ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ВЫПУСКНЫХ КЛАПАНОВ
АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
р= _---------------——-----------------------
'055/. 5-o'/
ТРУДЫ ЦИАМ
№ 139
И. и. ЗВЕРЕВ
ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ
ВЫПУСКНЫХ КЛАПАНОВ
АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Под редакцией проф. Ж. М. Масленникова
ОБОРОНГИЗ
1 1948
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ВЫПУСКНЫХ КЛАПАНОВ
АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ВВЕДЕНИЕ
Выпускные (выхлопные) клапаны являются наи-
более термически нагруженными деталями авиа-
ционного двигателя. Они работают в исключитель-
но тяжелых условиях, особенно1 в процессе выпуска,
когда грибок клапана омывается газами с темпера-
турой до 1200° С. Большая скорость истечения га-
зов во время первой фазы выпуска (600—700 м/сек)
сопровождается интенсивной теплопередачей к кла-
пану и активизацией окислительных процессов, осо-
бенно при работе на «бедных» смесях и свинцови-
стых бензинах.
Максимальная рабочая температура выпускного
клапана, определенная различными исследователя-
ми, колеблется в пределах 600—800° С. Так, Джодж -
Фиг. 1. Распределение температуры
по поверхности выпускного клапана.
[2] * указывает, что для различных двигателей
максимальные температуры были получены соот-
ветственно равными 750 и 794° С. Colwell [3] при-
водит экспериментальные данные по распределению
температуры на выпускном клапане (фиг. 1), где
максимальная температура составляет 704° С (в
центре грибка клапана). На моторе АШ-82 при
помощи оптического пирометра зафиксирована тем-
пература клапана, равная 718°С (центр грибка).
У двигателей жидкостного охлаждения, цилинд-
ры которых имеют, как правило, по два выпускных
клапана меньшего диаметра, температура клапанов1,
естественно, значительно» ниже, так как количе-
ство газов, омывающих один клапан, будет меньше.
Кроме того, при малом отношении поверхности го-
ловки клапана к длине рабочей фаски седла теп-
лоотвод от клапана в седло относительно более
интенсивен.	I
Вопрос о надежности выпускного клапана в свое
время превратился -в целую проблему и дал повод
конструкторам авиадвигателей [4] заявлять, что
* Здесь и дальше цифры в квадратных скобках озна-
чают ссылку на литературу.
выпускные клапаны являются наиболее частым ис-
точником неполадок, вынужденных остановок и ава-
рий двигателя.
Основные дефекты выпускных клапанов, причины
их, пути устранения дефектов и усовершенствова-
ния клапана достаточно полно разобраны в лите-
ратуре. Так, металлургическая сторона вопроса
всесторонне рассмотрена в работе Химушина [5].
В работах Colwell [3 и 12] и Banks [1 и 9] под-
робно освещен этот вопрос с точки зрения кон-
струкции, эксплоатации и технологии производства.
Не останавливаясь на анализе дефектов клапанов
и их причинах, можно указать, что дефекты, свя-
занные с коррозией клапанов (в том числе с интер-
Тфисталлической коррозией), в значительной степе-
ни’ Зависят от температурного состояния клапанов
и применения свинцовистых бензинов.
Colwell [3], рассматривая вопрос о выпускных
клапанах, указывает, что получение достаточной
надежности их работы на мощных авиационных мо-
торах было достигнуто в результате ряда меро-
приятий, из которых наиболее важными являются:
1.	Применение натриевого1 охлаждения.
2.	Стеллитирование и нихромирование рабочих
фасок и грибков клапана.
3.	'Металлургические .усовершенствования кла-
панных сталей и конструктивное улучшение клапан-
ного узла, обеспечившие улучшение теплоотвода от
клапанов.
Натриевое охлаждение клапанов понизило их
рабочую температуру примерно на 200° С, а приме-
нение высоколегированных аустенитных сталей и
стеллитирование резко повысили антикоррозионную
стойкость. Все это сильно повысило1 надежность ра-
боты выпускных клапанов. Но вопрос о работе вы-
пускного клапана может вновь возникнуть при даль-
нейшем форсировании двигателей.
Hiwes и Smith [6] указывают, что фирма Роллс-
Ройс проводила большую работу по дальнейшему
усовершенствованию конструкции и материала вы-
пускного клапана.
Они считают, что хотя современные методы повы-
шения надежности выпускных клапанов (путем
охлаждения натрием и наваривания стеллита) до
настоящего времени оказывались достаточными, но
все же проблема повышения устойчивости клапана
возникнет вновь, как только увеличение литровой
мощности приведет к повышению температуры
клапанов до* определенного предела.
Однако даже для средних литровых мощно-
стей отмечались случаи, когда высокая температура
клапанов приводила к их серьезной деформации и
заставляла пересматривать их конструкцию. На
о ЪЦ.^сЧ ‘
фиг. 2 показан пример деформации клапана вслед-
ствие перегрева из-за неудачной конструкции его
внутренней полости, а также из-за большой нагруз-
ки (цилиндр мощного двигателя имел один выпуск-
ной клапан). По этим причинам температура кла-
пана поднималась выше 800° С, что приводило к
прогибу донышка клапана от давления газов внут-
ри цилиндра.
Об актуальности проблемы выпускного клапана
с металлургической точки зрения свидетельствует
также опубликованная недавно' фундаментальная
работа Акимова и Киселева [21], иллюстрирующая,
насколько тесно связано температурное состояние
выпускных клапанов с их прогаром, «разгаром» и
появлением на них трещин усталостного происхож-
дения. Отсюда со всей очевидностью вытекает важ-
ность исследования температурного состояния вы-
пускных клапанов при различных условиях работы
и форсирования мощности современного авиадвига-
теля.
Фиг. 2. Деформация выпускного клапана
вследствие перегрева во время работы
(двигатель М-100). Слева целый клапан,
справа—деформированный.
Присутствие в камере сгорания двигателя раска-
ленных выпускных клапанов оказывает существен-
ное влияние на рабочий процесс. Пай [7] указывает,
что выпускные клапаны, подогревая рабочую смесь,
понижают коэфициент наполнения двигателя, повы-
шают температуру поршня и увеличивают возмож-
ность появления детонации. Можно добавить, что
в некоторых случаях высокая температура клапана
может привести к преждевременному воспламене-
нию смеси со всеми вытекающими отсюда послед-
ствиями.
Если влияние температуры выпускных клапанов
на коэфициент наполнения и на температуру порш-
ня, невидимому, невелико, а величина этой темпера-
туры еще не достигла предела, необходимого для
возникновения калильного зажигания, то суще-
ственное ее влияние на детонацию можно подтвер-
дить многими данными. Так, Banks [8] в своем до-
кладе указал, что высокая температура клапана
ограничивает повышение степени сжатия и надду-
ва, а выступавший в дискуссии по этому докладу
Fomroy отметил, что переход от клапанного распре-
деления к золотниковому позволил получить сред-
нее эффективное давление’11,4 кг!см2 на топливе с
октановым числом 65.
В ЦИАМ Лебедев исследовал влияние температу-
ры клапанов на допустимый из условий детонации
наддув; при этом температура выпускных клапанов
измерялась изложенным ниже способом.
На фиг. 3 приведены детонационные характери-
стики двигателя, работавшего с нормальными кла-
панами и с клапанами, из которых был удален на-
трий. Как видно, на всем интервале изменения коэ-
фициента избытка воздуха повышение температуры
клапанов на 20'0° С привело к понижению допусти-
мого наддува на 120-ь 130 мм рт. ст. Во время испы-
тания было отмечено, что при температуре выпуск-
ных клапанов 820ч-830° С и коэфициенте избытка
воздуха а=0,9 двигатель, как правило, переходил
на калильное зажигание. Таким образом
Фиг. 3. Влияние температурного состоя-
ния клапанов на склонность двигателя
к детонации.
Режим: п»«2150 об/мин, е=6,0, /к=120°С.
можно полагать, что' температурное состояние кла-
панов оказывает существенное влияние на появле-
ние в двигателе детонации, а температура клапанов
несколько выше 820° С уже может вызвать
калильное зажигание.
Дальнейшее развитие поршневых двигателей в
направлении повышения наддува, числа оборотов и
давления на выпуске связано с увеличением тепло-
вого потока в клапан и, следовательно, с возмож-
ностью повышения его температуры. Температурное
состояние выпускных клапанов современных двига-
телей близко к предельному. Поэтому зависимость
его от условий работы двигателя представляет боль-
шой интерес с точки зрения выяснения значимости
отдельных факторов и вытекающей отсюда возмож-
ности установления наивыгоднейших режимов. Этот
вопрос, почти не освещенный в литературе, и слу-
жит темой настоящего исследования.
2
1 ЛАВА 1
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЫПУСКНЫХ КЛАПАНОВ
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Для определения влияния условий работы дви-
гателя на температурное состояние выпускных кла-
панов необходимо прежде всего найти способ, по-
зволяющий достаточно просто, быстро и точно из-
мерять температуру в заданной точке выпускного
клапана на работающем двигателе. Основное за-
труднение подобного измерения заключается в том,
что клапан — движущаяся деталь. Поэтому следует
предварительно рассмотреть применимость для дан-
ного случая известных из экспериментальной прак-
тики способов измерения температуры движущихся
деталей.
1.	Способы измерения температуры движущихся
деталей
а)	Пироскопический способ определения
температуры основан на применении эвтектических
сплавов и чистых металлов, имеющих строго опре-
деленную температуру плавления и обладающих
свойством быстрого и непосредственного перехода
из твердой фазы в жидкую.
Мерительные сплавы укрепляют при помощи спе-
циальных капсюлей (а иногда и без них) на поверх-
ности деталей (фиг. 4), и если рабочая температура
Фиг. 4. Мерительный элемент и установка его на
грибке выпускного клапана.
детали выше точки плавления сплава, то последний
расплавляется и выливается из капсюля (ввиду на-
личия переменных ускорений при движении детали).
Температуру определяют путем подбора таких
двух сплавов, из которых один плавится, а другой
не плавится при исследуемом режиме работы дви-
гателя. Истинная температура лежит между тем-
пературами плавления этих двух сплавов.
Точность определения температуры зависит по-
этому от величины интервала между температурами
плавления сплавов, имеющихся в распоряжении
экспериментатора. Соответствие температуры, за-
меренной при помощи мерительных сплавов, дей-
ствительной температуре обусловливается также
хорошим контактом между капсюлем и деталью; не-
обходимым для получения надлежащего теплопе-
рехода, а также особенностями перехода сплава из
твердой фазы в жидкую (до состояния, обеспечи-
вающего вытекание сплава из капсюля).
Фиг. 5. Схема приспособления для тарирования
мерительных сплавов.
7—мерительный элемент; [2—тигельная печь; 3— бронзовая
болванка; 4—контрольная термопара; 5—эбонит; 6—кон-
трольный зазор; 7—игла; 8— контакты; 9—транс форматор;
10—звонок.
Основное достоинство этого способа заключается
в том, что он не требует конструктивного изменения
деталей или разработки какой-либо дополнительной
аппаратуры. Однако для рассматриваемого случая
пироскопического способа определения температу-
ры применить нельзя, так как при определении тем-
пературы 'на каждом режиме необходимо несколько
раз перемонтировать двигатель для подбора спла-
вов. При очень большом количестве необходимых
измерений число требующихся перемонтажей на-
столько возрастает, что практически исключается
возможность его использования.
Также [недостатком является неудовлетвори-
тельная практическая точность определения темпе-
ратуры, так как количество известных мерительных
сплавов для диапазона высоких рабочих температур
клапана невелико. Способ этот обычно используется
лишь для примерного определения температуры
клапана. В данной работе он использовался с этой
же целью, причем для определения температур
плавления мерительных сплавов (контрольно-тари-
ровочного) было разработано специальное приспо-
собление (фиг. 5). Принцип работы приспособления
понятен из схемы и состоит в том, что в момент рас-
плавления сплава игла, опускаясь вниз, замыкает
цепь электрического звонка, по сигналу которого
фиксируется температура плавления при помощи
контрольной термопары.
б)	Определение температуры при
п ом о иц и термокрасок. Этот способ основан
на свойстве некоторых красящих веществ, состоя-
щих из солей металлов, менять свой химический со.
став и окраску при определенной «критической тем-
3
пературе» (при этом происходит выделение воды,
углекислоты, аммиака или переход ортосолей в пи-
росоли). Некоторые подобные краски имеют две и
даже три критических точки. Всего известно 15 кра-
сок в диапазоне температур от 80 до 580° С.
Измерение температуры на поверхности движу-
щейся детали сводится к подбору таких красок, кри-
тические температуры которых лежат в интервале
ее рабочих температур. Тогда границы изменения
цветов красок будут являться изотермическими кри-
выми и позволят оценить температуру в различных
точках детали. Не останавливаясь более подробно
на методике применения этих красок, следует от-
метить, что точность определения температуры здесь
значительно ниже, чем в предыдущем способе, и
уже по этой причине его нельзя было использовать
в настоящем исследовании.
в)	Определение рабочей температу-
ры при помощи построения кривой
Фиг. 6. Кривые охлаждения для алюминиевого
поршня (пунктиром показаны участки экст-
раполяции).
