Двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1, установленный в нем с возможностью перемещения поршень 2, контур охлаждения цилиндра, включающий полости охлаждения цилиндра 5, насос 3 подачи охлаждающей среды, исполнительное устройство 5 для регулирования расхода охлаждающей среды в контуре охлаждения цилиндра и контур охлаждения поршня, включающей полости 13 охлаждения, насос 7 подачи охлаждающего масла, исполнительное устройство 8 для регулирования расхода охлаждающего масла в контуре охлаждения поршня. Двигатель также содержит блок управления 24, датчик 6 температуры цилиндра и датчик 18 температуры поршня. Датчик 18 может быть установлен на выходе из контура охлаждения поршня. Температурные датчики 6,18 и исполнительные устройства 5,8 подключены к блоку управления 24. Предлагаемая контрукция позволяет повысить технико - эксплуатационные показатели двигателя путем поддержания оптимального зазора в сопряжении цилиндр - поршень. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором для улучшения технико-эксплуатационных показателей, в частности, снижения токсичности отработавших газов путем уменьшения зазора в сопряжении цилиндр-поршень, применен составной поршень, днище поршня изготовлено из такого же металла, что и блок цилиндров, для получения одинакового коэффициента термического расширения [1].

Недостатком такого решения является то, что при разных температурных условиях работы цилиндра и поршня, зависящих от режима работы двигателя, особенно в периоды принятия и сброса нагрузки не может обеспечить равенство температур поршня и цилиндра.

Известен ДВС, содержащий блок цилиндров с рубашкой охлаждения блока, насос подачи охлаждающей жидкости, исполнительное устройство в контуре охлаждения блока и контур смазки поршня, датчики температуры охлаждающих и смазывающих сред и блок управления, причем датчики температуры и исполнительные устройства подключены к блоку управления [2]. В известном устройстве поддерживается общее тепловое состояние двигателя путем регулировки температурных параметров охлаждающих и смазывающих сред.

Также известен ДВС, содержащий по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи охлаждающей жидкости, исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре двигателя, блок управления, причем датчик температуры цилиндра и исполнительное устройство, подключены к блоку управления, и контур охлаждения поршня, включающий полости охлаждения поршня и устройство для подачи в них охлаждающей жидкости [3].

В известном устройстве поддерживается заданная температура внутренней поверхности цилиндра, однако не обеспечивается поддержание оптимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень.

Цель - поддержание оптимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень.

Поставленная цель достигается тем, что ДВС, содержащий по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре, исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, блок управления, причем датчик температуры и исполнительное устройство подключены к блоку управления, и контур охлаждения поршня, включающий полости охлаждения поршня и устройство для подачи в них охлаждающей среды, двигатель снабжен датчиком температуры поршня, и дополнительным исполнительным устройством для регулирования расхода охлаждающей жидкости в контуре охлаждения поршня, причем датчик температуры поршня и дополнительное исполнительное устройство подключены к блоку управления.

Датчик температуры может быть установлен на выходе из контура охлаждения поршня.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - вариант выполнения поршня; на фиг. 3 - вариант установки перепускного клапана в контуре охлаждения поршня двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1, установленный в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень 2, контур охлаждения цилиндра, включающий полости 3 охлаждения цилиндра, водяной насос 4, исполнительное устройство 5 и датчик температуры 6, установленный в стенке цилиндра, и контур охлаждения поршня, включающий масляный насос 7, связанный с исполнительным устройством 8, (которое может быть выполнено в виде перепускного золотникового устройства с электромагнитным приводом), снабженным выходным напорным трубопроводом 9 и сливным трубопроводом 10, трубопровод 9 через соединительный штуцер 11 в блоке цилиндров соединен с приемной канавкой 12 поршня,которая сообщена с внутренними полостями 13 охлаждения поршня.

В поршне 2 выполнен канал 14, переходящий в несквозную канавку 15, выполненную на поверхности поршня вдоль его образующей, а в стенке цилиндра 3 выполнено отверстие 16, к которому подключен резервуар 17 (установленный на стенке цилиндра), последний посредством отверстия 16 и канавки 15 связан с полостью 13 охлаждения поршня. В резервуаре 17 установлен датчик температуры 18. Кроме того резервуар 17 снабжен сливной трубкой 19 с выходом в картере 20.

Измерение температуры поршня может быть осуществлено непосредственно (например, установкой датчика на поршне), или косвенно, как описано выше, в этом случае измеритель температуры поршня выполнен в виде датчика температуры охлаждающей жидкости, сливаемой из внутренних полостей охлаждения поршня (фиг. 1).

При длинноходной конструкции двигателя юбка поршня (фиг. 2) выполнена с местным удлинением 21 и канавка 15 имеет продолжение в зоне удлинения юбки. В этом случае измерение температуры охлаждающей жидкости на выходе ее из поршня имеет дискретный характер и соответствует моменту времени, когда датчик 18 температуры омывается охладившей поршень жидкостью.

