Способ регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

(51)5 Е 02 Р 3/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ий институт, Головкин Дьяченко04 в 5,ТЕПЛОВОТЕЛЯ ВНУТТРОЙ СТВО двигателестого режима(54) СПОСОБ РЕ ГУЛИ РОВАНИГО РЕЖИМА ПОРШНЯ ДВИГАРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(57) Изобретение относится кроению,. регулированиЮ тепло поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС), Цель изобретения - повышение надежности путем снижения плотности теплового потока в головке поршня, В рабочем процессе при сгорании топлива образуются сажистые частицы, максимальная температура которых достигает 3000 С, Чтобы избежать отдачи тепла от сажистых частиц к поршню, на них действуют магнитным полем. При приближении поршня к верхней мертвой точке происходит интенсивное нарастание теплового потока, в этот момент включается электромагнитная катушка, установленная в верхней части блок-картера, 3 3. и. 1 с . п,ф-лы, 3 ил.1гИзобретение относится к двигателестроению, управлению тепловым режимомцилиндров ДВС, в частности к регулированию теплового режима поршня двигателя, иможет быть использовано как на стационарных, так и на транспортных поршневых двигателях.Известен способ регулирования теплового режима поршня ДВС, заключающийсяв изменении скооости направления движения охлаждающей жидкости. Недостаткомспособа является невозможность сниженияплотности теплового потока в зоне головкипоршня, сложность конструкции, наличиеместных теплонапряжеиий, Кроме того,данная система отвода тепла от поверхнос и камеры сгорания приводит к снижениютемпературы всей повеохности камеры сгорания без учета локальных тепловых перегоузокИзвестен способ регулирования теплового режима поршня ДВС,.заключающийсяв увеличении толщины тепловоспринимаю.цей поверхности: Недостатком данногоспособа является невозмокность снижению:лот ности теплового потока, приводящего кразрушению головки поршня, большая металлоемкость и большие капитальные затраты.Известен способ регулирования теплового режима поршня путем изменения закона подвода тепло;ы к поверхности поршня,заключающийся в изменении процессовсмесеобразования в цилиндре двигателяпутеизк енения топливопадачи. Недостатком способа является невозможность добиться снижения теплонапряженностиголовки поршня без изменения других показателей работы двигателя, Это объясняется тем, .что процесс топливоподачи исмесеобразования может достаточно эффективно осуществляться только на одномиз режимов работы,Целью изобретения является повышение надежности,Предлагаемый способ позволяет уменьшить подведение тепла к локальной поверхности камеры сгорания иперераспределять тепловой поток по поверхности камеры сгорания.Цель достигается тем, что перераспределение количества теплоты продуктов сгорания топлива осуществляют путемналожения импульсного электромагнитногополя, вектор напряженности которого направлен параллельно оси, поршня, времядействия электромагнитного импульса выбирают в диапазоне 3 - б 10- с,зВ верхней части блок-картера размещают электромагнитную катушку диаметром 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1,1 - 1,2 диаметра поршня,и высотой 0,4 - 0,5 высоты головки поршня соединенную с системой генерации импульсов высокого напряжения.В рабочем процессе при сгорании топ-. лива образуются продукты сгорания, которые отводятся в окружающую среду и частично оседают на стенках цилиндра и поршня в виде нагара. Среди продуктов сгорания выделяются положительно зарякенные частицы, максимальная температура которых достигает 3000 С,Чтобы избежать отдачи тепла от сажи-. стых частиц к стенкам цилиндра и поршня, на них воздействуют электромагнитным полем. Созданием электромагнитного поля в камере сгорания достигается эффект отталкивания сажистых частиц, что предотвращает их оседание на стенках цилиндра и поршня, При этом сажистые частицы не будут оседать и тем самым нагревать стенки цилиндра и поршня, а будут удаляться. Изменяя напряжение в электромагнитном поле можно обеспечивать регулирование нагрева поверхности поршня и цилиндра.Согласно экспериментальным данным по термометрии температура внутренней части головки поршня составляет 100 - 210 С, Применение изоляционных материалов в виде термостойких лаков и асбоматериалов позволяет обеспечить стабильную работу электромагнитной катушки, что существенно влияет на ее работу, а также на создание электромагнитного поля,Для форсированных двигателей применяются составные поршни, причем головка поршня выполняется,из жаропрочного материала, который трудно обрабатывается и имеет высокую стоимость. С помощью предлагаемого устройс-ва возможно снизить качество материала, а следовательно, снизить трудоемкость обработки металла,На фиг, 1 показана зависимость плотно-. сти теплового потока в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала; на фиг. 2 - ДВС с температурными полями распределения температур в головке, разрез; на фиг.3 - блок-картер с электромагнитной катушкой и системой генерации импульсов высокого давления, разрез,На кривой 1 фиг. 1) показана зависимость удельного конвективного теплового потока в цилиндре двигателя от угла поворота коленчатого вала. На кривой 2 (фиг. 1) показана зависимость удельного конвективного теплового потока в цилиндре двигателя при действии магнитного поля на сажистые частицы от угла поворота коленчатого вала.