Свеча накаливания вихрекамерного дизеля Российский патент 2022 года по МПК H01T13/38 H01T13/06 F02P19/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к свечам накаливания вихрекамерных двигателей внутреннего сгорания.

Известна свеча накаливания закрытого типа [1, стр. 134, рис. 64], облегчающая запуск дизельного двигателя и состоящая из цилиндрического корпуса, устанавливаемого в головку цилиндра двигателя внутреннего сгорания, и соединенного с корпусом штифтового нагревателя. Свеча располагается в вихревой камере дизеля [1, стр. 135, рис. 65] таким образом, что штифтовой нагреватель выступает в полость вихревой камеры, и конус струй распыливаемого топлива касается его раскаленной головки. Для регулирования времени нагрева свечи используются автоматы с электронными блоками управления.

Недостатком данной конструкции является то, что выступающий в камеру сгорания штифт нагревателя постоянно находится в зоне пламени и горячих газов, что вызывает его сильный нагрев при работе двигателя и снижает срок службы свечи.

Известен также способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю [2], позволяющий увеличить эксплуатационный срок службы свечи.

Недостатком способа является сложность регулирования, предусматривающего использование электронных схем.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является свеча накаливания [3], облегчающая запуск дизельного двигателя и состоящая из цилиндрической металлической трубки, ввинчиваемой в блок цилиндров двигателя и представляющей собой корпус свечи накаливания, соединенный со штифтом нагревателя, который выступает в камеру сгорания и обеспечивает нагревание заряда цилиндра.

Недостатком данной конструкции является то, что выступающий в камеру сгорания штифт нагревателя постоянно находится в зоне пламени и горячих газов, что вызывает его сильный нагрев при работе двигателя и снижает срок службы свечи.

Техническая проблема заключается в повышении срока службы свечи накаливания.

Технический результат заключается в исключении перегревания штифта нагревателя при работе двигателя.

Указанный технический результат достигается в свече накаливания вихрекамерного дизеля, состоящая из цилиндрического металлического корпуса, один конец корпуса соединен со штифтовым нагревателем, обеспечивающим нагревание заряда цилиндра, противоположный конец корпуса соединен с пружиной, омываемой охлаждающей жидкостью системы охлаждения дизеля и выполненной с возможностью испытывать мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании.

Пружина выполнена заведомо большей длины таким образом, чтобы головка штифтового нагревателя выступала в вихревую камеру.

Пружина вторым концом прикреплена к головке цилиндра.

На фиг. 1 показана свеча накаливания;

на фиг. 2 представлен разрез вихрекамерного дизеля с установленной свечой накаливания в период пуска и прогрева холодного двигателя;

на фиг. 3 – разрез вихрекамерного дизеля с установленной свечой накаливания при работе дизеля.

Свеча накаливания (фиг. 1) состоит из гладкого цилиндрического металлического корпуса 1, один конец которого соединен со штифтовым нагревателем 2, головка которого выступает в вихревую камеру и обеспечивает нагревание заряда цилиндра, а противоположный конец корпуса 1 соединен с пружиной 3, выполненной из материала с памятью формы, т.е. материала способного испытывать мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании.

К штифтовому нагревателю 2 подводится электрический ток (на фиг. 1 не показано).

На фиг. 2 и 3 представлен разрез вихрекамерного дизеля с установленной свечой накаливания. Основная камера сгорания 4 дизеля образована поршнем 5, гильзой цилиндра 6 и головкой цилиндра 7. Основная камера сгорания соединяется каналом с вихревой камерой 8, в которую форсунка 9 впрыскивает топливо. В вихревой камере расположена головка 10 штифтового нагревателя 2, а охлаждение деталей, образующих камеру сгорания, осуществляется охлаждающей жидкостью 11 из системы охлаждения дизеля.

Свеча накаливания вихрекамерного дизеля работает следующим образом. При пуске и прогреве холодного дизеля пружина 3, выполненная с возможностью испытывать мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании, имеет большую длину, вследствие чего головка штифтового нагревателя 2 выступает в вихревую камеру 8 и обеспечивает нагревание заряда цилиндра и пуск холодного дизеля, фиг 2.

