Камера сгорания дизеля Российский патент 2018 года по МПК F02B23/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к камерам сгорания дизелей.

Известны камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания [1, 2, 3], в которых с целью повышения экономичности двигателя детали, образующие камеру сгорания, имеют сложные многослойные теплоизолирующие покрытия, предназначенные для уменьшения отвода теплоты от рабочего тела в стенки камеры сгорания, и, соответственно, увеличения количества полезно используемой теплоты, выделяющейся при сгорании топлива.

Недостатком этих технических решений является то, что керамические покрытия, имеющие низкую теплопроводность и вследствие этого уменьшающие отвод теплоты от рабочего тела в стенки камеры сгорания, не позволяют аккумулировать внутри цилиндра теплоту, выделяющуюся при сгорании топлива, и возвращать ее рабочему телу на такте впуска и в начале такта сжатия следующего цикла работы двигателя.

Известна камера сгорания [4], в которой с целью повышения топливной экономичности цилиндр, головка цилиндра и днище поршня снабжены теплоизолирующим керамическим покрытием, на которое нанесен наружный контактирующий с рабочим телом теплопередающий слой металла. Выполнение этого слоя из материала с высокой теплопроводностью позволяет сохранять в цикле часть тепловой энергии, теряемой ранее в стенки камеры сгорания. На тактах впуска и начала сжатия в следующем цикле работы двигателя накопленная слоем с высокой теплопроводностью тепловая энергия возвращается рабочему телу.

Недостатком этого технического решения является то, что слой с высокой теплопроводностью имеет гладкую поверхность, и площадь этого слоя сравнительно мала и равна площади поверхности камеры сгорания, вследствие чего эффективность такого технического решения невысока.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является камера сгорания двигателя внутреннего сгорания [5], в которой с целью повышения топливной экономичности на днище поршня и головку цилиндра нанесен теплоизолирующий керамический слой, на который нанесен теплоаккумулирующий и теплопередающий слой из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла. Этот слой имеет рифленую рабочую поверхность, покрытую, в свою очередь, со стороны рабочего тела слоем из высокотеплопроводного металла. Другая поверхность теплоаккумулирующего и теплопередающего слоя снабжена теплоотражателем.

Таким образом, на поверхности огневого днища поршня и головки цилиндра слои покрытия наносятся в следующей последовательности:

- теплоизолирующий керамический слой;

- теплоотражатель;

- теплоаккумулирующий и теплопередающий слой из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла; этот слой имеет рифленую поверхность, увеличенную минимум в 1,5…2 раза по сравнению с площадью поверхности камеры сгорания;

- слой из высокотеплопроводного металла.

При работе двигателя при нахождении поршня вблизи верхней мертвой точки в процессе сгорания топлива высокотеплопроводный слой, имея рифленую поверхность, интенсивно нагревается, и интенсивно передает теплоту в высокотемпературный и с высокой теплоемкостью слой, а теплоотражатель возвращает тепловую энергию в этот же слой, существенно уменьшая тепловой поток в стенки деталей, образующих камеру сгорания. Тепловая энергия, таким образом, накапливается в теплоаккумулирующем и теплопередающем слое и передается свежему заряду в следующем цикле работы двигателя, когда рабочее тело поступает в камеру сгорания и интенсивно подогреваются как за счет увеличенной рифленой поверхности слоя, так и за счет высокого уровня температуры слоя с высокой теплопроводностью.

Недостатком этого технического решения является большая площадь поверхности теплоаккумулирующего и теплопередающего слоя, что затрудняет пуск дизельного двигателя, так как в процессе сжатия при пуске холодного дизеля рабочее тело сильно охлаждается.

Цель изобретения - повышение пусковых качеств дизеля путем уменьшения площади поверхности теплоаккумулирующего и теплопередающего слоя в период пуска и прогрева дизеля.

