Двигун внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння, що містить циліндр, головку циліндра з різностороннім розташуванням впускних та випускних клапанів відносно площини, яка проходить перпендикулярно осі пальця по осі циліндра та утворює зону впускних і зону випускних клапанів, поршень з камерою згоряння та системою охолодження, утвореною внутрішньою кільцевою порожниною з вхідним і вихідним каналами, яка має верхню і нижню, зовнішню і внутрішню стінки, який відрізняється тим, що вхідний та вихідний канали розташовані відповідно в зонах впускних та випускних клапанів, а їх повздовжні осі лежать в площині, яка перетинає під 3 двох ділянок таким чином, що перша ділянка розташована між кромкою камери згоряння та периферійною зоною вогневої поверхні дінця, а друга ділянка розташована еквідестантно бокової поверхні камери згоряння, при цьому зовнішня поверхня має низкотеплопровідне покриття, а її товщина не перевищує товщину першої ділянки вставки. Недоліком даної конструкції є зниження надійності поршня з ростом рівня форсування двигуна, тому що інтенсивність теплообміну однакова уздовж поперечного перерізу твердого охолоджувача й в околовому напрямку поршня. Відомо про двигун внутрішнього згоряння з поршнем [3] з кільцевою вставкою з високо теплопровідного матеріалу розташованою в тілі поршня між зоною кромки камери згоряння та зоною поршневих кілець так, що нижній торець перпендикулярний вісі поршня, а вставка виконана змінною по висоті та орієнтована таким чином, що висота вставки зі сторони вісі випускного клапану максимальна, а зі сторони вісі впускного клапану - мінімальна, при цьому на поршні нанесена мітка розташування вставки, а верхній торець зі сторони впускного та випускного клапанів виконаний паралельно поверхні дінця. Недоліком даної конструкції є зниження надійності поршня через підвищення його загальної температури з ростом рівня форсування двигуна, тому що інтенсивність теплообміну в окружному напрямку камери згоряння неоднакова і зменшена зі сторони впускного клапана. За прототип прийнято двигун внутрішнього згоряння з поршнем [4], що містить циліндр, головку циліндру з різностороннім розташуванням впускних та випускних клапанів відносно площини, яка проходить перпендикулярно вісі пальця по вісі циліндра та утворює зону впускних і зону випускних клапанів, при чому в поршні розміщено камеру згоряння та систему охолодження, утворену внутрішньою кільцевою порожниною з вхідним і вихідним каналами, яка має верхню і нижню, зовнішню і внутрішню стінки. Узятий за прототип двигун працює наступним чином. Під час роботи двигуна порожнина охолодження частково заповнюється маслом із системи змащування двигуна по вхідному каналу. При цьому під час руху поршня до верхньої мертвої точки масло знаходиться в нижній частині порожнини і має швидкість руху, що дорівнює швидкості поршня; при досягненні поршнем верхньої мертвої точки останній змінює напрямок свого руху. У цей час маса масла, що знаходиться в порожнині, під дією сили інерції продовжує рухатися в попередньому напрямку і переміщується від нижньої поверхні порожнини до верхньої поверхні. Це викликає його удар об верхню поверхню порожнини. Тим самим здійснюється теплообмін між поршнем і маслом в порожнині, внаслідок чого знижується температура поршня і підвищується надійність його роботи. Масло стікає в картер двигуна по вихідному каналу, а порожнина наповняється новою порцією масла по вхідному каналу. Недоліком даної конструкції є зниження надійності поршня з ростом рівня форсування двигуна, 52654 4 тому що інтенсивність теплообміну однакова уздовж стінки поперечного перерізу порожнини й в околовому напрямку поршня. Задача корисної моделі - підвищення надійності двигуна шляхом зменшення різниці температур в головці поршня та підвищення ефективності локального тепловідведення від найбільш