Двигатель внутреннего сгорания

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Маньшин Геральд Григорьевич Дробышевский Чеслав Брониславович Стародетко Константин Евгеньевич Марковский Анатолий Борисович Тихомиров Василий Леонтьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр и установленный в нем с возможностью перемещения поршень с продольной канавкой,контур охлаждения цилиндра, контур охлаждения поршня, форсунки для подачи охлаждающей жидкости в полость охлаждения и на внутреннюю поверхность поршня, датчики температуры, отличающийся тем, что в стенке блока цилиндров дополнительно установлены диаметрально противоположно расположенные форсунки для подачи охлаждающей жидкости в зазор, образованный рабочей поверхностью поршня и цилиндром, а на рабочей поверхности поршня дополнительно выполнены поперечные канавки, связанные между собой продольной канавкой. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что объем полости контура охлаждения цилиндра составляет 0,5-1,5 рабочего объема цилиндра. 51432009.04.30 3. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающийся тем, что контур охлаждения поршня дополнительно снабжен датчиком температуры, установленным непосредственно в полости охлаждения поршня. 4. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что наружная поверхность блока цилиндров, в зоне полости охлаждения, имеет теплозащитное покрытие.(56) 1.Е.Т.1990 /, 1989 1 1. - . 9-17. 2.4399774, МПК 01 3/20, 1983. 3.2024772, МПК 01 3/20, 1994 (прототип). Предлагаемая полезная модель относится к двигателестроению, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Известен двигатель внутреннего сгорания 1, в котором для улучшения техникоэксплуатационных показателей, в частности снижения токсичности отработанных газов путем уменьшения зазора в сопряжении поршень-цилиндр и получения одинакового коэффициента термического расширения, применен составной поршень, днище которого изготовлено из такого же металла, что и блок цилиндров. Недостатком этого устройства является то, что не обеспечивается равенство температур цилиндра и поршня при разных температурных условиях работы цилиндра и поршня,зависящих от режима работы двигателя, особенно в периоды принятия и сброса нагрузки. Известен двигатель внутреннего сгорания 2, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра, включающий полость охлаждения цилиндра, устройства подачи и регулирования охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре двигателя. Датчик температуры и устройство для подачи и регулирования охлаждающей жидкости подключены к блоку управления. Контур охлаждения поршня включает полость охлаждения поршня и устройство для подачи охлаждающей жидкости в полость охлаждения поршня. Недостатком этого устройства является то, что при поддержании заданной температуры внутренней поверхности цилиндра не обеспечивается поддержание оптимального зазора в сопряжении поршень-цилиндр, что ведет к снижению технико-эксплуатационных показателей двигателя. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является двигатель внутреннего сгорания 3, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, установленный в нем с возможностью перемещения поршень, контур охлаждения цилиндра,включающий полость охлаждения цилиндра, устройство подачи и регулирования охлаждающей жидкости, датчик температуры, установленный в цилиндре двигателя. Датчик температуры и устройство подачи и регулирования охлаждающей жидкости подключены к блоку управления. Контур охлаждения поршня, включающий полость охлаждения поршня,форсунки для подачи охлаждающей жидкости в полость охлаждения и на внутреннюю поверхность поршня, а также датчик температуры и дополнительное исполнительное устройство для регулирования расхода охлаждающей жидкости, которые подключены к блоку управления. Однако эта система охлаждения двигателя недостаточно эффективна в связи с тем, что при больших нагрузках в результате интенсивной отдачи тепла при сгорании рабочей смеси и трения поршневой группы в цилиндре выделяется такое количество тепла, которое не может быть отведено с тех ограниченных площадей, на которые подается охлаждающая жидкость. Это приводит к повышению температуры поршня выше оптимальной,нарушению его теплового баланса и изменению зазора между рабочей поверхностью поршня и цилиндром. 2 51432009.04.30 Задачей предлагаемого технического решения является улучшение технико-экономических показателей двигателя внутреннего сгорания путем повышения эффективности системы охлаждения цилиндропоршневой группы. Задача решается следующим образом. Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр и установленный в нем с возможностью перемещения поршень с продольной канавкой, контур охлаждения цилиндра, контур охлаждения поршня,форсунки для подачи охлаждающей жидкости в полости охлаждения и на внутреннюю поверхность поршня, датчики температуры. В стенке блока цилиндров, в зоне перемещения рабочей поверхности поршня в цилиндре, дополнительно установлены диаметрально противоположно расположенные форсунки для подачи охлаждающей жидкости в зазор, образованный рабочей поверхностью поршня и цилиндром. Для равномерного распределения охлаждающей жидкости на рабочей поверхности поршня дополнительно выполнены поперечные канавки, связанные между собой продольной канавкой. Объем контура охлаждения цилиндра составляет 0,5-1,5 рабочего объема цилиндра. Контур охлаждения поршня дополнительно снабжен датчиком температуры, установленным непосредственно в полости охлаждения поршня. Эта совокупность признаков обеспечит существенное уменьшение объема охлаждающей жидкости в контуре охлаждения цилиндра, что значительно снизит время прогрева двигателя. Наружную