ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01P3/20 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором для улучшения технико-эксплуатационных показателей, в частности, снижения токсичности отработавших газов путем уменьшения зазора в сопряжении цилиндр-поршень, применен составной поршень, днище поршня изготовлено из такого же металла, что и блок цилиндров, для получения одинакового коэффициента термического расширения [1].

Недостатком такого решения является то, что при разных температурных условиях работы цилиндра и поршня, зависящих от режима работы двигателя, особенно в периоды принятия и сброса нагрузки не может обеспечить равенство температур поршня и цилиндра.

Известен ДВС, содержащий блок цилиндров с рубашкой охлаждения блока, насос подачи охлаждающей жидкости, исполнительное устройство в контуре охлаждения блока и контур смазки поршня, датчики температуры охлаждающих и смазывающих сред и блок управления, причем датчики температуры и исполнительные устройства подключены к блоку управления [2]. В известном устройстве поддерживается общее тепловое состояние двигателя путем регулировки температурных параметров охлаждающих и смазывающих сред.

Также известен ДВС, содержащий по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи охлаждающей жидкости, исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре двигателя, блок управления, причем датчик температуры цилиндра и исполнительное устройство, подключены к блоку управления, и контур охлаждения поршня, включающий полости охлаждения поршня и устройство для подачи в них охлаждающей жидкости [3].

В известном устройстве поддерживается заданная температура внутренней поверхности цилиндра, однако не обеспечивается поддержание оптимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень.

Цель - поддержание оптимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень.

Поставленная цель достигается тем, что ДВС, содержащий по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре, исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, блок управления, причем датчик температуры и исполнительное устройство подключены к блоку управления, и контур охлаждения поршня, включающий полости охлаждения поршня и устройство для подачи в них охлаждающей среды, двигатель снабжен датчиком температуры поршня, и дополнительным исполнительным устройством для регулирования расхода охлаждающей жидкости в контуре охлаждения поршня, причем датчик температуры поршня и дополнительное исполнительное устройство подключены к блоку управления.

Датчик температуры может быть установлен на выходе из контура охлаждения поршня.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - вариант выполнения поршня; на фиг. 3 - вариант установки перепускного клапана в контуре охлаждения поршня двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1, установленный в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень 2, контур охлаждения цилиндра, включающий полости 3 охлаждения цилиндра, водяной насос 4, исполнительное устройство 5 и датчик температуры 6, установленный в стенке цилиндра, и контур охлаждения поршня, включающий масляный насос 7, связанный с исполнительным устройством 8, (которое может быть выполнено в виде перепускного золотникового устройства с электромагнитным приводом), снабженным выходным напорным трубопроводом 9 и сливным трубопроводом 10, трубопровод 9 через соединительный штуцер 11 в блоке цилиндров соединен с приемной канавкой 12 поршня,которая сообщена с внутренними полостями 13 охлаждения поршня.

В поршне 2 выполнен канал 14, переходящий в несквозную канавку 15, выполненную на поверхности поршня вдоль его образующей, а в стенке цилиндра 3 выполнено отверстие 16, к которому подключен резервуар 17 (установленный на стенке цилиндра), последний посредством отверстия 16 и канавки 15 связан с полостью 13 охлаждения поршня. В резервуаре 17 установлен датчик температуры 18. Кроме того резервуар 17 снабжен сливной трубкой 19 с выходом в картере 20.

Измерение температуры поршня может быть осуществлено непосредственно (например, установкой датчика на поршне), или косвенно, как описано выше, в этом случае измеритель температуры поршня выполнен в виде датчика температуры охлаждающей жидкости, сливаемой из внутренних полостей охлаждения поршня (фиг. 1).

При длинноходной конструкции двигателя юбка поршня (фиг. 2) выполнена с местным удлинением 21 и канавка 15 имеет продолжение в зоне удлинения юбки. В этом случае измерение температуры охлаждающей жидкости на выходе ее из поршня имеет дискретный характер и соответствует моменту времени, когда датчик 18 температуры омывается охладившей поршень жидкостью.

В случае, когда непрерывный подвод охлаждающей жидкости в полость охлаждения поршня осуществляется по сверлениям в шатуне и коленчатом валу двигателя, контур охлаждения поршня может иметь перепускной клапан 22 для стравливания охлаждающей жидкости в период несовпадения отверстия 16 и канавки 15; клапан 22 может быть включен в контур охлаждения поршня между выходным напорным трубопроводом 9 и сливным трубопроводом 10 исполнительного устройства или иметь свой сливной канал 23 (фиг. 3).

Предпочтительно, чтобы гидравлические сопротивления канала 14, канавки 15, отверстия 16, резервуара 17 и сливной трубки 19 соответственно образовывали бы ряд последовательно увеличивающихся сопротивлений.

Температурные датчики 6 и 18, исполнительные устройства 5 и 8 подключены к блоку управления 24 (например, бортовой компьютер).

