Способ регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F02F3/00 

Изобретение относится к двигателестроению, управлению тепловым режимом цилиндров две, 8 частности к регулированию теплового режима поршня двигателя, и может быть использовано как на стационарных, так и на транспортных поршневых двигателях.

Известен способ регулирования теплового режима поршня ДВС, заключающийся в изменении скорости направления движения охлаждающей жидкости. Недостатком, способа является невозможность снижения плотности теплового потока в зоне головки поршня, сложность конструкции, наличие местных теплонапряжений. Кроме того, данная система отвода тепла от поверхности камеды сгораний приводит к снижению refv neparypu всей поверхности камеры сгорания бе.з учета локальных тепловых переГp ЗOK.

Известен способ регулирования теплового режима поршня ДВС, .заключающийся в увеличении толщины тепловоспринимающей поверхности: Недостатком данного способа является невозможность снижений плотности теплового потока, приводящего к разрушению головой поршня, большйя металлоемкость и большие капитальнб1е затраты. , .

Известен способ регулирования теплового поршня путем изменения закона подвода тепло гь к поверхности поршня, зак/гючэющийся в изменении процессов смесеобразования в цилиндре двигателя путем изменения топлявоподачи. Недостатком способа является невозможность добиться снижения теплонапряженности го.позки поршня без изменения других показателей работк( двигателя. Этообъясняется тем, что процесс топливоподачи и смесеобразовакия может достаточно эффективно осуществляться только н.а одном из режимов работы.

Целью изобретения является повышение надежности.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить подведение тепла к локальной поверхности камеры сгорания и перераспределять тепловой поток по поверхности камеры сгорания.

Цель достигается тем, что перераспределение количества теплоты продуктов сгорания топлива осуществляют путем наложения импульсного электромагнитного поля, вектор напряженности которого направлен параллельно оси поршня, время действия электромагнитного импульса выбирают в диапазоне 3 - 6 10- с.

В верхней части блок-картера размещают злектромагнитную катушку диаметром

1,1 - 1,2 диаметра поршняИ высотой 0,4 0,5 высоты головки поршня/ соединенную с системой генерации импульсов высокого напряжения.

В рабочем процессе при сгорании топлива образуются продукты сгорания, которые отводятся в окружающую среду и частично оседают на стенках цилиндра и поршня в виде нагара. Среди продуктов сгорания выделяются положительно заряженные частицы, максимальная температура которых достигает 3000° С..

Чтобы избежать отдачи тепла от сажистых частиц к стенкам цилиндра и поршня,

на них воздействуют электромагнитным полем. Созданием электромагнитного поля в камере сгорания достигается эффект отталкивания сажистых частиц, что предотвращает их оседание на стенках цилиндра и

поршня. При этом сажистые частицы не будут оседать и тем самым нагревать стенки цилиндра и поршня, а будут удаляться. Изменяя напряжение в электромагнитном поле можно обеспечивать регулирование

нагрева поверхности поршня и цилиндра.

Согласно экспериментальным данным по термометрии температура внутренней части головки поршня составляет 100-;ПО° С. Применение изоляционных материалов в

виде термостойких лаков и асбоматериллов позволяет обеспечить стабильную работу электромагнитной катушки, что существенно влияет на ее работу, а также на создание электромагнитного поля.

Для форсированных двигателей применяются составные поршни, причем головка поршня выполняется,из жаропрочного материала, который трудно обрабатывается и имеет высокую стоимость. С помощью предлагаемого устройства возможно снизить качество материала, а следовательно, снизить трудоемкость обработки металла.

На фиг. 1 показана зависимость плогно-. сти теплового потока в цилиндре двигателя

от угла поворота коленчатого вала; на фиг. 2 - ДВС с температурными полями распределения температур в головке, разрез; на фиг. 3 - блок-картер с электромагнитной катушкой и системой генерации импульсов высокого давления, разрез.

На кривой 1 (фиг. 1) показана зависимость удельного кo| вeктив oгo теплового потока в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала. На кривой 2 (фиг. 1)

показана зависимость удельного конвективного теплового потока в цилиндре двигателя при действии магнитного поля на сажистуе частицы от угла поворота коленчатого вала.

Максимальная величина конвективного теплового потока (кривая 1 на фиг, 1) находится в диапазоне 18-22° поворота коленг чатого вала двигателя и величина его зависит от режима работы двигателя, кото- 5 рый определяется положением рейки топливного насоса высокого давления и частотой вращения коленчатого вала. Величина конвективного теплового потока в значительной степени зависит от количества 10 сажистых частиц, передающих свое тепло стенкам камеры сгорания за счет направленного магнитного поля, которое действует в период наибольшей величины теплового конвективного потока; сажистые 15 частицы отбрасываются от стенок камеры сгорания и тем самым уменьшается величина конвективного теплового потока (крива ч 2 на фиг. 1).

