[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2191910C2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2191910C2
RU2191910C2 RU2000118720/06A RU2000118720A RU2191910C2 RU 2191910 C2 RU2191910 C2 RU 2191910C2 RU 2000118720/06 A RU2000118720/06 A RU 2000118720/06A RU 2000118720 A RU2000118720 A RU 2000118720A RU 2191910 C2 RU2191910 C2 RU 2191910C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
supercharger
cylinders
intake
stroke
Prior art date
Application number
RU2000118720/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000118720A (en
Inventor
Б.А. Глазунов
Original Assignee
Глазунов Борис Александрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Глазунов Борис Александрович filed Critical Глазунов Борис Александрович
Priority to RU2000118720/06A priority Critical patent/RU2191910C2/en
Publication of RU2000118720A publication Critical patent/RU2000118720A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2191910C2 publication Critical patent/RU2191910C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: invention relates to control systems of internal combustion engines. According to invention, proposed engine has valve actuating gear providing possibility of closing of intake valves during second half of piston travel to top dead center after intake stroke and device to control engine power output which is furnished with charge pressure- connected with intake manifold, cooler connected in cut of intake manifold after charger, and device to adjust charger speed with ratio changer connected with engine power controls. EFFECT: increased efficiency of engine. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания с продолженным расширением в основных цилиндрах и регулированием мощности изменением количества смеси, поступающей в цилиндры, и может использоваться там, где двигатели работают в основном на частичных нагрузках, например в качестве автомобильных двигателей. The invention relates to piston internal combustion engines with continued expansion in the main cylinders and power control by changing the amount of mixture entering the cylinders, and can be used where the engines operate mainly at partial loads, for example, as automobile engines.

В бензиновых двигателях мощность обычно регулируется дросселированием заряда дроссельной заслонкой и при нагрузках 20÷30% мощности, развиваемой двигателем при данных оборотах, разряжение во впускном трубопроводе достигнет 0,05÷0,07 МПа и для создания этого разряжения будет затрачиваться 10÷20% вырабатываемой двигателем энергии. In gasoline engines, the power is usually regulated by throttling the charge by the throttle and at 20 ÷ 30% of the power developed by the engine at these revolutions, the pressure in the intake pipe will reach 0.05 ÷ 0.07 MPa and 10 ÷ 20% of the generated energy will be spent to create this vacuum engine of energy.

Кроме того, при малых нагрузках давление и температура смеси в конце сжатия малы, и скорость сгорания смеси уменьшается и становится недостаточной для осуществления сжигания топлива около ВМТ и смесь горит во время рабочего хода и даже выпуска. Для обеспечения необходимой скорости сгорания приходится переобогащать смесь, топливо сгорает не полностью и увеличивается его расход. In addition, at light loads, the pressure and temperature of the mixture at the end of compression are small, and the rate of combustion of the mixture decreases and becomes insufficient for the combustion of fuel near TDC, and the mixture burns during a stroke and even exhaust. To ensure the necessary combustion rate, it is necessary to re-enrich the mixture, the fuel does not burn completely and its consumption increases.

В обычных двигателях степень сжатия равна степени расширения. Чем выше степень расширения, тем больше работы производят газы во время рабочего хода. В бензиновых двигателях степень сжатия ограничена из-за возможности возникновения детонации, зависящей в основном от температуры смеси в конце сжатия. Степень сжатия и соответственно степень расширения бензинового двигателя в 1,5÷3 раза ниже, чем у дизеля, и поэтому энергия топлива используется менее полно и его КПД меньше, чем КПД дизельного двигателя. Кроме того, КПД бензинового двигателя резко снижается на малых нагрузках из-за потерь, связанных с дросселированием, и необходимости переобогащения смеси. In conventional engines, the compression ratio is equal to the expansion ratio. The higher the degree of expansion, the more work the gases produce during the stroke. In gasoline engines, the compression ratio is limited due to the possibility of detonation, which depends mainly on the temperature of the mixture at the end of compression. The compression ratio and, accordingly, the expansion ratio of a gasoline engine is 1.5–3 times lower than that of a diesel engine, and therefore the fuel energy is used less fully and its efficiency is less than that of a diesel engine. In addition, the efficiency of a gasoline engine decreases sharply at low loads due to losses associated with throttling and the need to re-enrich the mixture.