поверхность блока цилиндров в зоне полости охлаждения целесообразно снабдить теплозащитным покрытием. На фиг. 1 показана схема общего вида двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 2 показана схема расположения канавок для охлаждающей жидкости на рабочей поверхности поршня. Двигатель внутреннего сгорания содержит, по крайней мере, один цилиндр 1, установленный в нем с возможностью перемещения поршень 2, контур охлаждения цилиндра 1,включающий полость 3 охлаждения цилиндра 1, устройство подачи и регулирования охлаждающей жидкости (на схеме не показано). Датчики температуры 4 и 5, которые установлены соответственно в стенке цилиндра 1 и в полости 3 контура охлаждения цилиндра 1,фиксируют температуру цилиндра 1 и температуру охлаждающей жидкости в полости 3 охлаждения цилиндра 1 и подают сигналы на блок управления (на схеме не показан). Контур охлаждения поршня 2 включает полость 6 охлаждения поршня 2, расположенную в головке поршня 2, устройство подачи и регулирования охлаждающей жидкости (на схеме не показаны) и установленные в стенке 7 блока цилиндра 1 форсунки 8 и 9. С помощью форсунки 8 охлаждающая жидкость подается в полость 6 охлаждения поршня 2, а с помощью форсунки 9 охлаждающая жидкость подается на внутреннюю поверхность поршня 2. Подача охлаждающей жидкости через форсунки 8 и 9 регулируется в соответствии с программой. Интенсификация охлаждения поршня осуществляется путем дополнительной подачи охлаждающей жидкости в зазор, образованный рабочей поверхностью поршня 2 и цилиндром 1, для чего в стенке 7 блока цилиндра 1 установлены диаметрально противоположно расположенные форсунки 10 и 11. Подача охлаждающей жидкости через форсунки 10 и 11 регулируется в соответствии с программой. Для равномерного распределения охлаждающей жидкости на рабочей поверхности поршня дополнительно выполнены поперечные канавки 12 (фиг. 2), связанные между собой продольной канавкой. Датчик температуры 14, установленный в месте слива охлаждающей жидкости из полости 6 контура охлаждения поршня 2, фиксирует температуру охлаждающей жидкости, вытекающей из полости 6 охлаждения поршня 2, и подает сигнал на блок управления (на схеме не показан). Наружная поверхность блока цилиндра 1 снабжена теплозащитным покрытием 13, что ускоряет прогрев двигателя и замедляет его остывание. Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Поршень 2 при движении к нижней мертвой точке перекрывает форсунки 10 и 11. С этого момента охлаждающая жидкость подается в зазор между цилиндром 1 и рабочей поверхностью поршня 2 до тех пор, пока при перемещении поршня к верхней мертвой точке не откроются фор 3 51432009.04.30 сунки 10 и 11. Управление величиной подачи охлаждающей жидкости осуществляется в соответствии с сигналами датчиков 4, 5, 14 температуры. Установка датчика 5 температуры, измеряющего непосредственно температуру охлаждающей жидкости в полости 3 контура охлаждения цилиндра 1, позволяет косвенно определять тепловой режим в сопряжении поршень-цилиндр и двигателя в целом. При запуске и прогреве двигателя циркуляция охлаждающей жидкости отсутствует. По мере роста температуры цилиндра 1 и охлаждающей жидкости в полости 3 контура охлаждения цилиндра 1, датчики 4 и 5 температуры охлаждающей жидкости, а также датчик 14, контролирующий температуру охлаждающей жидкости, вытекающей из кольцевой полости 6 контура охлаждения поршня 2, подают соответствующие сигналы на блок управления. Включаются форсунки 8 и 9 контура охлаждения поршня 2 и форсунки 10 и 11, подающие охлаждающую жидкость в зазор, образованный цилиндром 1 и рабочей поверхностью поршня 2. После чего начинается циркуляция охлаждающей жидкости, расход которой регулируется в соответствии с программой. Причем поперечные канавки 12, расположенные на рабочей поверхности поршня 2, обеспечивают равномерное распределение охлаждающей жидкости, что значительно повышает эффективность охлаждения поршня 2. Объем охлаждающей жидкости в полости 3 контура охлаждения цилиндра 1 по сравнению с прототипом уменьшен и составляет от 0,5 до 1,5 рабочего объема цилиндра 1. Это позволяет значительно снизить время прогрева двигателя и выхода на рабочий температурный режим. При этом происходит синхронизация роста температурного режима цилиндра 1 и температурного режима поршня 2. Например, при работе двигателя на полной нагрузке средняя рабочая температура поршня 2 составляет 180 С, а средняя рабочая температура цилиндра 1 составляет 150 С. Исходя из характеристик материала цилиндра 1 и материала поршня 2 рассчитывается и устанавливается оптимальный рабочий и монтажный зазор в сочленении поршень-цилиндр. При объеме контура охлаждения цилиндра менее 0,5 рабочего объема цилиндра, толщина слоя охлаждающей жидкости уменьшается до величины, приводящей к возникновению кипящего слоя. При объеме контура охлаждения более 1,5 рабочего объема цилиндра, существенно увеличивается время прогрева охлаждающей жидкости и соответственно цилиндра 1 двигателя. Теплозащитное покрытие 13 наружной поверхности блока цилиндра 1, в зоне полости 3 охлаждения цилиндра 1, позволяет снизить теплоотдачу и, при кратковременных остановках и запусках, исключить или уменьшить время прогрева двигателя, тем самым уменьшить износ сочленения поршень-цилиндр, что в конечном итоге позволит экономить топливо. При этом система охлаждения двигателя внутреннего сгорания рассчитывается с учетом теплоизоляции блока цилиндров. Таким образом, технико-экономические показатели предлагаемого двигателя внутреннего сгорания значительно улучшаются за счет создания более эффективной системы охлаждения цилиндропоршневой группы и двигателя в целом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4