Pubpet Ventil

Tapetventile mit Ventilfedern und Ventilstammdichtungen

A Pubpet Ventil (auch genannt Pilzventil[1]) ist ein Ventil In der Regel verwendet, um das Timing und die Menge des Gas- oder Dampfstroms in einen Motor zu steuern.

Es besteht aus einem Loch oder einer offenen Kammer, normalerweise rund oder oval im Querschnitt, und einem Stecker, normalerweise einer Scheibenform am Ende eines als Ventilstiel bekannten Schafts. Das funktionierende Ende dieses Steckers, die Ventilfläche Ventilsitz in den Rand der Kammer gemahlen und versiegelt. Der Schaft reist durch a Ventilführer seine Ausrichtung aufrechtzuerhalten.

Ein Druckdifferential auf beiden Seiten des Ventils kann seine Leistung unterstützen oder beeinträchtigen. Im Auspuff Anwendungen höherer Druck gegen das Ventil helfen, es zu versiegeln, und in Aufnahme Anwendungen niedrigerer Druck helfen dabei, dies zu öffnen.

Das Pubpet -Ventil wurde 1833 von American E.A.G. Jung der Newcastle und Frenchtown Railroad. Young hatte seine Idee patentiert, aber die Patentbüro Feuer von 1836 zerstörte alle Aufzeichnungen davon.[2]

Etymologie

Das Wort POPPET Anteile Etymologie mit "Marionette": Es ist von der Mittleres Englisch Popet ("Jugend" oder "Puppe"), von Mittelfranzösisch Poupette, die ein minutiv von Poupée. Die Verwendung des Wortes POPPET Um ein Ventil zu beschreiben, stammt aus demselben Wort, das angewendet wird Marionetten, die sich wie das Pubpet -Ventil als Reaktion auf die linear übertragene Fernbewegung körperlich bewegen.[3][4] In der Vergangenheit war "Puppet Ventil" ein Synonym für Pubpet Ventil;[5][6] Diese Verwendung von "Puppenspiel" ist jedoch jetzt veraltet.

Entwurf

Kolbenmotor mit einem automatisch verwandelten Ansaugventil (in Rot) und einem kameraktiven Abgasventil (in Blau)

Das Pubpet -Ventil unterscheidet sich grundlegend von Gleit- und Oszillationsventilen; Anstatt über einen Sitzplatz zu rutschen oder zu schaukeln, um einen Hafen aufzudecken, hebt sich das Popet -Ventil mit einer Bewegung senkrecht zum Hafenebene vom Sitz. Der Hauptvorteil des Pubpet -Ventils besteht darin, dass es keine Bewegung auf dem Sitz hat, was keine Schmierung erfordert.[7]

In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, einen "ausgewogenen Papst" in einem direkt wirkenden Ventil zu haben. Es ist weniger Kraft erforderlich, um den Poppet zu bewegen, da alle Kräfte auf dem Poppet durch gleiche und entgegengesetzte Kräfte annulliert werden. Die Magnetspule muss nur der Federkraft entgegenwirken.[8]

Pubpet -Ventile sind am besten für ihre Verwendung in internen Verbrennungs- und Dampfmaschinen bekannt, werden jedoch in vielen industriellen Prozessen verwendet, um den Fluss von zu steuern Milch zur Isolierung steriler Luft in der Halbleiterindustrie.

Presta und Schraderventile verwendet auf Pneumatik Reifen sind Beispiele für Toppet -Ventile. Das Presta -Ventil hat keine Feder und stützt sich auf ein Druckdifferential zum Öffnen und Schließen, während sie aufgeblasen werden.

Die Topetventile werden bei der Einführung von ausgiebig eingesetzt Torpedos aus U -Boote. Viele Systeme verwenden Druckluft, um den Torpedo aus dem auszuschalten Rohrund das Pubpet-Ventil erholt eine große Menge dieser Luft (zusammen mit einer erheblichen Menge an Meerwasser), um die verräterische Blasenwolke zu verringern, die sonst die untergetauchte Position des Bootes verraten könnten.[9]

Verwendung in internen Verbrennungsmotoren

Toppet -Ventile in einem typischen Overhead -Nockenwellenmotor

Pubpet -Ventile werden in den meisten verwendet Kolbenmotoren Um den Aufnahmefluss und die Abgase durch die zu steuern Zylinderkopf und in die Brennkammer. Die Seite des Popetventils, das sich in der Brennkammer befindet, ist eine flache Scheibe, während sich die andere Seite von der Scheibenform zu einem dünnen zylindrischen Stab verjüngt, der als "Ventilstamm" bezeichnet wird.