Давление газа в начале выпуска из цилиндра в несколько раз превышает атмосферное давление, то есть газы имеют значительную энергию и эта энергия в обычных двигателях не используется. The gas pressure at the beginning of the release from the cylinder is several times higher than atmospheric pressure, that is, gases have significant energy and this energy is not used in conventional engines.

Известны схемы двигателей, в которых искались пути увеличения степени расширения и устранения потерь от дросселирования. В современном двигателестроении принято продолженное расширение производить за пределами основных цилиндров, например, в газовых турбинах. Known engine schemes in which ways were sought to increase the degree of expansion and eliminate losses from throttling. In modern engine building, it is customary to continue to expand beyond the main cylinders, for example, in gas turbines.

Известен поршневой двигатель с турбонагнетателем повышенного давления с охладителем воздуха, включенным после нагнетателя, например турбонагнетатель гоночного автомобиля "Вильямс-Хонда 11" (Л. Шугуров. Формула номер один. //Наука и жизнь. - 1989. - 11. - С. 140. - абзац 3). Known piston engine with a turbocharger of high pressure with an air cooler included after the supercharger, for example a turbocharger of a racing car "Williams-Honda 11" (L. Shugurov. Formula number one. // Science and life. - 1989. - 11. - P. 140 . - paragraph 3).

Нагнетатель обеспечивает наддув до 0,5 МПа и, регулируя частоту вращения вала нагнетателя, можно изменять давление наддува и соответственно мощность двигателя в широком диапазоне без дросселирования смеси на входе в цилиндры. Двухступенчатое сжатие и охлаждение нагнетаемого воздуха в охладителе позволит увеличить общую степень сжатия, но повышение плотности заряда увеличит склонность двигателя к детонации. The supercharger provides pressurization up to 0.5 MPa and, by adjusting the frequency of rotation of the supercharger shaft, it is possible to change the supercharging pressure and, accordingly, engine power in a wide range without throttling the mixture at the cylinder inlet. Two-stage compression and cooling of the injected air in the cooler will increase the overall degree of compression, but increasing the charge density will increase the propensity of the engine to detonate.

В двигателе степень сжатия в цилиндре равна степени расширения в цилиндре. Для устранения детонации снижают степень сжатия в цилиндрах двигателя, а значит снизится степень расширения в цилиндре и газы в начале выпуска будут иметь высокое давление. Непосредственно в цилиндрах энергия топлива будет использоваться хуже. In an engine, the compression ratio in the cylinder is equal to the expansion ratio in the cylinder. To eliminate detonation, the compression ratio in the engine cylinders is reduced, which means that the expansion ratio in the cylinder will decrease and the gases will have a high pressure at the beginning of the release. Directly in cylinders, fuel energy will be used worse.

Продолженное расширение производится в газовой турбине, то есть отработавшие газы двигателя используются для привода газовой турбины. Но газовые турбины малой мощности имеют КПД 50-60%. Continued expansion takes place in a gas turbine, i.e. engine exhaust is used to drive a gas turbine. But gas turbines of low power have an efficiency of 50-60%.

Кроме того, давление на входе в газовую турбину обычно примерно равно давлению сжатого воздуха на напоре нагнетателя, что в несколько раз меньше давления газа в цилиндре в начале выпуска. То есть большая часть давления теряется во время выпуска и не используется в турбине. Поэтому общий КПД двигателя с турбокомпрессором повышенного давления будет ниже, чем у двигателя без наддува. In addition, the pressure at the inlet to the gas turbine is usually approximately equal to the pressure of the compressed air at the pressure head of the supercharger, which is several times less than the gas pressure in the cylinder at the beginning of the outlet. That is, most of the pressure is lost during exhaust and is not used in the turbine. Therefore, the overall efficiency of an engine with a turbocharger of increased pressure will be lower than that of a naturally aspirated engine.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, закрытые крышками и снабженные впускными и выпускными клапанами, поршни, соединенные шатунами с коленвалом, устройство подачи топлива, механизм управления клапанами, обеспечивающий возможность закрытия впускных клапанов во второй половине хода поршня к верхней мертвой точке после такта впуска, устройство регулирования мощности двигателя (Ю.Мацкерле. Современный экономичный автомобиль. - М.: Машиностроение, 1987. - 110 с.). A known internal combustion engine containing cylinders, closed by covers and equipped with inlet and outlet valves, pistons connected by connecting rods to the crankshaft, a fuel supply device, a valve control mechanism that allows the intake valves to be closed in the second half of the piston stroke to top dead center after the intake stroke, engine power control device (J. Matskerle. Modern economical car. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 110 p.).

