Le ressort de porte est un petit outil qui assure une mise en place rapide et un ajustement serré de la soupape, empêchant la soupape de sauter et d'endommager son étanchéité lors des vibrations du moteur.
Le ressort de soupape est situé entre la culasse et le siège de ressort à l'extrémité de la tige de soupape. La fonction du ressort de soupape est de garantir que la soupape peut s'adapter étroitement au siège de soupape ou à la bague de siège de soupape lorsque la soupape est fermée, et de surmonter la force d'inertie générée par le mécanisme de soupape lorsque la soupape est ouverte, de sorte que les pièces de transmission soient toujours contrôlées par la came et ne se détachent pas les unes des autres.
Les ressorts de soupape sont souvent fabriqués à partir de fils d'acier allié de haute qualité et subissent un traitement thermique pour améliorer leur résistance à la fatigue. Pour éviter la corrosion du ressort, la surface du ressort doit être galvanisée et phosphatée. Les deux extrémités du ressort doivent être meulées à plat et perpendiculaires à l'axe du ressort pour éviter que le ressort ne bascule pendant le fonctionnement.
Les ressorts de soupape sont principalement des ressorts hélicoïdaux cylindriques. Lorsque la fréquence de travail du ressort de soupape est égale ou multiple de sa fréquence naturelle, le ressort de soupape résonne et la probabilité de rupture augmente. Pour éviter la résonance, des ressorts à pas variable peuvent être utilisés, et actuellement la plupart des moteurs utilisent des ressorts doubles concentriques. Le sens de rotation des ressorts intérieur et extérieur est opposé, et la rigidité du ressort extérieur est supérieure à celle du ressort intérieur. Les ressorts doubles empêchent non seulement la résonance, mais raccourcissent également la longueur du ressort. De plus, lorsqu'un ressort se casse, l'autre ressort peut continuer à fonctionner, empêchant la soupape de tomber dans le cylindre.
Méthode de conception
La conception des ressorts de soupape, comme la conception des cames, a la même importance pour les performances du système moteur. La fonction d'un ressort de soupape consiste à empêcher la soupape de sauter du siège de soupape sous l'effet de la pression, ainsi qu'à contrôler le mouvement de la soupape pour éviter la séparation du mécanisme de soupape. La conception des ressorts de soupape affecte la contrainte de la came, le frottement du mécanisme de soupape et les vibrations du ressort. Le ressort de soupape d'un moteur est généralement un ressort de compression à bobine ouverte avec des extrémités fermées. La plupart des moteurs utilisent des ressorts à rigidité fixe, bien que certains utilisent des ressorts à rigidité variable. Pour les moteurs diesel à basse vitesse, l'utilisation d'une conception à ressort unique est généralement suffisante pour répondre aux exigences, mais il est parfois également nécessaire d'utiliser une conception à double ressort avec un ressort d'amortissement ou un ressort intérieur pour réduire la gravité du flottement du ressort de soupape. La conception des ressorts de soupape est une tâche très complexe. Elle peut servir d'exemple pour illustrer les principes de conception du système moteur pour deux ou trois raisons. Tout d'abord, la méthode de conception analytique des ressorts démontre le lien entre les paramètres des composants et les paramètres de conception du système. Deuxièmement, la méthode de conception analytique des ressorts démontre que pour le même problème de conception, il peut y avoir deux méthodes de construction mathématique différentes : l'une consiste à le traiter comme une solution déterministe et l'autre à le résoudre comme un problème d'optimisation. Dans la construction mathématique des problèmes d'optimisation, la fonction objective et la fonction de contrainte sont toutes deux répertoriées comme fonctions explicites à titre d'exemple. Il convient de noter que dans d'autres domaines de la conception des systèmes moteurs, tels que les performances du cycle, la conception des cames et la dynamique du train de soupapes, les fonctions utilisées pour optimiser la construction sont généralement des fonctions implicites plus complexes. Troisièmement, la méthode de conception analytique des ressorts fournit un exemple d'utilisation de la conception graphique pour construire un diagramme de conception de balayage paramétrique. Ces diagrammes de paramètres typiques peuvent être utilisés pour résoudre les problèmes de conception multidimensionnels couramment rencontrés dans la conception des systèmes de moteurs diesel.
Français Dans la conception des ressorts de soupape, les données d'entrée connues comprennent les suivantes : ① levée maximale de soupape ; ② longueur d'installation du ressort donnée ; ③ force de précharge du ressort requise ; ④ rigidité requise du ressort. Il convient de noter que la force de précharge et la rigidité du ressort sont des paramètres de conception au niveau du système moteur, qui doivent respecter la force de ressort et la contrainte de came maximales autorisées, empêcher la soupape d'échappement de sauter et garantir que le train de soupapes ne s'envole pas. Il existe une forte interaction entre la conception du ressort de soupape et la conception de la came. S'il est difficile de trouver une solution dans la conception du ressort, il est nécessaire de modifier ces données d'entrée.