Materialien und Haltbarkeit

In einer typischen modernen Massenproduktionsmotoren sind die Ventile fest und bestehen aus Stahl Legierungen. Einige Motoren verwenden jedoch hohle Ventile, die mit gefüllten Ventilen gefüllt sind Natrium, verbessern Wärmeübertragung.

Viele moderne Motoren verwenden einen Aluminiumzylinderkopf. Obwohl dies eine bessere Wärmeübertragung bietet, benötigt es Stahl Ventilsitz Einsätze, die verwendet werden sollen; Im Gegensatz zu älter Gusseisen Zylinderköpfe, bei denen die Ventilsitze häufig Teil des Zylinderkopfs sind. Eine Lücke von 0,4–0,6 mm (0,02–0,02 Zoll) ist rund um den Ventilstamm vorhanden, daher a Ventilstamm Siegel wird verwendet, um zu verhindern, dass Verbrennungsgase durch diese Lücke oder Öl in die Verbrennungskammer entkommen. Typischerweise wird ein Gummi-Lippen-Siegel verwendet. Ein häufiges Symptom von abgenutzten Ventilführern und/oder defekten Öldichtungen ist ein blauer Rauchwolke aus dem Abgabrohr in Zeiten der erhöhten Einnahme Verteiler Vakuum, wie z. B. wenn der Gashebel abrupt geschlossen ist.

Historisch gesehen gab es zwei Hauptprobleme mit Ventilen, die beide durch Verbesserungen der Moderne gelöst wurden Metallurgie. Das erste war, dass in frühen internen Verbrennungsmotoren hohe Verschleißraten von Ventilen bedeuteten, dass a Ventiljob Um die Ventile zu regeln, war in regelmäßigen Abständen erforderlich. Zweitens, Lead -Additive war seit den 1920er Jahren in Benzin (Benzin) verwendet, um zu verhindern Motorklopfen und Schmierung für die Ventile liefern. Moderne Materialien für die Ventile (wie Edelstahl) und Ventilsitze (wie z. Stelliten) Mitte der neunziger Jahre in vielen industrialisierten Ländern ein Benzinbetrier in vielen Industrieländern auslaufen lassen.

Betätigungsmethode

Siehe auch: Nockenwelle

Frühmotoren in den 1890er und 1900er Jahren verwendeten ein "automatisches" Einlassventil, das vom Vakuum in der Brennkammer geöffnet und durch eine leichte Feder geschlossen wurde. Das Abgasventil musste mechanisch angetrieben werden, um es gegen den Druck im Zylinder zu öffnen. Die Verwendung automatischer Ventile vereinfachte den Mechanismus, aber jedoch Ventilschwimmer Begrenzte die Geschwindigkeit, mit der der Motor ausgeführt werden konnte, und wurden um etwa 1905 mechanisch betriebene Einlassventile für Fahrzeugmotoren zunehmend angewendet.

Der mechanische Betrieb erfolgt normalerweise durch Drücken auf das Ende des Ventilstiels, wobei eine Feder im Allgemeinen verwendet wird, um das Ventil in die geschlossene Position zurückzugeben. Bei hohen Motorgeschwindigkeiten (Drehzahl) das Gewicht der Valvetrain bedeutet, dass die Ventilfeder das Ventil nicht so schnell genug schließen kann, was dazu führt Ventilschwimmer oder Ventilsprung. Desmodromenventile Verwenden Sie einen zweiten Kipphebel, um die Ventile mechanisch zu schließen (anstatt Ventilfedern zu verwenden) und werden manchmal verwendet, um Ventilschwimmer in Motoren zu vermeiden, die bei hoher Drehzahl arbeiten.