термонавантажених зон останнього. Поставлена задача вирішується наступним чином: у відомому двигуні внутрішнього згоряння, який має циліндр, головку циліндру з різностороннім розташуванням впускних та випускних клапанів відносно площини, яка проходить перпендикулярно вісі пальця по вісі циліндра та утворює зону впускних і зону випускних клапанів, поршень з камерою згоряння та системою охолодження, утвореною внутрішньою кільцевою порожниною з вхідним і вихідним каналами, яка має верхню і нижню, зовнішню і внутрішню стінки, відповідно до корисної моделі вхідний та вихідний канали розташовані відповідно в зонах впускних та випускних клапанів, а їх повздовжні вісі лежать в площині, яка перетинає під кутом =10°÷15° площину, котра проходить перпендикулярно вісі пальця по вісі циліндра, при цьому вхідний і вихідний канали мають різностороннє розташування відносно площини, яка проходить через вісь циліндра і вісь пальця, при чому внутрішня кільцева порожнина має дві вставки так, що перша вставка, розташована відносно вхідного каналу, зі сторони площини, яка проходить через вісь циліндра перпендикулярно вісі пальця, а друга вставка розташована еквідістантно зовнішній і внутрішній поверхням порожнини в зоні випускних клапанів так, що повздовжна вісь вихідного каналу розташована між другою вставкою та внутрішньою стінкою порожнини, при цьому боковий торець другої вставки збоку вихідного каналу примикає до внутрішньої стінки порожнини, а відстань від бокового торця вставки з боку впускного каналу до повздовжньої вісі останнього в напрямку перпендикулярному вісі пальця h=0...6мм. Функціональне призначення сукупності заявлених ознак полягає в тому що: - розташування вхідного та вихідного каналів відповідно в зонах впускних та випускних клапанів, а їх повздовжні вісі лежать в площині, яка перетинає під кутом =10°÷15° площину, котра проходить перпендикулярно вісі пальця по вісі циліндра, тим самим дозволяє інтенсифікувати тепловідведення від менш нагрітої зони поршня в масло; - перша вставка, що розташована відносно вхідного каналу зі сторони площини, яка проходить через вісь циліндра перпендикулярно вісі пальця, тим самим не дає потрапити маслу до зони випускних клапанів; - наявність другої вставки, розташованої еквідістантно зовнішній і внутрішній поверхням порожнини в зоні випускних клапанів так, що повздовжна вісь вихідного каналу розташована між другою вставкою та внутрішньою стінкою порожнини, при цьому боковий торець другої вставки збоку вихідного каналу примикає до внутрішньої стінки порожнини, організує подвійний прохід масла в зоні випускних клапанів тим самим дозволяє інтенси 5 фікувати тепловідведення від більш нагрітої зони поршня в масло; - відстань від бокового торця вставки з боку впускного каналу до повздовжньої вісі останнього в напрямку перпендикулярному вісі пальця h=0...6мм, дозволяє інтенсифікувати рух масла в порожнині. Сукупність наведених ознак дозволяє зменшити різницю температур в головці поршня та підвищити ефективність локального теплообміну між поршнем та системою його охолодження і, тим самим, підвищити надійність двигуна. На Фіг.1 зображено загальну схему заявленої корисної моделі. На Фіг.2 зображено розріз поршня А-А. На Фіг.3 зображено розріз поршня Б-Б. Заявлена корисна модель має циліндр 1, головку 2 циліндру 1 з різностороннім розташуванням впускних 3 та випускних 4 клапанів відносно площини 5 (див. Фіг.2), яка проходить перпендикулярно вісі 6 пальця 7 по вісі 8 циліндра 1 та утворює зону 9 впускних і зону 10 випускних клапанів, поршень 11 з камерою згоряння 12 та системою охолодження, утвореною внутрішньою кільцевою порожниною 13 з вхідним 14 і вихідним 15 каналами, яка має верхню 16 (див. Фіг.3) і нижню 17, зовнішню 18 і внутрішню 19 стінки; вхідний 14 та вихідний 15 канали розташовані відповідно в зонах 9впускних та 10-випускних