Данный двигатель наиболее близок к предлагаемому и работает следующим образом. После такта впуска поршень идет к ВМТ, выталкивая смесь из цилиндра обратно во впускной коллектор, в середине хода поршня к ВМТ впускной клапан закрывается, и начинается сжатие смеси. Остальные процессы как в обычном четырехтактном двигателе. Степень сжатия в цилиндре такая, как у обычных бензиновых двигателей, а степень расширения в цилиндре в 2 раза больше. This engine is the closest to the proposed and works as follows. After the intake stroke, the piston goes to the TDC, pushing the mixture from the cylinder back into the intake manifold, in the middle of the piston stroke to the TDC, the inlet valve closes, and the mixture begins to compress. The remaining processes are as in a conventional four-stroke engine. The compression ratio in the cylinder is the same as in conventional gasoline engines, and the expansion ratio in the cylinder is 2 times greater.

Регулирование мощности в нем производится дросселированием смеси на входе в цилиндры. Power control in it is performed by throttling the mixture at the inlet to the cylinders.

КПД данного двигателя при максимальной нагрузке будет в 1,1 раза выше, чем КПД обычного двигателя с такой же степенью сжатия, но его КПД будет резко снижаться на частичных нагрузках. Причем снижение КПД будет в два раза быстрее, чем в обычном двигателе, потому что механические потери двигателя в основном определяются размерами двигателя и скоростью вращения вала двигателя и мало зависят от давления газа в цилиндрах. Поэтому на единицу массы газа потери будут почти в два раза больше, так как в двигателе работает в два раза меньшая масса газа по сравнению с обычным двигателем такого же размера. The efficiency of this engine at maximum load will be 1.1 times higher than the efficiency of a conventional engine with the same compression ratio, but its efficiency will sharply decrease at partial loads. Moreover, the reduction in efficiency will be two times faster than in a conventional engine, because the mechanical loss of the engine is mainly determined by the size of the engine and the speed of rotation of the engine shaft and little depends on the gas pressure in the cylinders. Therefore, per unit mass of gas, the losses will be almost two times greater, since the engine runs at half the mass of gas compared to a conventional engine of the same size.

Кроме того, как и в обычном двигателе, КПД будет снижаться на частичных нагрузках из-за затрат энергии на создание разрежения в цилиндрах при впуске. In addition, as in a conventional engine, the efficiency will decrease at partial loads due to the energy consumption for creating a vacuum in the cylinders at the inlet.

Снижается КПД и из-за переобогащения смеси на частичных нагрузках для обеспечения достаточной скорости сгорания смеси при низком давлении в конце сжатия. The efficiency is also reduced due to over-enrichment of the mixture at partial loads to ensure a sufficient rate of combustion of the mixture at low pressure at the end of compression.

Поэтому на нагрузках около 50÷60% КПД двигателя данного двигателя будет сравним с КПД обычного двигателя на тех же нагрузках, а при меньшей нагрузке будет ниже, чем КПД обычного двигателя. Therefore, at loads of about 50 ÷ 60%, the efficiency of the engine of this engine will be comparable to the efficiency of a conventional engine at the same loads, and at a lower load it will be lower than the efficiency of a conventional engine.

Кроме того, двигатель с продолженным расширением будет иметь в два раза большую массу и объем цилиндров, чем обычный бензиновый двигатель такой же мощности. In addition, an engine with continued expansion will have twice the mass and volume of cylinders than a conventional gasoline engine of the same power.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение КПД двигателя и сохранение КПД на частичных нагрузках при использовании низкооктанового топлива за счет наддува повышенного давления с охлаждением сжатого воздуха, повышения в два-три раза общей степени сжатия в двигателе при снижении в полтора-два раза степени сжатия в цилиндрах, повышения в полтора-два раза степени расширения в цилиндрах, осуществления экономичного регулирования мощности изменением давления нагнетания. The technical result of the invention is to increase engine efficiency and maintain efficiency at partial loads when using low-octane fuel due to pressurization by boosting the pressure with cooling of compressed air, increasing the overall compression ratio in the engine by two to three times while reducing the compression ratio in the cylinders , increase in one and a half to two times the degree of expansion in the cylinders, the implementation of economical power regulation by changing the discharge pressure.

