ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршень и цилиндр, закрытый сверху головкой цилиндра, а также предкамеру, связанную с цилиндром соединительным каналом [1]. Недостатком данного технического решения является большая площадь охлаждения рабочего тела, постоянно находящегося как в цилиндре, так и в предкамере, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества и экономичность двигателя.
Известен также двигатель внутреннего сгорания [2], являющийся наиболее близким к предлагаемому техническому решению, содержащий цилиндр, головку цилиндра с топливной форсункой, поршень, нагнетательную камеру, ограниченную днищем поршня и головкой цилиндра; камеру сгорания, выполненную в днище поршня, и шибер, расположенный в головке цилиндра соосно с горловиной камеры сгорания. Шибер с установленной в нем искровой свечой имеет возможность управляемого вертикального перемещения и разделяет нагнетательную камеру и камеру сгорания. В шибере выполнен соединительный канал, связывающий нагнетательную камеру и камеру сгорания, входное отверстие соединительного канала расположено на боковой поверхности шибера. Входное отверстие соединительного канала может перекрываться горловиной камеры сгорания, а выходное отверстие соединительного канала расположено на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания.
Недостатком этого изобретения, принятого за прототип, является большая площадь охлаждения рабочего тела, находящегося как в нагнетательной камере, так и в камере сгорания, что увеличивает потери теплоты и ухудшает пусковые качества двигателя.
Цель изобретения - повышение надежности пуска двигателя внутреннего сгорания путем уменьшения площади охлаждения рабочего тела в период пуска.
Поставленная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания установкой на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания, перегородки, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы. В период пуска двигателя перегородка закрывает канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания.
Новым в двигателе внутреннего сгорания является установка на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания, перегородки, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающей в период пуска двигателя канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания.
На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорания при пуске двигателя; на фиг.2 представлен шибер с соединительным каналом и перегородкой, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающей канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания при пуске двигателя; на фиг.3 представлен шибер с соединительным каналом и перегородкой, выполненной из материала, обладающего эффектом памяти формы, при работе двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) содержит цилиндр 1, поршень 2, головку цилиндра 3 и шибер 4, расположенный в головке цилиндра 3 соосно с горловиной камеры сгорания 5. Шибер 4 разделяет нагнетательную камеру 6 и камеру сгорания 5. В шибере 4 размещен соединительный канал 7, связывающий нагнетательную камеру 6 переменного объема, ограниченную днищем поршня 2 и головкой цилиндра 3, и камеру сгорания 5, выполненную в днище поршня 2. Входное отверстие соединительного канала 7 расположено на боковой поверхности шибера 4 с возможностью его перекрытия горловиной камеры сгорания 5, а выходное отверстие расположено на торце шибера 4, обращенном к горловине камеры сгорания 5. На торце шибера 4, обращенном к горловине камеры сгорания 5, установлена перегородка 8, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы. В период пуска двигателя перегородка 8 закрывает канал, соединяющий нагнетательную камеру 6 и камеру сгорания 5. Двигатель внутреннего сгорания имеет также установленную в шибере 4 искровую свечу 9 и установленную в головке цилиндра 3 топливную форсунку 10.
При пуске холодного двигателя (фиг.2) перегородка 8, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, прижата к выходному отверстию соединительного канала 7, связывающего нагнетательную камеру 6 и камеру сгорания 5, и препятствует перетеканию рабочего тела из нагнетательной камеры 6 в камеру сгорания 5; при работе двигателя (фиг.3) перегородка 8, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, нагревается, изменяет свою форму, занимает рабочее положение и открывает соединительный канал 7.
Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) в период пуска работает следующим образом. Перед пуском двигателя шибер 4 имеет низкую температуру, перегородка 8 прижата к торцу шибера 4, обращенному к горловине камеры сгорания 5, и перекрывает соединительный канал 7 (фиг.2). При движении поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ) в цилиндр 1 поступает свежий заряд воздуха. Затем при движении поршня 2 к верхней мертвой точке (ВМТ) воздух сжимается в нагнетательной камере 6 и камере сгорания 5. Топливо впрыскивается форсункой 10, перемешивается с воздухом и образует топливовоздушную смесь. Шибер 4 имеет возможность управляемого вертикального перемещения. При пуске двигателя шибер 4 выдвинут из головки цилиндра 3 (фиг.1). Выдвинутый шибер 4, входя в горловину камеры сгорания 5 при движении поршня 2 к ВМТ, разделяет камеру сгорания 5 и нагнетательную камеру 6. При дальнейшем движении поршня 2 к ВМТ шибер 4 остается неподвижным, давление в камере сгорания 5 растет, обеспечивая повышение температуры находящейся в ней топливовоздушной смеси, воспламенение этой топливовоздушной смеси от искровой свечи 9 и пуск двигателя. Находящаяся в камере сгорания 5 топливовоздушная смесь соприкасается только с торцом шибера 4, обращенным к горловине камеры сгорания 5, и со стенками камеры сгорания 5, расположенной в поршне 2 и имеющей минимально возможную поверхность охлаждения вследствие сферической формы.
После пуска двигателя и появления в цилиндре открытого пламени перегородка 8 нагревается, в материале перегородки 8 происходит мартенситное превращение [3], и она изменяет свою форму, занимая рабочее положение (фиг.3). Канал, соединяющий нагнетательную камеру 6 и камеру сгорания 5, открывается, и двигатель начинает работать следующим образом. При движении поршня 2 к НМТ в цилиндр 1 поступает свежий заряд воздуха. При движении поршня 2 к ВМТ воздух сжимается в нагнетательной камере 6 и камере сгорания 5. Топливо впрыскивается форсункой 10 и перемешивается с воздухом. В камере сгорания 5 образуется обогащенная топливовоздушная смесь. Выдвинутый шибер 4, входя в горловину камеры сгорания 5 при движении поршня 2 к ВМТ, разделяет камеру сгорания 5 и нагнетательную камеру 6. При дальнейшем движении поршня 2 к ВМТ объем камеры сгорания 5 остается постоянным, так как шибер 4 начинает вдвигаться в головку цилиндра 3, обеспечивая постоянный объем камеры сгорания 5. При дальнейшем движении поршня 2 к ВМТ давление в камере сгорания 5 не изменяется, а в нагнетательной камере 6 давление растет. При подходе поршня 2 к ВМТ шибер 4 занимает положение, обеспечивающее открытие соединительного канала 7 горловиной камеры сгорания 5. Происходит перепуск сжатого горячего воздуха из нагнетательной камеры 6 в камеру сгорания 5. Воздух воспламеняет обогащенную смесь, находящуюся в камере сгорания 5. Продукты сгорания, расширяясь в цилиндре 1, совершают работу, перемещая поршень 2 к НМТ. Затем отработавшие газы выпускаются, и цикл повторяется.
При остановке и остывании двигателя перегородка 8, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, охлаждается, и в ее материале происходит обратное мартенситное превращение [3], в результате которого перегородка принимает исходное положение (фиг.2). Если пуск производится на горячем двигателе, перегородка остается в рабочем положении и имеет высокую температуру, обеспечивая надежное воспламенение топлива и пуск горячего двигателя.
Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности пуска двигателя внутреннего сгорания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 720 с.
2. Способ работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания. Патент РФ №2032818 С1, опубл. 10.04.95 г.
3. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.