ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия.

Известны форкамерные ДВС с воспламенением от сжатия, использующие предкамеру, расположенную в головке цилиндра, которая соединяется с основной камерой сгорания соединительным каналом [1]. Процесс сгорания протекает в обеих частях камеры за счет подачи топлива в предкамеру. Топливо впрыскивается в предкамеру, а процесс сгорания происходит как в предкамере, так и в основной камере сгорания. Несмотря на высокую турбулентность, воздушный заряд не имеет организованного движения и сгорание происходит неполно. Следствием этого является невысокий уровень эффективного КПД и высокая токсичность отработавших газов двигателя.

Известен также двигатель внутреннего сгорания и способ сжигания топлива в двигателе внутреннего сгорания [2], являющийся наиболее близким и предлагаемому техническому решению, содержащий камеру сгорания в головке цилиндра, соединенную с рабочим цилиндром отверстием-горловиной, в которое входит с зазором выступ на поршне при его движении к верхней мертвой точке (ВМТ) с образованием воздушного канала. В камере сгорания закреплена форсунка и на опорах установлена тепловая вставка из жаропрочного материала. При этом выступ на поршне, отверстие-горловина и тепловая вставка при движении поршня к ВМТ в такте сжатия обеспечивают вытеснение воздушного заряда из цилиндра через воздушный канал между стенками тепловой вставки и камеры сгорания с образованием осевого вихря вокруг вертикальной части стенки вставки.

Недостатком этого изобретения, принятого за прототип, являются невысокий уровень эффективного КПД и высокая токсичность отработавших газов при запуске и на частичных режимах работы двигателя, так как на этих режимах температура вставки невысока, а скорость перемещения воздушного заряда незначительна.

Целью изобретения является повышение эффективного КПД двигателя при его запуске и на частичных режимах работы. Указанная цель достигается тем, что в верхней части отверстия-горловины в головке цилиндра установлено кольцо из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Новым в двигателе внутреннего сгорания является установка в верхней части отверстия-горловины в головке цилиндра кольца из материала, обладающего эффектом памяти формы. Новым в двигателе внутреннего сгорания является также то, что опоры вставки выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит камеру сгорания, размещенную в головке цилиндра и соединенную с цилиндром отверстием-горловиной, в которое входит с зазором выступ на поршне при его движении к ВМТ с образованием воздушного канала; установленную в камере сгорания на опорах тепловую вставку из жаропрочного материала, форсунку. При этом выступ на поршне, отверстие-горловина и тепловая вставка при движении поршня к ВМТ в такте сжатия обеспечивают вытеснение воздушного заряда из цилиндра через воздушный канал между стенками тепловой вставки и камеры сгорания с образованием осевого вихря вокруг вертикальной части стенки вставки. Опоры выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы. В верхней части отверстия-горловины в головке закреплено кольцо из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия характеризуется тем, что в качестве материала, обладающего эффектом памяти формы, использован никелид титана.

На фиг. 1 представлен разрез камеры сгорания двигателя с воспламенением от сжатия. Двигатель содержит камеру сгорания 1, выполненную в виде тела вращения и расположенную в головке цилиндра. С одной стороны камеры сгорания установлена форсунка 2, а с другой имеется отверстие-горловина 3, в которое с зазором входит выступ 4 на поршне 5 при движении поршня к ВМТ. Выступ 4 на поршне 5 плавно сопрягается с плоской поверхностью вытеснения 6 поршня 5. В камере сгорания 1 на опорах 7 (фиг. 2) установлена полая сквозная тепловая вставка 8, выполненная из жаропрочного материала и разделяющая камеру сгорания на два функциональных объема: функциональный объем А - внутренняя полость тепловой вставки 8, и функциональный объем Б - полость между наружными стенками тепловой вставки 8 и стенками камеры сгорания 1. Камера сгорания 1 в головке цилиндра, отверстие-горловина 3, выступ 4 на поршне 5, тепловая вставка 8 и форсунка 2 располагаются на оси цилиндра. Распыленное топливо 9 подается форсункой 2 в функциональный объем А и на стенки тепловой вставки 8. Выступ 4 на поршне 5 вместе с отверстием-горловиной 3 образуют воздушный канал 10, по которому при движении поршня 5 к ВМТ движется вытесняемый из цилиндра воздушный заряд 11.

Опоры 7 выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы (фиг. 2). В верхней части отверстия-горловины 3 камеры сгорания 1 закреплено кольцо 12 из материала, обладающего эффектом памяти формы [3].

Для уменьшения потерь теплоты в системе охлаждения наружные стенки камеры сгорания 1 могут использовать тепловую защиту, например, на основе керамической вставки 13 (фиг. 1 и 3).

Двигатель работает следующим образом. При пуске двигателя и в частичных режимах его работы температура в камере сгорания невелика. Кольцо 12 перекрывает поток газа из цилиндра в функциональный объем Б. Вследствие этого при движении поршня 5 к ВМТ вытесняемый из цилиндра воздушный заряд 11 устремляется в функциональный объем А. Такое движение обеспечивает улучшение перемешивания воздушного заряда 11 с впрыскиваемым форсункой 2 топливом.

При увеличении цикловой подачи топлива и оборотов коленчатого вала двигателя температура в камере сгорания 1 возрастает, повышается температура кольца 12, и в нем происходит мартенситное превращение. Вследствие этого кольцо 12 прижимается к стенкам камеры сгорания 1 (фиг. 3). Поршень 5 при движении к ВМТ вытесняет из цилиндра воздушный заряд 11 в функциональный объем Б вдоль плоских опор 7 кольцевой вставки 8 (фиг. 2). Вследствие этого увеличивается температура опор 7, в их материале происходит мартенситное превращение, и они поворачиваются под углом к образующей тепловой вставки 8 (фиг. 4) для придания осевому движению воздушного заряда между стенками тепловой вставки 8 и камеры сгорания 1 дополнительного вращательного движения. Это способствует интенсификации смесеобразования, сокращению продолжительности сгорания и снижению токсичности отработавших газов при работе двигателя.

При снижении цикловой подачи топлива и оборотов коленчатого вала двигателя температура в камере сгорания 1 уменьшается, снижается температура опор 7, в их материале происходит обратное мартенситное превращение, и они занимают первоначальное положение, способствуя только осевому движению воздушного заряда в функциональном объеме А.

При дальнейшем снижении цикловой подачи топлива и оборотов коленчатого вала двигателя температура в камере сгорания 1 еще уменьшится, понизится температура кольца 12, вследствие чего в кольце 12 происходит обратное мартенситное превращение (фиг. 1). Оно поворачивается свободным концом и перекрывает функциональный объем Б. Далее при прогреве двигателя цикл повторяется.

Если двигатель запускается в горячем состоянии, то опоры 7 повернуты под углом к образующей тепловой вставки 8, а кольцо 12 открывает поток газов в функциональный объем Б, что позволяет обеспечить надежный пуск горячего двигателя.

Предлагаемое техническое решение предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Использование предлагаемого технического решения способствует повышению эффективного КПД двигателя при его запуске и в частичных режимах работы.

Литература

1. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для вузов. - М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 720 с.

2. Гальговский В.Р., Гальговская О.В., Голосов А.А. Двигатель внутреннего сгорания и способ снижения топлива в двигателе внутреннего сгорания. Патент РФ №2 359 136. Опубл. 20.06.2009. Бюл. №17. F02B 19/04, F02B 23/04.

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