Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия
COMBUSTION CHAMBER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COMPRESSION IGNITION

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к камерам сгорания двигателей внутреннего сгорания.
Известны камеры сгорания двигателей с установленными в них перегородками, разделяющими камеру сгорания на несколько изолированных объемов при положении поршня в ВМТ. Известна камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия [1], в которой с целью повышения экономичности двигателя установлена перегородка, выполненная с пазами, оси которых совпадают с осями распыливающих сопел форсунки. Топливные факелы проходят через пазы перегородки, при этом их горящая оболочка «срезается» перегородкой. Изобретение обеспечивает улучшение экономичности двигателя.
Недостатком данного устройства является то, что при пуске двигателя на топливных факелах отсутствует горящая оболочка, в результате чего наличие перегородки изменяет коэффициент избытка воздуха в различных частях камеры сгорания и затрудняет воспламенение топлива и пуск двигателя.
Известен также способ организации процесса сгорания путем временного разделения камеры сгорания перегородками на отдельные полости и независимого сгорания топливовоздушных смесей в полостях с последующим объединением полостей и догоранием смеси в общем объеме [2]. Камера сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) разделяется перегородками на две или более полости, в одной из которых установлена свеча. Горение начинается в свечной полости и протекает до момента достижения критического отношения давлений между газами в свечной и смежной с ней полостью, после чего полости объединяются, и горящие газы зажигают смесь в смежной полости. Каждая последующая полость поочередно объединяется с предыдущими, и смесь в очередной полости зажигается горящими газами из предыдущих полостей. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств поршневых двигателей внутреннего сгорания с зажиганием от искры.
Недостатком данного устройства является то, что разделение камеры сгорания перегородками на несколько полостей с одинаковыми степенями сжатия увеличивает площадь охлаждения рабочего тела, что затрудняет пуск двигателя.
Наиболее близким техническим решением является камера сгорания поршневого двигателя [3], которая образована плоской поверхностью крышки цилиндра, частью поверхности цилиндра и ступенчатой поверхностью днища поршня. Плоскость разъема крышки и блока цилиндра выполнена под углом к оси цилиндра, и объем камеры сгорания делится ребрами ступеней днища поршня на клиновые полости. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств и уменьшение газодинамических потерь двигателя.
Недостатком этого изобретения, принятого за прототип, является большая площадь охлаждения рабочего тела, находящегося в обоих клиновых полостях камеры сгорания с одинаковыми степенями сжатия, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.
Цель изобретения - повышение надежности пуска двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная цель достигается при ступенчатой поверхности днища поршня установкой в камере сгорания перегородки, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы. В период пуска двигателя перегородка разделяет объем камеры сгорания на два изолированных объема, в одном из которых создается повышенная степень сжатия при минимальной поверхности охлаждения заключенного в ней рабочего тела.
Новым в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и ступенчатой поверхностью днища поршня является установка перегородки, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы, разделяющей в период пуска двигателя камеру сгорания на два изолированных объема с различной степенью сжатия.
На фиг. 1 представлена камера сгорания двигателя внутреннего сгорания при пуске холодного двигателя при положении поршня в ВМТ; на фиг. 2 представлена камера сгорания при работе двигателя.
Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) образована цилиндром 1, поршнем 2 со ступенчатой поверхностью днища, и крышкой цилиндра 3. В камере сгорания установлена перегородка 4, закрепленная в крышке цилиндра 3. В период пуска двигателя перегородка 4 разделяет камеру сгорания на два изолированных объема: основной 5 и дополнительный 6. Поршень 2 имеет выступ, входящий в дополнительный объем 6 при положении поршня 2 в ВМТ. Перегородка 4 изготовлена из материала, обладающего эффектом памяти формы.
При пуске холодного двигателя (фиг. 1) перегородка 4 отогнута от поверхности головки цилиндра 3 и расположена вертикально. При положении поршня в ВМТ выступ поршня 2 входит в дополнительный объем 6 камеры сгорания, обеспечивая в нем повышенную степень сжатия по сравнению с основным объемом 5 камеры сгорания. Топливо впрыскивается форсункой в дополнительный объем 6, где обеспечивается надежное воспламенение рабочего тела благодаря высокой степени сжатия рабочего тела в этом объеме. При этом поверхность охлаждения рабочего тела в дополнительном объеме 6 минимальна, и, кроме того, перегородка 4 не охлаждается жидкостью из системы охлаждения двигателя, что еще больше уменьшает потери теплоты.
При работе двигателя (фиг. 2) перегородка 4 прижимается к поверхности головки цилиндра 3 и располагается горизонтально, открывая весь объем камеры сгорания, как это необходимо для нормальной работы двигателя.
Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия работает следующим образом. Перед пуском холодного двигателя перегородка 4 имеет низкую температуру, отогнута от поверхности крышки цилиндра 3 и расположена вертикально. При пуске двигателя выступ поршня при движении поршня 2 к ВМТ входит в дополнительный объем 6 камеры сгорания, образуемый крышкой цилиндра, стенкой цилиндра, выступом поршня и перегородкой, обеспечивая в дополнительном объеме более высокую степень сжатия по сравнению со степенью сжатия рабочего тела в основном объеме 5 камеры сгорания. Благодаря высокой степени сжатия топливовоздушная смесь в дополнительном объеме 6 воспламеняется и обеспечивает надежный пуск двигателя.
После пуска двигателя и появления в цилиндре открытого пламени перегородка 4 нагревается, в ее материале происходит мартенситное превращение [4], и перегородка 4 изменяет свою форму, прижимается к поверхности головки цилиндра 3 и располагается горизонтально, открывая весь объем камеры сгорания.
При остановке и остывании двигателя перегородка 4, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, охлаждается, и в ее материале вновь происходит мартенситное превращение [4], перегородка 4 отгибается от поверхности головки цилиндра 3 и располагается вертикально. Если пуск производится на горячем двигателе, перегородка 4 остается в рабочем (горизонтальном) положении и имеет высокую температуру, обеспечивая надежное воспламенение топлива и пуск горячего двигателя.
В качестве материала перегородки может быть использован, например, никелид титана, прочностные и жаростойкие характеристики которого превосходят показатели большинства сталей [5].
Высокая степень сжатия рабочего тела реализуется только в сравнительно небольшом дополнительном объеме камеры сгорания. Площадь поршня, соответствующая этому объему, невелика, что позволяет использовать в системе пуска двигателя стартер небольшой мощности.
Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности пуска двигателя внутреннего сгорания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.С. СССР №1470986 А1, опубл. 07.04.89, бюл. №13 «Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия».
2. Патент РФ №2232906 С1, опубл. 20.07.2004, бюл. №20 «Способ организации процесса постадийного сгорания в поршневом двигателе».
3. Патент РФ №2231656 С1, опубл. 27.06.2004, бюл. №18 «Камера сгорания поршневого двигателя».
4. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.
5. Никелид титана: структура и свойства / В.Н. Хачин, В.Г. Пушин, В.В. Кондратьев. - М.: Наука, 1992. - 160 с.