Свеча накаливания вихрекамерного дизеля
GLOW PLUG OF A VORTEX-CHAMBER DIESEL ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к свечам накаливания вихрекамерных двигателей внутреннего сгорания.
Известна свеча накаливания закрытого типа [1, стр. 134, рис. 64], облегчающая запуск дизельного двигателя и состоящая из цилиндрического корпуса, устанавливаемого в головку цилиндра двигателя внутреннего сгорания, и соединенного с корпусом штифтового нагревателя. Свеча располагается в вихревой камере дизеля [1, стр. 135, рис. 65] таким образом, что штифтовой нагреватель выступает в полость вихревой камеры, и конус струй распыливаемого топлива касается его раскаленной головки. Для регулирования времени нагрева свечи используются автоматы с электронными блоками управления.
Недостатком данной конструкции является то, что выступающий в камеру сгорания штифт нагревателя постоянно находится в зоне пламени и горячих газов, что вызывает его сильный нагрев при работе двигателя и снижает срок службы свечи.
Известен также способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю [2], позволяющий увеличить эксплуатационный срок службы свечи.
Недостатком способа является сложность регулирования, предусматривающего использование электронных схем.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является свеча накаливания [3], облегчающая запуск дизельного двигателя и состоящая из цилиндрической металлической трубки, ввинчиваемой в блок цилиндров двигателя и представляющей собой корпус свечи накаливания, соединенный со штифтом нагревателя, который выступает в камеру сгорания и обеспечивает нагревание заряда цилиндра.
Недостатком данной конструкции является то, что выступающий в камеру сгорания штифт нагревателя постоянно находится в зоне пламени и горячих газов, что вызывает его сильный нагрев при работе двигателя и снижает срок службы свечи.
Техническая проблема заключается в повышении срока службы свечи накаливания.
Технический результат заключается в исключении перегревания штифта нагревателя при работе двигателя.
Указанный технический результат достигается в свече накаливания вихрекамерного дизеля, состоящая из цилиндрического металлического корпуса, один конец корпуса соединен со штифтовым нагревателем, обеспечивающим нагревание заряда цилиндра, противоположный конец корпуса соединен с пружиной, омываемой охлаждающей жидкостью системы охлаждения дизеля и выполненной с возможностью испытывать  мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании.
Пружина выполнена заведомо большей длины таким образом, чтобы головка штифтового нагревателя выступала в вихревую камеру.
Пружина вторым концом прикреплена к головке цилиндра.
На фиг. 1 показана свеча накаливания;
на фиг. 2 представлен разрез вихрекамерного дизеля с установленной свечой накаливания в период пуска и прогрева холодного двигателя;
на фиг. 3 – разрез вихрекамерного дизеля с установленной свечой накаливания при работе дизеля.
Свеча накаливания (фиг. 1) состоит из гладкого цилиндрического металлического корпуса 1, один конец которого соединен со штифтовым нагревателем 2, головка которого выступает в вихревую камеру и обеспечивает нагревание заряда цилиндра, а противоположный конец корпуса 1 соединен с пружиной 3, выполненной из материала с памятью формы, т.е. материала способного испытывать  мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании.
К штифтовому нагревателю 2 подводится электрический ток (на фиг. 1 не показано).
На фиг. 2 и 3 представлен разрез вихрекамерного дизеля с установленной свечой накаливания. Основная камера сгорания 4 дизеля образована поршнем 5, гильзой цилиндра 6 и головкой цилиндра 7. Основная камера сгорания соединяется каналом с вихревой камерой 8, в которую форсунка 9 впрыскивает топливо. В вихревой камере расположена головка 10 штифтового нагревателя 2, а охлаждение деталей, образующих камеру сгорания, осуществляется охлаждающей жидкостью 11 из системы охлаждения дизеля.
Свеча накаливания вихрекамерного дизеля работает следующим образом. При пуске и прогреве холодного дизеля пружина 3, выполненная с возможностью испытывать  мартенситное превращение посредством изменения своей формы и длины при нагреве и возвращении в исходную форму при остывании,  имеет большую длину, вследствие чего головка штифтового нагревателя 2 выступает в вихревую камеру 8 и обеспечивает нагревание заряда цилиндра и пуск холодного дизеля, фиг 2.
После пуска и прогрева дизеля нагревается охлаждающая жидкость 11 в системе охлаждения, которая омывает пружину 3. В материале пружины происходит обратное мартенситное превращение [4], она изменяет свою форму и укорачивается, вследствие чего соединенный с пружиной 3 цилиндрический металлический корпус 1 перемещается вправо (фиг. 2), обеспечивая перемещение штифтового нагревателя 2, в результате чего головка 10 штифтового нагревателя 2 выходит из вихревой камеры 8, фиг. 3. При этом прекращается подача электрической энергии к нагревателю 2.
Мартенситное превращение называется прямым, если оно происходит в процессе охлаждения материала, и обратным, если оно происходит в процессе нагрева.
Для обеспечения перемещения корпуса 1 пружина 3, одним концом соединенная с корпусом 1, другим концом может быть прикреплена к головке цилиндра 7. Однако при работе дизеля в вихревой камере развивается давление газов, во много раз превышающее давление охлаждающей жидкости в системе охлаждения, поэтому после обратного мартенситного превращения в материале пружины 3 и уменьшения её длины, корпус 1 переместится (вправо) под давлением газов, даже если пружина 3 не будет жёстко соединена с головкой цилиндра 7.
При остановке дизеля охлаждающая жидкость остывает, материал пружины 3 охлаждается, в нем происходит прямое мартенситное превращение, в результате которого пружина изгибается и принимает исходную длину.
Если пуск производится на горячем дизеле, материал пружины 3 имеет высокую температуру, головка 10 штифтового нагревателя выведена из вихревой камеры 8, однако надежный пуск горячего дизеля обеспечивается, так как на горячем дизеле нет необходимости в подогреве заряда цилиндра в период пуска.
Материалы, обладающие эффектом памяти формы, имеют характеристики прочности, превосходящие прочность большинства сталей [4], поэтому пружина, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, будет способна выдержать высокие нагрузки от температуры и давления газов, возникающие при сгорании топлива в цилиндре двигателя.
Восстановление заданной формы при мартенситном превращении происходит со значительной силой [4], поэтому пружина будет способна переместить цилиндрический металлический корпус (влево) при остывании охлаждающей жидкости.
Детали, выполненные из материалов с ЭПФ, могут управлять процессами и системами двигателя без участия электроники, что значительно упрощает управление температурой свечи накаливания.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить срок службы свечи накаливания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Квайт С.М. и др. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей, С.М. Квайт, Я.А. Менделевич, Ю.П. Чижков. – М.: Машиностроение, 1990. – 256 с.
2. Пат. 2645402 С2. Российская Федерация, МПК F02Р 19/02, F02Р 19/00, F23Q 7/00. Способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю / Фултон Брайен Ллойд; патентообладатель Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК (US). – № 2014119777; заявл. 16.05.2014; опубл. 21.02.2018, Бюл. № 6.
3. Пат. 2164310 С2. Российская Федерация, МПК F02P 19/00, F23Q 7/00. Штифтовая свеча накаливания для дизельных двигателей / Йоханнес Лохер и др.; патентообладатель РОБЕРТ БОШ ГМБХ (DE) – № 97116153/06; заявл. 27.06.1999; опубл. 20.03.2001, Бюл. № 8.
4. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. – М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.