Под действием конвективной составля- 20 ющей газового потока и сажистых частиц происходит формирование температурного поля в поршне (фиг. 2). Наибольшая температура достигается в районе верхней кромки камеры сгорания (240° С). Такое 25 локальное значение температуры оказывает влияние на тепловой режим работы верхнего поршневого кольца. Температура поршня в районе верхнего поршневого кольца достигает 210° С на номинальном 30 режиме работы. Увеличение температуры поршня при резком увеличении нагрузки может привести к увеличению температуры в районе верхнего поршневого кольца, заклиниванию его, в результате чего ухудшает- 35 ся -надежность работы цилйндропоршневой группы. .

При действии импульсного электромагнитного поля на сажистые частицы они отбрасываются от стенок камеры сгорания и 40 ем самым уменьшается величина конвективного теплового потока, передаваемого от сажистых ча/;тиц к поверхности камеры сгорания. Это позволяет уменьшить максимальное значение температур на 30° С в 45 районе верхней кромки камеры сгорания и на 40° С в районе верхнего поршневого кольца. Таким образом улучшается надежность работы цилйндропоршневой группы.

Устройство для реализации способа со- 50 стоит из поршня 1 (фиг. 3), злектромагнитной катушки 2, установленной в верхней части блок-картера 3 за гильзой цилиндра 4, и системы генерации импульсов высокого напряжения, включающей генератор 5, ка- 55 тушку 6, прерыватель-распределитель 7, конденсатор 8, соединительные провода 9, Генератор 5 служит для создания.тЬка в цепи низкого напряжения, катушка 6 преобразует ток низкого напряжения в импульсы

тока высокого напряжения. Прерывательраспределитель 7 состоит из прерывателя, прерывающего в нужный момент цепь тока низкого напряжения, и распределителя, распределяющего импульсы тока высокого напряжения по электромагнитным катушкам 2 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Конденсатор 8. включенный параллельно контактам прерывателя, служит для увеличения ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке катушки 6.

Устройство работает следующим образом.

При приближении поршня 1 к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит интенсивное нарастание конвективного TennoBOfo потока, которое продолжается в течение активного протекания процесса сгорания от ВМТ до 40° поворотаколенчатого вала. В этот момент, т. е. в диапазоне 18-22 угла поворота коленчатого вала до ВМТ электрический ток от генератора 5 проходит по катушке 6, индуктируя высокую ЭДС. создавая ток высокого напряжек)ия. Этот ток поступает на прерыватель-распределитель 7, который распределяет импульсы вьюокого напряжения по электромагнитным катушкам 2, установленным за гильзами 4 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Электромагнитные катушки 2 создают направленный магнитный поток, который снижает плотность теплового потока в зоне головки поршня 1 благодаря отбрасыванию сажистых.частиц.

Формула изобретения

1.Способ регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания путем перераспределения количества теплоты продуктов сгорания топлива в камере сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения надёжности путем снижения плотности теплового потока в головке поршня,.перераспределение теплоты продуктов сгорания топлива в камере сгорания осуществляют путем наложения импульсного электромагнитного п.оля, вектор напряженности которого направлен парал- лельно оси поршня.

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что время действия электромагнитного поля выбирают в диапазоне (3 - 6) 10 с.

3.Устройство для регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания, содержащее поршень с головкой, размещенный в цилиндре блок-картера двигателя, отличающееся тем,.что, с целью повышения надежности путем снижения плотности теплового потока и головке поршня, в верхней части блок-картера. размещена электромагнитная катушка с наружным диаметром 1,1-1-.2 диаметра поршня и высотой О..б высоты головки

Фл поршня, соединенная с системой генерации импульсов высокого напряжения,

Изобретение относится к двигателест- роению, регулированию теплового режимапоршня двигателя Внутреннего сгорания (две). Цель изобретения - повышение надежности путем снижения плотности теплового потока в головке Поршня. В рабочем процессе при сгорании топлива образуются сажистые частицы, максимальная температура которых достигает 3000°С. Чтобы избежать отдачи тепла от сажистых частиц к поршню, на них действуют магнитным полем. При приближении поршня к верхней мертвой точке происходит интенсивное нарастание теплового потока, в этот момент включается электромагнитная катушка, установленная в верхней части блок-картера. 3 3. п. 1 с . п,ф-лы, 3 ил.б' 8'7'^00о