Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит основную камеру сгорания, вихревую предкамеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой соединительным каналом, топливную форсунку, установленную в предкамере, и поршень с фигурным вытеснителем на днище, выполненным из материала, обладающего эффектом памяти формы. В качестве такого материла использован сплав на основе железа и никеля. В непрогретом состоянии на частичных режимах работы фигурный вытеснитель поворачивается на некоторый угол, обеспечивая закрутку воздуха в предкамере. Изобретение обеспечивает повышение экономичности двигателя и снижение токсичности отработанных газов на частичных режимах работы двигателя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

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 полноты 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 понижает 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 является 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.

Кроме того, данная конструкция также не обеспечивает закручивания воздушного заряда в предкамере, что понижает качество подготовки топлива (турбулизацию заряда) и, тем самым, ухудшает экономичность двигателя.

Известен также [3] двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания и вихревую предкамеру, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, причем поршень имеет цилиндрический выступ, расположенный при положении поршня в верхней мертвой точке в предкамере.

Недостатком такого технического решения также является отсутствие закрутки воздушного заряда в предкамере, что приводит к снижению экономичности двигателя на частичных режимах работы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания [4], 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 предкамере топливную форсунку и поршень с профилированным вытеснителем на днище, размещенным в канале с зазором.

Выступ поршня не является цилиндрическим, а снабжен пазами и выступами, образующие которых параллельны оси цилиндра. Продольные пазы на вытеснителе и горловине не изменяют характеристик движения воздуха и не создают закрутки воздуха в предкамере.

Недостатком этого технического решения, принятого за прототип, является то, что при снижении частоты вращения коленчатого вала на частичных режимах работы двигателя значительно уменьшается расход воздуха, в результате чего ухудшается процесс сгорания и становится необходимой закрутка (турбулизация) воздушного заряда в предкамере.

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

Поставленная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, который содержит основную камеру сгорания, образованную поверхностями поршня, гильзы и головки цилиндра, вихревую предкамеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, установленную в предкамере топливную форсунку и поршень с фигурным вытеснителем на днище, размещенным в канале с кольцевым зазором.

Новым в двигателе внутреннего сгорания является выполнение фигурного вытеснителя из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из сплава на основе железа и никеля.

На фиг.1 представлен двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А, на фиг.3 показан разрез А-А после мартенситного превращения при снижении температуры внутри камеры сгорания; на фиг.4 - двигатель, продольный разрез после мартенситного превращения выступа поршня.

Двигатель содержит основную камеру сгорания 1, соединенную с предкамерой 2 соединительным каналом 3, в который в верхней мертвой точке входит фигурный вытеснитель 4. На горловине 5 и фигурном вытеснителе 4 выполнены эквидистантные пазы 6, параллельные оси цилиндра. Предкамера 2 снабжена форсункой 7.

Поршень 8 снабжен цилиндрическим выступом в виде фигурного вытеснителя 4 на днище, размещенным в канале 3 с кольцевым зазором. Рабочее тело из предкамеры 2 перетекает в основную камеру сгорания по кольцевому каналу 3, образованному горловиной 5 и фигурном вытеснителем 4. На фигурном вытеснителе 4 имеются эквидистантные пазы 6.

Двигатель работает следующим образом. Форсунка 7 впрыскивает топливо в предкамеру 2. Смесь топлива и воздуха при сгорании поступает в основную камеру 1. Продольные пазы на фигурном вытеснителе и горловине не изменяют характеристики движения воздуха, не создают дополнительной закрутки воздуха.

Эквидистантное расположение пазов позволяет при перекладке поршня исключить контакты фигурного вытеснителя с поверхностью горловины (фиг.2).

На частичных режимах работы расход воздуха, например дизеля без наддува, зависит только от числа оборотов его коленчатого вала. При этом расход воздуха может настолько уменьшиться, что без закрутки воздуха в предкамере экономичность двигателя значительно ухудшится. С другой стороны, на низких режимах работы двигателя при значительном снижении подачи топлива температура в камере сгорания падает. Температура фигурного вытеснителя 4, изготовленного из материала с эффектом памяти формы, понижается, в нем происходит мартенситное превращение, в результате чего фигурный вытеснитель 4 поворачивается свободным концом на некоторый угол (фиг.3 и 4), обеспечивая закрутку воздуха в предкамере и, тем самым, понижая расход топлива и токсичность отработанных газов на частичных режимах работы двигателя.

При увеличении цикловой подачи топлива и оборотов коленчатого вала в двигателе температура заряда в предкамере 2 возрастает, повышается температура фигурного вытеснителя 4 и в нем происходит обратное мартенситное превращение. Вследствие этого фигурный вытеснитель 4 принимает свою прежнюю форму.

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.

Источники информации

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. А.с. СССР №1318703, опубл. 23.06.87, бюл. №23.

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

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания, образованную поверхностями поршня, гильзы и головки цилиндра, вихревую предкамеру в форме тела вращения, связанную с основной камерой при помощи соединительного канала, установленную в предкамере топливную форсунку и поршень с фигурным вытеснителем на днище, размещенным в канале с кольцевым зазором, отличающийся тем, что фигурный вытеснитель 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 фигурный вытеснитель поворачивается на некоторый угол, обеспечивая закрутку воздуха в предкамере.

РИСУНКИ