Под действием конвективной составля 25 30 35 Максимальная величина конвективного теплового потока (кривая 1 на фиг. 1) наВодится в диапазоне 18 - 22 поворота колен; чатого вала двигателя и величина его зависит от режима работы двигателя, который определяется положением рейки топливного насоса высокого давления и частотой вращения коленчатого вала, Величина конвективного теплового потока в значительной степени зависит от количества санистых частиц, передающих свое тепло стенка(и камеры сгорания за счет направленного магнитного поля, которое действует в период наибольшей величины теплового конвективного потока; сажистые частицы отбрасываются от стенок камеры сгорания и тем самым уменьшается величина конвективного теплового потока (кривая 2 на фиг, 1),ющей газового потока и сэкистых частиц происходит формирование температурного поля в поршне (фиг. 2), Наибольшая температура достигается в районе верхней кромки камеры сгорания (240 С). Такое локальное значение температуры оказывает влияние на тепловой режим работы верхнего поршневого кольца, Температура поршня в районе верхнего поршневого кольца достигает 210 С на номинальном режиме работы. Увеличение температуры поршня при резком увеличении нагрузки может привести к увеличению температуры в районе верхнего поршневого кольца, заклиниванию его, в результате чего ухудшается надежность работы цилиндропоршневой группы.При действии импульсного электромагнитного поля на сажистые частицы они отбрасываются от стенок камеры сгорания и тем самым уменьшается величина конвективного теплового потока, передаваемого от сажистых частиц к поверхности камеры сгорания. Это позволяет уменьшить максимальное значение температур на 30 С в районе верхней кромки камеры сгорания и на 40 О С в районе верхнего поршневого кольца, Таким образом улучшается надежность работы цилиндропоршневой группы.Устройство для реализации способа состоит из поршня 1 (фиг. 3), электромагнитной катушки 2, установленной в верхней части блок-картера 3 за гильзой цилиндра 4, и системы генерации импульсов высокого напряжения, включающей генератор 5, катушку 6, прерыватель-распределитель 7; конденсатор 8, соединительные провода 9, Генератор 5 служит для создания тока в цепи низкого напряжения, катушка б преобразует ток низкого напряжения в импульсы 51015 40 45 50 тока высокого напряжения. Прерывательраспределитель 7 состоит из прерывателя,прерывающего в нужный момент цепь токанизкого напряжения, и распределителя,распределяющего импульсы тока высокогонапряжения по электромагнитным катушкам 2 в соответствии с порядком работыцилиндров двигателя. Конденсатор 8, вклюценный параллельно контактам прерывэтеля, служит для увеличения ЭДС,индуктируемой во вторичной обмотке катушки б,Устройство работает. следующим образом,При приближении поршня 1 к Верхнеймертвой точке (ВМТ) происходит интенсивное нарастание конвективного тепловогопбтока, которое продолжается в течение активнога протекания процесса сгорания отВМТ до 40 поворота коленчатого вала. Вэтот момент, т. е, в диапазоне 18 - 22 углаповорота коленчатого вала до ВМТ электрический ток от генератора 5 проходит по катушке б, индуктируя высокую ЭДС, создаваяток высокого напряжения. Этот ток поступает на прерыватель-распределитель 7, который распределяет импульсы высокогонапряжения по электромагнитным катушкам 2, установленным за гильзами 4 в соответствии с порядком работы цилиндровдвигателя. Электромагнитные катушки 2 создают.направленный магнитный поток. который снижает плотность теплового потокав зоне головки поршня 1 благодаря отбрасыванию сажистых. частиц.Формула изобретения1, Способ регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннего сгорания путем перераспределения количестватеплоты продуктов сгорания топлива в камере сгорания, о тл и ча ю щи й с я тем,что, с целью повышения надежности путемснижения плотности теплового потока в головке поршня,. перераспределение теплотыпродуктов сгорания топлива в камере сгора- .ния осуществляют путем наложения импульсного электромагнитного поля, векторнапряженности которого направлен параллельно оси поршня.2. Способ. по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что время действия электромагнитногополя выбирают в диапазоне (3 - б) 10" с,3. Устройство для регулирования теплового режима поршня двигателя внутреннегосгорания, содержащее поршень с головкой,размещенный в цилиндре блок-картера двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что, сцелью повышения надежности путем снижения плотйости теплового потока в головке поршня, в верхней части блок-картера.1714180 размеьцена злектромагнитная катушка с на- поршня, соединенная с системой генерацииружчым диаметром 1,1-1,2 диаметра порш- импульсов высокого напряжения.ня ч высотой 0,4-0,5 высоты головки о о, йофу 1 Составител Техред М,М Редактор О ре.Осауле т ж Подписноекомитета по изобретениям и открытиМосква, Ж, Раушская наб 4/5 ГК т", г, Ужгород, ул Про на дательски тве Заказ 673 ТБНИИПИ Государственно113035 Бондатал