Analysis of the co-operation of bimetallic valves and a valve guide - thermal problems

The paper presents results of research and thermal analysis of valves made of various materials. Monolithic (of valve steel) and bimetallic valves produced with the same technology have been compared, the external layer of bimetallic valves being of the valve steel and the internal of steel 45. Results of valve heating research and measured temperatures on the surface of a valve and a guide have been presented. Model computations have been carried out using the finite elements method, temperatures distribution in a valve placed on the measuring position and during operation of an engine. Also, the impact of a crevice between a guide and a valve on the carrying away of heat have been analyzed (width of the crevice and its lubrication). For the purpose of the analysis a model of a guide together with a guide has been built. on the basis of analysis of heat emitted in the combustion chamber and the outlet channel, the conditions of heat transfer have been determined. The results of the analyses have been presented and compared with the research results. It has been stated that in case of using the bimetallic valves the amount of heat taken from the walls of the combustion chamber and from the outlet channel is higher, which enables their application in engines more loaded in terms of heat loading. Application of this type of valves enables also to reduce the production costs.

W pracy przedstawiono wyniki badań oraz analizę termiczną zaworów wykonanych z różnych materiałów. Porównano zawory monolityczne (ze stali zaworowej) i bimetalowe wykonane tą samą technologią, przy czym w zaworach bimetalowych zewnętrzna warstwa była zrobiona ze stali zaworowej, a wewnętrzna ze stali 45. Przedstawiono wyniki pomiarów nagrzewania zaworów i zmierzone temperatury na powierzchni zaworu, a także prowadnicy. Przeprowadzono obliczenia modelowe z wykorzystaniem metody elementów skończonych, rozkładu temperatur w zaworze umieszczonym na stanowisku badawczym oraz podczas pracy silnika. Przeanalizowano również wpływ szczeliny między prowadnicą a zaworem na odprowadzanie ciepła (szerokość szczeliny i jej smarowanie). Do analiz zbudowano model zaworu wraz z prowadnicą. Na podstawie analizy ciepła wydzielanego w komorze spalania i kanale wylotowym, wyznaczono warunki wymiany ciepła. Przedstawiono wyniki analiz i porównano je z wynikami badań. Stwierdzono, że przypadku stosowania zaworów bimetalowych, ilość ciepła odbierana od ścianek komory spalania i z kanału wylotowego jest większa, co pozwala na stosowanie ich w silnikach bardziej obciążonych cieplnie. Zastosowanie tego typu zaworów pozwala również na obniżenie kosztów ich wytworzenia.