Л—12,7 мм от центра; Б~25,4 мм от центра;
В—в центре; Г— 38,1 мм от центра,
охлаждения. Большие трудности измерения
температуры движущихся деталей авиадвигателя,
главным образом поршня, стимулировали в свое
время разработку приближенных способов ее опре-
деления.
Одним из подобных способов является определе-
ние рабочей температуры поршня по кривой охлаж-
дения. Этот способ, предложенный Gibson [13], со-
стоит в следующем: двигатель после достаточно
продолжительной работы на заданном режиме (для
получения устойчивого теплового состояния) быстро
останавливается, после чего из головки цилиндра
удаляется свеча и через свечное отверстие встав-
ляется термопара до соприкосновения с поршнем
(в заданном месте). Показания термопары записы-
ваются через каждые 3—5 сек. и при их помощи
строится кривая охлаждения. Экстраполируя полу-
ченную кривую до начала остановки двигателя, по-
лучают рабочую температуру поршня на исследуе-
мом режиме (фиг. 6).
Этот способ не требует сложных приспособлений
или конструктивного изменения детали, и в этом
заключается его главное преимущество; однако
участок экстраполяции может дать значительную
погрешность в определении температуры.
При измерении температуры’ выпускных клапанов
эта погрешность будет значительно больше, чем при
измерении температуры поршня, так как темпера-
тура клапанов намного выше и они подвергаются
интенсивному охлаждению в момент остановки дви-
гателя (после выключения зажигания).
г)	Определение температуры по из-
менению твердости. Метод определения
температуры по изменению твердости применялся
4
Фридманом и Подольским [14] при определении
температуры на поверхности выпускных клапанов.
Сущность метода заключается в следующем. По-
сле установки на цилиндре новых, термически об-
работанных клапанов запускают двигатель и «вы-
ходят» на заданный режим таким образом, чтобы
температура клапанов не могла превысить ее вели-
чины при работе на режиме. После режимной ра-
боты двигателя в течение часа его останавливают,
снимают клапаны и исследуют распределение твер-
дости по их поверхности. Далее клапанам дают по-
степенно различной глубины отпуск с выдержкой
при нагреве в 1 час и медленном охлаждении (со
скоростью от 2 до +0,5° С в минуту). После каждо-
го отпуска вновь определяется распределение твер-
дости по клапану. Полученные зависимости измене-
ния твердости от глубины отпуска используются для
построения тарировочной кривой, при помощи ко-
торой по замеренной твердости определяют рабо-
чую температуру клапана в любой точке.
Описанный метод оригинален и прост, ибо не
требует конструктивного изменения клапана или
изготовления каких-либо1 приспособлений. Однако
способ не претендует на большую точность, так как
изменение твердости зависит не только от темпера-
туры нагрева, но также и от времени выдержки при
этой температуре, времени отпуска, рабочих темпе-
ратур, рабочих напряжений, испытываемых де-
талью, и т. п. При необходимости произвести много-
численные измерения этот способ становится прак-
тически сложным, ибо требует большого количества
перемонтажей. Кроме того', грибки современных
выпускных клапанов обычно покрываются стелли-
там или аналогичным сплавом (например, типа
«брайтрей») и применимость способа к этим спла-
вам требует проверки.
д)	И з м е р е н и е температуры оптиче-
ским пирометром. Для измерения температу-
ры клапана можно применять оптический пирометр
с исчезающей нитью [15].
Определение температуры пирометром этого типа
основано на принципе сравнения яркости раскален-
ной поверхности тела с яркостью нити специальной
лампочки пирометра, накал которой регулируется
реостатом. По1 силе тока, необходимой для нагрева
нити пирометра до яркости поверхности тела, и
определяется температура этой поверхности. По-
грешности при измерении пирометром достигают
±10° С [15]. Пирометр легко применить для опре-
деления температуры на шейке клапана, однако1
определение! температуры на поверхности грибка со
стороны камеры сгорания удается в редких случаях
лишь у звездообразных двигателей. Большим преи-
муществом этого способа является то, что он со-
вершенно не требует конструктивного изменения
клапанов, а при наблюдении клапана через выпуск-
ной коллектор переделка последнего сводится лишь
к вставке кварцевых стекол в стенку патрубка, рас-
положенную напротив клапана.
В данном исследовании была сделана попытка
применения этого способа, для чего было разрабо-
тано устройство, показанное схематично на фиг. 7.
Особенностями способа являются применение сжа-
того воздуха для предохранения кварцевого стекла
от отложения на нем нагара и использование стро-
боскопического диска для наблюдения клапана
лишь в закрытом положении. Предварительные ис-
пытания этого устройства показали его работоспо-
собность. Однако температура испытуемого клапана
в замеряемой точке оказалась ниже 600° С и, сле-
довательно, оптическим пирометром ее нельзя было
измерять (наблюдаемая поверхность клапана была
темной).
Таким образом ни один из рассмотренных спосо-
бов, позволяющих относительно просто измерять
температуру клапана, не является достаточно удо-
влетворительным. Поэтому следует обратиться к
электрическим способам измерения температуры,
несмотря на большие трудности применения их для
ратуры при помощи термопар широко распростра-
нено в технике. Однако для измерения температуры
выпускных клапанов они применялись до настояще-
го времени очень редко.
Gibson исследовал температурное состояние вы-
пускных клапанов при помощи сталенихромовой
термопары, установленной в центре грибка через
пустотелый шток клапана. Он указывает, в частно-
сти, что платино-платинородиевые термопары в дан-
ном случае непригодны, так как ломаются под влия-
нием больших сил инерции [2]. В работе Eichelberg
Фиг. 7. Схема измерения температуры выпускного клапана оптическим пирометром.
7—место определения температуры; 2—втулка; 3—уплотнение; 4—заслонка; 5»—выхлопной патрубок; 6—фланец; 7— хо-
мут; 8—путь воздуха на кварцевое стекло; 9-кварцевое стекло; 10—стробоскопический диск; /7—отверстие; 72—под-
вижный объектив; 13—нить лампы накаливания; 74—подвижный окуляр; 15— оптический пирометр; 76—миллиампер-
метр; 17— проводники.
измерения температуры клапана вследствие слож-
ности монтажа теплочувствительной части и осу-
ществления надежной передачи токов к измеритель-
ному прибору.
2.	Электрические способы измерения температуры
а)	Термометры сопротивления. Опре-
деление температуры при помощи термометров со-
противления основано на свойстве металлов изме-
нять свое удельное омическое сопротивление при
изменении температуры. Такие термометры, соответ-
ствующим образом конструктивно оформленные,
позволяют непрерывно следить за изменением тем-
пературного состояния тела. В качестве примера
можно привести конструкцию «измерительной проб-
ки» (фиг. 8), предложенную Pfriem и разработанную
iMeier [16] применительно к измерению быстроме-
няющейся температуры поверхности стенки цилинд-
ра (в течение цикла). Теплочувствительной частью
пробки является слой золота толщиной 0,002 мм,
выполненный в виде ленточной спирали и замыкаю-
щий цепь между проводниками 3 (через тело проб-
ки). Выполнить аналогичную пробку для работы на
клапане технологически вряд ли возможно.
б)	Термоэлектрический способ опре-
деления температуры. Определение темпе-
[17] термопары имели «горячий спай» в центре
грибка и вблизи фаски. Испытания проводились при
1125 об/мин.
В указанных работах термоэлектрический способ
измерения температуры применялся на относитель-
но тихоходных двигателях, клапаны которых не
имели натриевого наполнения, что в значительной
мере облегчало разработку конструкции измери-
тельной аппаратуры. Необходимо отметить, что в
этих работах нет указаний на применявшиеся спо-
собы передачи термотока от работающего клапана
на гальванометр.
Практическое осуществление термоэлектрическо-
го способа измерения температуры выпускных кла-
панов на современных авиационных двигателях на-
талкивается на большие затруднения, обусловлен-
ные специфическими условиями работы клапанов,
а именно:
а)	очень большими ускорениями, переменными по
величине и направлению, вызывающими динамиче-
ские нагрузки на1 вмонтированную в клапан термо-
пару;
б)	возвратно-прямолинейным движением со зна-
чительной скоростью, что весьма усложняет вопрос
о надежной передаче термотоков от клапанов к
гальванометру;
5
в) наличием натриевого охлаждения штока и
грибка, что сильно затрудняет монтаж термопар;
г) высокими температурами, большими динами-
ческими нагрузками
и обилием моторного масла,
что крайне' осложняет под-
бор изоляции для клапан-
ной термопары.
Несмотря на перечислен-
ные трудности, достоинства
термоэлектрического спосо-
ба измерения температу-
ры заставили остановиться
именно на нем.
3. Разработка термо-
электрического способа
измерения температуры
выпускных клапанов
а)	П р и н ц и п и а л ь
ная электрическая
схем а. Задачей работы
было осуществление непре-
рывного измерения темпе-
ратуры в центре грибка
клапана со стороны камеры
сгорания. Выбор этого ме-
ста клапана для оценки его
температурного состояния
' п=ИТеЛЬНаЯ объясняется теми соображе-
7—слой золота; 2-изолирую-	НИЯМИ, ЧТО В ЭТОМ Месте
щпи оксидный слой; 3-алю-	температура клапана макси-
миниевые проводники; 4—кон- _„ J
такт золотого слоя с алюми- МЯЛЬНЯ И ОНа В МИНИМЭЛЬ-
ниевой пробкой. ной степени зависит ОТ
местных перегревов или случайных изменений усло-
вий теплопередачи к клапану. Принятая общая
схема термоэлектрической цепи показана на
фиг. 9.
При конструктивной разработке схемы были по-
ставлены две основные задачи: 1) получение надеж-
ной работы всей аппаратуры на любых режимах ра-
боты двигателя и 2) исключение причин искажения
показаний термопары, обусловленных конструкцией
электрической цепи.
На фиг. 10 дана схема окончательного 'варианта
экспериментального клапана, на которой достаточ-
но ясно показаны принцип монтажа клапанной тер-
мопары и способ передачи термотоков от движуще-
гося клапана к гальванометру.
б)	Ко н с т р у к т и в н ое выполнение схе-
мы измерения. Для монтажа клапанной тер-
мопары ПО’ оси выпускного клапана устанавливалась
специальная «защитная трубка» 2 (см. фиг. 10).
Применение защитной трубки позволило сохранить
натриевое охлаждение клапана, обеспечив герме-
тичность внутренней плоскости. Защитная трубка
явилась надежной опорой для изоляции термопары
и позволила сравнительно' легко заменять клапан-
ную термопару при ее неисправностях.
Электроды термопары диаметром 0,8 мм при вы-
ходе на сферическую поверхность в центре грибка
клапана расклинивались специальной пробочкой,
после чего выступающие концы электродов и торец
пробочки заплавлялись стеллитом, образуя «горя-
чий спай» клапанной термопары. При правильном
осуществлении такая конструкция горячего спая
является вполне надежной. Общая длина пробки и
слоя наплавки стеллита составляет 2,5 мм. Таким
образом измеряемая термопарой температура не-
сколько отличается от температуры на поверхности
клапана, причем разница в этих температурах за-
висит от температурного' градиента по толщине до-
нышка клапана.
Вваренный в грибок клапана конец защитной
трубки несколько изменяет условия теплоотвода от
Фиг. У. Общая схема измерения температуры выпускного клапана.
7—хромель; 2—алюмель; 3 — керамиковая масса; 4 —фарфоровая трубка; 5—спаи компенсационных проводов; 6—кон-
стантан; 7—медь; 3—холодный спай; 9—переключатель; 10—гальванометр.
Как видно, был использован принцип непосред-
ственного измерения термоэлектрической силы тер-
мопары при помощи гальванометра. Применение
компенсационного принципа измерения дает боль-
шую точность, но значительно усложняет схему и
обслуживание измерительной аппаратуры.
б
центра грибка, что, однако, не может существенно
отразиться на его температуре (по сравнению с тем-
пературой обычного клапана).
Действительно, если защитная трубка исключает
контакт охлаждающего’ натрия с донышком в месте
расположения горячего спая (что должно повысить
температуру в рассматриваемой точке), то, с дру-
гой стороны, вваренная одним концом трубка омы-
вается натрием и, следовательно, увеличивает те-
плоотвод от рассматриваемого участка клапана. Так
как ‘интересующий участок весьма мал по сравне-
нию с общей поверхностью днища клапана, условия
теплоотвода от которой совершенно не изменились,
то можно думать, что в рассматриваемой точке бу-
дет устанавливаться примерно обычная темпера-
тура.
Защитная трубка внутри клапана несколько за-
трудняет циркуляцию натрия, так как на 25%
уменьшает проходное сечение в узкой части вну-
Фиг. 10. Схема конструкции клапана с устройством для
измерения температуры.
/—горячий спай; 2— защитная трубка; 3—изоляция; 4—алюмель;
5—хромель; 6—колодка <эбонит;) 7—средняя тарелочка; 8—крон-
штейн (эбонит); 9—верхняя тарелочка; 10—керамиковая масса; 77—за-
плечик; 12— фиксатор; 13— винт; 14— токопередающая пружинка;
15—колодка (эбонит).
