Twórca wynalazku: Kai Emil Fursund Uprawniony z patentu: B & W DIESEL A/S, Kopenhaga (Dania) Zawór wydechowy silników spalinowych iPrzetdmiotem wynalazku jest zawór wydechowy silników spalinowych, zawierajacy czesc nierucho¬ ma i ruchome osiowo zawieradlo, wspólpracujace powierzchnie przylgowe zaworu oraz piersciieniowa komore, utworzona w przynajmniej jednej z czesci zawoiru i komunikujaca sie z komora spalania cy¬ lindra silnika, gdy zawór jest zamkniejty.Celem wynalazku jest uzyskaniie przedluzonego czasu uzytkowania zawwu poprzez zredukowanie tempa, z jakim powierzchnie przylgowe zaworu ulegaja stopniowo zniszczeniu wskutek korozyjnych i erozyjnych oddzialywan agresywnych skladników, zawartych w gazach spalinowych, szczególnie zwiazków sodu i wanadlu, wystepujacych przy pra¬ cy silnika na ciezkim oleju pednym.Powszechnie wiadomo,, ze agresywnosc wspo¬ mnianych skladników gwaltowanie wzrasta ze wzro¬ stem temperatury, i w oparciu o ten fakt propo¬ nowano stosowanie bezposredniego lufo posrediniilego chlodzenia powietrzem powierzchni przylgowych, w niektórych przypadkach jako uzupelnienie chlo¬ dzenia hydraulicznego nieruchomej czesci zaworu.Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 1873illl0 znany jest zawór, w którym pierscieniowa koanora w nieruchomej czesci zaworu i komora umieszczona cenittralinlie w obrebie izawtieraidfla la¬ cza stie z komora spalanlia poprzez otwory przylegle do krawedzi powierzchni przylgowych, skiero¬ wanych w strone komory spalania. Olbie te ko¬ mory w obrebie czesci, zaworu poprzez zawory |2 jednokierunkowe lacza sie ze zródlem sprezonego powietrza i gdy zawór wydechowy otwiera siie, wówczas wylatujace gazy wydechowe przechwy¬ tuja, wskutek dzialania odsysajacego, stosunko- P wo zimne powietrze z komór, które to powietrze powoduije tym samym pewne ochlodzenie po¬ wiierzchni przylgowych w trakcie wydechu.Posrednie chodzenie powierzchni przylgowych opisane we francuskim opisie patentowym nr 10 14811241, wetdlug którego powietrze chlodzace w sposób ciagly przeplywa z pierscieniowej komary w obrebie nieruchomej czesci zawoiru przez otwory slkiemowane w strone powierzchni zawieradla z pradem powiierzchni przylgowych.. 15 Zawór wydechowy wedlug wynalazku rózni sie cd zaworu znanego z opisu patentowelgo Stanów Zjednoczonych nr 18731(10 tym, ze piersciieniowa komora jest utworzona jak wglebienie w po¬ wiierzchni jednej lub obu czesci zaworu, które to *° wglebienie jest otwarte w strone przeciwleglej po¬ wierzchni drugiej czesci zaworu wzdluz calego jej obwodu.Przy tego rodzaju konstrukcji i umiejscowieniu pierscieniowej komory tworzy ona zbiornik na 25 drodze przeplywu z komory spalania do powierzch¬ ni przylgowych czesci zaworu, zas gdy podczas su¬ wu sprezania komora pierscieniowa zostaje napel- niiona czystym i stosunkowo chlodnym powietrzem, pochodzacym z cylindra silnika albo z piodlaczlonego 30 zewnetrznego iródla sprezonego powtetrza, to ta 124 723124 723 ilosc powietrza bedzie po zaplonie paliwa i dopóki jest otwarty zawór wydechowy dzialac jfako ba- f^^^)bn^e<^ ^o^acymi gazami spalinowymi a iwwiLerzchniaimti. przylgowymi. W wyniku tego gazy spalinowe nie (moga,, jak w znanych uprzednio zaworach, 'wyplywac bezposrednio przez miejsca fLteszczeliniie, utwojrzpine przez miejscowe szczeliny pomiedzy powiierzchniaimd przylgowymi. Zamiast tego bedzoie utworzony tylko zbiornik powietrza lulb w wiekszosci