Двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2020 года по МПК F02B29/04 F02B31/00 F02M26/20 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к системам газообмена двигателей.

Известен двигатель внутреннего сгорания [1], содержащей цилиндр, поршень и головку цилиндра с впускным клапаном, образующие камеру сгорания, у которого головка цилиндров имеет направляющий аппарат с радиально-тангенциальными каналами, расположенный внутри камеры сгорания вблизи впускного клапана. Лопатки направляющего аппарата управляют движением рабочего тела внутри цилиндра и закреплены на огневой поверхности головки цилиндра.

Недостатком этого технического решения является большая поверхность охлаждения рабочего тела вследствие наличия в камере сгорания лопаток направляющего аппарата, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является двигатель внутреннего сгорания [2]. Двигатель содержит цилиндр с установленным в нем поршнем, крышку цилиндра, воздухозаборник и эжектор. В крышке цилиндра выполнены впускной и выпускной каналы с размещенными в них клапанами. Крышка цилиндра, цилиндр и перемещающийся в нем поршень образует камеру сгорания. Воздухозаборник связан с впускным каналом, в котором установлена форсунка впрыска топлива, и подключен к пассивному соплу эжектора. В стенке цилиндра выполнены радиальное отверстие для частичного выпуска отработавших газов и тангенциальное отверстие для подачи в камеру сгорания смеси воздуха и отработавших газов. Радиальное отверстие подключено к активному соплу эжектора. Диффузор эжектора подключен к тангенциальному отверстию, которое открывается поршнем при его положении в нижней мертвой точке.

Недостатком данного технического решения является большая площадь охлаждения рабочего тела, которое находится не только в камере сгорания, но и в трубопроводах и эжекторе, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.

Цель изобретения - повышение надежности пуска двигателя внутреннего сгорания путем уменьшения площади охлаждения рабочего тела в период пуска.

Поставленная цель достигается установкой в радиальном отверстии для частичного выпуска отработавших газов лепесткового клапана, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы. В период пуска двигателя лепестковый клапан закрывает радиальное отверстие, препятствуя вытеканию отработавших газов из камеры сгорания через это отверстие.

Новым двигателе внутреннего сгорания является установка в радиальном отверстии для частичного выпуска отработавших газов лепесткового клапана, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающего в период пуска двигателя радиальное отверстие, что препятствует вытеканию отработавших газов из камеры сгорания через это отверстие.

На фиг. 1 представлен двигатель внутреннего сгорания в период пуска и прогрева холодного двигателя; на фиг. 2 представлен двигатель внутреннего сгорания при работе двигателя.

Двигатель (фиг. 1) содержит цилиндр 1, поршень и крышку цилиндра, образующие камеру сгорания. Воздухозаборник 2 связан с впускным каналом 3 и подключен к пассивному соплу 4 эжектора 5 при помощи трубопровода 6 отбора воздуха, в котором установлен обратный клапан 7. В стенке цилиндра 1 выполнено радиальное отверстие 8 для частичного выпуска отработавших газов и тангенциальное отверстие 9 для подачи в камеру сгорания образующейся в эжекторе 5 смеси воздуха с отработавшими газами. Радиальное отверстие 8 подключено к активному соплу 10 эжектора 5 при помощи трубопровода 11, в котором установлены обратный клапан 12 и накопительная емкость 13. Диффузор 14 эжектора 5 подключен к тангенциальному отверстию 9 трубопроводом 15. Тангенциальное отверстие 9 открывается поршнем при его положении в нижней мертвой точке. Радиальное отверстие 8 в период пуска и прогрева двигателя перекрывается лепестковым клапаном 16, закрепленным на наружной поверхности цилиндра 1.

