двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания, образованную поверхностями поршня, гильзы и головки цилиндра, вихревую форкамеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, установленную в форкамере топливную форсунку и поршень с цилиндрическим выступом с вершиной в виде диска на днище, размещенным в канале с кольцевым зазором, отличающийся тем, что цилиндрический выступ выполнен из материала, обладающего эффектом памяти формы.

2. ДВС по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, обладающего эффектом памяти формы, использован сплав на основе железа и никеля, при этом в непрогретом состоянии на частичных режимах работы двигателя боковая поверхность цилиндрического выступа увеличивает свой диаметр и имеет винтовые канавки.

3. ДВС по п.1, отличающийся тем, что на диске цилиндрического выступа выполнен прилив шлемовидной формы с острием, направленным к распылителю форсунки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен поршневой двигатель (1) с впрыском топлива в предкамеру и выбросом горящей смеси из предкамеры в цилиндр с использованием центрального выступа с цилиндрической частью, предкамерой с топливной форсункой, соединенной с основной камерой сгорания при помощи перепускного канала с цилиндрической частью.

Оптимизация количества отводимого от выступа тепла позволяет улучшить экономичность предлагаемого двигателя за счет стабильности сечения перепускного канала и стабильности воспламенения, а также сгорания заряда. Кроме того, отвод тепла от выступа предотвращает его обгорание, что позволяет также повысить надежность работы двигателя.

Недостатком такой конструкции является отсутствие закручивания воздушного заряда в предкамере, что снижает качество подготовки топлива к сгоранию и ухудшает экономичность двигателя. Другим недостатком является стабильность сечения перепускного канала, что неэффективно на частичных режимах работы двигателя.

Известен также (2) двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, размещенный в нем поршень с днищем, снабженным выступом, головку цилиндра, впускной и выпускной каналы с клапанами, основную камеру сгорания, ограниченную стенкой цилиндра, его головкой и днищем поршня, и предкамеру с зауженной горловиной, размещенную в головке, перекрываемую выступом днища поршня при положении последнего в верхней мертвой точке и снабженную форсункой, причем впускной и выпускной каналы размещены в основной камере сгорания, отличающийся тем, что с целью повышения экономичности он снабжен продувочным каналом с клапаном, размещенным в предкамере против горловины, и продувочный канал сообщен с выпускным каналом.

Недостатком этого технического решения является то, что сечение проходного канала горловины выбирается для режима номинальной мощности и для частичных режимов нагружения слишком большим, что приводит к ухудшению распыливания топлива, увеличению диаметра капель топлива и, в конечном счете, к ухудшению процесса сгорания и увеличению расхода топлива на частичных режимах работы двигателя.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания (3), у которого орган топливоподачи выполнен в виде форсунки с однодырчатым распылителем, установленным в верхней части предкамеры по ее центру, а к днищу поршня прикреплен вытеснитель.

Двигатель имеет вихревую камеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, установленную в форкамере топливную форсунку и поршень с цилиндрическим вытеснителем на днище, размещенным в канале с кольцевым зазором.

В известном двигателе впрыск топлива во встречный поток воздуха, втекающего в форкамеру в процессе сжатия, приводит к отбрасыванию части впрыскиваемого топлива в сторону стенок форкамеры.

Двигатель содержит основную камеру сгорания, образованную поверхностями поршня, гильзы и головки цилиндра, вихревую форкамеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, установленную в форкамере топливную форсунку.

Поршень снабжен цилиндрическим выступом на днище, размещенным в канале с кольцевым зазором. Вершина цилиндрического выступа поршня выполнена в виде диска, расположенного при положении поршня в верхней мертвой точке в форкамере. Диаметр диска выполнен больше диаметра цилиндрического выступа и меньше диаметра соединительного канала. Поверхность диска со стороны поршня плавно сопряжена с поверхностью цилиндрического выступа, а поверхность соединительного канала выполнена плавно сопряженной с поверхностью вихревой форкамеры.

Двигатель работает следующим образом.

При ходе сжатия цилиндрический выступ входит в соединительный канал и при подходе к верхней мертвой точке диск входит внутрь вихревой форкамеры и направляет поток воздуха из основной камеры сгорания вдоль поверхности вихревой форкамеры к форсунке, которая осуществляет впрыск топлива по направлению потока воздуха, при этом не нарушается структура топливного факела.

Движущийся вдоль стенки форкамеры поток воздуха препятствует попаданию капель топлива на стенки форкамеры.

Недостатком этого технического решения, принятого за прототип, является то, что проходное сечение соединительного канала выбирается для режима номинальной мощности двигателя.

При снижении частоты вращения коленчатого вала на частичных режимах работы двигателя значительно уменьшается расход воздуха, в результате чего частицы впрыскиваемого топлива могут достигнуть стенки форкамеры и, тем самым, способствовать ухудшению сгорания, увеличению расхода топлива и токсичности отработанных газов двигателя.

