Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2020 года по МПК F02B19/04 F02B23/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известны конструкции двигателей внутреннего сгорания, в которых камера сгорания разделяется с помощью фигурных вытеснителей, расположенных на поршне, на изолированные объемы при положении поршня в ВМТ; известны также двигатели, у которых в камере сгорания имеется тепловая вставка, выполняющая роль регенератора теплоты [1].

Разделенные камеры сгорания состоят из основной камеры, расположенной над поршнем, и дополнительной камеры меньшего объема, расположенной в головке цилиндра. Сгорание происходит в дополнительной камере, которая при положении поршня в ВМТ разобщается с помощью фигурного вытеснителя, расположенного на поршне, с основной камерой сгорания, а затем по каналу, образующемуся между вытеснителем и горловиной дополнительной камеры, газы перетекают в основную камеру сгорания. При этом количество перетекающих газов регулируется по углу поворота коленчатого вала с помощью формы фигурного вытеснителя. Использование разделенных камер сгорания позволяет повысить качество топливоподготовки, исключить влияние на рабочий процесс периода задержки воспламенения, снизить требования к топливной аппаратуре.

В камерах сгорания применяются тепловые вставки, выполняющие роль регенераторов теплоты. Рабочее тело в процессе горения вокруг такой вставки нагревает ее, и тем самым оставляет часть своей теплоты в цилиндре. Эта теплота не уносится с отработавшими газами, а используется в следующем цикле для подогрева рабочей смеси и обеспечения лучшего смесеобразования при впрыске топлива на горячую вставку.

Общим недостатком этих технических решений является большая площадь охлаждения рабочего тела, постоянно контактирующего с поверхностью тепловой вставки, и находящегося как в основной, так и в дополнительной камере, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания [2], содержащий дополнительную камеру, расположенную в головке цилиндра и соединенную с основной камерой сгорания отверстием-горловиной, в которое входит с зазором выступ на поршне при его движении к ВМТ. В камере сгорания установлена на опорах тепловая вставка из жаропрочного материала без возможности активного теплового контакта со стенками камеры сгорания. Выступ на поршне, отверстие-горловина и тепловая вставка выполнены таким образом, что во время такта сжатия при движении поршня к ВМТ воздушный заряд из цилиндра вытесняется через воздушный канал в объем между стенками тепловой вставки и камеры сгорания с образованием осевого вихря вокруг тепловой вставки.

Недостатком данного технического решения является большая площадь охлаждения рабочего тела, постоянно контактирующего с поверхностью тепловой вставки и находящегося как в основной, так и в дополнительной камере, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.

Известен также двигатель внутреннего сгорания [3], являющийся наиболее близким к предлагаемому техническому решению, содержащий дополнительную камеру, расположенную в головке цилиндра и соединенную с основной камерой сгорания отверстием-горловиной, в которое входит с зазором выступ на поршне при его движении к ВМТ. В поршне имеется кольцевая камера, стенки которой нагреваются горячими газами, вследствие чего массивная центральная часть поршня является тепловой вставкой. В двигателе обеспечивается торообразная вихревая закрутка топливовоздушной смеси в основной камере сгорания с помощью двух сопел, одно из которых расположено в горловине, соединяющей кольцевую полость поршня с основной камерой сгорания, а в качестве другого используется горловина дополнительной камеры.

Недостатком этого изобретения, принятого за прототип, является большая площадь охлаждения рабочего тела, находящегося в основной камере сгорания, расположенной над поршнем, в дополнительной камере, расположенной в головке цилиндра, и в кольцевой полости поршня, 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 горловине кольцевой полости поршня разрезного кольца, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы. В период пуска двигателя кольцо имеет увеличенный диаметр и закрывает кольцевое сопло, соединяющие кольцевую полость поршня и основную камеру сгорания, расположенную над поршнем.

Новым двигателе внутреннего сгорания является установка в горловине кольцевой полости поршня разрезного кольца, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающего в период пуска двигателя канал, соединяющий кольцевую полость поршня и основную камеру сгорания.

На фиг. 1 представлена камера сгорания двигателя внутреннего сгорания при пуске холодного двигателя; на фиг. 2 представлена камера сгорания при работе двигателя.

