Автоматичний випускний клапан

Погане згоряння не тільки спричиняє підвищення температури вихлопних газів, але й призводить до утворення нагару в камері згоряння. Підвищення температури вихлопу погіршує робоче середовище випускного клапана, а інші умови змішування можуть ще більше посилити горіння клапана. Частина вуглецю в камері згоряння буде скинута разом з вихлопним газом, але вона може застрягти на ущільнювальній поверхні випускного клапана та сідла клапана, подібно до частинок, згаданих вище. Зокрема, якщо температура нагріву важкої нафти не контролюється належним чином, її висока в'язкість ускладнює розпилення палива, що впорскується в циліндр. Зворотне перемикання внаслідок згоряння, спричинене зносом плунжера масляного насоса високого тиску, може призвести до поганого згоряння, що призведе до забруднення ущільнювальних поверхонь випускного клапана та сідла клапана вуглецевими відкладеннями. Крім того, домішки в паливі можуть осідати на диску випускного клапана та ущільнювальному конусі сідла клапана, утворюючи шар скла, змішаного з частинками вуглецю, який стає все більш твердим і крихким. Ця суміш може включати сульфат натрію, сульфат кальцію, оксид заліза та інші речовини. Коли товщина цього скляного шару стає занадто великою, під дією ударної сили можуть утворитися тріщини, коли газовий клапан закривається. Після повторних ударів ці тріщини можуть призвести до відшарування, створення високотемпературного каналу газового струменя та спалювання газового клапана.

Коли масло, що надходить у камеру згоряння, змішується з частинками негорючих домішок, ці частинки можуть вийти з циліндра разом з вихлопними газами. Під час процесу вихлопу існує ймовірність, що вони застрягнуть на ущільнювальній поверхні випускного клапана та сідлі клапана, коли клапан закриється. В результаті випускний клапан не може повністю закритися. Діаметр застряглих твердих частинок може відповідати отвору клапана. Хоча тверді домішки, які можуть потрапити в камеру згоряння через сопло паливної форсунки, відносно невеликі, вибухове згоряння може створити дуже високий тиск у камері згоряння, спричиняючи викид високотемпературного газу згоряння через малий отвір клапана. У цей час температура вихідного газу згоряння може досягати приблизно 2000 градусів, що набагато вище, ніж температура вихлопного газу, що протікає через ущільнювальну поверхню випускного клапана під час такту випуску. Хоча матеріал ущільнювальної поверхні випускного клапана може витримувати звичайну ерозію вихлопних газів, він не може витримувати ерозію від такого високого тиску та високої температури газу згоряння, що призводить до швидкого горіння випускного клапана. Це особливо вірно, якщо клапан застряг із надзвичайно твердими частинками, такими як оксид алюмінію та кремнезем, змішані з важкою нафтою. Оскільки ущільнювальний конус звичайного випускного клапана не дуже твердий при робочих температурах, удар від закритого клапана може впроваджувати тверді частинки продуктів згоряння в ущільнювальну поверхню, створюючи ямки. Коли ці ямки проникають через ущільнювальну поверхню, відбувається витік повітря, що призводить до горіння клапана.

Нині низькоякісне паливо, яке зазвичай використовується на ринку судноплавства, містить велику кількість ванадію, натрію та сірки. Під час згоряння такі елементи, як сірка, ванадій і натрій, утворюють оксиди сірки, пентоксид ванадію та оксид натрію (хімічний склад цих оксидів залежить від надлишку кисню та температури горіння). Ці оксиди можуть реагувати один з одним і з кальцієм у мастилі з утворенням солей з низькою температурою плавлення, таких як сульфат натрію, сульфат кальцію та ванадат натрію. Ці сольові суміші, як правило, мають температуру плавлення близько 535 градусів і є сильно корозійними. Коли температура компонента перевищує 550 градусів, сполуки ванадію та натрію можуть розплавитися та прилипнути до його поверхні. Коли випускний клапан працює при температурах 550 градусів або вище внаслідок різних факторів, ці сполуки можуть осідати на диску та сідлі клапана, а також на поверхні переходу між штоком клапана та поверхнею клапана у рідкій формі. У цей момент навіть дуже стійка до корозії тверда легована сталь може піддаватися корозії. Результатом цієї корозії є утворення ямок на ущільнювальному конусі. Коли ці ямки з’єднаються та проникнуть у поверхню ущільнення, вони можуть спричинити витік повітря та спалити клапан. Крім того, коли на ущільнювальній поверхні клапана та сідлі клапана з’являються ямки, корозійні розчини можуть осідати, прискорюючи утворення ямок. Оскільки ця корозія відбувається при високих температурах, її називають «високотемпературною корозією», причому ванадій є особливо шкідливим серед елементів, відповідальних за це.

Чотиритактний дизельний двигун, який використовує важке масло, розроблено з механізмом, який дозволяє випускному клапану автоматично повертатися на певний кут кожного разу, коли він відкривається та закривається. Це обертання допомагає видалити частки та вуглець, що застрягли на поверхні ущільнювача, запобігаючи накопиченню. Якщо механізм обертання виходить з ладу, і випускний клапан не може продовжувати обертатися під час роботи, або якщо обертання не узгоджується з ходом закриття, випускний клапан може швидко згоріти, що значно скорочує термін його служби.

Загальна якість клапана також може впливати на його продуктивність і термін служби.

Неправильне шліфування випускного клапана та сідла клапана може спричинити витік повітря на їх ущільнювальні поверхні.