тренней полости. Некоторое ухудшение циркуляции
компенсируется большей эффективностью конвек-
ционной теплопередачи благодаря тому, что защит-
ная трубка вытесняет циркулирующий натрий из
средней части штока и прижимает его к стенкам по-
лости клапана. В результате температуры в центрах
грибков серийного и эксприментального клапанов
незначительно отличаются, что было проверено1 при
помощи мерительных сплавов.
Для вывода электродов клапанной термопары из
штока клапана к токопередающему приспособлению
были спроектированы специальные комплекты верх-
них тарелочек клапанов.
Передача термотока к гальванометру осуществ-
лена через спиральные пружинки 14 (см. фиг. 10),
изготовленные из того же материала, что и клапан-
ная термопара.
Следует отметить некоторые наиболее интересные
вопросы, разработанные в процессе доводки токо-
передающего устройства.
Для передачи термотока от термопары можно ис-
пользовать стальные несущие пружины, закреплен-
ные между кронштейнами на клапане и колодками
на головке цилиндра, на витки которых наматыва-
ются весьма тонкие термоэлектроды. При этом,
однако, возникает вопрос, не будут ли искажаться
показания термопары в случае, если изоляция тер-
моэлектродов разрушится в процессе работы и тер-
моэлектрод будет соприкасаться с витками несущей
пружины (изолированной от двигателя). На основа-
нии общего исследования, проведенного инж. Губер,
было установлено, что отсутствие этой изоляции
или разрушение ее в отдельных точках существен-
но изменяет показание термопары. Используя эту
работу, можно1 сделать несколько важных практи-
ческих выводов.
Фиг. 11. Условная схема электрической цепи кла-
панной термопары.
Е'г— т. э.д. с. клапанной термопары;/?” и е’’”—па-
разитные т. э. д. с., возникающие на участках на-
вивки термоэлектродов; /?ц—сопротивление цепи
термопары за исключением участков аб и вг;
Rr—сопротивление гальванометра; Г1,г2—сопро-
тивление стальных несущих пружинок; I—сила
тока, проходящего через гальванометр; Zj,/2—сила
тока, проходящего через стальные несущие пру-
жинки (от паразитной т. э. д. с.); /3,/4—сила тока
на участках аб и вг термоцепи (от паразитной
т. э. д. с.); г3, г4—сопротивления участков аб и вг.
На фиг. 11 приведена электрическая схема кла-
панной термопары при использовании в качестве
токопередающего приспособления стадьиых несу-
щих пружинок и при отсутствии (или при разруше-
нии во время работы двигателя) изоляции термо-
электродов. Применяя принцип суперпозиции [19]
для данного элементарного случая расчета сложной
электрической цепи, можно написать выражение
для относительного изменения показаний гальвано-
метра из-за влияния паразитных термотоков в сле-
дующем виде:
(1)
1А
где I—сила тока, проходящего через гальвано-
метр при наличии паразитных термотоков
в цепи термопары;
1Л—сила тока, проходящего через гальвано-
метр при отсутствии паразитных термото-
ков в цепи клапанной термопары.
7
Применяя обозначения, приведенные нафиг. 11,
силу тока I можно определить по уравнению:

П+гз

где

а сила тока
(3)
Справедливость принятой условной схемы кла-
панной термопары и расчетного уравнения (1) была
проверена по экспериментальным данным с моде-
лированными термопарами, полученными Губером;
Применив выражение (1) для определения по-
грешностей при реальных случаях работы клапан-
ной термопары, можно притти к следующим выво-
дам:
1. В реальных условиях работы клапанная термо-
пара при рассматриваемой схеме передачи термо-
тока может дать ошибку до 7% (,т. е. до 40—45° С)?
2. Использование клапана ,в качестве одного из
термоэлектродов клапанной термопары совершенно
недопустимо, хотя такая схема значительно упро-
щает монтаж и изготовление экспериментального
клапана.
Фиг. 12. Схема .бронирования” термопары и уста-
новки ее на двигателе.
1— «горячий спай* бронированной термопары; 2—железный
электрод без изоляции; изоляция между электродами;
константановый электрод,- 5—бронированная термопара;
6—зачеканка термопары; 7—стенка камеры сгорания дви-
гателя.
Можно также отметить, что применение «брони-
рованных» термопар (фиг. 12), широко распростра-
ненное при экспериментах, всегда сопровождается
искажением показаний термопары (обусловленным
соприкосновением одного из термоэлектродов с де-
талью двигателя). Величина погрешности может ко-
лебаться от долей процента до 10% замеряемой
температуры. Наибольшие искажения имеют место
при установке железоконстантановых термопар в
глубокие сверления головок цилиндров двигателей
жидкостного охлаждения.
Таким образом применение стальных пружинок с
навивкой на них тонких термоэлектродов нецеле-
8
•сообразно, так как связано с возможностью боль-
ших ошибок в измерениях.
Для применения токопередающих пружинок сле-
дует предварительно выяснить два вопроса.
а)	Возможность искажения показаний термопары
под влиянием индукционной э. д. с., возникающей в
пружинках при работе двигателя (в моменты сжа-
тия и растяжения пружинок).
Следует иметь в виду, что это индуцирование про-
исходит импульсивно один раз за два оборота дви-
гателя, а возникающие э. д. с. весьма малы и обрат-
ны по знаку. Поэтому можно полагать, что индуци-
рование мало отразится на показаниях гальвано-
метра, положение стрелки которого определяется
средней величиной силы тока, проходящего через
его рамку. Экспериментальная проверка подтвер-
дила это заключение.
б)	Возможность изменения термоэлектрических
свойств материала токопередающих пружинок при
длительной работе на двигателе.
Для выяснения этого вопроса из термоэлектродно
го материала, служащего для изготовления пружи-
нок, была сделана термопара и снята контрольная
тарировочная кривая. После этого были взяты то-
копередающие пружинки, проработавшие на двига-
теле продолжительное время, и из них также изго-
товлена термопара. Тарировочна1я кривая последней
термопары дала совпадение с контрольной, что ука-
зывает на отсутствие перерождения материала.
Конструктивная простота токопередающего
устройства и полное отсутствие искажений показа-
ний клапанной термопары позволили считать этот
вариант передачи наиболее удачным и применить
его в данном исследовании, хотя были разработаны
и испытаны другие варианты передачи, как напри-
мер, жидкостной.
ИСПЫТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ
НА ДВИГАТЕЛЕ
В течение испытаний на двигателе и доводки раз-
работанной измерительной аппаратуры последняя
испытывалась при скорости вращения коленчатого
вала до 2400 об/мин., а позднее — до 2600 об/мин.
При длительных испытаниях измерительная аппа-
ратура исправно работала 13,'5 час. без ремонта или
замены отдельных деталей. Было отмечено устой-
чивое, без колебаний, положение стрелки гальвано-
метра во время работы двигателя и хорошая чув-
ствительность. Так, например, при изменении коэфи-
циента избытка воздуха путем установки высотного
корректора в новое положение клапанная термопара
уже через 30 сек. показывает новую температуру,
которая в дальнейшем остается почти постоянной.
Испытания на стабильность показаний продолжи-
тельное время не давали удовлетворительных ре-
зультатов: было установлено систематическое пони-
жение показаний, доходившее до 10% от измеряе-
мой величины в течение первых 1,5 час. работы
двигателя на заданном режиме. Подобное снижение
показаний могло явиться следствием ухудшения
изоляции термоэлектродов и появления шунтиро-
' вания термотока, прогрессировавшего по времени.
Исходя из этого предположения, проверили стой-
кость различной изоляции термоэлектродов при
воздействии на нее горячего моторного1 масла.
Специально проведенные испытания установили
существование в цепи термопары токов гальвани-
ческого происхождения, которые возникали в тер-
моэлектродах от воздействия горячего моторного
масла. Однако было доказано, что эти токи не
могли заметно влиять на показания термопар при
принятой схеме термоэлектрической цепи, хотя
величина их и соизмерима с э. д. с. клапанных тер-
мопар.
Падение показаний клапанной термопары в те-
чение первых" часов работы на двигателе следует
объяснить постепенным отложением слоя нагара
на поверхности нового клапана. Образующийся
слой играет роль теплоизоляции и снижает темпе-
ратуру клапана, так как его удельное тепловое со-
противление в десятки раз больше, чем сопротив-
ление материала клапана [20].
Постепенное ‘ понижение температуры нового
клапана происходит в течение первых 1—1,5 час.
его работы на двигателе, после чего слой нагара
почти 'не увеличивается, и поэтому температурное
состояние клапана стабилизируется. Таким обра-
зом при монтаже на двигателе новых клапанов не-
обходимо давать им приработку в течение 2 час.
до начала испытаний.
Практика показала, что после такой приработки
температурное состояние клапанов сохраняется до-
статочно устойчиво.
Объяснение изменения температурного состоя-
ния клапана образованием слоя нагара может быть
подтверждено данными некоторых эксперименталь-
ных работ.
Так, в работе Meier [16] приведены эксперимен-
тальные данные, показывающие влияние отложе-
ния нагара на температуру стенки камеры сгора-
ния. Измерение температуры стенки производилось
при помощи упомянутого уже ранее оригинального
термометра сопротивления (см. фиг. 8) и записы-
валось осциллографом. Согласно этим данным,
средняя температура стенки и амплитуда колеба-
ния температуры в’течение цикла постепенно пони-
жались при работе двигателя на постоянном режи-
ме (фиг. 13). В начале испытаний средняя темпе-
ратура была равна 204° С, а после 10 час. работы
двигателя из-за отложения слоя нагара средняя
температура понизилась до 189° С, а амплитуда
уменьшилась до, 3°С против первоначальной 10° С;
понижение температуры составило около 8Vo.

-Qmметка. времени.
Фиг. 13. Изменение температуры стенки камеры
сгорания при работе двигателя иа постоянном
режиме (Meier).
а—начало испытаний: средняя температура 204°С, амплитуда
колебания 10°С; б после 1 часа работы: средняя темпера-
тура 192°С, амплитуда колебания 7°С; в —после 10 час ра-
боты: средняя температура 189еС, амплитуда колебания 3°С.
Таким образом при эксплоатации двигателей сле-
дует учитывать, что вновь поставленные выпускные
клапаны при выходе на режимную работу двига-
теля без предварительной приработки будут неко-
торое время иметь рабочую температуру примерно
на S0—100° С большую, чем остальные клапаны,
уже работавшие на двигателе.
ГЛАВА II
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ
1.	Основные данные двигателя
Все испытания проводились на одноцилиндровой
установке ЦИАМ, состоящей из универсального
картера ЭУ-3 и цилиндровой группы Э154, кон-
структивно аналогичной двигателю АМ-38.
Детали комплекта поршня и клапанов, а также
гильза цилиндра и большинство мелких деталей
были взяты с серийных двигателей.
Основные данные двигателя:
Диаметр цилиндра............... 160	мм
Ход поршня.....................190	„
Литраж ...................... 3,83	л
Форма камеры сгорания.........шатровая
Карбюратор К-35 Б	.	•.......... 1
Количество клапанов:
впуска......................... .	. .	2
выпуска ...	. . •	......... 2
Некоторые специальные испытания проводились
при работе двигателя с непосредственным впры-
ском топлива, для чего на нем был установлен на-
сос типа БОШ Pz-12 НМ 110/11, переоборудован-
ный для обслуживания одноцилиндрового двига-
теля.
Схема впускной и йыпускной систем установки
показана на фиг. 14.
По результатам замеров при помощи обычных
расчетных (формул определялись: эффективная
(и индикаторная) мощность, удельный расход то-
плива, коэфициент наполнения, коэфициент из-
бытка воздуха, индикаторный удельный расход
воздуха. Для определения степени продувки ка-
меры сгорания (при большом перекрытии фаз га-
зораспределения) применялась методика, описан-
ная в работе Лебедева [23].
2.	Объект исследования — серийные выпускные
клапаны двигателя АМ-38Ф
Экспериментальные клапаны представляли со-
бой обычные серийные выпускные клапаны двига-
теля АМ-38Ф, по оси которых устанавливались
специальные термопары, а серийные верхние та-
2 Труды ЦИАМ М 139
9
редечки заменялись экспериментальными — спе-
циальной конструкции (см. фиг. 10). Так как клапа-
ны устанавливались на двигатель Э-154, цилиндр
которого по существу является копией цилиндра
АМ-38Ф, то все полученные ниже результаты наи-
более близко характеризуют температурные усло-
вия работы выпускного клапана на обычном дви-
гателе АМ-38Ф.
Цилиндр этого мотора имеет Два выпускных
клапана, изготовленных из стали ЭИ-69. Сфериче-
ская головка клапана и рабочая фаска покрыты
кобальтовым стеллитом. Грибок клапана диамет-
ром 55 мм и шток клапана диаметром 22 мм имеют
сильно развитую внутреннюю полость, заполнен-
ную на 55°/о металлическим натрием. Отличитель-
ной особенностью этих клапанов является большой
Все проведенные испытания по их целевому на-
значению можно подразделить на три основные
группы.
Первая группа
Испытания для определения зависимости тем-
пературы выпускного клапана от условий работы
двигателя. В этой серии испытаний было исследо-
вано влияние следующих параметров:
а)	коэфициента избытка воздуха	.	.	“
б)	давления наддува ................ Рк
в)	степени сжатия ................... е
г)	числа оборотов коленчатого вала	•	л
д)	опережения зажигания.......... ?