клапанів, а їх повздовжні вісі 20 і 21 лежать в площині 22, яка перетинає під кутом =10°÷15° площину 5 котра проходить перпендикулярно вісі 6 пальця 7 по вісі 8 циліндра 1 при цьому вхідний 14 і вихідний 15 канали мають різностороннє розташування відносно вісі 6 пальця 7, при чому внутрішня кільцева порожнина 13 має дві вставки 23 і 24 так, що перша вставка 23, розташована відносно вхідного каналу 13, зі сторони площини 5, яка проходить через вісь 8 циліндра 1 перпендикулярно вісі 6 пальця 7, а друга вставка 24 розташована еквідистантно зовнішній 18 і внутрішній 19 поверхням порожнини 13 в зоні 10 випускних клапанів так, що повздовжна вісь 21 вихідного каналу 15 розташована між другою вставкою 24 та внутрішньою стінкою 19 порожнини 13, при цьому боковий торець 25 другої вставки 24 збоку вихідного каналу 15 примикає до внутрішньої стінки 19 порожнини 13, а відстань від бокового торця 26 вставки 24 з боку вхідного каналу 14 до повздовжньої вісі 20 останнього в напрямку перпендикулярному вісі 6 пальця 7 h=0...6мм. Корисна модель працює наступним чином. Під час роботи двигуна внутрішнього згоряння (Фіг.1) свіжий заряд, який потрапляє до циліндру 1 через впускні клапани 3, що знаходяться в головці 2, охолоджує частину поршня 11, розташовану в зоні 9; відпрацьовані гази, що залишають циліндр 52654 6 1 через випускні клапани 4, нагрівають частину поршня 11, розташовану в зоні 10. В результаті цього виникають нерівномірні окружні термонавантаження в камері згоряння 12. Охолоджене масло через вхідний канал 14, (Фіг.2, 3) повздовжна вісь 20 якого лежить в площині 22, яка перетинає під кутом =10°÷15° площину 5, котра проходить перпендикулярно вісі 6 пальця 7 по вісі 8 циліндра 1, та який знаходиться в зоні 9 впускних клапанів 3, потрапляє до найменш нагрітої зони 9 поршня 11 і рухається порожниною 13, в результаті відбувається максимальне тепловідведення в масло. Частково нагріте масло в зоні 9 поршня 11, завдяки тому що ребро 25 другої вставки 24 примикає до внутрішньої стінки 19 порожнини 13, потрапляє до більш нагрітої зони 10 випускних клапанів 4 та проходить її частину, контактуючі з зовнішньою 18, верхньою 16,нижньою 17 стінками порожнини 13 та другою вставкою 24; перша вставка 23 не дозволяє нагрітому маслу потрапити до менш нагрітої зони 9 впускних клапанів 3 тому воно рухається у зворотному напрямку, проходячи найбільш нагріту частину зони 10, яка знаходиться ближче до камери згоряння 12, контактуючи з внутрішньою 19, верхньою 16, нижньою 17 стінками порожнини 13 та другою вставкою 24; потім, завдяки тому що ребро 25 другої вставки 24 примикає до внутрішньої стінки 19 порожнини 13, нагріте масло через вихідний канал 15, повздовжна вісь 21 якого знаходиться між другою вставкою 24 та внутрішньою стінкою 19 порожнини 13, звільнює систему охолодження поршня. Відстань від бокового торця 26 вставки 24 з боку впускного каналу 14 до повздовжньої вісі 20 впускного каналу 14 в напрямку перпендикулярному вісі 6 пальця 7 h=0...6мм дозволяє полегшити рух масла порожниною 13. Використання корисної моделі, що заявляється, дозволяє підвищити надійність і зменшити термонавантаження поршня шляхом підвищення ефективності локального теплообміну. Джерела інформації: 1. Авторське посвідчення СРСР «Поршень для двигателя внутреннего сгорания» №1686207 А1, 1991р. 2. Патент України на корисну модель «Поршень для двигуна внутрішнього згоряння», №23583 А, 1998р. 3. Патент України на корисну модель «Поршень для двигуна внутрішнього згоряння», №23566 А, 1998р. 4. Стаття «An analytical approach for prediction of piston temperature distribution in diesel engines», Hidehiko Kajiwara, Yukihiro Fujioka, Tatsuya Suzuki, Nideo Negishi, Proceedigs. JSAE Annual Congress, 23/2002p., Abstr. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 52654 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601