Для достижения этого технического результата двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры, закрытые крышками, снабженные впускными клапанами и выпускными клапанами, поршни, совершающие возвратно-поступательные движения между нижней и верхней мертвыми точками, расположенные в цилиндрах и соединенные механизмом преобразования движения с валом, устройство подачи топлива, впускной трубопровод, соединенный с камерами впускных клапанов, механизм управления клапанами, обеспечивающий закрытие впускных клапанов во второй половине хода поршня к верхней мертвой точке после такта впуска, устройство регулирования мощности двигателя. To achieve this technical result, the internal combustion engine comprises cylinders closed by caps, equipped with inlet valves and exhaust valves, pistons reciprocating between the lower and upper dead points located in the cylinders and connected by a movement conversion mechanism with a shaft, a fuel supply device, the inlet pipe connected to the chambers of the intake valves, a valve control mechanism for closing the intake valves in the second half of the stroke the piston towards the upper dead point after the intake stroke, the engine power control device.

Отличительными признаками предлагаемого двигателя от наиболее близкого к нему является то, что устройство регулирования мощности двигателя содержит нагнетатель, соединенный по напору с впускным трубопроводом, охладитель, включенный в рассечку впускного трубопровода после нагнетателя, устройство регулирования числа оборотов нагнетателя, например вариатор, механически соединяющий вал двигателя с валом нагнетателя, механизм изменения передаточного числа устройства регулирования числа оборотов нагнетателя, соединенный с органами управления мощностью двигателя. Distinctive features of the proposed engine from the one closest to it is that the engine power control device comprises a supercharger connected in pressure to the inlet pipe, a cooler included in the inlet pipe cut after the supercharger, a supercharger speed control device, for example a variator, mechanically connecting the engine shaft with a supercharger shaft, a mechanism for changing the gear ratio of a supercharger speed control device connected to control units ION engine power.

Отличительными признаками является то, что механизм управления обеспечивает закрытие впускных клапанов, когда поршень пройдет 70÷80% хода при движении к ВМТ после такта впуска, и двигатель имеет степень сжатия в цилиндрах, равную 4-8, а степень расширения в цилиндрах, равную 12÷35 при ходе поршня от ВМТ к НМТ. Distinctive features is that the control mechanism ensures that the intake valves are closed when the piston passes 70–80% of the stroke when moving toward the TDC after the intake stroke, and the engine has a compression ratio in the cylinders of 4-8 and an expansion ratio in the cylinders of 12 ÷ 35 during the piston stroke from TDC to BDC.

Отличительными признаками является то, что нагнетатель имеет максимальную степень сжатия, равную 2÷6, а двигатель имеет максимальную общую степень сжатия, равную 10÷25. Distinctive features is that the supercharger has a maximum compression ratio of 2 ÷ 6, and the engine has a maximum total compression ratio of 10 ÷ 25.

В цилиндре двигателя сжимается смесь, заполняющая 20÷30% объема цилиндра, а для расширения газов используется весь объем цилиндра, поэтому при степени сжатия в цилиндре 4÷8 степень расширения в цилиндре двигателя будет 12÷35. In the engine cylinder, the mixture is compressed, filling 20–30% of the cylinder volume, and the entire cylinder volume is used to expand the gases, so when the compression ratio in the cylinder is 4–8, the expansion ratio in the engine cylinder will be 12–35.

Регулирование мощности двигателя производится изменением давления на напоре нагнетателя посредством изменения скорости вращения его вала вариатором. Регулирование мощности двигателя дросселированием воздуха на всасе нагнетателя будет производиться только на режимах холостого хода. В основных режимах работы двигателя дросселирования и потерь, связанных с дросселированием, не будет. Regulation of engine power is carried out by changing the pressure at the head of the supercharger by changing the speed of rotation of its shaft by a variator. Regulation of engine power by throttling the air at the inlet of the supercharger will be carried out only at idle. In the main operating modes of the throttle motor, there will be no losses associated with throttling.

