparat cu o supap euat nr. 1, nr. 2 i nr 3

Figura prezint o fisur tipic a tijei supapei de evacuare a unui motor cu aprindere prin scnteie . Cedarea n tija supapei a unui motor cu aprindere prin scnteie este mai probabil dect la un motor cu aprindere prin comprimare din cauza vitezei mari de rotaie a motorului i a temperaturii gazelor de evacuare mai mari. Fora de inerie a supapei crete foarte mult n funcie de turaia motorului i supapa va fi deteriorat rapid cnd are o temperatur ridicat.

Rezistena materialului n funcie de temperaturTransferul de cldur pe zonele supapei

Supapele sunt supuse la temperaturi ridicate, ncrcrii ciclice, ncrcrii de impact, eroziune - coroziune, nalt presiune din interiorul cilindrului, fcnd astfel deosebit de importante cunostinele despre oboseal n aceste condiii. Cercetatorii au cutat s cunoasc mecanismul de ruptur la oboseal, pentru c distrugerea la oboseal n condiii reale de ncrcare este diferit de cea de oboseal mecanic. n acest studiu a diagramei SN sunt combinate mai multe curbe pentru diferite materiale.

Concluzii n studiul de mai sus a supapelor motoarelor cu ardere intern, este destul de evident c o cauz comun de ruptur a supapei este oboseala din cauza ncrcrilor ciclice la temperaturi ridicate. Temperatura ridicat este de asemenea responsabil pentru scderea duritii materialului supapei, i de asemenea i coroziuniea supapelor de evacuare. Oxidarea de suprafa i uzura prin frecare pe tija supapei apar ca urmare a supranclzirii. n plus, rezistena la oboseal scade din cauza supranclzirii. Solicitarea de impact a feei supapei pe scaunul supapei duce la ndeprtarea materialului din acea parte. Distrugerea la uzur apare n general, la faa scaunului de supap i la tija din cauza alunecarii n interiorul ghidului crescnd rata de uzur cu creterea numrului de cicluri. Eroziunea - coroziunea supapei de evacuare este, de asemenea un mod de distrugere al supapele motorelor cu combustie intern. Rezistena la oboseal este cauza principal a cedrii supapelor. Rezistena la oboseal este semnificativ diminuat cu creterea temperaturii.