е)	температуры воздуха на впуске	.	.	tk
ж)	температуры охлаждающей жидкости гОхл
з) противодавления на выпуске ... - Рр
Фиг. 14. Схема впускной и выпускной систем экспериментальной установки.
7—задвижка Лудло; 2— перепуск; 3—ресивер, v—0.125 л’; 4—замер температуры сопла; 5—мерное сопло;
6—давление перед соплом; 7—перепад в сопле; S—электроподогреватель; 9—впускной ресивер; 10—замер tje
П—карбюратор; 12—температура выходящих газов; 13—выпускной патрубок; 14— избыточное давление в реси-
вере; 75—дроссель; 76—давление за карбюратором; 77—выхлопной ресивер; 18— давление выходящих газов;
79—задвижка Лудло; 20—подземный глушитель.
диаметр штока клапана, отношение которого к
диаметру грибка клапана равно 0,40, в то время
как обычно оно не превышает 0,30. Длина штока
клапана, соприкасающаяся с направляющей, мак-
симально увеличена за счет сокращения нарезан-
ной его части.
Эти особенности конструкции создали весьма
благоприятные условия для отвода тепла от го-
ловки клапана в направляющую и обеспечили
сравнительно низкие рабочие температуры иссле-
дуемых клапанов.
3.	Методика испытаний
Для испытаний был выбран исходный режим ра-
боты двигателя и при всех испытаниях (за исклю-
чением специальных) в течение каждого испытания
изменялся лишь один параметр, а все остальные
сохранялись неизменными и равными принятым
для исходного режима.
Первые пять параметров считались основными и
были исследованы более подробно, чем остальные.
В основу такого деления параметров была поло-
жена интенсивность влияния параметра на тем-
пературу выпускного клапана.
Вторая группа
Испытания для определения эффективности раз-
личных способов дополнительного охлаждения вы-
пускных клапанов. Были исследованы:
а)	влияние продувки камеры сгорания на тем-
пературы выпускных клапанов;
б)	охлаждающий эффект струи топлива при на-
правлении ее на грибок клапана;
в)	охлаждающий эффект струи воды при направ-
лении ее на грибок клапана;
г)	влияние впрыска воды во впускной патрубок
и в цилиндр двигателя на температуру выпускных
клапанов.
10
Треть» fpynrid
Испытания для получения некоторых экспери-
ментальных данных по условиям теплопередачи к
клапану. При этом были исследованы^
а)	взаимная связь между детонацией и темпера-
турным состоянием выпускных клапанов,
б)	влияние теплопередачи за время процесса
выпуска на температуру выпускных клапанов;
в)	влияние расположения свечей на температуру
клапанов.
Исходный режим работы двигателя при испыта-
ниях был принят следующий:
Число оборотов двигателя......2100	об/мин
Давление наддува..............1000	мм рт.ст
Степень сжатия................ °
Коэфициент избытка воздуха . . . 0,70 и^и.УО
Температура воздуха на впуске . .	60°С ;
Температура охлаждающей воды (на о
входе) *	 . 	• •••••-	®0 С
Опережение зажигания („основное") . 24° до ВМТ
Для получения экспериментальных зависимостей
от наиболее важных параметров применялся спо-
соб построения сеток при минимально необходимом
Фиг. 15. Эталонная характеристика по составу
смеси и контрольные точки, снятые при испы-
тании.
Режим: е=в,0; п=2100 об/мнн; /7^=1000 мм рт. ст.; fft=60q С.
числе испытаний. Характеристика по составу сме-
си при 1000 мм рт. ст. и «основном» опереже-
нии зажигания для каждой степени сжатия счи-
талась контрольной.
«Основным» опережением зажигания считалось
опережение, меньшее наивыгоднейшего и соответ-
ствующее падению мощности двигателя на 1,5®/о
против максимальной. Перед каждым испытанием
снимали контрольные точки для проверки состоя-
ййя двигателя и показаний клапанных термопар
по контрольной характеристике.
В конце каждого испытания снимали точку на
режиме, близком к первой экспериментальной точ-
ке данного испытания, что позволяло контролиро-
вать стабильность состояния двигателя и клапан-
ных термопар в течение испытания.
Отклонение показаний клапанных термопар от
эталонной характеристики допускалось в пределах
5—10° С, а от показаний в начале данного испы-
тания — не более 3—5° С. По другим измерениям
отклонения допускались в пределах обычных норм
(фиг. 15).
На каждом режиме все измеряемые величины
записывали одновременно два раза с интервалом
в 2 мин. Температурное состояние клапана счита-
лось установившимся, если на заданном режиме
показания клапанных термопар в течение 3—4 мил.
оставались неизменными. При проведении первой
группы испытаний, параллельно с измерением тем-
пературы выпускных клапанов, определялась тем-
пература характерных мест камеры сгорания: пе-
ремычек между клапанами, седел выпускных кла-
панов и стенки камеры сгорания.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОСНОВНЫХ ИСПЫТАНИЙ.
ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ КЛАПАНА
ОТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
1. Влияние коэфициента избытка воздуха
Зависимость температуры выпускного клапана
от коэфициента избытка воздуха показана на
Фиг. 16. Характеристика по составу смеси.
Режим: е®=6; я=2100 об/мин; pfc=1000 мм рт. ст.; /fc=60° С.
фиг. 16 и 17 (а также на эталонной характеристи-
ке — см. фиг. 1'5). Как 1ВИДНО, температура выпуск-
ных клапанов изменяется очень сильно и при обед-
нении смеси от а=0,6 до а=0,9 увеличивается на
2*
11
110—430° С; при этом максимальная температура
получается при составе смеси, близком к теорети-
ческому. Рассмотрение кривых показывает, что
интенсивность изменения температуры клапана
практически не зависит от степени сжатия и со-
ставляет в среднем при изменении коэфициента из-
бытка воздуха:
0,6 - 0,7
0,7 — 0.8
0,8 —0,9
................  .	• . 50сС
................... ...	40°С
•...................  .	30°С
Кривые изменения температур показывают до-
статочно четко, что максимальная температура
клапана всегда получается на более богатых сме-
сях, чем максимальная температура выходящих
газов. Это соотношение можно объяснить совмест-
ным влиянием двух основных факторов, опреде-
ляющих температуру выпускного клапана: темпе-
ратуры выходящих газов (величина которой при
прочих равных условиях обусловливает теплопе-
редачу к клапану в процессе выпуска) и максималь-
ной температуры сгорания (величина которой при
прочих равных условиях обусловливает теплопере-
дачу к клапану в течение сгорания и, отчасти, рас-
ширения). Наибольшая температура процесса сго-
рания, как известно, соответствует коэфициенту
избытка, воздуха около 0,95. Таким образом при
обеднении смеси до этого значения коэфициента
Фиг. 17. Сравнение характеристик по составу
смеси при различных степенях сжатия (при
оптимальных для каждой степени сжатия углах
опережения зажигания).
Режим: л=2100 об/мин;р^=1000 мм рт. ст.; ^-=60° С.
избытка воздуха оба фактора повышают темпера-
туру клапана, а при дальнейшем обеднении сниже-
ние максимальной температуры сгорания сначала
замедляет возрастание температуры выпускных
клапанов, а потом приводит к ее падению, несмотря
на повышение температуры выходящих газов.
Полученные результаты можно сопоставить с
экспериментальными данными, приведенными в
книге Пая [7] и заимствованными из старых ра-
бот Gibson, относящихся к клапанам без натрие-
вого охлаждения (фиг. 18).
Как видно, расположение максимальной темпе-
ратуры выпускных клапанов получается при при-
Фиг. 18. Изменение температуры клапана и го-
ловки цилиндра двигателя водяного охлаждения в
зависимости от коэфициента избытка воздуха
(Пай—Gibson).
мерно том же составе смеси. Однако температура
клапана при обеднении смеси возрастает значи-
тельно более интенсивно, что можно, объяснить
особенностями конструкции клапана (без натрие-
вого охлаждения) и затрудненным теплоотводом в
случае двигателя с чугунной головкой цилиндра.
2.	Влияние давления наддува
Температурное состояние клапанов исследова-
лось при изменении наддува от 800 до
1560 мм рт. ст.; при этом температура поступаю-
щего воздуха в течение всех испытаний поддержи-
валась постоянной, равной 60° С. Характеристики
по наддуву были сняты при трех значениях степе-
ни сжатия, причем на каждой степени сжатия было
снято, по две характеристики: при а=0,70 и
а=0,95 (фиг. .19 и 20).
Результаты испытаний показывают, что темпе-
ратура выпускных клапанов интенсивно растет с
увеличением наддува, хотя температура выходя-
щих газов (при данных условиях ее измерения)
повышается очень незначительно1. Увеличение тем-
пературы выпускных клапанов, невидимому, не за-
висит от степени сжатия, но несколько больше на
бедной смеси (а=0,95), чем на богатой (а=0,70).
Средний прирост температуры выпускного клапана
при увеличении давления наддува на 100 мм рт. ет.
дает такую картину:
В диапазоне изменения рк'
800 - 1000 мм рт. ст..... 25°С
1000— 1200 „ , ,	........ 19°С
1200— 1400 . „ ,	......	16°С
Это соответствует росту температуры клапана на
2° С при увеличении наддува на 1%.
Повышение температуры выпускных клапанов
при увеличении наддува можно объяснить, главным
образом, возрастанием плотности газов в течение
цикла, а следовательно, и теплопередачи в клапан.
Действительная температура выходящих газов
12
остается при этом почти постоянной или даже не-
сколько понижается из-за увеличения расширения
газов к моменту выравнивания давлений в ци-
линдре.
3.	Влияние опережения зажигания
Результаты испытаний, приведенные на фиг. 21,
показывают, что при увеличении опережения
зажигания от 10 до 50° наблюдается прогресси-
рующее повышение температуры клапана, ко-
торое становится особенно значительным при опе-
режении зажигания свыше 25°.
Фиг. 19. Характеристики по давлению иаддува.
Режим: е—5,1; л—2100 об/мин; ^=60' С.
Общий прирост температуры клапана составляет
50—60° С, причем следует отметить, что при воз-
никновении «калильного зажигания» наблюдалось
сильное повышение температуры клапанов на
100° С и выше. Интересно отметить, что темпера-
тура выходящих газов изменяется по обратному
закону (см. фиг. 21) и с увеличением опережения
зажигания понижается.
Полученная зависимость температурного состоя-
ния выпускных клапанов от опережения зажигания
(подтвержденная, примерно, десятью испытания-
ми) противоречит существующим представлениям.
Так, например, Пай [7] указывает, что наиболее
низкие температуры выпускных клапанов дости-
гаются в случае работы с максимально возможным
опережением зажигания, при котором еще отсут-
ствует детонация. Примерно подобные соображе-
ния имеются и в книге Орлова [4]. Все они исхо-
дят из предположения, что изменение температуры
выпускных клапанов определяется, главным обра-
зом (или только), изменением температуры выхо-
дящих газов. Однако результаты данной работы
Фиг. 20. Сравнение характеристик по давлению
наддува при различных степенях сжатия
(при оптимальном для каждой степени сжа-
тия опережении зажигания).
Режим: п=2100 об/мин; 60° С; а=0,95.
показывают, что в этом случае над влиянием тем-
пературы выходящих газов превалирует влияние
Фиг. 21. Характеристика по углу опережения
зажигания.
Режим: ее=6,0; п==2100 об/мин;p/f™1000 мм рт. ст.; Г.—60е С;
«-0,Т35.
другого, более сильного фактора. Можно считать,
что при увеличении опережения зажигания решаю-
13
щим фактором является повышение максимальной
температуры и давления сгорания и продолжитель-
ности соприкосновения продуктов сгорания с по-
верхностью клапана в период, когда поршень на-
ходится вблизи ВМТ и коэфициент теплопередачи
имеет максимальное значение.
Для подтверждения большого влияния продол-
жительности соприкосновения газов в период сго-
рания с поверхностью клапанов на температурное
состояние последних были проведены специальные
испытания при различном положении свечей отно-
сительно выпускных клапанов.
Одно из таких испытаний, результаты которого
показаны на фиг. 22, было проведено на цилиндре
двигателя АМ-38 следующим образом. Как из-
Фиг. 22. Влияние расположения свечей на темпе-
ратуру выпускных клапанов (передние клапаны
на схеме расположены справа).
Режим: е=6,1,- л=2150 об/мин; pfe=800 мм рт. ст-; /й-60° С.
вестно, головка этого цилиндра имеет четыре свеч-
ных отверстия, два из которых расположены у
впускных, а два — у (выпускных клапанов. Обычно
на цилиндр устанавливаются две свечи в диамет-
ральной плоскости. Данное испытание состояло в
том, что на цилиндре было установлено четыре
свечи и при работе двигателя на строго постоянном
режиме и зажигании от двух свечей проводники
переносились от одной свечи к другой. Таким обра-
зом без остановки двигателя можно было заста-
вить его работать при шести вариантах расположе-
ния работающих свечей. При каждом положении
свечей замеряли температуру обоих выпускных
клапанов и все обычные параметры работы1 дви-
гателя.
Как видно на фиг. 22, изменение мощности,
удельного расхода топлива и коэфициента напол-
нения не превышало 1'°/о, что почти лежит в пре-
делах точности измерений. Точно так же весьма
мало изменяется и температура выходящих газов.