Нагнетатель увеличивает мощность двигателя примерно до того уровня, какой имел бы обычный двигатель такого же объема цилиндров без наддува. Такого резкого снижения механического КПД при снижении нагрузки, как в прототипе, не будет, так как наддув высокого давления позволит увеличить массу газа, работающего в двигателе, в 2÷6 раз и снизить в 2÷6 раз механические потери на единицу массы газа. The supercharger increases engine power to about the level that a conventional engine would have the same cylinder volume without boost. Such a sharp decrease in mechanical efficiency while reducing the load, as in the prototype, will not be, since high-pressure boosting will increase the mass of gas running in the engine by 2–6 times and reduce mechanical losses by 2–6 times per unit mass of gas.

В нагнетателе и цилиндрах двигателя производится двухступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением в охладителе. Двухступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением позволит увеличить общую степень сжатия в двигателе в 2÷3 раза в сравнении с прототипом, и дальнейшее повышение общей степени сжатия ограничивается механической прочностью двигателя. Соответственно степень сжатия на частичных нагрузках возрастет в 2÷3 раза, что позволит иметь достаточную скорость сгорания смеси в большинстве режимов работы двигателя без переобогащения смеси. Поэтому КПД предложенного двигателя на частичных нагрузках будет выше КПД прототипа. In the supercharger and engine cylinders, two-stage compression is performed with intermediate cooling in the cooler. Two-stage compression with intermediate cooling will increase the total compression ratio in the engine by 2–3 times in comparison with the prototype, and a further increase in the total compression ratio is limited by the mechanical strength of the engine. Accordingly, the compression ratio at partial loads will increase by 2–3 times, which will allow us to have a sufficient rate of combustion of the mixture in most engine operating modes without re-enrichment of the mixture. Therefore, the efficiency of the proposed engine at partial loads will be higher than the efficiency of the prototype.

Увеличение максимальной степени сжатия в нагнетателе до 4÷6 позволит уменьшить степень сжатия в цилиндрах двигателя в 1,5÷2 раза при увеличении общей степени сжатия в 2÷3 раза. Increasing the maximum compression ratio in the supercharger to 4–6 will reduce the compression ratio in the engine cylinders by 1.5–2 times while increasing the total compression ratio by 2–3 times.

Уменьшение степени сжатия в цилиндрах двигателя примерно в полтора-два раза и охлаждение сжатого нагнетателем воздуха в охладителе позволит иметь довольно низкую температуру смеси в конце сжатия в цилиндре. Это обеспечит работу двигателя без детонации на бензине с низким октановым числом. При этом повышенную скорость сгорания смеси из-за высокого ее давления при загрузке двигателя, близкой к максимальной, можно снизить, обедняя смесь, или компенсировать, уменьшая угол опережения зажигания. A decrease in the compression ratio in the engine cylinders by about one and a half to two times and cooling of the air compressed by the supercharger in the cooler will allow a rather low mixture temperature at the end of compression in the cylinder. This will ensure engine operation without detonation on gasoline with a low octane rating. At the same time, the increased combustion rate of the mixture due to its high pressure when the engine load is close to maximum can be reduced by leaning the mixture, or compensate by reducing the ignition timing.

Степень расширения в предложенном двигателе в 3÷4 раза больше, чем у обычных бензиновых двигателей, и единица массы рабочего газа будет производить при расширении в 1,5 раза больше работы, поэтому для получения такой же мощности можно уменьшить в 1,5 раза расход рабочего газа. При том же объеме цилиндров степень расширения в цилиндрах двигателя можно будет увеличить в 1,5 раза. Степень расширения в цилиндрах будет в 1,5 раза больше максимальной общей степени сжатия в двигателе и может быть в 1,5÷2 раза больше, чем у прототипа. Это позволит более полно использовать энергию топлива. The degree of expansion in the proposed engine is 3 ÷ 4 times greater than that of conventional gasoline engines, and the unit mass of the working gas will produce 1.5 times more work when expanding, therefore, to obtain the same power, you can reduce the working consumption by 1.5 times gas. With the same cylinder volume, the degree of expansion in the engine cylinders can be increased by 1.5 times. The degree of expansion in the cylinders will be 1.5 times greater than the maximum total degree of compression in the engine and may be 1.5 ÷ 2 times more than that of the prototype. This will make better use of fuel energy.

Предлагаемый двигатель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1÷5. The proposed engine is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 ÷ 5.