Lors de la conception d'un ressort de soupape, les paramètres suivants sont calculés comme données de sortie : ① Paramètres de conception de ressort de base ou indépendants (c'est-à-dire le diamètre moyen du ressort, le diamètre du fil de la bobine du ressort, le nombre de bobines de travail) ; ② Les paramètres de conception exportés (tels que la longueur libre du ressort, la longueur de compression maximale, la longueur de compression, l'espace libre entre les bobines, l'espace solide entre les bobines à la compression maximale, la fréquence naturelle et l'ordre de flottement du ressort, la charge maximale du ressort, la force de torsion maximale du ressort). Les paramètres de conception de ressort de base déterminent la rigidité du ressort.
Certains paramètres de sortie sont limités par des contraintes de conception. Par exemple, la longueur d'installation et le diamètre moyen du ressort sont limités par l'espace d'emballage. La compression maximale du ressort et la contrainte de torsion du ressort à la longueur compactée sont limitées par la durée de vie en fatigue, la résistance et la limite de contrainte maximale admissible du ressort. Les conditions de contrainte pour la protection contre les battements de ressort sont obtenues en contrôlant le jeu physique et la fréquence naturelle du ressort. L'ordre de battement du ressort fait référence au rapport entre la fréquence naturelle du ressort et la fréquence de fonctionnement du moteur. Pour garantir que le ressort ne subisse pas de fortes vibrations pendant le fonctionnement. La fréquence naturelle du ressort de soupape doit généralement être au moins 13 fois supérieure à la fréquence de fonctionnement du moteur, ce qui signifie que l'ordre de vibration du ressort devrait être supérieur à 13. L'analyse de la fréquence naturelle du ressort montre que si le ressort réagit de manière très sensible à l'une des harmoniques dominantes du profil de came, la tendance à la vibration est définitivement présente. Dans ce cas, il est nécessaire de modifier la conception de la came ou du ressort. Parfois, une rigidité variable ou des ressorts imbriqués peuvent être utilisés pour modifier la fréquence du ressort afin d'aider à atténuer les problèmes de vibration.
La conception des ressorts est un problème paramétrique multidimensionnel qui peut être traité par une approche graphique pour vérifier les tendances de sensibilité des paramètres. L'objectif de l'optimisation de la conception des ressorts de soupape est de maximiser la fréquence naturelle du ressort pour réduire les vibrations du ressort, tout en respectant les contraintes suivantes : ① la précharge du ressort et la rigidité du ressort de soupape requises dans le système moteur ; ② la contrainte maximale admissible du ressort ; ③ le jeu physique approprié pour contrôler les vibrations du ressort
Étapes de conception
Le calcul des ressorts de soupape est un problème de conception de système complexe. Un ressort bien conçu peut minimiser le frottement et l'usure dans le mécanisme de soupape. La méthode de formule d'analyse pour la conception de ressorts de soupape basée sur la construction d'un diagramme de conception de sensibilité des paramètres est résumée comme suit :
(1) Étape 1 : En analysant les performances de conduite en descente du véhicule et le freinage moteur, déterminez la cible de conception de la vitesse de décollage du train de soupapes afin de déterminer la précharge et la rigidité du ressort de soupape requises ;
(2) Étape 2 : Établir un modèle dynamique du train de soupapes pour prédire avec précision l’emballement et évaluer l’impact de la pression de recompression du cylindre sur l’emballement ;
(3) Étape 3 : Effectuer des calculs de balayage de paramètres sur différentes valeurs de précharge et de rigidité du ressort pour construire un diagramme de paramètres de la dynamique du train de soupapes, afin d'examiner leur impact sur la vibration du train de soupapes. Il est nécessaire de dessiner les courbes de force de la tige de poussée, d'accélération du train de soupapes et de décélération du ressort par rapport à l'angle du vilebrequin sur la figure pour afficher la marge de conception pour l'emballement, afin de sélectionner de manière pratique et judicieuse les valeurs cibles de précharge et de rigidité du ressort requises à l'étape 4 ;
(4) Étape 4 : En fonction de l'équilibre des forces statiques de la tête de soupape d'échappement, calculez la précharge du ressort requise pour empêcher la soupape d'échappement de sauter. Sélectionnez la précharge du ressort de soupape d'échappement pour les moteurs avec et sans freins sur échappement, et utilisez le diagramme des paramètres de conception de l'étape 3 pour choisir la rigidité du ressort correspondante ;
(5) Étape 5 : Effectuez un calcul de balayage des paramètres sur les paramètres de conception et utilisez des méthodes de conception graphique pour construire un diagramme de conception de sensibilité des paramètres pour la conception du ressort. Choisissez le diamètre moyen du ressort, le diamètre du fil de bobine et le nombre de bobines, tout en respectant les contraintes de conception telles que la contrainte de torsion du ressort, la fréquence naturelle et le jeu des bobines. Alternativement, des méthodes d'optimisation analytique peuvent être utilisées pour résoudre directement l'équation.
La méthode de rupture
Étant donné que le ressort de soupape subit un couple pendant le fonctionnement, la répartition des contraintes sur sa section transversale circulaire est inégale. La contrainte augmente progressivement de l'origine proche du centre vers chaque point sur le bord, et la surface subit la contrainte la plus élevée. En termes de points de surface, la surface intérieure subit la contrainte la plus élevée et est soumise à une contrainte plane. Par conséquent, une fois qu'il y a un défaut sur la surface du ressort de soupape, il est possible de générer la concentration de contrainte maximale à l'emplacement du défaut, ce qui entraîne une rupture prématurée du ressort.