In den meisten massenproduzierten Motoren die Nockenwelle(s) Steuern Sie die Öffnung der Ventile über mehrere Zwischenmechanismen (wie z. Pushrods, Rollschocker und Ventillifter). Die Form der Nocken auf der Nockenwelle beeinflusst die Ventillift und bestimmen Sie den Zeitpunkt, wenn sich die Ventile öffnen.

Anzahl und Ort der Ventile

Flachkopfmotor (Ventil in hellblau gezeigt)
Overhead -Nockenwellenmotor
Siehe auch: Multivalve

Frühzeitig Flachkopfmotoren (auch genannt L-Kopf-Motoren) Sehen die Ventile neben dem Zylinder (en) in einer "verkehrten" Orientierung parallel zum Zylinder.[10] Obwohl dieses Design für vereinfachte und billige Konstruktionen sorgte, hatte der Verdrehungspfad der Einlass- und Abgasgase wichtige Nachteile für den Luftstrom, der die Motordrehzahl begrenzt hat[11] und könnte dazu führen, dass der Motorblock unter anhaltender starker Belastung überhitzt wird. Das Flathead -Design entwickelte sich zu Einnahme über Auspuff (IOE) Motor, in vielen frühen Motorrädern und mehreren Autos verwendet. In einem IOE -Motor befanden sich die Einlassventile direkt über dem Zylinder (wie der spätere Overhead -Ventilmotoren), jedoch bleibt das Auspuffventil neben dem Zylinder in einer verkehrten Ausrichtung.

Diese Entwürfe wurden größtenteils durch die ersetzt OHV -Motor (OHV) Zwischen 1904 bis Ende der 1960er Jahre/frühen bis mittel bis Mid 1970, wobei sich beide direkt über dem Zylinder (mit der Nockenwelle am Boden des Motors befinden) befinden. OHV -Motoren wurden wiederum größtenteils durch die ersetzt Overhead Camwelle (OHC) Motoren Zwischen 1950er bis 1980er Jahren. Die Lage der Ventile ist zwischen OHV- und OHC -Motoren weitgehend gleich. OHC -Motoren sahen die Nockenwelle an der Spitze des Motors, wobei die Ventile und OHC -Motoren häufig mehr Ventile pro Zylinder haben. Die meisten OHC-Motoren haben eine zusätzliche Aufnahme und ein zusätzliches Abgasventil pro Zylinder (Vier-Ventil-Zylinderkopf) im Vergleich zum Design von zwei Ventilen pro Zylinder, die von den meisten OHV-Motoren verwendet werden. Einige OHC -Motoren haben jedoch drei oder fünf Ventile pro Zylinder verwendet.

Verwendung in Dampfmaschinen

Ausgewogenes Pubpet -Ventil aus dem US -Patent 339.809. Hochdruckdampf tritt bei a ein und verläuft an B. Der Ventilstamm D bewegt sich nach oben, um die Ventilscheiben C zu öffnen C.
Oszillierender Pubpet -Ventil auf einem von Chapelons wieder aufgebauten Umbau 4-6-2 Lokomotiven.

James Watt verwendete Toppet -Ventile, um den Dampffluss in die Zylinder seiner zu steuern Strahlmotoren In den 1770er Jahren. Eine Abbildung von Watts Strahlmotor von 1774 unter Verwendung des Geräts findet sich in Thurston 1878: 98,[12] und Lardner (1840) enthält eine illustrierte Beschreibung der Verwendung des Pubpet -Ventils durch Watt.[13]

Bei der Verwendung in Hochdruckanwendungen beispielsweise als Zulassungsventile bei Dampfmotoren trägt der gleiche Druck, der die Versiegelung von Pubpet-Ventilen hilft, erheblich zur Kraft bei, die für die Öffnung erforderlich ist. Dies hat zur Entwicklung des ausgewogenen Papstes geführt oder Doppel -Beat -Ventil, in denen zwei Ventilstopfen auf einem gemeinsamen Stiel fahren, mit dem Druck auf einen Stecker weitgehend den Druck auf dem anderen ausbalancieren.[14][15] In diesen Ventilen wird die zum Öffnen des Ventils benötigte Kraft durch den Druck und den Unterschied zwischen den Bereichen der beiden Ventilöffnungen bestimmt. Kranke patentierte 1842 ein Ventilrad für Doppel-Beat-Pubpet-Ventile Von Natur aus muss es 15 Prozent auslaufen.[16]

Tappet -Ventile wurden verwendet Dampflokomotivenoft in Verbindung mit Lentz oder Caprotti Ventilausrüstung. Zu den britischen Beispielen gehören:

Sentinel Waggon funktioniert Gebrauchte Popetventile in ihren Dampfwagen und Dampflokomotiven. Die Rückkehr wurde durch ein einfaches Gleiten erreicht Nockenwelle System.