На фиг. 1 показана схема двигателя во время впуска смеси в цилиндр. In FIG. 1 shows a diagram of an engine during the intake of a mixture into a cylinder.

На фиг. 2 показан цилиндр двигателя во время выталкивания смеси обратно во впускной трубопровод через впускной клапан. In FIG. Figure 2 shows the engine cylinder while pushing the mixture back into the intake pipe through the intake valve.

На фиг. 3 показан цилиндр двигателя во время сжатия смеси. In FIG. 3 shows an engine cylinder during compression of a mixture.

На фиг. 4 показан цилиндр двигателя во время рабочего хода. In FIG. 4 shows an engine cylinder during a stroke.

На фиг. 5 показан цилиндр двигателя во время выпуска. In FIG. 5 shows the engine cylinder at the time of exhaustion.

Двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит цилиндр 1, закрытый крышкой 2, снабженной впускным клапаном 3 и выпускным клапаном 4, поршень 5, совершающий возвратно-поступательные движения и соединенный шатуном 6 с валом 7, устройство подачи топлива 8, механизм управления 9 клапанами 3, 4, обеспечивающий возможность закрытия впускного клапана 3 во второй половине хода поршня 5 к ВМТ после такта впуска, впускной трубопровод 10, соединенный с камерой впускного клапана 3, устройство регулирования мощности двигателя, содержащее нагнетатель 11, соединенный по напору с впускным трубопроводом 10, охладитель 12, включенный в рассечку впускного трубопровода 10 после нагнетателя 11, вариатор 13, механически соединяющий вал 7 двигателя с валом нагнетателя 11, механизм 14 изменения передаточного числа вариатора 13, дроссельную заслонку 15, установленную на всасе нагнетателя 11. Имеется свеча зажигания 16, установленная в крышке 2. Механизм 14 изменения передаточного числа вариатора 13 управляется педалью акселератора через передаточный сервопривод (не показан). Для управления двигателем возможно использование микропроцессоров с системами воздействия на механизм 14 изменения передаточного числа вариатора 13, устройство подачи топлива 8, свечу зажигания 16 и другие системы двигателя. The internal combustion engine (Fig. 1) contains a cylinder 1, closed by a cover 2, equipped with an inlet valve 3 and an exhaust valve 4, a piston 5, reciprocating and connected by a connecting rod 6 to the shaft 7, a fuel supply device 8, a valve control mechanism 9 3, 4, providing the possibility of closing the intake valve 3 in the second half of the piston 5 to TDC after the intake stroke, the intake pipe 10 connected to the chamber of the intake valve 3, an engine power control device comprising a supercharger 11, pressure-controlled with the intake pipe 10, a cooler 12 included in the cut-off of the intake pipe 10 after the blower 11, a variator 13, mechanically connecting the engine shaft 7 to the blower shaft 11, the gear ratio change mechanism 14 of the variator 13, the throttle valve 15 mounted on the compressor inlet 11. There is a spark plug 16 installed in the cover 2. The mechanism 14 for changing the gear ratio of the variator 13 is controlled by the accelerator pedal through a gear servo (not shown). To control the engine, it is possible to use microprocessors with systems for influencing the mechanism 14 for changing the gear ratio of the variator 13, the fuel supply device 8, the spark plug 16 and other engine systems.

