Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК F02B35/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания установок, работающих в условиях непрерывного изменения нагрузки в самом широком диапазоне.

Целью изобретения является повышение эффективности на неустановившихся режимах путем аккумулирования избыточной энергии.

На чертеже показан двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез.

Двигатель состоит из поршня I, цилиндра 2 и головки 3, образующих камеру 4 сгорания, впускных и выпускных органов 5, рубашки б жидкостного охлаждения. В головке 3, цилиндре 2 и поршне 1 расположены концентричные полости 7, заполненные плавкими материалами со свойствами плавящегося теплового аккумулятора, причем каждая полость заполнена индивидуальным материалом, температуры плавления которого уменьшаются по мере удаления от горячей зоны деталей, образующих камеру сгорания.

Так, в цилиндре 2 температура плавления уменьшается от максимума у верхнего торца 8 цилиндра до минимума у нижнего торца 9 в диапазоне 110-180°С.

У головки 3 и поршня 1 температура плавления материалов увеличивается к оси поршня 1 в диапазоне 200-255°С. Оптимальной температурой плавления материала выбрано среднее значение температуры детали в зоне расположения полости за полный период изменения нагрузки двигателя.

В качестве материалов могут быть применены материалы из таблицы.

Продолжение таблицы

Нитрат лития

371

254

10

Гидроокись натрия 178

320

Нитрат калия 116

337

Бихромат калия 121

398

15

Гидроокись калия 134

400

Гидроокись лития 875

471

20

Гидрид лития

2722

650

5

0

5

0

5

5

Из таблицы видно, что наиболее подходящим веществом по своим характеристикам является литий и его сплавы. Добавляя в литий небольшое количество другого металла (с большей или с меньшей температурой плавления, чем литий), можно получить сплавы с температурой плавления, соответствующей диапазону рабочих температур какой-либо теплонапряженной детали двигателя.

При пуске двигателя и его прогреве вещества, заполняющие кольцевые полости, бездействуют и нагреваются одинаковым образом со стенками деталей. При рабочих режимах двигателя с расходом топлива, близким к максимальным, происходит аккумулирование тепловой энергии при неизменной температуре стенок цилиндра, поршня и головки, расположенных в зоне кольцевых полостей. Вещества, заполняющие кольцевые полости деталей, выполняют роль стабилизатора теплового режима до тех пор, пока полностью не расплавляется при фазовом переходе вещества «кристаллизация- плавление.

За время, длящееся несколько секунд, в зависимости от массы вещества, заполняющего полости, и времени работы двигателя на рассматриваемом режиме двигатель выдает необходимую мощность и переходит на режим работы с расходом топлива, 0 близким к средним и минимальным. На этих рабочих режимах происходит меньшее выделение тепла в стенки цилиндра, поршня и головки при неизменной отдаче тепла в рубашку 6 охлаждения двигателя. В этих условиях отдача тепла от веществ больше и вещества, заполняющие полости 7, начинают кристаллизоваться и выделять тепло (происходит фазовый переход плавление-кристаллизация), поддерживая температуру стенок цилиндра на оптимальном уровне. Выделение тепла веществом происходит до тех пор, пока оно не перейдет полностью в кристаллическое состояние. За это время двигатель выдает необходимую мощность при расходах топлива, близких к минимальным, и переходит к режиму работы при расходах топлива, близких к средним и максимальным, заверщая тем самым период полного изменения нагрузки (для булйдозе- ра, например, полный период изменения нагрузки состоит из резания и транспортировки грунта, происходящих при расходах топлива, близких к максимальным, и откатах назад и режиме работы на холостом ходу, происходящих при расходах топлива, близких к минимальным).

За время работы двигателя происходит непрерывный отвод тепла в рубащку б жидкостного охлаждения двигателя. Система отвода тепла от стенок гильзы цилиндра в рубашку 6 жидкостного охлаждения работает равномерно, независимо от изменения количества топлива, сгорающего в цилиндре, так как при максимальном количестве сгораемого топлива и, следовательно, максимальном количестве выделяемого тепла часть избыточной тепловой энергии воспринимают вещества, расположенные в полостях 7 гильзы цилиндра двигателя. При минимальном выделении тепла в рубашку 6 жидкостного охлаждения двигателя поступает помимо тепла от сгораемого топлива также тепло от веществ, расположенных в кольцевых полостях 7, накопленное ими при работе двигателя и расходах топлива, близких к максимальным.

Таким образом, система охлаждения двигателя в районе расположения гильз цилиндра работает менее напряженно на неустановившихся нагрузках.

Аккумулирование избыточной тепловой энергии при неизменной температуре дета0

лей, образующих камеру сгорания, позволяет уменьщить диапазон колебаний температуры и их максимальные значения, а следовательно, температурный градиент в течение всего времени работы двигателя. Все это уменьшает теплонапряженность и снижает вероятность поломки деталей двигателя от термических напряжений.

Формула изобретения,

. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршень, цилиндр и головку цилиндра, образующие между собой камеру сгорания, и впускные и выпускные органы, отличающийся тем, что, с целью повыщения 5 эффективности на неустановивщйхся режимах путем обеспечения аккумулирования избыточной тепловой энергии, в стенках деталей, образующих камеру сгорания, выполнены концентричные кольцевые полости, заполненные плавкими материалами, обладающими свойствами теплового аккумулятора и имеющими различные температуры плавления, причем температуры плавления материалов уменьшаются по мере удаления кольцевых полостей от горячей зоны деталей, образующих камеру сгорания.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые полости выполнены в цилиндре, а температура плавления материалов уменьшается от максимальной у головки цилиндра до минимальной у нижнего торца

0 цилиндра.

3.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что полости выполнены в головке и/или поршне, а температура плавления материалов увеличивается от минимальной у периферии до максимальной у оси поршня или

5 головки.

4.Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве материала теплового аккумулятора использован литий и его сплавы.

0

5

Изобретение относится к двигателе- строению и м. б. использовано в двигателях, работающих в условиях непрерывного изменения нагрузки в самом широком диапазоне. Цель изобретения - повышение эффективности на неустановившихся режимах. В стенках деталей, образующих камеру сгорания, выполнены концентричные кольцевые полости (КП) 7, заполненные плавкими материалами. КП 7 выполнены в цилиндре 2, а т-ра плавления материалов уменьшается от максимальной у головки 3 цилиндра 2 до минимальной у нижнего торца. КП 7 м. б. выполнены в головке 3 и/или порщне 1, а т-ра плавления материалов увеличиваться от минимальной у периферии до максимальной у оси поршня 1. В качестве материала теплового аккумулятора использованы литий и его сплавы. Такое выполнение обеспечивает аккумулирование избыточной тепловой энергии при неизменной т-ре деталей, образующих камеру сгорания. В результате этого уменьшается диапазон колебания т-ры и их максимальные значения. 3 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил. i (Л со to 00