Цель изобретения - повышение экономичности двигателя и снижение токсичности отработанных газов на частичных режимах работы.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит основную камеру сгорания, образованную поверхностями поршня, гильзы и головки цилиндра, вихревую форкамеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, установленную в форкамере топливную форсунку и поршень с цилиндрическим выступом с вершиной в виде диска на днище, размещенным в канале с кольцевым зазором, при этом цилиндрический выступ выполнен из материала, обладающего эффектом памяти формы. В качестве материала, обладающего эффектом памяти формы, использован сплав на основе железа и никеля, при этом в непрогретом состоянии на частичных режимах работы двигателя боковая поверхность цилиндрического выступа увеличивает свой диаметр и имеет винтовые канавки. На диске цилиндрического выступа выполнен прилив шлемовидной формы с острием, направленным к распылителю форсунки.

Диаметр диска выполнен больше диаметра цилиндрического выступа и меньше диаметра соединительного канала. Поверхность диска со стороны поршня плавно сопряжена с поверхностью цилиндрического выступа, а поверхность соединительного канала выполнена плавно сопряженной с поверхностью вихревой форкамеры.

На фиг.1 изображен двигатель, разрез по оси цилиндра, на фиг.2 представлена выноска, показывающая вид цилиндрического выступа после мартенситного превращения при снижении температуры внутри камеры сгорания.

Двигатель содержит основную камеру сгорания 1, образованную поверхностями поршня 2, гильзы 3 и головки 4 цилиндра, вихревую форкамеру 5 в форме тела вращения, связанную с основной камерой 1 при помощи соединительного канала 6, установленную в форкамере 5 топливную форсунку 7.

Поршень 2 снабжен цилиндрическим выступом 8 на днище, размещенным в канале 6 с кольцевым зазором. Вершина цилиндрического выступа 8 поршня выполнена в виде диска 9, расположенного при положении поршня 2 в верхней мертвой точке в форкамере 5. Диаметр диска 9 выполнен больше диаметра цилиндрического выступа 8 и меньше диаметра соединительного канала 6. Поверхность диска 9 со стороны поршня 2 плавно сопряжена с поверхностью цилиндрического выступа 8, а поверхность соединительного канала 6 выполнена плавно сопряженной с поверхностью вихревой форкамеры 5.

На поверхности диска 9 выполнен прилив шлемовидной формы 10 с острием, направленным к распылителю форсунки 7.

На фиг.2 показано положение прилива 10, диска 9 и соединительного канала 6 на одном из частичных режимов работы двигателя.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

При ходе сжатия цилиндрический выступ 8 входит в соединительный канал 6 и при подходе к верхней мертвой точке диск 9 входит внутрь вихревой форкамеры 5 и направляет поток воздуха из основной камеры сгорания 1 вдоль поверхности вихревой форкамеры 5 к форсунке 7, которая осуществляет впрыск топлива по направлению потока воздуха. При этом не нарушается структура топливного факела.

Впрыснутое форсункой 7 топливо ударяется о прилив шлемовидной формы 10 на диске 9 и более равномерно распределяется по форкамере.

Проходное сечение соединительного канала 6 выбирается таким образом, чтобы гидравлические потери на номинальном режиме работы двигателя являлись минимальными, а капли топлива не достигали стенок форкамеры.

При снижении нагрузки и числа оборотов двигателя проходное сечение соединительного канала 6 становится избыточным, и топливо может достигнуть стенок форкамеры, что ухудшит экономичность двигателя.

На частичных режимах работы расход воздуха, например дизеля без наддува, зависит только от числа оборотов его коленчатого вала. При этом расход воздуха может настолько упасть, что капли топлив начнут оседать на стенках форкамеры. С другой стороны, на низких режимах работы двигателя при значительном снижении цикловой подачи топлива температура в предкамере падает. Температура цилиндрического выступа 8, изготовленного из материала с эффектом памяти формы, понижается, в нем происходит мартенситное превращение, в результате чего увеличивает свой размер в поперечном сечении, уменьшая проходное сечение канала 6 и, тем самым, увеличивая скорость воздуха, текущего по каналу 6, что препятствует попаданию капель топлива на поверхность форкамеры. Одновременно с этим при мартенситном превращении вследствие падения температуры меняется профиль цилиндрического выступа 8, при этом измененным профилем является винтовая канавка. Воздух, двигаясь по впадинам винтовой канавки в узкой щели 6 с большой скоростью, препятствует попаданию капель топлива на стенки форкамеры.

При увеличении цикловой подачи топлива и оборотов коленчатого вала в двигателе температура заряда в форкамере 5 возрастает, повышается температура цилиндрического выступа 8, и в нем происходит обратное мартенситное превращение. Вследствие этого цилиндрический выступ 8 уменьшает свой размер в поперечном сечении и принимает свою прежнюю круглую форму без винтовых канавок.

Размеры и форма деталей камеры сгорания принимают прежние значения и обеспечивают качественную работу двигателя на номинальном и близких к нему режимах работы.

Таким образом, использование предлагаемого двигателя внутреннего сгорания способствует улучшению экономических показателей двигателя на частичных режимах работы, не ухудшая показателей номинального и близких к нему эксплуатационных режимов работы.

Список литературы:

1. А.С. СССР №1663209, опубл. 15.07.91, бюл. №26.

2. А.С. СССР №1372076, опубл. 07.02.88, бюл. №5.

3. А.С. СССР №1137224, опубл. 30.01.85, бюл. №4.

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