Работа двигателя осуществляется следующим образом. Сначала поршень 5 движется к НМТ, впускной клапан 3 открыт, смесь поступает в цилиндр 1 и происходит впуск (показано на фиг. 1). После прохождения НМТ поршень 5 движется к ВМТ и смесь из цилиндра 1 выталкивается через впускной клапан 3 обратно во впускной трубопровод 10 (показано на фиг. 2). После прохождения поршнем 5 70÷80% хода закрывается впускной клапан 3, и при дальнейшем движении поршня 5 к ВМТ в цилиндре 1 производится сжатие смеси (показано на фиг. 3). При подходе поршня 5 к ВМТ свеча зажигания 16 воспламеняет смесь и происходит сгорание топлива. Температура и давление газа в цилиндре 1 возрастают, поршень 5 проходит ВМТ и под действием расширяющихся газов движется к НМТ, то есть происходит рабочий ход (показано на фиг. 4). При подходе поршня 5 к НМТ открывается выпускной клапан 4, и при движении поршня 5 к ВМТ отработанные газы вытесняются в атмосферу, то есть происходит выпуск (показано на фиг. 5). Далее все повторяется. The operation of the engine is as follows. First, the piston 5 moves to the BDC, the inlet valve 3 is open, the mixture enters the cylinder 1 and the inlet occurs (shown in Fig. 1). After the passage of the BDC, the piston 5 moves to the TDC and the mixture from the cylinder 1 is pushed through the inlet valve 3 back into the inlet pipe 10 (shown in Fig. 2). After the piston 5 passes 70–80% of the stroke, the inlet valve 3 closes, and with the further movement of the piston 5 to TDC, the mixture is compressed in cylinder 1 (shown in Fig. 3). When the piston 5 approaches TDC, the spark plug 16 ignites the mixture and fuel is burned. The temperature and pressure of the gas in the cylinder 1 increase, the piston 5 passes through the BDC and, under the action of expanding gases, moves to the BDC, that is, a stroke occurs (shown in Fig. 4). When the piston 5 approaches the BDC, the exhaust valve 4 opens, and when the piston 5 moves to the TDC, the exhaust gases are displaced into the atmosphere, that is, release occurs (shown in Fig. 5). Then everything repeats.

Регулирование мощности двигателя осуществляется следующим образом. Для увеличения мощности двигателя увеличивается скорость вращения вала нагнетателя 11 относительно вала 7 посредством изменения передаточного числа вариатора 13 механизмом 14, при этом возрастает давление на напоре нагнетателя 11 и растет количество смеси, поступающей в цилиндр 1 за цикл. Для снижения мощности двигателя уменьшают скорость вращения вала нагнетателя 11 относительно вала 7 двигателя, при этом снижается давление на напоре нагнетателя 11 и уменьшается количество смеси, поступающей за цикл в цилиндр 1. Таким образом, давление на напоре нагнетателя 11 снижается почти до атмосферного давления. Дальнейшее снижение давления на напоре нагнетателя 11 и соответственно снижение мощности двигателя производится прикрытием дроссельной заслонки 15, но это используется только на режимах холостого хода. Regulation of engine power is as follows. To increase engine power, the speed of rotation of the shaft of the supercharger 11 relative to the shaft 7 is increased by changing the gear ratio of the variator 13 by the mechanism 14, while the pressure on the pressure of the supercharger 11 increases and the amount of mixture entering the cylinder 1 per cycle increases. To reduce engine power, the rotational speed of the shaft of the supercharger 11 is reduced relative to the motor shaft 7, while the pressure at the pressure head of the supercharger 11 is reduced and the amount of mixture entering the cylinder 1 per cycle is reduced. Thus, the pressure at the pressure of the supercharger 11 is reduced to almost atmospheric pressure. A further decrease in pressure at the pressure head of the supercharger 11 and, accordingly, a decrease in engine power is performed by covering the throttle valve 15, but this is used only at idle speeds.

В предложенном двигателе в качестве нагнетателя 11 возможно использование любых типов компрессоров: центробежных, ротационных, поршневых и других. In the proposed engine as a supercharger 11 it is possible to use any type of compressor: centrifugal, rotary, reciprocating and others.

В качестве устройства регулирования числа оборотов нагнетателя 11 возможно применение различных устройств: вариаторов, коробок скоростей, регулируемых гидростатических передач, гидротрансформаторов и других устройств. As a device for controlling the speed of the supercharger 11, various devices can be used: variators, gearboxes, adjustable hydrostatic gears, torque converters and other devices.

В качестве охладителя 12 возможно использование рекуперативных или регенеративных теплообменников. As a cooler 12 it is possible to use regenerative or regenerative heat exchangers.

В качестве устройства подачи 8 топлива можно использовать карбюраторы, устройства с впрыском топлива во впускной трубопровод. Но наибольшую эффективность обеспечат устройства подачи топлива с впрыском топлива в цилиндры, причем возможен многостадийный впрыск топлива для снижения максимального давления в цилиндрах. As a fuel supply device 8, carburetors and devices with fuel injection into the intake pipe can be used. But the greatest efficiency will be provided by fuel injection devices with fuel injection into the cylinders, and multi-stage fuel injection is possible to reduce the maximum pressure in the cylinders.