przypadków, mieszaniny powie¬ trza ze stosunkowo mala zawartoscia procentowa gazów spalinowych, które przendlkna przez szcze¬ liny.Wynalazek jest oparty na odkryciu, ze wspo¬ mniane powyzej agresywne oddzialywanie sklad¬ ników, otoecnych w gazach spaMnowych na po¬ wierzchnie przylgowe wystepuja glównie podczas okresu czasu, w którym zawór jest zamkniety, jednakze bez stanowienia doskonalego uszczelnie¬ nia wskutek wspomnianych miejscowych przecie¬ ków, które wczesniej lub pózniej zawsze wystapia, na przyklad wskutek istnienia na powierzchniach przylgowych uprzednio utworzonych osadów, po¬ wstalych ze zdzierania korozji, lub tez wskutek istnienia na tych piowieorzchnliach malych wgniecen pozostawionych przez czasteczki zgorzelin, popiolu Lub koksu, wcisniete pomiedzy powierzchnie przy zaimykainiu zaworu. Pomiary temperatury po- wderzchni nieruchomej czesci zaworu wykazaly, ze wokól takich miejscowych przecieków moze wy¬ stapic wzrost temperatury o okolo 2i000C bezpo¬ srednio po polozeniu rnairtwym odkorbowyim i wzrost temperatury sredniej wynoszacej okolo 100°C. Z drugiej strony, temperatura wzrasta na poczatku wydechu bezposrednio po otworzeniu za¬ woru jedynie z okolo 20 do 25°C. Z tego wzgledu dodatkowe chlodzenie powierzchni przylgowych podczas wydechu wywiera tylko nieznaczny wplyw na korozje i na wynikowe stopniowe zwiekszanie bardzo malych poczatkowo przecieków w wieksze obszary wypalone. Zjawiska te sa znacznie opóz¬ niane, gdy wedlug charakteryistycznych cech wy¬ nalazku zostanie zmniejszona zarówno temperatura gazu wyciekajacego pomiedzy rjowileirzchniami przyigowyimd, gdy zawór jest zamkniety* jak i za¬ wartosc skladników agresywnych w tym gazie.Poniewaz przy zwykle stosowanych materialach na powierzchnie przylgowe szybkosc korozji ulega dwi&rotaemu rjowiekszeniu przy wzroscie temJpe- ratury o okolo 70°C, zatem wedlug wynalazku znacznie zwiekszono czas potrzebny na rozrosniecie sie malej szczeliny przecilekowej w regularne, wy¬ palenie na wylot majace taki rozmiar, ze staje sie konieczne wypolerawainde powierzchni pnzylgowych przez ponowne wyszflafowamie. Rezultatem tego, jest, jak wspomniano powyzej., przedluzony okres uzytkowania zaworu.Krytyczny okres kazdego cyklu roboczego, pod¬ czas którego temjperafcura i cisnienie w komorze spalania maja tak duze wartosci, ze wyciekajace z niej gazy spalinowe moga spowodowac dostrze¬ galne oddzialywanie na powlierzchme przylgowe, jest raczej krótki i konczy sie w przyblizeniu 20° za polozeniem martwym odkonbowym, zarówno w silnikach dwusuwowych jak i cztezrosuwowych.Pozadany efekt wynalazku mozna zatem uzyskac, stosujac pierscieniowa komore o stosunkowo ma¬ lej objetosci, która nie narzuca potrzeby niepoza¬ danego powiekszenia wymiarów czesci zaworowych 5 lub tak zwanej przestrzeni martwej cylindra sil¬ nika. Objetosc komory mozna dobrac troche wiek¬ sza niz objetosc gazu, który w trakcie tego okresu moze przeplywac przez szczeline, majaca -przekrój okolo 0,2 na 3 mm, na przyklad 2 do 3 raza 10 wieksza niz ta objetosc gazu.W celu uzyskania pozadanego oddzialywania powietrza wewnatrz pierscieniowej komory jako bariera, w polaczeniu z minimalnym mieszaniem tego powietrza z gazami spalinowymi wplywajacy- 15 mi do tej komory z komory spalania., korzystne jest takie uksztaltowanie pierscieniowej komory, ze szerokosc osiowego przekroju przez te komore jest maksymalna przy powierzchni czesci zaworu, w której jest utworzone wrebienie. 