В случае, когда непрерывный подвод охлаждающей жидкости в полость охлаждения поршня осуществляется по сверлениям в шатуне и коленчатом валу двигателя, контур охлаждения поршня может иметь перепускной клапан 22 для стравливания охлаждающей жидкости в период несовпадения отверстия 16 и канавки 15; клапан 22 может быть включен в контур охлаждения поршня между выходным напорным трубопроводом 9 и сливным трубопроводом 10 исполнительного устройства или иметь свой сливной канал 23 (фиг. 3).

Предпочтительно, чтобы гидравлические сопротивления канала 14, канавки 15, отверстия 16, резервуара 17 и сливной трубки 19 соответственно образовывали бы ряд последовательно увеличивающихся сопротивлений.

Температурные датчики 6 и 18, исполнительные устройства 5 и 8 подключены к блоку управления 24 (например, бортовой компьютер).

Блок 24 содержит ряд преобразователей, в том числе блок корректировки, который учитывает поправки к показаниям датчика 18, как косвенного измерителя температуры (например, поправки на разницу в коэффициентах линейного расширения цилиндра и поршня, теплопотери в материале поршня, износ сопряжений (наработку ДВС) и падение давления в магистрали охлаждающей жидкости, на температуру охлаждающей жидкости на входе ее в поршень).

Кроме того, к блоку управления 24 так же могут быть подключены например, датчик 25 расхода или давления картерных газов, счетчик 26 моточасов, датчики 27, 28 давления и температуры в трубопроводе 9 и 29 аварийного останова двигателя.

Температурные датчики 6 и 18 могут устанавливаться как на все цилиндры (в случае многоцилиндрового двигателя), и только на цилиндры, работающие в наиболее теплонапряженных условиях.

Измерение температуры поршня осуществляется следующим образом. Масляный насос 7 (фиг. 1) подает масло через исполнительное устройство 8, трубопровод 9, штуцер 11 в полости охлаждения 13 поршня 2, проходя по которым и контактируя с полостями охлаждения, охлаждающая жидкость (масло) принимает температуру, близкую к температуре этих поверхностей. При совпадении отверстия 16 в цилиндре с канавкой 15 поршня, охлаждающая жидкость попадает в резервуар 17 и омывает датчик 18.

В зависимости от требуемой точности и конструкции поршня измеренная датчиком 18 температура 13 или принимается за температуру поршня, или корректируется с учетом поправки.

Корректировка осуществляется в соответствующем блоке корректировки блока управления 24. Там же учитываются поправки на материал, из которого выполнены поршень и цилиндр. Например, в случае выполнения цилиндра из чугуна, а поршня из алюминиевого сплава, при равных рабочих температурах, поршень расширится больше, при этом, по сравнению с исходным, зазор "цилиндр-поршень" уменьшится.

В этом случае для поддержания постоянного минимального зазора необходимо, чтобы температура поршня поддерживалась меньшей, чем цилиндра на расчетную величину.

Охлаждающая жидкость может поступать в полость охлаждения поршня и другими известными способами, например по каналам в шатуне, при помощи установленного в блоке цилиндров неподвижного сопла в период нахождения поршня вблизи Н.М.Т. и т.д.

При запуске двигателя поршень прогревается быстрее, чем цилиндр. Для поддержания постоянного минимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень необходимо обеспечить минимальное охлаждение цилиндра и максимальное - поршня, вплоть до выходов из температурных режимов на номинальный.

В этот период сигналы с температурных датчиков 6 и 18 поступают в блок управления, где происходит их обработка, сравнение с учетом поправок и эталонных значений температур и выработка управляющих сигналов, которые генерируются в исполнительные устройства 5 и 8, и последние регулируют расход охлаждающих сред в соответствующих контурах охлаждения, тем самым обеспечивая поддержание постоянного минимального зазора в сопряжении цилиндр-поршень.

Аналогичным образом поддерживается оптимальный зазор в сопряжении цилиндр-поршень и на других режимах работы двигателя.

В случае рассогласования температур цилиндра и поршня свыше установленного предела, т.е. возникновения аварийной ситуации, блок управления 24 через датчик 29 обеспечивает аварийный останов двигателя.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи охлаждающей жидкости, исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре двигателя, блок управления, причем датчик температуры и исполнительное устройство подключены к блоку управления, и контур охлаждения поршня, включающий полости охлаждения поршня и устройство для подачи охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что, с целью улучшения технико-эксплуатационных показателей двигателя путем поддержания оптимального зазора в сопряжении цилиндр - поршень, двигатель снабжен датчиком температуры поршня и дополнительным исполнительным устройством для регулирования расхода охлаждающей жидкости в контуре охлаждения поршня, причем датчик температуры поршня и дополнительное исполнительное устройство подключены к блоку управления.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что датчик температуры установлен на выходе из контура охлаждения поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3