Способ регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к двигателестроению, 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

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1714180 А1 (я)л F 02 F 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCPl

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ (21) 4828093/06 (22) 14.03,90 (46) 23.02.92. Бюл. N 7 (71) Вологодский политехнический институт (72) Г.И, Шаров, С.Б. Ябко и А.B. Головкин (53) 621,443 (088.8) (56) Теория ДВС. Под ред. Н.Х,. Дьяченко.—

Л.: Машиностроение, 1974, с. 504 — 516, (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ,г (57) Изобретение относится к двигателестроению,. регулированиЮ теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС), 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 з. и. 1 с . п.ф-лы, 3 ил.

1714180

Изобретение относится к двигателестроению, управлению тепловым режимом цилиндров ДВС, в 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 скооости направления движения охлаждающей жидкости. Недостатком способа является невозможность снижения плотности теплового потока в зоне головки поршня, сложность конструкции, наличие местных теплонапряжеиий, Кроме того, данная система отвода тепла от поверхнос и камеры сгорания приводит к снижению температуры всей повеохности камеры сгорания без учета локальных тепловых переГрузок.

Известен способ регулирования теплового режима поршня ДВС,.заключающийся в увеличении толщины тепловоспринимающей поверхности: Недостатком данного сп«соба является невозмо>кность снижения

: лот ности теплового потока, приводящего к разрушению головки поршня, большая мета1лоемкость и большие капитальные затраты.

Известен способ регулирования теплового режима поршня путем изменения закона ггодвода тепло;ы к поверхности поршня, заключающийся в изменении процессов смесеобразования в цилиндре двигателя гуте изк енения топливопадачи. Недостатком способа является невозможность добиться снижения теплонапряженности головки поршня без изменения других показателей работы двигателя. Это объясняется тем, .что процесс топливоподачи и смесеобразования может достаточно эф" фективно осуществляться только на одном из режимов работьь

Целью изобретения является повышение надежности.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить подведение тепла к локальной поверхности камеры сгорания и перераспределять тепловой поток r,o 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 вы бирают в диапазоне 3 — б 10- с, з

В верхней части блок-картера размещают электромагнитную катушку диаметром

1,1 — 1,2 диаметра поршня,и высотой 0,4—

0,5 высоты головки поршня соединенную с

l системой генерации импульсов высокого напряжения.

В рабочем процессе при сгорании топ-. лива образуются продукты сгорания, которые отводятся в окружающую среду и частично оседают на стенках цилиндра и поршня в виде нагара. Среди продуктов сгорания выделяются положительно заря>кенные частицы, максимальная температура которых достигает 3000 С.

Чтобы избежать отдачи тепла от сажи-. стых 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 — 10

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 устройс-ва возможно снизить качество материала, а следовательно, снизить трудоемкость обработки металла.

На фиг. 1 показана зависимость плотно-. 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 конвективного 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 сажистые частицы от угла поворота коленчатого вала.

1714180

Под действием конвективной составля- 20

Максимальная величина конвективного теплового потока (кривая 1 на фиг. 1) находится в диапазоне 18 — 22 поворота колен; чатого вала двигателя и величина его зависит от режима работы двигателя, который определяется положением рейки топливного насоса высокого давления и частотой вращения коленчатого вала, Величина конвективного теплового потока в зна/ чительной степени зависит от количества сажистых частиц, передающих свое тепло стенкам камеры. сгорания за счет направленного магнитного поля, которое действует в период наибольшей величины теплового конвективного потока; сажистые частицы отбрасываются от стенок камеры сгорания и тем самым уменьшается величина конвективного теплового потока (кривая

2 на фиг, 1), ющей газового потока и сэ>кистых частиц происходит формирование температурного поля в поршне (фиг. 2). Наибольшая температура достигается в районе верхней кромки камеры сгорания (240 С). Такое локальное значение температуры оказывает влияние на тепловой режим работы верхнего поршневого кольца, Температура поршня в районе верхнего поршневого кольца достигает 210 С на номинальном режиме работы. Увеличение температуры поршня при резком увеличении нагрузки может привести к увеличению температуры в районе верхнего поршневого кольца, заклиниванию его, в результате чего ухудшается надежность работы цилиндропоршневой группы.

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

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

Ъ

50 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, вклюценный параллельно контактам прерывэтеля, 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 теплового пбтока, которое продолжается в течение активнога протекания процесса сгорания от

BMT до 40 поворота коленчатого 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 напряжения. Этот ток поступает на прерыватель-распределитель 7, который распределяет импульсы высокого 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, о тл и ча ю щи и с я тем, что, с целью повышения надежности путем снижения плотности теплового потока в головке поршня,. перераспределение теплоты продуктов сгорания топлива в камере сгора- . ния осуществляют путем наложения импульсного электромагнитного поля, вектор напряженности которого направлен парал-. лельно оси поршня.

2. Способ. по и. 1, отличающийся 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что, с целью повышения надежности путем снижения плотйости теплового потока в головке поршня, в верхней части блок-картера.

1714180 размещена злектромагнитная катушка с на- поршня, соединенная с системой генерации ружчым диаметром 1,1-1,2 диаметра порш- импульсов высокого напряжения. ня ч высотой 0,4-0,5 высоты головки

Редактор О. Хрипта

Заказ 673 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

qI .!

Составитель M. Бондарев

Техред M.Moðiåíòàë Ко рректор А. Осаулен ко