Тем не менее температура выпускных клапанов
сильно зависит от расположения свечей. При этом
в случае постановки обеих свечей у выпускных кла-
панов (положение 6), когда время соприкоснове-
ния продуктов сгорания с клапанами было макси-
мальное, температура клапанов повысилась
(в среднем) на 50° С по сравнению со случаем
расположения свечей у впускных клапанов (поло-
жение 2), когда продолжительность контакта яв-
ляется минимальной. Результаты, полученные при
Других вариантах расположения свечей, также
подтверждают влияние времени соприкосновения,
хотя и с некоторыми отклонениями, которые можно
объяснить воздействием движения газов в камере
сгорания.
Следует отметить, что эти испытания проводи-
лись на таком же двигателе, как и основные испы-
тания по опережению зажигания, но на другой экс-
периментальной установке; при этом выпускные
клапаны не имели натриевого охлаждения, что,
естественно, резко повысило их рабочие темпера-
туры. В результате увеличение опережения зажи-
гания давало более сильное возрастание темпера-
туры выпускных клапанов, чем это имело место
при основных испытаниях. В данном случае увели-
чение опережения зажигания от 24 до 50° привело
к повышению температуры клапанов, примерно, на
400° С (см. фиг. 22).
Так как полученные результаты, невидимому,
справедливы и для других двигателей, то можно
полагать, что применение опережения зажигания
значительно меньшего, Чем паивыгоднейшее, не
только уменьшает склонность к детонации, но и
способствует понижению рабочей температуры
выпускных клапанов.
4.	Влияние степени сжатия
Влияние степени сжатия на температурное со-
стояние выпускных клапанов было установлено,
Фиг. 23. Характеристики по степени сжатия.
Режим: п=2100 об/мин; /7^=1000 мм рт. ст.; ^=60° С.
исходя из полученных характеристик, по составу
сдаси и по наддуву при работе двигателя со сте-
14
йенями сжатия 4,3; 5,1; 6,0; 6,9. При этом все па-
раметры работы двигателя, за исключением опере-
жения зажигания, при всех степенях сжатия под-
держивались одинаковыми. Опережение зажигания
для каждой степени сжатия устанавливалось оп-
тимальным, как это уже отмечалось в начале этой
главы.
Полученная при помощи этих данных зависи-
мость работы двигателя от степени сжатия пока-
зана на фиг. 23. 1Как видно, при уменьшении сте-
пени сжатия температура выпускных 'Клапанов уве-
личивается, следуя в данном случае закону изме-
нения температуры выходящих газов. При этом
повышение температуры клапана составляет в
среднем 17° С при уменьшении степени сжатия на
единицу.
5.	Влияние числа оборотов коленчатого вала
Зависимость температуры выпускных клапанов
от числа оборотов рассматривалась для двух слу-
чаев:
Фиг. 24. Характеристики по числу оборотов дви-
гателя (при постоянном расходе воздуха за цикл).
Режим: е=6,1; С .
а)	при постоянном расходе воздуха за цикл, чем
исключалось влияние изменения коэфициента на-
полнения по- числу оборотов;
б)	при постоянном давлении наддува и нормаль-
ном для данного двигателя изменении коэфициен-
та наполнения в зависимости от числа оборотов.
На фиг. 24 показаны две характеристики по чи-
слу оборотов при коэфициентах избытка воздуха
0,70 и 0,9'5 и при изменении давления наддува та-
ким образом, чтобы сохранять постоянным расход
воздуха за цикл.
Характеристики при постоянном давлении над-
дува (полученные на другом аналогичном цилинд-
ре) представлены на фиг. 25. Из этих характери-
стик ясно, что при повышении числа оборотов дви-
гателя температура выпускных клапанов повы-
шается, так же как и температура выходящих га-
Фиг. 25. Внешняя характеристика двигателя.
Режим: е=6,1; pft=1000 мм рт. ст.; 4=60° С.
зов; однако интенсивность повышения температуры
клапанов несколько меньше.
Повышение температуры клапанов на каждые
100 об/мин. увеличения числа оборотов коленча-
того вала при постоянном расходе воздуха за цикл
составляет 6—7° С (см. фиг. 24), а при работе дви-
гателя с постоянным давлением наддува — 5" С
(ом. фиг. 25). Таким образом температура выпуск-
ных клапанов сравнительно мало зависит от числа
оборотов двигателя.
Полученное возрастание температуры клапанов
менее значительно, чем по данным Пай [7], кото-
рый указывает, что при повышении числа оборотов
двигателя с 1800 до 2000 об/мин. прирост темпера-
туры составил 15° С (т. е. 7,5° С на каждые
100 об/мин. увеличения скорости вращения колен-
чатого вала).
Меньшая интенсивность прироста температуры
клапанов может объясняться особенностями клапа-
нов с натриевым охлаждением. При повышении чи-
сла оборотов двигателя интенсивность циркуляции
натрия увеличивается, что улучшает передачу те-
пла от головки клапана в его направляющую.
6.	Влияние температуры поступающего воздуха
Зависимость температуры клапанов от температу-
ры поступающего воздуха при двух составах смеси
(а=0,7 и а—0,90) показана на фиг. 26. Как видно,
15
при повышении температуры поступающего возду-
ха от 40 до 140° С температура выпускных клапа-
нов увеличилась лишь на 10° С. Поэтому можно
считать, что в пределах практического изменения
температуры воздуха на впуске температура вы-
пускных клапанов остается примерно постоянной.
Столь незначительное влияние повышения тем-
пературы поступающего воздуха на температуру
выпускных клапанов объясняется происходящим
при этом уменьшением расхода воздуха, а следо-
вательно, и плотности газов в цилиндре. Если пу-
тем повышения давления наддува поддерживать
постоянным расход воздуха, то, исходя из преды-
Фиг. 26. Характеристика по температуре поступающего
воздуха.
Режим: е=6,0; «=2100 об/мин; />^=1000 мм рт. ст.
дущих данных, можно найти, что при повышении
температуры воздуха на 100° С температура кла-
панов возрастет примерно на 40° С.
7.	Влияние температуры охлаждающей жидкости
На фиг. 27 показаны результаты трех испытаний
по определению зависимости температуры выпуск-
ных клапанов от температуры охлаждающей жид-
кости, которая (на входе в двигатель) изменялась
от 40 до 125° С. Система- охлаждения была за-
крытого типа с избыточным давлением 2,5 кг/см2.
Верхние кривые относятся к клапанам, имеющим
резко повышенное температурное состояние, ко-
торое было достигнуто путем удаления натрия: из
одного клапана полностью, а из Другого — на 50%.
Эти испытания проводились при рА=800 мм рт. ст.
и а=0,95. Нижняя кривая была получена для обыч-
ных клапанов при р* = 1000 мм рт. ст. и а=0,70.
По данным этих испытаний видно, что при отно-
сительно низкой температуре выпускных клапанов
(500-:-600° С) изменение температуры охлаждаю-
щей жидкости оказывает заметное влияние на их
температуру. Так, при повышении температуры
охлаждающей жидкости на 85° С прирост темпе-
ратуры клапанов составил 30° С. По мере повыше-
ния температурного уровня выпускных клапанов
Температура охлаждающей жидкости
Фиг. 27. Влияние температуры охлаждающей
жидкости на температуру выпускных клапанов.
7- клапан без наполнения натрием; 2—клапан с 50% заполне-
нием натрием; 3 —клапан с нормальным заполнением.
влияние на него температуры охлаждающей жид-
кости заметно падает и становится незаметным при
температуре клапана 780° С.
8.	Влияние противодавления на выпуске
Влияние противодавления на выпуске исследова-
лось на установке, имевшей специальный дроссель
в выпускной системе, позволявший создавать не-
Фиг. 28. Характеристика по противодавлению
па выпуске.
Режим: г--6,0; п=2150 об/мин; />^=1000 мм рт. ст.; ^=60° С.
обходимое давление в выпускном ресивере, вели-
чина которого контролировалась ртутным пьезо-
метром.
Результаты одного из испытаний (фиг. 28) пока-
зывают небольшое повышение температуры вы-
пускных клапанов при увеличении противодавле-
16
Нйя. Возрастание температуры клапана составляет
в среднем около 4° С на каждые 100 мм рт. ст. по-
вышения противодавления на выпуске.
Если при повышении противодавления сохранять
расход воздуха постоянным путем увеличения над-
дува, то прирост температуры клапанов получается
значительно большим. Используя уже приведенные
данные (ом. фиг. 20), можно приближенно опреде-
лить, что в этом случае повышение температуры
клапана составит 8° С на каждые 100 мм рт. ст.
увеличения противодавления на выпуске.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ СПОСОБОВ
ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КЛАПАНОВ
1.	Охлаждающий эффект продувки камеры
сгорания
Влияние продувки камеры сгорания на темпера-
турное состояние выпускных клапанов определя-
лось путем испытания двигателя при четырех углах
Исследование влияния продувки при помощи ха-
рактеристик по' составу смеси наиболее удобно
потому, что при этом исключаются ошибки, свя-
занные с определением коэфициента избытка воз-
духа, от которого очень значительно зависит тем-
пература клапанов. Возрастание мощности, про-
исходящее при продувке в результате увеличения
коэфициента наполнения, обусловливает дополни-
тельное повышение температуры клапанов. По-
этому для полного обнаружения охлаждающего
эффекта продувки на окончательных диаграммах
(фиг. 29 и 30) показаны температуры клапанов при
различных перекрытиях фаз как взятые непосред-
ственно по результатам испытаний (верхние кри-
вые), ток и приведенные к мощности, которую имел
двигатель при 3=40р (нижние кривые).
Температура клапанов пересчитывалась при по-
мощи полученных ранее зависимостей (см. фиг. 20),
из которых был определен средний прирост этой
——— РА.= 800 нм. рт. ст
Фиг 29. Изменение температуры выпускных клапанов
в зависимости от угла перекрытия фаз.
Режим: е=6,0,- «=2150 об/мин; С=60° С; а«=0,75,
К
Фиг. 30. Изменение температуры выпускных клапа-
нов в зависимости от угла перекрытия фаз.
Режим: в=6,0; л=2150 об/мнн; ^=60° С; а=0,95.
перекрытия фаз газораспределения: 40 (нормаль-
ное газораспределение), 80, 120 и 160°.
Перекрытие фаз было установлено симметрично
относительно ВМТ. Возможность подобного регу-
лирования, при сохранении постоянными начала
выпуска и конца впуска, обеспечивалась специаль-
ным профилем кулачков (участок профиля кула-
чка, соответствующий полному открытию клапанов,
увеличивался соответственно заданным перекры-
тиям).
Для сравнения температурного состояния вы-
пускных клапанов при работе двигателя с различ-
ными перекрытиями фаз на каждом из этих пере-
крытий снимали три характеристики по составу
смеси при давлениях наддува 800, 1000 и
1200 мм рт. ст. Как показали испытания, расход
воздуха на продувку составлял при этом от 0 до
ЗГп/э расхода рабочего воздуха через двигатель.
3 Труды ЦИАМ № 139
температуры при увеличении мощности двигателя
на 1 л. с. наддувом. На фиг. 29 показано влияние
продувки при работе двигателя на бедной, а
фиг. 30 — на богатой смеси.
При работе двигателя на бедных смесях макси-
мальное полученное снижение температуры клапа-
нов составляет 45° С при степени продувки ф = 1,31
(определенное с учетом повышения мощности).
Двигатель работал при этом с ps=1200 мм рт. ст.
И с перекрытием фаз 8=160° (фиг. 30). При пере-
крытии 8=120° и /<18=1200 мм рт. ст. (ф = 1,14)
снижение температуры клапанов составля.) о 25° С
(с поправкой на мощность), что эквивалентно
уменьшению коэфициента избытка воздуха пример-
но на 0,1 или понижению давления наддува на
100 -130 мм рт. ст. При меньших перекрытиях фаз
я давлениях наддува температура клапанов замет-
но не изменялась.
Эффективность охлаждения клапанов у двига-
теля, работавшего на богатых смесях, значительно
меньше. Так, при ф = 1,31 (что соответствует упо-
мянутому уже случаю— = 1200 мм рт. ст. и
S=il60°) понижение температуры составило всего
25° С (с поправкой на мощность), а при
Рк =1200 мм рт. ст. ,и 8=120°, что' соответствовало
Ф = 1,14, даже с поправкой на мощность темпера-
тура клапанов уже совсем не уменьшается.
Данные фиг. 29 позволяют заключить, что при
работе двигателя на богатых смесях заметное по-
нижение температуры клапанов начинается при
степени продувки не меньше 1,20. При меньшей
продувке понижения температуры клапанов нет и
даже, более того, заметна тенденция к ее по-
вышению. Последнее можно объяснить догора-
нием продуктов неполного сгорания в зоне выпуск-
ного клапана при поступлении продувочного воз-
духа.
Явление это вполне возможно при работе дви-
гателя на богатых смесях, когда в продуктах сго-
рания имеется большое количество окиси углерода
и водорода. При работе двигателя с коэфициентом
избытка воздуха 0,70 количество окиси углерода
составляет примерно' 10°/о, а водорода около 9%.
Испытания Для экспериментального подтвержде-
ния существования подобного догорания не произ-
водились.