Raison de la casse
La cause de la rupture du ressort de soupape est due non seulement à des défauts de fabrication, mais également à une utilisation inappropriée qui peut également provoquer des dommages prématurés. Les raisons les plus courantes sont les suivantes :
① La surface du ressort présente des piqûres et des piqûres de corrosion. Un stockage inapproprié peut provoquer des piqûres de corrosion à la surface du ressort. Lorsque le ressort est soumis à un couple élevé, une concentration de contraintes peut facilement se produire au niveau des piqûres de corrosion, ce qui conduit finalement à une rupture de fatigue du ressort.
Méthode de contrôle de la qualité des ressorts de soupape neufs : serrez le ressort sur un étau et comprimez-le à la longueur minimale, de manière à ce qu'il n'y ait autant d'espace que possible entre les anneaux, et maintenez-le pendant 48 heures. S'il y a des défauts à la surface du ressort, il se cassera après ce traitement de compression. En effet, la contrainte interne du ressort est fortement concentrée à proximité du défaut, ce qui provoque la rupture du ressort.
La force d'élasticité du ressort de soupape peut être déterminée par une méthode de comparaison. La méthode spécifique consiste à connecter d'abord l'ancien ressort de soupape inspecté en série avec un nouveau ressort de soupape, et à les séparer avec une rondelle en acier au milieu. Appliquez ensuite une certaine pression sur un ressort de soupape et observez le degré de compression du nouveau et de l'ancien ressort. Si l'élasticité de l'ancien ressort est insuffisante, il faut d'abord l'enfoncer.
② L'axe central du ressort est incliné. Si les deux faces d'extrémité du ressort de soupape ne sont pas perpendiculaires à l'axe central du ressort, le ressort fonctionnera à grande vitesse pendant une longue période et son matériau métallique est également sujet à la fracture en raison de la fatigue. La méthode de vérification de la verticalité des ressorts de soupape consiste à placer d'abord le ressort verticalement sur une plaque plate, à utiliser une règle carrée pour reposer sur le cercle inférieur du ressort, puis à faire tourner le ressort une fois et à mesurer la distance maximale entre le cercle supérieur du ressort et la règle carrée. Normalement, la distance d'inclinaison du ressort de soupape par rapport à la ligne verticale est de 1,5 mm. Si elle dépasse cette valeur, il est préférable de le remplacer par un neuf.
③ Mouvement du guide de soupape ou roulements d'arbre à cames desserrés. Si le guide de soupape bouge pendant l'utilisation, cela peut provoquer la rupture du ressort de soupape en raison de la contrainte de flexion lors de la compression. Des roulements d'arbre à cames desserrés peuvent provoquer une résonance dans les ressorts de soupape et également entraîner leur rupture.
④ Mauvaise utilisation ou installation. Pendant le fonctionnement d'un moteur diesel, si la vitesse change soudainement et fréquemment, la fréquence de compression et d'extension du ressort de soupape augmentera soudainement, ce qui entraînera une fracture par fatigue.
⑤ Le ressort de soupape n'a pas été assemblé comme prévu. Lors de l'assemblage des ressorts de soupape, certains modèles ont des exigences particulières. Par exemple, le moteur diesel Isuzu 6BBl nécessite que le côté bleu du ressort soit face à la surface plane de la culasse. Sinon, le ressort est susceptible de se casser.
Gestion d'urgence
Si le ressort de soupape d'un moteur diesel est cassé pendant la conduite, le ressort cassé peut d'abord être retiré, puis les surfaces de travail aux deux extrémités du ressort peuvent être réinstallées pour une utilisation temporaire. Si le ressort se casse en plusieurs sections, les boulons de réglage des soupapes d'admission et d'échappement du cylindre peuvent être retirés pour maintenir les soupapes fermées. Ensuite, le tuyau d'huile haute pression de la pompe d'injection de carburant menant au cylindre peut être retiré pour l'empêcher d'injecter du carburant dans le cylindre, ce qui permet à la voiture de continuer à rouler jusqu'à sa destination.
Étapes d'inspection
(1) Vérifiez la longueur libre du ressort de soupape. Mesurez la longueur libre du ressort de soupape avec un pied à coulisse et sa valeur doit correspondre à la valeur standard. S'il ne répond pas aux exigences, il doit être remplacé.
(2) Vérifiez la verticalité du ressort de soupape. Utilisez une règle carrée et une plaque plate pour vérifier la verticalité du ressort de soupape. Sa valeur doit être conforme à la valeur standard, sinon il doit être remplacé.
(3) Vérifiez la précharge du ressort de soupape. Utilisez un dynamomètre pour détecter la force de précharge du ressort de soupape, et sa valeur doit être conforme à la norme. Si la force de précharge est inférieure à la valeur standard, le ressort de soupape doit être remplacé.
(4) Pour éviter tout dommage, le ressort doit être comprimé fréquemment.