Двигатель работает следующим образом. При пуске и прогреве холодного двигателя, фиг. 1, лепестковый клапан 16, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы, прижат к поверхности цилиндра 1 и перекрывает радиальное отверстие 8, препятствуя вытеканию рабочего тела из камеры сгорания, вследствие чего в период пуска и прогрева двигателя все рабочее тело находится только в камере сгорания. После пуска и прогрева двигателя в материале лепесткового клапана 16 происходит мартенситное превращение [3], и лепестковый клапан 16 изменяет свою форму, отгибается от поверхности цилиндра 1, занимая рабочее положение, показанное на фиг. 2. При этом открывается радиальное отверстие 8, после чего двигатель работает следующим образом. В начале такта расширения отработавшие газы с высокой температурой и высоким давлением поступают из камеры сгорания через радиальное отверстие 8 по трубопроводу 11 через обратный клапан 12 и накопительную емкость 13 в активное сопло 10 эжектора 5. При этом в пассивном сопле 4 создается разрежение за счет течения через эжектор 5 отработавших газов. Разрежение в пассивном сопле 4 обеспечивает открытие обратного клапана 7 и поступление воздуха из воздухозаборника 2 в эжектор 5, где воздух смешивается с отработавшими газами. В конце такта расширения при подходе поршня к нижней мертвой точке открывается тангенциальное отверстие 9, и смесь воздуха и отработавших газов из диффузора 14 эжектора 5 по трубопроводу 15 поступает в камеру сгорания. Тангенциальное выполнение отверстия 9 обеспечивает закрутку потока газов вокруг оси камеры сгорания.

Во время такта наполнения открывается впускной клапан, топливо впрыскивается во впускной канал 3, где образует с воздухом топливовоздушную смесь, которая поступает в цилиндр 1. В конце такта наполнения при подходе поршня к нижней мертвой точке и открытия тангенциального отверстия 9 поток воздуха и отработавших газов вытекает из этого отверстия и закручивает топливовоздушную смесь в цилиндре 1, что приводит к расслоению заряда вдоль оси цилиндра. В дальнейшем осуществляется сжатие топливовоздушной смеси, ее зажигание, расширение продуктов сгорания, совершение полезной работы и выпуск отработавших газов из цилиндра 1.

При остановке и остывании двигателя материал лепесткового клапана 16 охлаждается, и в нем вновь происходит мартенситное превращение [3], в результате которого лепестковый клапан изменяет свою форму и принимает исходное положение, закрывая радиальное отверстие 8.

Если пуск производится на горячем двигателе, лепестковый клапан имеет высокую температуру и остается в рабочем положении, обеспечивая нормальную работу прогретого двигателя.

Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности пуска двигателя внутреннего сгорания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Двигатель внутреннего сгорания. Патент РФ №2587725 С1, опубл. 20.06.2016 г., бюл. №17.

2. Двигатель внутреннего сгорания. Авторское свидетельство СССР №1466364 А1, опубл. 09.07.1995 г.

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

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр (1) с поршнем, крышку цилиндра с впускным и выпускным каналами, образующую с поршнем и стенками цилиндра камеру сгорания, воздухозаборник (2) и эжектор (5). Воздухозаборник (2) установлен на входе во впускной канал (3). Пассивное сопло (4) эжектора подключено к воздухозаборнику (2) при помощи трубопровода (6) с размещенным в нем обратным клапаном (7). В стенке цилиндра выполнены радиальное отверстие (8) для частичного выпуска отработавших газов из камеры сгорания и тангенциальное отверстие (9) для подачи в камеру сгорания смеси воздуха и отработавших газов. Активное сопло (10) эжектора связано с радиальным отверстием (8) в цилиндре при помощи трубопровода (11) с установленными в нем обратным клапаном (12) и накопительной емкостью (13). Диффузор (14) эжектора подключен к тангенциальному отверстию (9) цилиндра. В радиальном отверстии для частичного выпуска отработавших газов установлен лепестковый клапан (16), выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы. Технический результат заключается в повышении надежности пуска двигателя внутреннего сгорания. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с поршнем, крышку цилиндра с впускным и выпускным каналами, образующую с поршнем и стенками цилиндра камеру сгорания, воздухозаборник, установленный на входе во впускной канал, и эжектор, пассивное сопло которого подключено к воздухозаборнику при помощи трубопровода с размещенным в нем обратным клапаном, в стенке цилиндра выполнены радиальное отверстие для частичного выпуска отработавших газов из камеры сгорания и тангенциальное отверстие для подачи в камеру сгорания смеси воздуха и отработавших газов, активное сопло эжектора связано с радиальным отверстием в цилиндре при помощи трубопровода с установленными в нем обратным клапаном и накопительной емкостью, а диффузор эжектора подключен к тангенциальному отверстию цилиндра, отличающийся тем, что в радиальном отверстии для частичного выпуска отработавших газов установлен лепестковый клапан, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы.