Спосіб водяного охолодження клапана двигуна внутрішнього згоряння

Спосіб водяного охолодження клапана двигуна внутрішнього згоряння, що включає відведення тепла через порожнину з холодоагентом у корпусі 3 із розвиненою внутрішньою порожниною головки і стержня, яку на 60% заповнюють натрієм. Під час роботи натрій при зіткненні з розжареною головкою розплавляється, поглинаючи тепло. Цей розплав плещеться у каналі стержня і відводить тепло від головки клапана у стержень. Далі тепло передається через направляючу втулку клапана і поглинається системою охолодження. Частина тепла передається від головки клапана опорній поверхні - сідлу через поверхню фаски. Процес виготовлення клапанів з натрієвим охолоджуванням надзвичайно складний. Заповнення порожнини натрієм здійснюють в гасі або іншому середовищі. Ймовірність контакту натрію з повітрям і його загоряння в процесах виготовлення клапана чи експлуатації двигуна надзвичайно висока. Вказані маршрути передачі тепла поряд із застосуванням натрію є недостатньо ефективними і ускладнюють його застосування. В основу корисної моделі поставлена задача створити ефективний спосіб охолодження клапана в результаті інтенсифікації теплообміну за рахунок швидкопротікаючих процесів випаровування і конденсації води у замкнутому просторі - порожнині з метою підтримання значно нижчих температур клапана і стержня, запобігання тепловим ударам і утворенню вугільного нагару на поверхні стержня, клапана і сідла, зменшення тертя у парах тертя, економії палива, запобігання газовій високотемпературній корозії і ерозії поверхонь клапана та стержня. Задача вирішується тим, що у способі водяного охолодження клапана двигуна внутрішнього згоряння, що включає відведення тепла через порожнину з холодоагентом у корпусі клапана, відрізняється тим, що порожнину корпусу, заповнюють насадкою дроту із сплаву металів, які володіють високою теплопровідністю, та дистильованою водою, висота шару якої у порожнині відповідає тій кількості води, що забезпечує при її випаровуванні необхідну температуру клапана при певному тиску насиченої пари води, а регулювання температури клапана здійснюють автоматично термосифоном тепла від робочого тіла у процесі робочого такту до робочого тіла у процесах викиду відпрацьованих газів та впуску свіжого заряду у циліндр. Регулювання температури клапана системою рідина-насичена пара води у порожнині під відповідним тиском з розвиненою поверхнею випаровування дає можливість організувати третій маршрут теплопотоку термосифоном: клапан-відпрацьовані гази-свіжий заряд, поряд з першими двома: клапан-стержень-втулка-система охолодження і клапан-сідло-система охолодження. Потужність теплового потоку по третьому маршруту значно вища порівняно з сумарним тепловим потоком перших двох маршрутів. Система малоінерційна і гасить теплові удари і різкі зміни температури клапана на різних режимах роботи двигуна та навантаженнях. На фігурі показано поршень з конструктивно виконаною закритою порожниною для реалізації способу. Спосіб водяного охолодження клапана здійснюють наступним чином. У процесі робочого такту під час руху поршня 54712 4 від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки охолодження клапана 1 здійснюється в результаті випаровування води 2 з наростанням тиску насиченої пари у порожнині заповненої сіткою 3, при цьому відповідно змінюється її температура. Теплова енергія клапана передається воді за умови перепаду температур між корпусом клапана і води, яка у свою чергу залежить від співвідношення кількості води до загального об'єму порожнини і, як наслідок - тиску насиченої пари води. У процесах тактів випуску відпрацьованих газів та подачі свіжого заряду накопичена пароводяною системою теплова енергія передається робочому тілу та супроводжується зниженням температури пароводяної системи і конденсацією водяної пари. Пульсації температури робочого тіла спричинюють відповідні пульсації температури пароводяної системи та клапана навколо певних середніх температур, які залежать від навантаження двигуна, але їх значення значно нижчі порівняно з роботою двигуна без охолодження поршня, і регулюються співвідношенням між кількістю залитої води і загальним об'ємом порожнини, що визначає величину тиску насиченої пари води у порожнині. У процесі зворотно-поступального руху поршня, при запуску двигуна, коли температура поверхні нагріву нижче температури насичення речовини, що випаровується, крапля рідини, потрапляючи на поверхню, розтікається по ній тонким шаром і повільно випаровується. Коли температура поверхні нагріву перевищує температуру насичення, то в рідині, що розтікається спостерігається бульбашкове кипіння. З подальшим підвищенням температури бульбашкове кипіння стає більш інтенсивним, коефіцієнт тепловіддачі зростає і відповідно час повного випаровування краплі зменшується. При досягненні поверхнею нагріву деякої температури рідина, потрапляючи на поверхню, вже не розтікається, а збирається у сферичну краплю, переривчасто контактуючи з поверхнею на протязі всього періоду випаровування. У процесі зворотно-поступального руху клапана, коли рідина внаслідок дії сил інерції розтікається по всій поверхні нагріву, а поверхня ця збільшена шляхом заповнення порожнини насадкою дроту, наприклад, із алюмінієвого сплаву, що володіє високим коефіцієнтом теплопровідності, у формі сіток з комірками 3x4 на відстані 1-4мм. У місцях контакту насадки з стінками порожнини, вона може фіксуватися з металом стінки для підвищення її теплопровідності і міцності клапана. Охолодження клапана за допомогою системи порожнина - вода (робоче тіло) в режимі випаровування-конденсації гасить теплові удари(різкі зміни температури), які виникають при різкому гальмуванні розігнаного двигуна і відразу ж після цього - різкому розгоні його, та можливі пульсації температур у процесах газообміну, навіть з великою амплітудою їх коливань. Тепловий удар часто приводить до виникнення у клапані радіальних тріщин, через які проникають робочі гази, що роз'їдають борозни в робочій фасці клапана. Коли радіальні тріщини пересікаються клапан викришується. Конструкція клапана повинна забезпечувати 5 54712 добрий відвід тепла; цього легше досягти при ефективному охолодженні клапана. Таким чином, використання запропонованого способу охолодження клапана двигуна внутрішнього згоряння порівняно з відомими способами охолодження дає можливість підвищити ефективність охолодження клапана, підтримувати значно нижчою температуру клапана з метою збільшення його ресурсу, зменшення витрат на обслуговуван Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 ня і ремонт, запобігання втрат потужності двигуна та економію палива. Джерела інформації: 1. Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1955, т.2, с.207. 2. Холдерман, Джеймс Д., Митчелл, Чейз Д.. Автомобильные двигатели: теория и техническое обслуживание, 4-ое изд.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2006 г., с.347. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601