Камера сгорания 4 двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) образована цилиндром 1, поршнем 2 и головкой цилиндра 3. В головке цилиндра 3 расположена дополнительная камера 5. Поршень имеет выступ 6, входящий в дополнительную камеру 5 при положении поршня 2 в ВМТ. Внутри поршня 2 имеется кольцевая полость 7, соединяющаяся с основной камерой сгорания 4 кольцевым соплом 8. В поршне 2 выполнена кольцевая канавка 9, в которой установлено разрезное кольцо 10, изготовленное из материала, обладающего эффектом памяти формы.

При пуске холодного двигателя (фиг. 1) разрезное кольцо 10 имеет максимальный диаметр и перекрывает кольцевое сопло 8, соединяющее кольцевую полость 7 с основной камерой сгорания 4, препятствуя перетеканию газов между кольцевой полостью 7 и основной камерой сгорания 4.

При работе двигателя (фиг. 2) разрезное кольцо 10, выполненное из материала, обладающего эффектом памяти формы, имеет минимальный диаметр и открывает кольцевое сопло 8, соединяющее кольцевую полость 7, с основной камерой сгорания 4.

Камера сгорания (фиг. 1) в период пуска холодного двигателя работает следующим образом. Перед пуском двигателя разрезное кольцо 10 имеет низкую температуру, максимальный диаметр и перекрывает кольцевое сопло 8, соединяющее кольцевую полость 7, с основной камерой сгорания 4, препятствуя перетеканию газов между кольцевой полостью 7 и основной камерой сгорания 4.

После пуска двигателя и появления в цилиндре открытого пламени разрезное кольцо 10 нагревается, в его материале происходит мартенситное превращение [4], и разрезное кольцо 10 изменяет форму, уменьшая свой диаметр и занимая рабочее положение (фиг. 2). При этом открывается кольцевое сопло 8, соединяющее кольцевую полость 7 с основной камерой сгорания 4, что обеспечивает свободное перетекание газов между кольцевой полостью 7 и основной камерой сгорания 4 при работе двигателя.

При остановке и остывании двигателя разрезное кольцо 10, выполненное из материала, обладающего эффектом памяти формы, охлаждается, и в его материале происходит обратное мартенситное превращение [4], его диаметр увеличивается, и оно принимает исходное положение (фиг. 1). Если пуск производится на горячем двигателе, разрезное кольцо 10 остается в рабочем положении и имеет высокую температуру, обеспечивая надежное воспламенение топлива и пуск горячего двигателя.

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлович, Л.М. Камеры сгорания высокоэкономичных и малотоксичных дизелей / Л.М. Павлович // Сб. ЦНИИ информации и технико-экономических исследований по тяжелому и транспортному машиностроению. - М., 1981. - №4-81-32. - 52 с.

2. Двигатель внутреннего сгорания и способ сжигания топлива в двигателе внутреннего сгорания. Патент РФ №2359136. Опубл. 27.06.2008 г., бюл. №18.

3. Способ работы ДВС. Патент РФ №2187666. Опубл. 20.08.2002 г., бюл. №23.

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

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, образованная цилиндром, головкой цилиндра с расположенной в ней дополнительной камерой, поршнем, имеющим выступ, входящий в дополнительную камеру, и кольцевой полостью внутри поршня, соединяющейся с камерой сгорания кольцевым соплом, при этом в поршне выполнена кольцевая канавка, в которой установлено разрезное кольцо, изготовленное из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающее в период пуска двигателя кольцевое сопло, соединяющее кольцевую полость поршня с объемом камеры сгорания, расположенной над поршнем. Изобретение обеспечивает повышение надежности пуска двигателя путем уменьшения площади охлаждения рабочего тела в период пуска. 2 ил.

Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, образованная цилиндром, головкой цилиндра с расположенной в ней дополнительной камерой, поршнем, имеющим выступ, входящий в дополнительную камеру, и кольцевой полостью внутри поршня, соединяющейся с камерой сгорания кольцевым соплом, отличающаяся тем, что в поршне выполнена кольцевая канавка, в которой установлено разрезное кольцо, изготовленное из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающее в период пуска двигателя кольцевое сопло, соединяющее кольцевую полость поршня с объемом камеры сгорания, расположенной над поршнем.