Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, повышает экономичность малооборотного двигателя путем улучшения газообмена. Двигатель внутреннего сгорания имеет вихревую камеру, сообщенную с цилиндром соединительными каналами прямоугольного сечения с установленными в них профилированными лопатками, изготовленными из материала с эффектом памяти формы. При работе двигателя вследствие изменения температуры на различных тактах процессы поворота профилированных лопаток повторяются, обеспечивая своевременное автоматическое открытие и закрытие соединительных каналов. Изобретение обеспечивает повышение экономичности малооборотного двигателя путем улучшения газообмена. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к малооборотным двигателям внутреннего сгорания с разделенной камерой сгорания.
Известен поршневой двигатель [1], являющийся наиболее близким к заявляемому изобретению, который содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с выполненными в ней впускными и выпускными патрубками и вихревой камерой, сообщенной с цилиндром при помощи соединительных каналов. Соединительные каналы расположены тангенциально к сферической поверхности вихревой камеры и выполнены с профилированными лопатками. При этом по меньшей мере в одном соединительном канале лопатки выполнены с наклоном в сторону вихревой камеры, а в другом канале - в сторону цилиндра. На участках соединительных каналов со стороны цилиндра выполнены направляющие выемки. Вихревая камера снабжена форсункой или свечой зажигания.
На такте впуска свежий заряд поступает по впускному патрубку в цилиндр и движется вокруг его оси. При сжатии поток газа, вращаясь вокруг оси цилиндра, через направляющие выемки и соединительные каналы поступает в вихревую камеру. Поскольку один из каналов направлен своими лопатками в сторону вихревой камеры, а другой канал направлен лопатками в сторону цилиндра, большая масса заряда и с большей скоростью перетекает в вихревую камеру по каналу с лопатками, направленными в сторону вихревой камеры, вызывая в ней интенсивное вихревое движение.
После воспламенения давление в вихревой камере превышает давление в цилиндре и рабочее тело в основном через канал с лопатками, направленными в сторону цилиндра и направляющую выемку, поступает в цилиндр из вихревой камеры, при этом профилированные лопатки, наклоненные в сторону вихревой камеры в другом канале, препятствуют движению газа по этому каналу. В результате этого в цилиндре повышается давление и одновременно образуется интенсивное вихревое течение вокруг оси цилиндра. Этому способствует также направляющая выемка.
При такте выпуска тангенциальное расположение выпускного патрубка, совпадающее с вихревым движением в цилиндре, способствует беспрепятственному выходу из цилиндра продуктов сгорания. Такое выполнение каналов обеспечивает устойчивую циркуляцию вращательного движения заряда в вихревой камере, хорошую ее продувку и лучшее смесеобразование. При выполнении числа соединительных каналов более двух достигается еще более интенсивная продувка вихревой камеры с высокой степенью турбулизации заряда и с эффективным сгоранием.
Недостатком этого технического решения, принятого за прототип, является то, что в процессе работы двигателя профилированные лопатки не перекрывают полностью соединительных каналов между вихревой камерой и цилиндром двигателя внутреннего сгорания, в результате чего вблизи осей каналов образуются течения, направленные против основного движения газов как на такте сжатия, так и на такте сгорания-расширения, в результате чего повышение экономичности двигателя и качества газообмена в данной конструкции осуществляются не в полной мере.
Цель изобретения - повышение экономичности малооборотного двигателя внутреннего сгорания путем улучшения газообмена.
Поставленная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, который содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем и головку цилиндра с выполненными в ней впускными и выпускными патрубками и вихревой камерой, сообщенной с цилиндром при помощи соединительных каналов, расположенных тангенциально к сферической поверхности вихревой камеры с установленными в них профилированными лопатками, причем по меньшей мере в одном канале лопатки выполнены с наклоном в сторону вихревой камеры, а в остальных каналах - в сторону цилиндра, в головке на участке выхода соединительных каналов в цилиндре выполнены направляющие выемки и впускные и выпускные патрубки выполнены тангенциальными по отношению к цилиндру.
Новым в двигателе внутреннего сгорания является выполнение профилированных лопаток из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из сплава на основе железа и никеля [2].
На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг.2 - двигатель, продольный разрез, после поворота профилированных лопаток на такте сжатия; на фиг.3 - двигатель, продольный разрез, после поворота профилированных лопаток на такте сгорания-расширения.
Поворот профилированных лопаток в соединительных каналах на различных тактах работы двигателя происходит в результате мартенситного превращения при изменении температуры как внутри основной камеры сгорания, так и внутри вихревой камеры.
Двигатель внутреннего сгорания (Фиг.1) содержит цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, головку 3 цилиндра 1 с выполненными в ней впускными и выпускными патрубками (не показаны) и вихревой камерой 4, сообщенной с цилиндром 1 при помощи соединительных каналов 5 и 6. Соединительные каналы 5 и 6 расположены тангенциально к сферической поверхности 7 вихревой камеры 4 и выполнены с профилированными лопатками 8 и 12. При этом в соединительном канале 5 лопатки 8 выполнены с наклоном в сторону вихревой камеры 4, а в канале 6 лопатки 12 имеют наклон в сторону цилиндра 1.
На участках соединительных каналов 5 и 6 со стороны цилиндра выполнены направляющие выемки 9 и 10. Вихревая камера 4 снабжена форсункой (или свечой зажигания) 11.
На такте выпуска тангенциальное расположение выпускного патрубка, совпадающее с вихревым движением в цилиндре 1, способствует беспрепятственному выходу из цилиндра 1 продуктов сгорания. Такое выполнение соединительных каналов обеспечивает устойчивую циркуляцию вращательного движения заряда в вихревой камере 4, хорошую ее продувку и лучшее смесеобразование и сгорание топлива, повышает экономичность двигателя внутреннего сгорания. При этом соединительные каналы 5 и 6 выполнены прямоугольного сечения.
Поворот профилированных лопаток 8 и 12 осуществляется за счет мартенситного превращения в материале, обладающем эффектом памяти формы при различных температурах на тактах сжатия и сгорания-расширения.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. На такте сжатия (Фиг.2) температура в цилиндре и вихревой камере относительно низкая и в материале профилированных лопаток 8 в соединительном канале 5 происходит мартенситное превращение и они поворачиваются таким образом, что прижимаются к стенкам соединительного канала 5, полностью открывая этот соединительный канал. В это же время профилированные лопатки 12 в соединительном канале 6 поворачиваются в свою очередь за счет мартенситного превращения так, что полностью закрывают соединительный канал 6. Рабочее тело поступает в вихревую камеру только по соединительному каналу 5, обеспечивая высокую степень турбулизации заряда в вихревой камере; не допускается перетекание рабочего тела в цилиндр по соединительному каналу 6. В процессе сгорания-расширения (Фиг.3) температура в цилиндре и вихревой камере значительно возрастает и в материале профилированных лопаток 8 и 12 происходит обратное мартенситное превращение; при этом профилированные лопатки 12 поворачиваются и прижимаются к стенкам соединительного канала 6, полностью открывая соединительный канал 6, а профилированные лопатки 8 в соединительном канале 5 за счет обратного мартенситного превращения в их материале поворачиваются так, что полностью перекрывают соединительный канал 5, не допуская перетекания рабочего тела в цилиндр по соединительному каналу 5. В результате этого в цилиндре повышается давление и одновременно образуется интенсивное вихревое течение вокруг оси цилиндра, способствующее лучшему сгоранию топлива и, следовательно, повышению экономичности двигателя внутреннего сгорания. При работе двигателя вследствие изменения температуры на различных тактах процессы поворота профилированных лопаток 8 и 12 повторяются, обеспечивая своевременное автоматическое открытие и закрытие соединительных каналов 5 и 6.
Предлагаемое техническое решение предназначено для использования в малооборотных двигателях с относительно низкой частотой вращения коленчатого вала; профилированные лопатки при этом выполняются малоинерционными.
Таким образом, использование предлагаемого двигателя внутреннего сгорания способствует повышению экономичности двигателя путем улучшения газообмена.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.С. СССР №1460371 А1, опубл. 23.02.89, бюл. №7.
2. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении./ А.С.Тихонов, А.П.Герасимов, И.И.Прохорова - М.: Машиностроение, 1981, - 80 с.
1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем и головку цилиндра с выполненными в ней впускными и выпускными патрубками и вихревой камерой, сообщенной с цилиндром при помощи соединительных каналов, расположенных тангенциально к сферической поверхности вихревой камеры с установленными в них профилированными лопатками, причем, по меньшей мере, в одном канале лопатки выполнены с наклоном в сторону вихревой камеры, а в остальных каналах - в сторону цилиндра, в головке на участке выхода соединительных каналов в цилиндре выполнены направляющие выемки и впускные и выпускные патрубки выполнены тангенциальными по отношению к цилиндру, отличающийся тем, что профилированные лопатки выполнены 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 при работе двигателя вследствие изменения температуры на различных тактах процессы поворота профилированных лопаток повторяются, обеспечивая своевременное автоматическое открытие и закрытие соединительных каналов между вихревой камерой и цилиндром.
3. ДВС по п.1, отличающийся тем, что соединительные каналы между вихревой камерой и цилиндром выполнены прямоугольного сечения.