Результаты этих испытаний позволяют также
сделать несколько общих выводов:
а)	понижение температуры выходящих газов при
продувке, отмечаемое термопарой в выпускном
коллекторе, в несколько раз больше понижения
температуры клапанов; так, при понижении темпе-
ратуры клапанов на 45° С температура выходящих
газов уменьшилась на 1'40° С (ем. фиг. 30);
б)	вследствие разной эффективности продувки
на бедных и богатых смесях интенсивность измене-
ния температуры клапанов в зависимости от со-
става смеси при работе двигателя с продувкой зна-
чительно ниже, чем при работе без продувки;
в)	при работе на богатых смесях применение
продувки с соответствующим увеличением мощно-
сти может сопровождаться повышением темпера-
туры выпускных клапанов; так, на фиг. 29 видно,
что при Ас =1200 мм рт. ст. и 8=120° температура
клапанов- повысилась на 20° С по сравнению с ее
величиной при работе без продувки (8=40°).
2.	Влияние впрыска воды
Известно, что одним из способов избежания де-
тонации при кратковременном увеличении мощно-
сти авиационного двигателя является впрыск воды.
Впрыск воды сопровождается значительным пони-
жением температуры газов в процессах сгорания и
расширения, что- приводит к уменьшению темпера-
туры деталей цилиндровой группы, в том числе и
выпускных клапанов. Однако эффективность воз-
действия впрыска воды на температурное состоя-
ние клапанов до настоящего времени еще не была
установлена.
Для выяснения этого вопроса был проведен ряд
испытаний с впрыском воды в цилиндр и во всасы-
вающий патрубок.
Для впрыска воды была смонтирована специаль-
ная система, включавшая одноплунжерный насос
Б-11 и форсунку ЗФБ, которая устанавливалась на
цилиндре двигателя или на впускном патрубке.
Распылитель форсунки подбирали и устанавливали
таким образом, чтобы при впрыске воды во впуск-
ной патрубок водяной факел направлялся по по-
току воздуха, поступающего в цилиндр. При уста-
новке форсунки в свечном отверстии цилиндра в
одном случае факел направляли так, чтобы вода
Фиг. 31. Схема установки форсунки для впрыска воды
(или топлива) на выпускной клапан.
не попадала на клапан, а в другом случае воду
впрыскивали непосредственно на грибок выпуск-
ного клапана (фиг. 31).
Количество впрыскиваемой воды регулировали
перемещением рейки насоса и определяли при по-
Количество воды, впрыскиваемой во всасываю-
щий патрубокув % к часовому pacxoSy топлива
Фиг. 32. Влияние впрыска воды во впускной пат-
рубок.
Режим: е=6,0; п- 2150 об/мин,- pft=1000 мм рт. ст.; <;.=60° С.
мощи штихпробера. Испытания проводили на по-
стоянном режиме при переменном количестве
впрыскиваемой воды, которое изменялось от 0 до
60—65% от расхода топлива (по весу). Все осталь-
ные параметры работы двигателя в течение испы-
тания оставались неизменными.
На фиг. 32 даны результаты испытаний при
впрыске воды во впускной патрубок (в такте впу-
18
ска), которые показывают, что температура вы-
пускного клапана (с нормальным заполнением
натрием) при впрыске 30% воды понизилась на
19РС, а при подаче 50% воды — на 31' С, что
эквивалентно эффекту от понижения коэфициента
избытка воздуха почти на 0,1.
На фиг. 33 показано^ изменение температуры кла-
пана при впрыске воды в цилиндр двигателя в так-
те сжатия. Водяной факел был направлен так, что
частицы воды не попадали непосредственно на кла-
пан. Понижение температуры в этом случае не-
сколько больше, чем при впрыске воды во впускной
патрубок. Так, при впрыске 30°/о воды понижение
температуры составило 24° С {против 19° С) и при
впрыске 50% воды достигло' 37° С (против 31° С).
Наибольшее понижение температуры было' полу-
чено при впрыске воды в цилиндр на грибок клапа-
на (фиг. 34). При этом (так как эксперименты про-
изводили лишь с одним распылителем, то получен-
ные результаты, повидимому, не являются наилуч-
шими) можно ожидать, что подбор формы факела и
давления впрыска позволит иметь еще более низ-
кие температуры. Данные фиг. 34 показывают, что
в этом случае понижение температуры достигло
при впрыске 30% воды 48° С (против соответствен-
но 19 и 24° С в предыдущих случаях), а при впры-
ске 50% воды —68° С, что равносильно эффекту
от понижения коэфициента избытка воздуха 0,15—
0,20.
Фиг. 33. .Влияние впрыска воды в цилиндр в
такте сжатия.
Режим: в-=6Л; я=2150 об/мнн; /?д.=1С00 мм рт. ст.; ^=60° С.
При впрыске воды . на выпускной клапан, как
видно на фиг. 34, не отмечается заметного пониже-
ния мощности или увеличения удельного расхода
топлива. Поэтому можно, полагать, что в этом
случае вода испарялась, главным образом, за счет
тепла, отнимавшегося от выпускного клапана.
Эффект от впрыска воды получается тем боль-
ше, чем выше исходное температурное состояние
клапанов. Этот довольно очевидный вывод под-
тверждается опытами с впрыском воды во впуск-
3*
ной патрубок (см. фиг. 31), при которых на двига-
теле были смонтированы различные выпускные
клапаны; один с нормальным наполнением натри-
ем, а другой — без натрия, что повышало его тем-
пературу на 200р С.
Результаты испытаний показывают, что пониже-
ние температуры клапана без натрия (температура
которого достигла 800° С) примерно в два раза
больше понижения температуры нормального кла-
пана при одинаковом количестве впрыскиваемой
Фиг. 34. Влияние впрыска воды на клаиан.
Режим: е=6^0 п=2150 об/мин; pft=1000 мм рт. ст.; ^==60° С-
воды. Так, при впрыске 50%, воды понижение тем-
пературы клапана' без натрия составило' 65° С про-
тив 31° С для нормального.
Следует, однако, отметить, что практическое при-
менение впрыска воды на клапаны связано с труд-
ностями, так как оно требует довольно сложного
дополнительного оборудования.
3.	Влияние впрыска топлива
При непосредственном впрыске топлива в ци-
линдр двигателя форсунку можно' спроектировать
и расположить на головке цилиндра так, что боль-
шая часть топлива будет направлена на сфериче-
ские поверхности выпускных клапанов. При этом
температура клапанов будет понижаться, ибо от
них будет отбираться тепло,, затрачиваемое на
испарение топлива.
Для выяснения эффективности подобного спосо-
ба охлаждения клапанов были проведены специ-
альные испытания, при которых в головке цилинд-
ра была установлена дополнительная форсунка,
через которую топливо впрыскивалось на грибок
выпускного клапана (см. фиг. 33). Подача топлива
через эту форсунку составляла 50% общего расхо-
да, а остальное топливо поступало в двигатель че-
рез другую форсунку обычного типа.
Испытания проводили в следующем порядке:
первоначально снимали контрольную характери-
стику по составу смеси с нормальной подачей топ-
лива в двигатель в диапазоне изменения а=0,б4-1,0
19
(показанная на фиг. 35 сплошными линиями); пос-
ле этого снимали вторую такую же характеристи-
ку, но с впрыском 50% топлива на выпускной кла-
пан (пунктирные линии). Сопоставление обоих ха-
рактеристик показывает, что на всем диапазоне из-
менения состава смеси температура выпускного
клапана значительно понизилась. При этом в ра-
бочем диапазоне (а=0,64-0,9) падение температу-
ры составляет 35° С, а в области бедных смесей
юно доходит до 50'—-55° С.
Важно отметить, что в рабочем диапазоне изме-
нения состава смеси мощность и удельный эффек-
тивный расход топлива остались неизменными.
В области бедных смесей (а=0,954-1,03) отмеча-
ются заметное уменьшение мощности и ухудшение
экономичности двигателя.
Результаты этого, как и нескольких других испы-
таний, показывают, что надлежащим подбором ха-
рактера впрыска возможно без ухудшения данных
двигателя значительно понизить температуру вы-
пускных клапанов.
Преимуществом подобного понижения темпера-
туры клапанов является то, что этот способ не тре-
бует никакого дополнительного оборудования, а
лишь специальной конструкции распылителя у
форсунки. При этом эффективность охлаждения
получается весьма значительной. Так, в рассмот-
Фиг. 35. Влияние впрыска топлива на клапан
(в количестве 50% от общего расхода).
Режим: е=6,0; «=2150 об/мин;р^,=1000 мм рт. ст.; ^=60° С.
репном выше случае (см. фиг. 35) полученное пони-
жение температуры соответствует эффекту от
уменьшения коэфициента избытка воздуха на 0,1,
которое было бы связано с увеличением удельного
расхода топлива, примерно, на 40—50 г/л. с. ч.
4.	Влияние заполнения клапана натрием
На фиг. 36 показана зависимость температуры
выпускного клапана от количества натрия, запол-
няющего его внутреннюю полость. За 100% приня-
то количество натрия, находящегося в нормальном
серийном клапане (55'% по объему полости).
Диаграмма показывает, что дальнейшее увели-
чение заполнения клапана натрием не приведет к
значительному снижению его температуры. Сле-
дует также отметить, что ошибки в заполнении на-
трием могут дать большое повышение температуры
Фиг. 36. Зависимость температуры выпускного
клапана от степени заполнения его натрием.
Режим: £=6,0; «=2150 об/мин; pft=1000 мм рт. ст.; /^=120° С;
а=0,9.
клапана. При полном отсутствии натрия температу-
ра клапана поднялась на 230°С по сравнению с
нормальными условиями работы и достигла 810° С.
НЕКОТОРЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.	Влияние детонации на температурное
состояние выпускных клапанов
Влияние детонации на температурное состояние
клапанов представляет интерес, так как связано с
вопросом о эксплоатации мотора при легкой дето-
нации. Испытания, относящиеся к этому разделу,
заключались в снятии характеристик по октаново-
му числу топлива или, иначе говоря, характеристик
по интенсивности детонации.
'Порядок испытаний заключался в следующем.
Двигатель все время работал на строго постоянном
режиме: рк =954 мм рт. ст., «=2150 об/мин.,
а=0,995 и 4 =60° С.
Давление наддува было подобрано таким обра-
зом, что на топливе с октановым числом 92 двига-
тель работал с легкой детонацией, которая соот-
ветствовала цифре 14 по условной шкале индика-
тора детонации ИД-2. После этого двигатель был
переключен на работу сначала на топливо с окта-
новым числом 91, а затем с 90, причем интенсив-
ность детонации возросла соответственно до 19 и
33 по шкале индикатора детонации. Последняя
точка была получена при работе двигателя па то-
пливе с октановым числом 94. В этом случае, судя
по характеру выхлопа, детонация отсутствовала, а
индикатор детонации показывал цифру 9.
Результаты подобных испытаний, приведенные
на фиг. 37, показывают, что в рассматриваемом
диапазоне изменения интенсивности детонации
температура, выпускных клапанов практически
оставалась постоянной. Во время испытаний лишь
иногда, при быстро следующих друг за другом
сильных детонационных стуках, отмечалось вре-
менное повышение температуры клапанов на 5—
15° С.
Следует отметить, что при этих испытаниях све-
чи были специально расположены со стороны
20
напускных клапанов с целью увеличения вероятно-
сти образования детонационной зоны у выпускных
клапанов. Кроме того, выпускные клапаны имели
повышенный температурный режим (один клапан
был без заполнения натрием, а другой имел ли1шь
25'% от нормального наполнения).
Отсутствие повышения температуры выпускных
клапанов при работе двигателя с довольно' сильной
детонацией, несмотря на расположение детона-
ционной зоны вблизи них, может быть объяснено
понижением температуры выходящих газов. Как
известно, это понижение температуры газов сопут-
ствует детонации и вызывает уменьшение нагрева
клапанов в течение выпуска. Кроме того, циклы с
Фиг. 37. Характеристика по октановому числу
топлива.
Режим: е=6,1; «=2150 об/мин; р^=954 мм рт. ст.; /?«=60° С.
детонацией разделены большим числом циклов с
нормальным сгоранием, так что их влияние на тем-
пературу клапанов относительно невелико.
2.	Влияние температуры выпускных клапанов
на детонацию в двигателе
Влияние температуры выпускных клапанов на
детонацию в моторе может быть установлено срав-
нением Детонационных характеристик, снятых при
работе с клапанами, имеющими резко различное
температурное состояние вследствие удаления из
них натрия [10]. На фиг. 3 показаны детонацион-
ные характеристики, полученные при работе дви-
гателя с нормальными клапанами и с клапанами
без заполнения натрием.
Как видно, температура выпускного клапана без
натрия превышает в среднем на 180рС темпера-
туру клапана с нормальным заполнением. Такое
повышение температуры клапанов потребовало
снижение допускаемого (из условия постоянной
интенсивности детонации) давления наддува на
135 мм рт. ст. Следовательно, повышение темпера-
туры выпускных клапанов на 20° С снижает допу-
скаемое давление наддува на 15 мм рт. ст.
3.	Влияние теплопередачи за процесс
выпуска на температуру выпускных клапанов
Большие трудности и по существу практическая
невозможность расчета температурного состояния
выпускных клапанов делают целесообразным хотя
бы приближенное экспериментальное определение
влияния теплопередачи за отдельные такты на их
температуру.