Viele Lokomotiven in Frankreich, insbesondere diejenigen, die zu den Entwürfen von Andre Chapelon wieder aufgebaut sind, wie die SNCF 240p, verwendete Lentz-Oszillations-Cam-Poppet-Ventile, die vom Walschaert-Ventilgetriebe betrieben wurden, mit denen die Lokomotiven bereits ausgestattet waren.

Das Pubpet -Ventil wurde auch für den Amerikaner verwendet Pennsylvania Railroad's T1 Duplex -LokomotivenObwohl die Ventile üblicherweise versagten, weil die Lokomotiven üblicherweise mehr als 160 km/h (100 km/h) betrieben wurden und die Ventile nicht für die Spannungen solcher Geschwindigkeiten gedacht waren. Die Pubpet -Ventile gaben der Lokomotive auch einen unverwechselbaren "Chuffing" -Sound.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ A. L. Dyke (1921), Dykes Automobil- und Benzyklopädie, St. Louis, A. L. Dyke, archiviert vom Original am 2016-06-11
  2. ^ White, John H. (1979). Eine Geschichte der amerikanischen Lokomotive. North Chelmsford, MA: Courier Corporation. p. 145.
  3. ^ "POPPET in Merriam-Webster ". Merriam-webster.com. Archiviert vom Original am 2011-10-17. Abgerufen 2011-12-06.
  4. ^ "Marionette in Merriam-Webster ". Merriam-webster.com. Archiviert vom Original am 2012-01-12. Abgerufen 2011-12-06.
  5. ^ "Marionettenventil aus dem Jahr 1913 Webster's Dictionary ". Websters-online-Dictionary.org. Archiviert von das Original am 2006-02-21. Abgerufen 2011-12-06.
  6. ^ "US -Patent Nr. 339809," Puppet Valve ", ausgegeben am 13. April 1886". Patimg1.uspto.gov. Archiviert Aus dem Original am 10. Januar 2017. Abgerufen 2011-12-06.
  7. ^ Fessenden, Charles H. (1915). Ventilgänge. New York: McGraw Hill. pp.159–168. Archiviert vom Original am 2016-06-03.
  8. ^ Wahl, Philipp (2013). Kolbenspulenventile und Popetventile.Esslens: Festo AG & Co. KG.
  9. ^ Torpedo -Rohrhandbuch books.google.com
  10. ^ "FSOC". FSOC. Archiviert Aus dem Original am 18. März 2018. Abgerufen 24. April 2018.
  11. ^ "Ein praktischer Leitfaden zu Clinton -Motoren" (PDF).1956. p.2. Archiviert (PDF) Aus dem Original am 3. Oktober 2015. Abgerufen 2. Oktober, 2015. R. P. M. 2200 - 3600
  12. ^ Thurston, R. H. (1878). Eine Geschichte des Wachstums des Dampfmaschine.New York: Appleton & Co. pp.98.
  13. ^ Lardner, Dionysius (1840). Die Dampfmaschine erklärte und illustriert.London: Taylor und Walton.pp.189–91. Archiviert vom Original am 2013-10-04.
  14. ^ Jacques Mouchly, Ventil- und Ventilausrüstung für Lokomotiven und andere Motoren, US -Patent 1.824.830, ausgegeben am 29. September 1931.
  15. ^ Herman G. Mueller, Dampfmotorenventil, US -Patent 1.983.803, ausgegeben am 11. Dezember 1934.
  16. ^ Kritik von E.N.Dickerson in Vortrag vor dem Electric Club von New York 17/01/1889, berichtet von Science Vol.13 Nr. 314, 8. Februar 1889 S. 95 Sciencemag.org