Блок 24 содержит ряд преобразователей, в том числе блок корректировки, который учитывает поправки к показаниям датчика 18, как косвенного измерителя температуры (например, поправки на разницу в коэффициентах линейного расширения цилиндра и поршня, теплопотери в материале поршня, износ сопряжений (наработку ДВС) и падение давления в магистрали охлаждающей жидкости, на температуру охлаждающей жидкости на входе ее в поршень).

Кроме того, к блоку управления 24 так же могут быть подключены например, датчик 25 расхода или давления картерных газов, счетчик 26 моточасов, датчики 27, 28 давления и температуры в трубопроводе 9 и 29 аварийного останова двигателя.

Температурные датчики 6 и 18 могут устанавливаться как на все цилиндры (в случае многоцилиндрового двигателя), и только на цилиндры, работающие в наиболее теплонапряженных условиях.

Измерение температуры поршня осуществляется следующим образом. Масляный насос 7 (фиг. 1) подает масло через исполнительное устройство 8, трубопровод 9, штуцер 11 в полости охлаждения 13 поршня 2, проходя по которым и контактируя с полостями охлаждения, охлаждающая жидкость (масло) принимает температуру, близкую к температуре этих поверхностей. При совпадении отверстия 16 в цилиндре с канавкой 15 поршня, охлаждающая жидкость попадает в резервуар 17 и омывает датчик 18.

В зависимости от требуемой точности и конструкции поршня измеренная датчиком 18 температура 13 или принимается за температуру поршня, или корректируется с учетом поправки.

Корректировка осуществляется в соответствующем блоке корректировки блока управления 24. Там же учитываются поправки на материал, из которого выполнены поршень и цилиндр. Например, в случае выполнения цилиндра из чугуна, а поршня из алюминиевого сплава, при равных рабочих температурах, поршень расширится больше, при этом, по сравнению с исходным, зазор "цилиндр-поршень" уменьшится.

В этом случае для поддержания постоянного минимального зазора необходимо, чтобы температура поршня поддерживалась меньшей, чем цилиндра на расчетную величину.

Охлаждающая жидкость может поступать в полость охлаждения поршня и другими известными способами, например по каналам в шатуне, при помощи установленного в блоке цилиндров неподвижного сопла в период нахождения поршня вблизи Н.М.Т. и т.д.

При запуске двигателя поршень прогревается быстрее, чем цилиндр. Для поддержания постоянного минимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень необходимо обеспечить минимальное охлаждение цилиндра и максимальное - поршня, вплоть до выходов из температурных режимов на номинальный.

В этот период сигналы с температурных датчиков 6 и 18 поступают в блок управления, где происходит их обработка, сравнение с учетом поправок и эталонных значений температур и выработка управляющих сигналов, которые генерируются в исполнительные устройства 5 и 8, и последние регулируют расход охлаждающих сред в соответствующих контурах охлаждения, тем самым обеспечивая поддержание постоянного минимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень.

Аналогичным образом поддерживается оптимальный зазор в сопряжении цилиндр-поршень и на других режимах работы двигателя.

В случае рассогласования температур цилиндра и поршня свыше установленного предела, т.е. возникновения аварийной ситуации, блок управления 24 через датчик 29 обеспечивает аварийный останов двигателя.

Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1, установленный в нем с возможностью перемещения поршень 2, контур охлаждения цилиндра, включающий полости охлаждения цилиндра 5, насос 3 подачи охлаждающей среды, исполнительное устройство 5 для регулирования расхода охлаждающей среды в контуре охлаждения цилиндра и контур охлаждения поршня, включающей полости 13 охлаждения, насос 7 подачи охлаждающего масла, исполнительное устройство 8 для регулирования расхода охлаждающего масла в контуре охлаждения поршня. Двигатель также содержит блок управления 24, датчик 6 температуры цилиндра и датчик 18 температуры поршня. Датчик 18 может быть установлен на выходе из контура охлаждения поршня. Температурные датчики 6,18 и исполнительные устройства 5,8 подключены к блоку управления 24. Предлагаемая контрукция позволяет повысить технико - эксплуатационные показатели двигателя путем поддержания оптимального зазора в сопряжении цилиндр - поршень. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи охлаждающей жидкости, исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре двигателя, блок управления, причем датчик температуры и исполнительное устройство подключены к блоку управления, и контур охлаждения поршня, включающий полости охлаждения поршня и устройство для подачи охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что, с целью улучшения технико-эксплуатационных показателей двигателя путем поддержания оптимального зазора в сопряжении цилиндр - поршень, двигатель снабжен датчиком температуры поршня и дополнительным исполнительным устройством для регулирования расхода охлаждающей жидкости в контуре охлаждения поршня, причем датчик температуры поршня и дополнительное исполнительное устройство подключены к блоку управления. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что датчик температуры установлен на выходе из контура охлаждения поршня.