20 Jezeli pierscieniowa komora jest utworzona je¬ dynie w jednej czesci zaworu, wówczas jest wskazane wyposazenie przeciwleglej powierzchni drugiej czesci zaworowej w uskok przy wlocie z komory spalania do komory piersdiendowej, tak 25 ze czesc tej powierzchni najblizsza komory spala¬ nia jest cofnieta wzgledem czesci powderzcr^nj zwróconej -ku komorze pierscieniowej. Przy tego rodzaju konstrukcji gazy plynace z komory spala¬ nia sie spowalniane i zostaje odchylony ich kfte- 30 runek poprzez uskok pomiedzy tymi czesciami powierzchni, przez co gazy traca znaczna czesc swej energii kinetycznej. W konsekwencji, przez miejscowe szczeliny przeciekowe, jezelii wystepuja one pomiedzy powlierzchniiajmi przylgowymi, jest 35 przejpylchane czysto i stosunkowo chlodne powie¬ trze z pierscieniowej komory, za pomoca gazów spalinowych jedynie wskutek spadku cisnienia sta¬ tycznego od komory spalania do strony z pradem zaworu. Dalsza korzysc rozwiazania polega na tym, 40 ze w chwili gdy rozpoczyna sie otwieranie zaworu, przeplyw gazów spalinowych z cylindra jest po¬ dobnie odchylony do pierscieniowej komory, wspo¬ magajac utrzymywanie scianek tej Jcomory wol¬ nych od niepozadanych nagromadzen osadów pod- 45 czas pracy silnika.Wspomniany skutek szczególnego (ksztaltu czesci zaworu jest optymalny w rozwiazainiu, w którym przejscie pomiedzy dwiema czesciami powierzchni jest uksztaltowane, w przekroju osiowym, jako 90 wystep zwrócony w strone wlotu z komory spa¬ lania.W druguim rozwiazaniu pierscieniowa komora jest utworzona w nieruchomej czesci zajworu i jest ograniczona cylindryczna pierwsza powiierzchnfta, w wspólosiowa z zawieradlem oraz druga powierzch¬ nia usytuowana zasadniczo prostopadle do pierw¬ szej powierzchni. W porównaniu z rozwiazaniem, w którym pierscieniowa komora jest utworzona przez usuniecie materialu z zawieradla, wytwarza- fl nae takiego zaworu jest uproszczone i wystepuje mniejsze niebezpieczenstwo wystapienia wysokich temperatur miejscowych materialu otaczajacego pierscieniowa komore.Przez zastosowanie kanalu chlodzacego, w nde- w ruchomej czesci zaworu jest mozliwe dalsze124 723 5 6 zmniejszenie teimperatuir scianek pierscieniowej komory, a tym saimym uzyskanie odpowedniiio niz¬ szej temperatury gazu zgiromadzonego wewnatrz tej komory, zwiekszajac tym samym korzystny wplyw komory na czas trwalosci powierzchni przylgowych.Powierzchnia zawienaidla, zwrócona dio pderscie- niiowej komory, moze byc zasadniczo stozkowa z zaokraglona powierzchnia zewnetrzna, która wraz ze wspomniana pierwsza powierzchnia nie¬ ruchomej czesci zaworowej, ogranicza w pozycji zamknietej zaworu pierscieniowa szczeline, której przekrój, patrzac od komory spalania w stiroie komory pierscieniowej, jest najpierw zbiezny a po¬ tem rozbiezny.Przy tego rodzaju uksztaltowaniai waskiej szcze¬ liny, która w pozycji zaimknietej zaworu tworzy polaczenie pomiedzy komora spalania a komora pierscieniowa, czasteczki agorzeMny luib koksu przekraczajace pewien rozmiar i wychwytywane poprzez gazy wydechowe, beda podczas zamykania zaworu, kiedy nie jest on calkowicie zamkniety, powstrzymywane przed wnikaniem przez szczeline do pierscieniowej komory i na powierzchnie przylgowe, pomiedzy którymi moglyby zostac scis¬ niete, tworzac trwale deformacje.