Поставленная цель достигается установкой в камере сгорания на огневой поверхности головки цилиндра и поршня поверх слоя из высокотеплопроводного металла ребер, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Новым в камере сгорания дизеля является установка в камере сгорания на огневой поверхности головки цилиндра и поршня поверх слоя из высокотеплопроводного металла ребер, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти формы.

На фиг. 1 представлена камера сгорания в период пуска холодного дизеля; на фиг. 2 представлена камера сгорания при работе дизеля.

Камера сгорания дизеля образована днищем поршня 1, гильзой цилиндра 2 и головкой цилиндра 3 и содержит на этих деталях теплоизолирующий керамический слой 4, на который нанесен теплоаккумулирующий и теплопередающий слой 5, состоящий из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла. Поверхность слоя 5, обращенная к камере сгорания, покрыта слоем 6 из высокотеплопроводного металла; другая поверхность слоя 5, обращенная к поршню 1 и головке цилиндра 3, снабжена теплоотражательным слоем 7. На поверхности слоя 6 расположены ребра 8 и 9, изготовленные из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Камера сгорания дизеля работает следующим образом. При пуске и прогреве холодного дизеля, фиг. 1, ребра 8 и 9 прижаты к поверхности 6 слоя из высокотеплопроводного металла, что уменьшает площадь поверхности теплопередающего слоя. Площадь охлаждения рабочих газов минимальна и дизель легче пускается и быстрее прогревается.

После пуска и прогрева дизеля в материале ребер 8 и 9 происходит мартенситное превращение [6], и они изменяют свою форму, отгибаются вверх и увеличивают площадь поверхности теплопередающего слоя, занимая рабочее положение, показанное на фиг. 2.

При остановке и остывании двигателя материал ребер 8 и 9 охлаждается, и в нем происходит обратное мартенситное превращение [6], в результате которого ребра принимают исходное положение.

Если пуск производится на горячем дизеле, ребра имеют высокую температуру, остаются в рабочем положении, обеспечивая подогрев свежего заряда, надежное воспламенение топлива и пуск горячего двигателя.

Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности пуска дизеля со сложным многослойным теплоизолирующим покрытием.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент РФ №2168039 C2, опубл. 27.05.2001, бюл. №15. «Двигатель внутреннего сгорания с уменьшенным теплоотводом и способ его изготовления».

2. Патент РФ №2551017 C2, опубл. 27.09.2014, бюл. №27. «Двигатель внутреннего сгорания и способ его изготовления».

3. Патент РФ №2064059 C1, опубл. 20.07.1996. «Цилиндропоршневая пара».

4. Патент РФ №2015361 C1, опубл. 30.06.1994. «Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания».

5. Патент РФ №2111367 C1, опубл. 20.05.1998. «Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания».

6. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении./А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.

Изобретение относится к двигателестроению. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная днищем поршня, головкой цилиндра и снабженная теплоизолирующим керамическим покрытием, на которое нанесен теплоаккумулирующий и теплопередающий слой, выполненный из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла, одна поверхность которого, контактирующая с рабочими газами, покрыта слоем высокотеплопроводного металла, другая, контактирующая с теплоизолирующим керамическим слоем, снабжена теплоотражателем, при этом на поверхности слоя высокотеплопроводного металла расположены ребра, изготовленные из материала, обладающего эффектом памяти формы. Изобретение обеспечивает повышение надежности пуска дизеля со сложным многослойным теплоизолирующим покрытием. 2 ил.

Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченная днищем поршня, головкой цилиндра и снабженная теплоизолирующим керамическим покрытием, на которое нанесен теплоаккумулирующий и теплопередающий слой, выполненный из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла, одна поверхность которого, контактирующая с рабочими газами, покрыта слоем высокотеплопроводного металла, другая, контактирующая с теплоизолирующим керамическим слоем, снабжена теплоотражателем, отличающаяся тем, что на поверхности слоя высокотеплопроводного металла расположены ребра, изготовленные из материала, обладающего эффектом памяти формы.