После пуска и прогрева дизеля нагревается охлаждающая жидкость 11 в системе охлаждения, которая омывает пружину 3. В материале пружины происходит обратное мартенситное превращение [4], она изменяет свою форму и укорачивается, вследствие чего соединенный с пружиной 3 цилиндрический металлический корпус 1 перемещается вправо (фиг. 2), обеспечивая перемещение штифтового нагревателя 2, в результате чего головка 10 штифтового нагревателя 2 выходит из вихревой камеры 8, фиг. 3. При этом прекращается подача электрической энергии к нагревателю 2.

Мартенситное превращение называется прямым, если оно происходит в процессе охлаждения материала, и обратным, если оно происходит в процессе нагрева.

Для обеспечения перемещения корпуса 1 пружина 3, одним концом соединенная с корпусом 1, другим концом может быть прикреплена к головке цилиндра 7. Однако при работе дизеля в вихревой камере развивается давление газов, во много раз превышающее давление охлаждающей жидкости в системе охлаждения, поэтому после обратного мартенситного превращения в материале пружины 3 и уменьшения её длины, корпус 1 переместится (вправо) под давлением газов, даже если пружина 3 не будет жёстко соединена с головкой цилиндра 7.

При остановке дизеля охлаждающая жидкость остывает, материал пружины 3 охлаждается, в нем происходит прямое мартенситное превращение, в результате которого пружина изгибается и принимает исходную длину.

Если пуск производится на горячем дизеле, материал пружины 3 имеет высокую температуру, головка 10 штифтового нагревателя выведена из вихревой камеры 8, однако надежный пуск горячего дизеля обеспечивается, так как на горячем дизеле нет необходимости в подогреве заряда цилиндра в период пуска.

Материалы, обладающие эффектом памяти формы, имеют характеристики прочности, превосходящие прочность большинства сталей [4], поэтому пружина, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, будет способна выдержать высокие нагрузки от температуры и давления газов, возникающие при сгорании топлива в цилиндре двигателя.

Восстановление заданной формы при мартенситном превращении происходит со значительной силой [4], поэтому пружина будет способна переместить цилиндрический металлический корпус (влево) при остывании охлаждающей жидкости.

Детали, выполненные из материалов с ЭПФ, могут управлять процессами и системами двигателя без участия электроники, что значительно упрощает управление температурой свечи накаливания.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить срок службы свечи накаливания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Квайт С.М. и др. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей, С.М. Квайт, Я.А. Менделевич, Ю.П. Чижков. – М.: Машиностроение, 1990. – 256 с.

2. Пат. 2645402 С2. Российская Федерация, МПК F02Р 19/02, F02Р 19/00, F23Q 7/00. Способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю / Фултон Брайен Ллойд; патентообладатель Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК (US). – № 2014119777; заявл. 16.05.2014; опубл. 21.02.2018, Бюл. № 6.

3. Пат. 2164310 С2. Российская Федерация, МПК F02P 19/00, F23Q 7/00. Штифтовая свеча накаливания для дизельных двигателей / Йоханнес Лохер и др.; патентообладатель РОБЕРТ БОШ ГМБХ (DE) – № 97116153/06; заявл. 27.06.1999; опубл. 20.03.2001, Бюл. № 8.

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

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к свечам накаливания вихрекамерных двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в исключении перегревания штифта нагревателя при работе двигателя. Указанный технический результат достигается тем, что вихрекамерный дизель со свечой накаливания состоит из цилиндрического металлического корпуса, один конец корпуса соединен со штифтовым нагревателем, обеспечивающим нагревание заряда цилиндра, противоположный конец корпуса соединен с пружиной, омываемой охлаждающей жидкостью системы охлаждения дизеля и выполненной с возможностью изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Свеча накаливания вихрекамерного дизеля, состоящая из цилиндрического металлического корпуса, один конец корпуса соединен со штифтовым нагревателем, обеспечивающим нагревание заряда цилиндра, отличающаяся тем, что противоположный конец корпуса соединен с пружиной, омываемой охлаждающей жидкостью системы охлаждения дизеля и выполненной с возможностью испытывать мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании.

2. Свеча по п.1, отличающаяся тем, что пружина в исходной форме имеет большую длину таким образом, чтобы головка штифтового нагревателя выступала в вихревую камеру.

3. Свеча по п. 1, отличающаяся тем, что пружина выполнена с возможностью прикрепления другим своим концом к головке цилиндра.