Фиг. 39. Характеристика по составу смеси при
выпуске через два клапана и через один клапан.
Режим: е=6Л; гг-=2150 об/мин; /^«=60° С.
Очевидно, что весьма существенным фактором,
увеличивающим приток тепла к выпускным кла-
панам, является огромная скорость истечения га-
зов в период выравнивания давления, достигающая
600—700 м/сек.
21
Для оценки влияния этого фактора были прове-
дены следующие испытания. При работе экспери-
ментального двигателя с нормальным выпуском
была снята характеристика по составу смеси при
давлении наддува 1000 мм рт. ст. После этого вы-
пускной канал одного1 (заднего) выпускного клапа-
на был заглушен специальным фланцем, а в ка-
нал помещена чугунная отливка такой формы, что-
бы оставшийся свободный объем был весьма ма-
лым (фиг. 38).
В дальнейшем снимали вторую характеристику
по составу смеси, причем давление наддува подби-
рали так, чтобы сохранить тот же расход воздуха
через двигатель, что и при первом испытании. При
этом выпуск осуществлялся через один выпускной
(передний) клапан. Задний клапан открывался и
закрывался как обычно, но выпуска через него не
происходило, и в открытом состоянии (в течение
выпуска) он омывался продуктами сгорания, имев-
шими небольшую скорость (вихревого- движения в
камере сгорания). Условия отвода тепла от этого
клапана не изменились, так как конвекционная
теплопередача от его головки к направляющей не
была нарушена.
Результаты испытаний (фиг. 39) показывают, что
повышение температуры переднего клапана соста-
вило около 100° С, а понижение температуры зад-
него клапана — в среднем 55° С. Те же данные бы-
ли получены и при других испытаниях с исходным
давлением наддува рк =800 мм рт. ст.
Эти испытания показывают большое влияние вы-
пуска на температуру клапана и возможное ее по-
нижение при переходе от головки цилиндра с одним
выпускным клапаном к головке с двумя клапанами.
ГЛАВА III
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ И ВЫВОДЫ
ФОРСИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРОВОЙ мощности,
РЕЖИМ РАБОТЫ И ТЕМПЕРАТУРА ВЫПУСКНЫХ
КЛАПАНОВ
Изложенные выше результаты исследования тем-
пературного состояния выпускных клапанов позво-
ляют сделать некоторые обобщения и высказать
предположения о затруднениях, которые могут по-
явиться при дальнейшем значительном форсирова-
нии цилиндровой мощности поршневых двигателей,
для которых в настоящее время применяют сверх-
высокий наддув.
Успехи советских металлургов [21], открывших
новые жароупорные сплавы для выпускных клапа-
нов, позволяют надеяться, что можно будет создать
выпускные клапаны, выдерживающие температуру
порядка 900° С.
Есть основание полагать, однако, что при темпе-
ратуре выпускных клапанов, значительно меньшей
900° С, возникнет затруднение, которое не позво-
лит форсировать мощность двигателя обычным пу-
тем, т. е способами, при которых температурное
состояние клапанов повышается.
Во время испытаний с клапанами, имевшими по-
вышенный температурный режим (клапаны без на-
трия), было отмечено, что при достижении темпе-
ратуры клапанов около 830° С двигатель, как пра-
вило, начинал работать с калильным зажиганием.
Воспользовавшись полученной эксперименталь
ной зависимостью температуры выпускных клапа-
нов от давления наддува, можно определить для
исследованного двигателя примерный наддув, при
котором может возникнуть преждевременное вос-
пламенение смеси.	1
Экстраполяция экспериментальных данных пока-
зывает, что при наддуве 3000 мм рт. ст. и коэфици-
енте избытка воздуха 0,9 выпускные клапаны ис-
следуемого двигателя будут иметь температуру
850° С, что превышает температуру возникновения
калильного зажигания.
Температура клапанов на рассматриваемом дви-
гателе, повидимому, относительно ниже, чем на не-
которых других двигателях (особенно- воздушного
охлаждения). Поэтому предельный наддув для дру-
гих двигателей может быть еще меньше.
Работа двигателя с калильным зажиганием, вы-
зывающим преждевременное воспламенение смеси,
недопустима в эксплоатации, так как, помимо по-
тери мощности, может вызвать ряд механических
повреждений. 1
Таким образом температура выпускных клапа-
нов, вызывающая преждевременное воспламенение
смеси, может явиться тем пределом, при котором
дальнейшее повышение мощности будет -целиком
зависеть от возможности снижения или хотя бы
сохранения -неизменным температурного состояния
клапанов.
Если температура выпускных клапанов, вызы-
вающая преждевременное воспламенение смеси,
может явиться пределом форсирования в будущем,
то и в настоящее время максимально допустимый
наддув снижается из-за наличия в камере сгорания
раскаленных поверхностей клапанов \
Связь между температурой выпускных клапанов
и возможностью форсирования мощности делает
целесообразным использование экспериментальных
данных для получения общей эмпирической зависи-
мости, позволяющей находить- изменение темпера-
турного состояния клапанов при последовательных
модификациях двигателей.
Форсирование мощности существующего двига-
теля обычно достигается двумя путями: повышени-
ем давления наддува и увеличением числа обо-
ротов.
Очевидно, что в общем случае при форсировании
мощности могут изменяться также следующие па-
раметры работы Двигателя: степень сжатия, коэфи-
циент избытка воздуха, температура воздуха на
впуске, температура охлаждающей жидкости.
В случае установки турбокомпрессора или -реактив-
ных патрубков изменяется также и противодавле-
ние на выпуске.
На основании полученных экспериментальных
данных зависимость температуры выпускного кла-
пана от режима работы двигателя (при постоянном
1 Выше было указано, что при повышении температуры
клапанов на 20° С допускаемое давление наддува понижается
на 15 мм рт. ст.
22
опережении зажигания) выражается следующим
эмпирическим уравнением:
^л-4ло+2ОО^+О,О5-Дп-15.Дг +
РкО
4- [(0,85—«0) 1000+300] Да+0,1-Д^+
+0,35 -Д^л+0,04 -\Рр,
где £кл0 и tKa—исходная и конечная температуры
клапана:
А о и ^Ри—давление наддува и его приращение;
Дп—приращение количества оборотов
в минуту;
Де—приращение степени сжатия;
aG и Да—коэфициент избытка воздуха и его
приращение;
\th—приращение температуры посту-
пающего воздуха;
Д£охл-—приращение температуры охлаж-
дающей воды;
крр—приращение противодавления на вы-
пуске, мм рт. ст.
В этом уравнении величина приращения опреде-
ляется вычитанием из нового значения параметра
его исходной величины.
Полученные соотношения позволяют также сопо-
ставить температуру выпускных клапанов при ра-
боте двигателя на различных режимах. Так, для
одного из двигателей AM было найдено, что на
поминальном режиме температура клапанов на
40° С ниже, чем на взлетном, а на эксплоатацион-
ном режиме — на 20° С ниже, чем на номинальном.
ВОЗМОЖНОСТИ ФОРСИРОВАНИЯ мощности
ПРИ ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ВЫПУСКНЫХ
КЛАПАНОВ
Как уже упоминалось ранее, во многих случаях
форсирования двигателя имеет существенное значе-
ние температурное состояние выпускных клапанов.
Поэтому целесообразно рассмотреть некоторые
практические возможности повышения мощности
при сохранении постоянной температуры выпуск-
ных клапанов.
Повышение температуры клапанов при форсиро-
вании мощности наддувом можно компенсировать
соответствующим снижением ее путем обогащения
смеси. На фиг. 40 показаны данные двигателя, по-
лучаемые при этом условии. Эти данные явились
результатом совмещения характеристик по соста-
ву смеси при различных давлениях наддува и со-
поставления точек, относящихся к одинаковой тем-
пературе выпускных клапанов (взятой через 25° С).
На фиг. 40 видно; что путем постепенного обога-
щения смеси от а—0,75 до а = 0,55 и соответствую-
щего повышения наддува можно, сохраняя темпе-
ратуру клапанов постоянной, увеличить мощность
примерно на 6О°/о. При этом удельный расход топ-
лива в результате обогащения смеси повысится на
90—100 г/л. с. ч.
Известно, что увеличение степени сжатия пони-
жает температуру выпускных клапанов. Однако
влияние степени сжатия невелико: так, при повы-
шении ее от 5,5 до 7,0 давление наддува при по-
стоянной температуре клапанов может быть уве-
личено лишь на 100 мм рт. ст. Помимо’ малой эф-
фективности, этот метод понижения температуры
клапанов вряд ли может иметь сколько-нибудь серь-
езное практическое значение, так как ограничения,
накладываемые склонностью топлива к детонации,
заставляют при форсировании двигателя скорее по-
нижать степень сжатия, чем ее увеличивать.
Ранее уже отмечалось, что возможности натрие-
вого охлаждения выпускных клапанов в настоящее
время почти полностью исчерпаны. Поэтому даль-
нейшее понижение температуры клапанов кон-
структивными мероприятиями требует принципи-
ально новых решений, которые в настоящее время
указать затруднительно’. В результате применение
сверхвысоких наддувов потребует использования
всех способов дополнительного охлаждения вы-
пускных клапанов, из которых три были рассмотре-
ны в предыдущей главе.
Сравнивая эти три способа (продувку камеры
сгорания, впрыск воды во впускной патрубок и
Фиг. 40. Зависимость данных двигателя от состава
смеси при сохранении постоянной температуры вы-
ходящих клапанов изменением давления наддува.
Режим: е=6,0; «=2100 об/мин; ^=60° С.
впрыск воды или топлива в цилиндр двигателя на
головку выпускных клапанов) с точки зрения эф-
фективности охлаждения выпускных клапанов, а
также конструктивной и эксплоатационной целесо-
образности их практического применения, следует
признать наиболее заслуживающим внимания
охлаждающий эффект струи топлива.
Как уже отмечалось (см. фиг. 35), подача 50в/о
топлива на выпускной клапан привела к пониже
нию его температуры на 35—50° С, не отразившись
на мощности и экономичности двигателя. Такое па-
дение температуры позволяет повысить давление
наддува примерно на 300 мм рт. ст. (в условиях,
когда температура выпускных клапанов является
лимитирующим фактором) и эквивалентно умень-
шению температуры клапанов путем понижения
коэфициента избытка воздуха более, чем на 0,1
(что сопровождается увеличением удельного расхо-
да топлива более, чем на 50 г/л. с. ч.). Преимуще-
ством этото способа дополнительного охлаждения
клапанов является также его относительная про-
стота.
23
Продувка камеры сгорания для существенного
снижения температуры клапанов требует слишком
большого расхода воздуха и эту меру нельзя ре-
комендовать как специальный способ охлаждения
клапанов.
Впрыск воды наиболее эффективно понижает
температуру выпускных клапанов при подаче воды
в цилиндр двигателя на клапан. Недостатком этого
способа является необходимость специального обо-
рудования (насос, форсунки) и запаса воды на са-
молете. Тем не менее, применение этого способа не
исключено, особенно^ если учесть возможность его
использования и для дополнительного охлаждения
поршней.
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
К ВЫПУСКНЫМ КЛАПАНАМ
Очевидно, что средняя температура (за цикл)
в центре грибка выпускного клапана, определяв-
шаяся при испытаниях, является функцией потока
тепла через днище клапана. Полученные законо-
мерности изменения температуры являются след-
ствием соответствующего изменения этого потока
тепла, так как условия отвода тепла от днища кла-
пана в охлаждающую воду были постоянными (за
исключением случаев изменения числа оборотов
и температуры охлаждающей воды).
Теплопередача к днищу клапана в течение про-
цессов наполнения, сжатия и расширения ничем не
отличается от теплопередачи к другим участкам
поверхности камеры сгорания. В течение выпуска
теплопередача к клапану имеет особый характер,
что не позволяет применить обычные расчетные
формулы для определения суммарного’ потока
тепла в головку клапана.
Однако поскольку теплопередача за процесс
расширения является одним из решающих факто-
ров, определяющих общий поток тепла, то можно
предполагать существование определенных зави-
симостей между характером этого процесса и тем-
пературой выхлопных клапанов.
1. Влияние температуры и давления газа за процесс
расширения на температуру выпускных клапанов
Для приближенного определения связи между
средней температурой газов в процессе расшире-
ния и температурой выпускных клапанов можно
рассмотреть изменение этих температур при рабо-
те двигателя с переменным коэфициептом избытка
воздуха.
Характеристика по составу смеси в данном слу-
чае особенно удобна, так как в этом случае расход
воздуха и давления за цикл изменяются незначи-
тельно по сравнению с изменением температуры га-
зов в течение расширения (включая и расширение
при выпуске).
Для определения изменения средней температу-
ры газа за процесс расширения предварительно'
подсчитывали истинные его температуры. Опреде-
ление этих температур производилось по индика-
торным диаграммам, полученным на аналогичном
двигателе [31], при помощи характеристического
уравнения (расходы воздуха и топлива через дви-
гатель были известны):
'Р _
х~ GR ’
где Тх—температура газа в рассматриваемый
момент, ° К;
рх и vx—давление и объем газов в рассматри-
ваемый момент;
G—вес газов, находящихся в цилиндре;
R—-газовая постоянная для продуктов сго-
рания.
