Камера сгорания дизеля
DIESEL ENGINE COMBUSTION CHAMBER

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к камерам сгорания дизелей.
Известны камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания [1, 2, 3], в которых с целью повышения экономичности двигателя детали, образующие камеру сгорания, имеют сложные многослойные теплоизолирующие покрытия, предназначенные для уменьшения отвода теплоты от рабочего тела в стенки камеры сгорания, и, соответственно, увеличения количества полезно используемой теплоты, выделяющейся при сгорании топлива.
Недостатком этих технических решений является то, что керамические покрытия, имеющие низкую теплопроводность и вследствие этого уменьшающие отвод теплоты от рабочего тела в стенки камеры сгорания, не позволяют аккумулировать внутри цилиндра теплоту, выделяющуюся при сгорании топлива, и возвращать ее рабочему телу на такте впуска и в начале такта сжатия следующего цикла работы двигателя.
Известна камера сгорания [4], в которой с целью повышения топливной экономичности цилиндр, головка цилиндра и днище поршня снабжены теплоизолирующим керамическим покрытием, на которое нанесен наружный контактирующий с рабочим телом теплопередающий слой металла. Выполнение этого слоя из материала с высокой теплопроводностью позволяет сохранять в цикле часть тепловой энергии, теряемой ранее в стенки камеры сгорания. На тактах впуска и начала сжатия в следующем цикле работы двигателя накопленная слоем с высокой теплопроводностью тепловая энергия возвращается рабочему телу.
Недостатком этого технического решения является то, что слой с высокой теплопроводностью имеет гладкую поверхность, и площадь этого слоя сравнительно мала и равна площади поверхности камеры сгорания, вследствие чего эффективность такого технического решения невысока.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является камера сгорания двигателя внутреннего сгорания [5], в которой с целью повышения топливной экономичности на днище поршня и головку цилиндра нанесен теплоизолирующий керамический слой, на который нанесен теплоаккумулирующий и теплопередающий слой из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла. Этот слой имеет рифленую рабочую поверхность, покрытую, в свою очередь, со стороны рабочего тела слоем из высокотеплопроводного металла. Другая поверхность теплоаккумулирующего и теплопередающего слоя снабжена теплоотражателем.
Таким образом, на поверхности огневого днища поршня и головки цилиндра слои покрытия наносятся в следующей последовательности:
- теплоизолирующий керамический слой;
- теплоотражатель;
- теплоаккумулирующий и теплопередающий слой из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла; этот слой имеет рифленую поверхность, увеличенную минимум в 1,5…2 раза по сравнению с площадью поверхности камеры сгорания;
- слой из высокотеплопроводного металла.
При работе двигателя при нахождении поршня вблизи верхней мертвой точки в процессе сгорания топлива высокотеплопроводный слой, имея рифленую поверхность, интенсивно нагревается, и интенсивно передает теплоту в высокотемпературный и с высокой теплоемкостью слой, а теплоотражатель возвращает тепловую энергию в этот же слой, существенно уменьшая тепловой поток в стенки деталей, образующих камеру сгорания. Тепловая энергия, таким образом, накапливается в теплоаккумулирующем и теплопередающем слое и передается свежему заряду в следующем цикле работы двигателя, когда рабочее тело поступает в камеру сгорания и интенсивно подогреваются как за счет увеличенной рифленой поверхности слоя, так и за счет высокого уровня температуры слоя с высокой теплопроводностью.
Недостатком этого технического решения является большая площадь поверхности теплоаккумулирующего и теплопередающего слоя, что затрудняет пуск дизельного двигателя, так как в процессе сжатия при пуске холодного дизеля рабочее тело сильно охлаждается.
Цель изобретения - повышение пусковых качеств дизеля путем уменьшения площади поверхности теплоаккумулирующего и теплопередающего слоя в период пуска и прогрева дизеля.
Поставленная цель достигается установкой в камере сгорания на огневой поверхности головки цилиндра и поршня поверх слоя из высокотеплопроводного металла ребер, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти формы.
Новым в камере сгорания дизеля является установка в камере сгорания на огневой поверхности головки цилиндра и поршня поверх слоя из высокотеплопроводного металла ребер, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти формы.
На фиг. 1 представлена камера сгорания в период пуска холодного дизеля; на фиг. 2 представлена камера сгорания при работе дизеля.
Камера сгорания дизеля образована днищем поршня 1, гильзой цилиндра 2 и головкой цилиндра 3 и содержит на этих деталях теплоизолирующий керамический слой 4, на который нанесен теплоаккумулирующий и теплопередающий слой 5, состоящий из высокотемпературного с высокой теплоемкостью металла. Поверхность слоя 5, обращенная к камере сгорания, покрыта слоем 6 из высокотеплопроводного металла; другая поверхность слоя 5, обращенная к поршню 1 и головке цилиндра 3, снабжена теплоотражательным слоем 7. На поверхности слоя 6 расположены ребра 8 и 9, изготовленные из материала, обладающего эффектом памяти формы.
Камера сгорания дизеля работает следующим образом. При пуске и прогреве холодного дизеля, фиг. 1, ребра 8 и 9 прижаты к поверхности 6 слоя из высокотеплопроводного металла, что уменьшает площадь поверхности теплопередающего слоя. Площадь охлаждения рабочих газов минимальна и дизель легче пускается и быстрее прогревается.
После пуска и прогрева дизеля в материале ребер 8 и 9 происходит мартенситное превращение [6], и они изменяют свою форму, отгибаются вверх и увеличивают площадь поверхности теплопередающего слоя, занимая рабочее положение, показанное на фиг. 2.
При остановке и остывании двигателя материал ребер 8 и 9 охлаждается, и в нем происходит обратное мартенситное превращение [6], в результате которого ребра принимают исходное положение.
Если пуск производится на горячем дизеле, ребра имеют высокую температуру, остаются в рабочем положении, обеспечивая подогрев свежего заряда, надежное воспламенение топлива и пуск горячего двигателя.
Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности пуска дизеля со сложным многослойным теплоизолирующим покрытием.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ №2168039 C2, опубл. 27.05.2001, бюл. №15. «Двигатель внутреннего сгорания с уменьшенным теплоотводом и способ его изготовления».
2. Патент РФ №2551017 C2, опубл. 27.09.2014, бюл. №27. «Двигатель внутреннего сгорания и способ его изготовления».
3. Патент РФ №2064059 C1, опубл. 20.07.1996. «Цилиндропоршневая пара».
4. Патент РФ №2015361 C1, опубл. 30.06.1994. «Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания».
5. Патент РФ №2111367 C1, опубл. 20.05.1998. «Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания».
6. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении./А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.