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przy¬ kladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 stanowi osiowy przekrój przez zawór wedlug wy¬ nalazku, przy czym pokazano jedynie czesci po¬ trzebne dla zrozumienia wyniadazku, fig. 2 — frag¬ ment oznaczony II na fig. 1, w powiekszeni/u, fig. 3 — przekrój osiowy podobny do fig. 1, przez drugie rozwiazanie zaworu wydechowego wedlug wynalazku, a fig. 4 — fragment oznaczony IV na fig. 3, odpowiadajacy fragmentowi pokazanemu na fig. 2.Jak przedstawiono na fig. 1 i 2, zawór wyde¬ chowy dwusuwowego stoika typu Diesel zawiera nieruchoma czesc zaworowa (luib czesc dolna) 1, która wraz z obudowa zaworu 2 jest zamocowana wyjirnowalnie (w sposób niepokazany szczególowo) do oslony 3 cylindra silnika. Zawleradlo 4 zaworu wydechowego jest uformowane ogólnie jako znane zawleradlo grzybkowe, które styka sie stozkowa powierzchnia z nieruchoma czescia zaworowa 1.Odpowiednie powierzchnie przylgowe tych czesci, oznaczone 5 i 6, sa utworzone na dwóch wklad¬ kach 7 i 8 z odpowiedniego materialu, takiego jak stelMt luib spiek weglikowy (fig. 2).Na tej powierzchnti zawieradla 4, która jest zwrócona w strone czesci dolnej 1, zamjduje sie pierscieniowa komora 9, umieszczona pomiedzy komora spadania 10 cylindra silnika a powierzch¬ nia przylgowa zawieradla 4. Jak pokazano, osiowy przekrój komory 9. to jest przekrój w plaszczyznie przechodzacej przez os zaworu, jest trapezowy i posiada dwa zasadniczo równolegle boki 11 i 12, ptrostlopadle do powierzchni 6 oraiz przeciwleglej powierzchni 13 nieruchomej czesci zawonu 1. Po¬ wierzchnia 13 przechodzi w strone komory spala¬ nia 10 poprzez obwodowy wystep 14 umieszczony wewnetrznie wzgledem promieniowo zewnetrznej powierzchna komory 9, której tworzaca jest bok 12, w powierzchnie 15, która jest cofnieta tak da¬ leko od zawieradla 4, ze w pozycji zamknietej zaworu jak pokazano na fig. 2, jest utworzona w tym miejscu obwodowa szczelina o stosunkowo malej szerokosci, wynoszacej okolo 0,2 mm.Przez te szczeline komora pierscieniowa 9 bedzie podczas suwu spalania wypelniana czystym, usu¬ wanym lub nabieranym powietrzem o stosunkowo niskiej temperaturze, i jezeli pomiedzy powierzch¬ niami przylgowymi 5 i 6 znajdzie sie jedlna lub wiecej wspomnianych uprzednio malych, miejsco¬ wych szczelin przeciekowych, to wlasnie to po¬ wietrze a nie gorace i wysoce korozyjne gazy spa¬ linowe, bedzie wyciskane na zewnatrz przez te szczeliny przediekowe w powierzchniach przylgo¬ wych w wyniku wzrostu cisnienia, spowodowanego spalaniem paliwa wtryskiwanego do cylindra sil¬ nika. Tym samym unika sie duzego wzrostu tem¬ peratury materialu otaczajacego istniejace szczeliny przeciekowe w powierzchniach przylgowych, który wystapilby podczas tego okresu cyklu roboczego silnika, w którym temperatura w komorze spalania jest wysoka a równoczesnie gazy spalinowe maja duza gestosc wskutek wystepowania duzego cisnie¬ nia, oraz duzej koncentracji skladników wywolu¬ jacych korozje. Uksztaltowanie uskoku lub przej¬ scia pomiedzy dwiema czesciami powierzchni 13 i 15 w postaci wystepu 14, którego wkleslosc jest zwrócona w strone szczeliny wlotowej z komory spalania 10, wspóldziala przy ograniczaniu niepoza¬ danego mieszania czystego i stosunkowo chlodnego powietrza wewnatrz pierscieniowej komory 9 z wlatujacymi goracymi gazami spalinowymi.Zmniejszenie szybkosci powiekszania sie. malych, miejscowych szczelin przeciekowych pomiedzy po¬ wierzchniami przylgowymi wskutek oddzialywania korozyjnego i erozyjnego daje nastepna korzysc, po¬ legajaca na tym, ze w obrebie obszarów otaczaja¬ cych te szozeliiny, jest utrzymane skuteczniejsze przekazywanie ciepla z zawieradla 4, poddanego bezposrednio dzialaniu wysokich temperatur w obrebie komory spadania 10, do troche zirnniejszej czesci nieruchomej 1 podczas tych okresów, w któ¬ rych zawór jest zamikniety.,W konsekwencji, jest mozliwe uzyskanie nizszej temperatury sredniej rozwazanych obszarów, a tym samym równiez bardziej jednolita temperatu¬ re srednia calej powierzchni przylgowej. Wspoma¬ ga to jednolitosc rozkladu korozji powierzchni przylgowych, wystepujacej nieuchronnie w trakcie uzytkowania zaworu, tak ze jej wplyw na szczel¬ nosc zaworu bedzie mniej szkodliwy niz wplyw selektywnej korozji miejscowej.W rozwiazaniu przedstawionym na fig. 3 i 4 nie¬ ruchoma czesc zaworu oznaczono jako 21, obudowe zaworu jako 22 a oslone cylindra jako 23. Podob¬ nie jak na fig. 1 i 2, zawieradlo 24 stanowi czlon grzybkowy, przylegajacy stozkowa powierzchnia styku do czesci dolnej 21. Powierzchnie przylgo¬ we 25 i 26 pomiedzy dwiema czesciami zaworowy¬ mi sa utworzone na wkladkach 27 i 28 w odpo¬ wiednich czesciach.W przeciwienstwie do rozwiazania z fig. 1 i 2, pierscieniowa komora 29, charakterystyczna dla wynalazku, jest utworzona jedynie w nieruchomej czesci zaworu i jest ograniczona cylindryczna po- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 124 723 8 wierzchnia 30 oslony cylindra 23, plaska, pierscie- ndiowa powierzchnia czolowa 31 czesci cfolnej 21 oraz stozkowa powierzchnia 32 grzybkowego za¬ wieradla 24. W pozycji zamknietej zaworu, jak pokazano, pierscieniowa komoira 29 laczy sie z ko¬ mora spalania 33 cylindra silnika poprzez waska, pierscieniowa szczeline 34, utworzona pomiedzy piowieanzchinia oslony 23 cylindra a zaokraglonym przejsciem pomiedzy wspomniana wyfzej po¬ wierzchnia 32 grzybkowego zawieradla 24 a po- wierzchinia 35 zawieradla, zwrócona w strone ko¬ mory spalania 33. W celu zmniejszenia temperatu¬ ry tych pOfwierzchttii czesci dojnej 21, które kon¬ taktuja sie z goracymi gazami spalinowymi, wla¬ czajac powierzchnie przylgowa 25 i powierzchnie 31, w czesci dolnej znajduje sie wiadomy, we¬ wnetrzny kanal chlodzacy 36.Funkcja pierscieniowej komory 29 jest zasadni¬ czo taka sama jak opisano powyzej w o'dniesieniu do pierscieniowej komory 9, zas promieniowa sze¬ rokosc szczeliny 34 moze byc w przyblizeniu taka sama jak szerokosc odpowiadajacej jej szczeliny wlotowej, prowadzacej do pierscieniowej komory 0.Jakkolwiek w pokazanych i opisanych rozwia¬ zaniach komora pierscieniowa jest utworzona je¬ dynie w zawieradle luib w nieruchomej czesci za¬ woru, to nalezy roziumiiec,, ze alterniaityiwnie moze ona skladac sie z dwóch przeciwleglych wglebien, po jednym z kazdej czesci zaworu. Jako srodek zaistepczy lub uzupelnienie do opisanego zastoso¬ wania sprezonego powietrza z cylindra silnika dla wypelnienia pierscieniowej komory,, mozna zasto¬ sowac zewnetrzne zródlo sprezonego powietrza, które poprzez zawór jednokierunkowy dostarcza chlodne powietrze pod odpowiednim cisnieniem do pierscieniowej komory. Cisnienie to nie powin¬ no byc nizsze niz cisnienie sprezania wewnatrz cy¬ lindra silnika, i moze miec zasadniczo te sama wielkosc co maksymalne cisnienie wystepujace w cylindrze. Poniewaz konieczny pobór powietrza jest stosunkowo nieduzy, zatem powietrze moze byc dostarczane porzez odpowiednia stosunkowo niewielka sprezarke. PL