Из сопоставления данных изменения темпера-
туры клапана и средней температуры газов для
аналогичных режимов было установлено, что отно-
сительное увеличение температуры в обоих случаях
практически одинаково. Поэтому изменение темпе-
ратуры клапанов можно определять по изменению
средней температуры газа, т. е. по уравнению-:
/г
t —t _____Ег₽_
•'кл ГКЛ О .	»
гср О
где tKn о—исходная температура выпускного кла-
пана;
tr —средняя температура газов за процесс
расширения на исходном режиме.
Тем же методом может быть установлена связь
между средним давлением газов в течение цикла
и температурой выпускных клапанов.
Определив среднее значение давления газов за
цикл при различном давлении наддува и сравнив
его изменение с соответствующим изменением
температуры выпускных клапанов, получаем сле-
дующую зависимость:
Gt л 0	\ДсрО /
где £клР—исходная температура выпускного кла-
пана;
рСро—среднее давление газов при исходном
давлении наддува,
2. Влияние расхода воздуха через двигатель
на температуру выпускных клапанов
В формулах теплопередачи от газа к стенкам
цилиндра (Pinkel [22], Ожгихин [30] и др.) опре-
деляющим фактором является часовой расход воз-
духа через двигатель.
Расход может изменяться от давления наддува
или числа оборотов коленчатого вала. В упомяну-
тых работах показано, что изменение теплопере-
дачи в стенки цилиндра двигателя пропорциональ-
но изменению часового расхода воздуха через дви-
гатель и некоторой степени, которая равна 0,56—
0,60 (Ожгихин) или 0,64—0,68 (Pinkel) и не зави-
сит от того, каким из указанных двух способов из-
менялся расход воздуха, Последнее соотношение
указывает на то, что от способа изменения расхо-
да воздуха не зависит и температура стенок ци-
линдра. Для выяснения применимости подобного
заключения и для температуры выпускных клапа-
нов по материалам испытаний были построены ло-
гарифмические анаморфозы зависимости темпера-
туры клапанов от расхода воздуха в случаях из-
менения наддува или числа оборотов.
Экспериментальные точки всех испытаний до-
статочно точно ложатся на прямые линии, что ука-
зывает на существование степенной зависимости
между рассматриваемыми параметрами.
24
На фиг. 41 показано, что между температурой
выпускных клапанов и расходом воздуха при из-
менении давления наддува существует зависи-
мость, выражаемая уравнением:
где т для различных степени сжатия и состава
смеси изменяется в диапазоне 0,32—0,36,
Фиг. 41. Логарифмическая анаморфоза зависимости
температуры выпускных клапанов от расхода воз-
духа при изменении давления наддува (для различ-
ных значений е и а).
Рассмотрение диаграммы для случая изменения
числа оборотов (фиг. ’42) показывает, что и здесь
точки хорошо ложатся на прямую линию, наклон
которой 0,20. Таким образом зависимость темпера-
туры клапанов от расхода воздуха при изменении
числа оборотов может быть выражена предыду-
щим уравнением при т=0,20.
Существенная разница между показателями ш
при изменении давления наддува или числа оборо-
тов, повидимому, является следствием особых усло-
вий охлаждения клапанов. Действительно, при по-
вышении давления наддува условия охлаждения
клапана остаются неизменными; при увеличении
Фиг. 42. Логарифмическая анаморфоза зависимости
температуры выпускных клапанов от расхода воздуха
при изменении числа оборотов (для различных а).
числа оборотов циркуляция натрия в клапане ста-
новится более интенсивной, что улучшает перенос
тепла от грибка клапана в направляющую.
Таким образом из соображения минимального
повышения температуры клапанов форсиро-
вать мощность двигателя выгоднее путем
увеличения числа оборотов, чем дав-
ления наддува^.
ВЫВОДЫ
1.	Наиболее сильное влияние на температуру
выпускных клапанов оказывает коэфициент избыт-
ка воздуха. Температура клапанов повышается при
обеднении:	>
а=0,6—0,7	. . . на 50 ° С
а=0,7—0,8........„	40°C
а=0,8—0,9.......... 30 ° С
Максимальная температура получается при
а=0,97—4,0.
Анализ результатов испытаний показывает, что
температура выпускных клапанов изменяется при-
мерно пропорционально средней температуре газа
в течение расширения.
2.	Температура выпускных клапанов повышает-
ся при увеличении угла опережения зажигания.
Этот результат, противоречащий общепринятому
представлению, объясняется доминирующим влия-
нием теплопередачи в процессах сгорания и рас-
ширения.
При расположении свечей у выпускных клапанов
температура последних существенно повышается
(примерно на 509С).
3.	Уменьшение степени сжатия двигателя на
единицу сопровождалось повышением температуры
клапанов на 15—17° С.
4.	Увеличение давления наддува на 1% приво-
дит к возрастанию температуры клапанов в сред-
нем на 2° С.
Можно также считать, что при увеличении дав-
ления наддува температура выпускных клапанов
растет пропорционально расходу воздуха черев
двигатель в степени 0,34.
5.	При увеличении числа оборотов двигателя и
сохранении постоянным расхода воздуха за цикл
повышение температуры клапанов составляет 6—
7° С на каждые 100 об/мин. При постоянном дав-
лении наддува и, следовательно, переменном рас-
ходе воздуха за цикл соответствующее повышение
температуры клапанов составляет 5° С.
Можно также считать, что при увеличении числа
оборотов температура клапанов возрастает пропор-
ционально расходу воздуха в степени 0,2.
6.	На основании предыдущих пунктов очевидно,
что форсирование мощности двигателя повышением
числа оборотов сопровождается меньшим повыше-
нием температуры клапанов, чем аналогичное уве-
личение индикаторной мощности путем повышения
давления наддува.
7.	Изменение температуры воздуха на впуске
при постоянном давлении наддува практически не
отражается на температурном состоянии клапанов.
8.	Изменение температуры охлаждающей жидко-
сти оказывает заметное влияние на температуру
выпускных клапанов; при этом с повышением тем-
пературы охлаждающей воды на 30° С температура
клапанов увеличивается на 10° С.
4 Труды ЦИАМ № 139
25
9.	При изменении давления в выпускном реси-
вере .на 100 мм рт. ст. температура выпускных кла-
панов изменяется примерно на 4° С.
10.	Продувка камеры сгорания дает заметное
понижение температуры выпускных клапанов лишь
в тех случаях, когда она весьма значительна (сте-
пень продувки свыше 1,20).
При малом расходе воздуха на продувку и 'ра-
боте двигателя на богатых смесях отмечается неко-
торое повышение температуры клапанов, которое
можно, невидимому, объяснить дожиганием газов
в цилиндре.
11.	При предельно высокой температуре клапа-
нов наиболее рациональным способом дополнитель-
ного их охлаждения следует признать направление
части впрыскиваемого топлива на клапаны. До-
стигнутое этим способом снижение их температуры
было эквивалентно эффекту от обогащения смеси
примерно на 15%, причем .мощность и экономич-
ность двигателя остались неизменными.
12.	Детонация в двигателе в исследованном диа-
пазоне ее интенсивности не оказывала заметного
влияния на температуру выпускных клапанов.
Повышение температуры выпускных клапанов на
20° С снижает максимально, допустимый по усло-
виям детонации наддув примерно на 15 мм рт. ст.
13.	Разработанная методика применения термо-
электрического способа определения температуры
выпускных клапанов на работающем двигателе
оказалась .вполне работоспособной и пригодной
для соответствующих исследований.
14.	Изложенные выше результаты испытаний в
основном относятся к условиям работы выпускных
клапанов на двигателях семейства AM при темпе-
ратуре клапанов 500—600° С. Поэтому применять
полученные данные к клапанам других двигателей
можно лишь с известной осторожностью.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Banks F. R, Valve and valve seat. Technique for automo-
bile and Aero Engines. JAE, 1938, XII, vol. 7, № 3, p. p.
32 - 63.
2.	Джодж A. В., Испытание быстроходных двигателей
внутреннего сгорания, Госмашмети (дат, 1934.
3.	Colwell А. Т., Modern valves for Aviation engines. S AE J.,
1940. vol. 46, № 4.
4.	Орлов П. И., Конструкция авиационных двигателей,
Оборонгиз, 1940.
5.	Химушин Ф. Ф., Ж(роупорные стали для авиацион-
ных двигателей, Оборонгиз, 1912.
6.	Hiwes Е. W. and Smith F. L., High output aircraft engines.
SAE J., 1940, vol. 46, № 3„ p. p. 106— 18.
7.	Пай Д. P., Авиационные двигатели, ч. I и II, Оборонгиз,
1940.
8.	Banks F. R. Some problems of modern high — duty aero-
engine and their fuels. J. of the Inst, of Petroleum Techno-
logist, 1937, vol 23, p. p. 63 — 177.
9.	Banks F. R., Перспективы развития авиамоторных ус-
танов ж. Обзорный бюллетень ЦИАМ 1946, № 1 — 2,
стр. 1 (реферат доклада).
10.	Fed den А. Н. R., Aircraft power plant past and future.
J. RAS, Oct. 1944, № 406, vol. 18. p. p. 3899 - 400.
11.	Kettering C. F., Fuels and Engines for Higher power
and greater efficiency, SAE J. June, 1945, vol. 53, № 6,
p. p. 352 - 357
12.	Colwell A, T., The trend in poppet valves. SAE J. July
1939, vol. 45, .V» I, p. p, 295 — 304.
13.	W i 11 i s E. J. and Anderson R. G., О perating tempera -
tures and stresses of aluminium aircraft engine parts. SAE
J. 1944, vol. 52, № I, p. p. 29 — 36.
14.	Фридман А. Б. и Подольский И. П., Поводка
клапанов и превращения клапанных сталей. „ТВФ* № 7,
1937. стр. 70 - 84.
15.	К у л ь б у ш Г. (J.. Электрические пирометры, ОНТИ.1932.
16.	Meier A., Messiing schnellveranderlicher Zylinderwand-
temperaturen Forschung auf dem Gebiete des Ing. Wes.,
1939 Bd. 10, № 1, s. s. 42 — 54.
17.	Eichelberg G., Some new investigation on old combu-
stion engine problems. Engineering, 1939, vol. 148, № 3850
—3853.
18.	Glaser W., Messung der Kolbentemperature am laufenden-
Motor, Luftwissen, 1943, Bd. 10, № 2, p. p. 44—48. Перевод
ЦИАМ № 4923.
19.	Круг К. А., Основы электротехники, изд. IV, ОНТИ,
1939.
20.	Таланов Л. Б., Охлаждение и смазка авиационного дви-
гателя, Госвоениздат, 1933.
21.	Акимов Г. В. и Киселев А. А., Металловедение
клапанного узла авиационного мотора, новый принцип
улучшения его работы в связи с проблемой повышения
мощности, Оборонгиз, 1946.
22.	Р i п k е 1 В., The Heat — Transfer Processes in Air Cooled
engines, J. Aeron. Sci. 1937, vol. 4, № 10, p. p, 403 — 410.
23.	Лебедев Б. П., Продувка камеры сгорония четырех-
тактного авиационного двигателя, 1946 г. „Труды ЦИАМ“
№ 106.
24.	Соколик А., Гор ние и детонация в газах, ГТТИ, 1934
25.	Масленников М. М , Сгорание и детонация, Госмаш-
метиздат, 1933.
26.	Масленников М. М., Авиационные двигатели, ч. 1.,
Оборонгиз, 1946.
27.	Бугров Е. П., Зайкин А Е. и др., Теория авиацион-
ного двигателя, Оборонгиз, 1940.
28.	Нуссельт В., Теплообмен в двигателях внутреннего
сгорания. Сборник „Успехи современного дизелестрое-
ния“, Ленинград, 1924.
29.	Брилинг И. Р., Исследование рабочего процесса и те-
плопередачи в двигателе дизель, Госнаучтехиздат, 1931.
30.	Ожгихин Н. Т., Теплопередача в стенки цилиндра
авиационного двигателя, Труды ВВА КА, вып. № 79,
1941.
31.	Залога Б. Д„ К вопросу о точности определения инди-
каторных параметров двигателя, Труды ЦИАМ, № 105,
1946.
I
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение..............•............................ 1
Глава I. Методика измерения температуры выпускных
клапанов .....	.	  3
Способы измерения температуры................. 3
Испытания измерительной аппаратуры на дви-
гателе ................................... 8
Глава II. Экспериментальное исследование и его резуль-
таты .........................................  9
Экспериментальная установка и методика испы-
таний .................................... 9
Результаты основных испытаний. Зависимость
температуры клапана от условий работы двига-
теля .................................... 11
Стр.
Эффективность некоторых способов дополнитель-
ного охлаждения клапанов..................17
Некоторые дополнительные исследования ....	20
Глава III. Анализ результатов испытаний и выводы . . 22
Форсирование цилиндровой мощности, режим ра-
боты и температура выпускных клапанов ...	22
Возможности форсирования мощности при по-
стоянной температуре выпускных клапанов . .	23
Некоторые особенности теплопередачи к выпуск-
ным клапанам............................... 24
Выводы...................•........................ 25
Литература.................................... ...	26
4*