В предложенном двигателе известное устройство, то есть двигатель с продолженным расширением, дополняется известной частью, то есть нагнетателем высокого давления с охладителем и вариатором. Подобное соединение для специалистов по двигателям необычно. Более того, наддув и продолженное расширение в основных цилиндрах считаются не совместимыми, взаимно исключающими друг друга, так как вместо сжатия в цилиндрах двигателя воздух сжимается в отдельном нагнетателе с меньшим КПД, чем в цилиндрах, а смесь в это время выталкивается из цилиндров обратно во впускной трубопровод с затратами энергии на выталкивание смеси и перемещение поршней. In the proposed engine, a known device, that is, an engine with continued expansion, is supplemented by a known part, that is, a high pressure supercharger with a cooler and a variator. A similar connection for engine specialists is unusual. Moreover, pressurization and continued expansion in the main cylinders are considered incompatible, mutually exclusive, since instead of compression in the engine cylinders, air is compressed in a separate supercharger with lower efficiency than in the cylinders, and the mixture is pushed back from the cylinders into the inlet pipeline with energy costs for pushing the mixture and moving the pistons.

Необычно для специалистов использование связанного с валом двигателя нагнетателя повышенного давления не для повышения удельной мощности двигателя, а для регулирования мощности двигателя во всех режимах работы, кроме холостого хода. It is unusual for specialists to use the overpressure associated with the motor shaft of the engine, not to increase the specific power of the engine, but to control the engine power in all operating modes, except for idling.

Зато, кроме уменьшения размеров и массы двигателя до значений, характерных для обычных бензиновых двигателей, обеспечения более экономичного, чем дросселирование, регулирования мощности двигателя соединение высокого наддува с продолженным расширением в основных цилиндрах обеспечивает получение новых технических результатов. But, in addition to reducing the size and weight of the engine to values characteristic of conventional gasoline engines, providing more economical than throttling, regulating engine power, the connection of high boost with continued expansion in the main cylinders provides new technical results.

Во-первых, предложенный двигатель в сравнении с прототипом имеет в 2÷3 раза большую общую степень сжатия за счет осуществления двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением, следовательно, увеличится в 2÷3 раза степень сжатия на частичных нагрузках. Это повысит КПД двигателя во всем диапазоне нагрузок, так как не нужно будет переобогащать смесь на низких нагрузках. Firstly, the proposed engine in comparison with the prototype has a 2–3 times greater overall compression ratio due to the implementation of two-stage compression with intermediate cooling, therefore, the compression ratio at partial loads will increase by 2–3 times. This will increase engine efficiency over the entire load range, since it will not be necessary to re-enrich the mixture at low loads.

Во-вторых, уменьшение степени сжатия в цилиндре двигателя в 1,5÷2 раза при охлаждении сжатого нагнетателем воздуха в охладителе позволит иметь достаточно низкую температуру смеси в конце сжатия в цилиндрах и обеспечит работу предложенного двигателя на топливе с низким октановым числом, то есть более дешевом топливе. Secondly, a decrease in the compression ratio in the engine cylinder by 1.5 ÷ 2 times during cooling of the air compressed by the supercharger in the cooler will allow a sufficiently low mixture temperature at the end of compression in the cylinders and ensure the operation of the proposed engine on fuel with a low octane number, i.e., more cheap fuel.

В-третьих, степень расширения в цилиндрах двигателя будет примерно в 1,5 раза больше максимальной общей степени сжатия в двигателе и может быть в 1,5÷2 раза больше, чем у прототипа, а это позволит более полно использовать энергию топлива. Thirdly, the degree of expansion in the engine cylinders will be approximately 1.5 times greater than the maximum total compression ratio in the engine and may be 1.5–2 times greater than that of the prototype, and this will allow more complete use of fuel energy.

В-четвертых, КПД предложенного двигателя сохраняется примерно постоянным в широком диапазоне изменения нагрузки. При снижении загрузки двигателя снижается давление нагнетания и уменьшаются затраты энергии на сжатие нагнетателем единицы массы газа, но почти на такую же величину возрастают механические потери, приходящиеся на единицу массы газа, работающего в двигателе. Fourth, the efficiency of the proposed engine remains approximately constant over a wide range of load changes. With a decrease in engine load, the discharge pressure decreases and the energy consumption for the compressor compresses a unit mass of gas decreases, but the mechanical losses per unit mass of gas operating in the engine increase by almost the same amount.

Расчеты показывают, что предложенный двигатель может иметь максимальную общую степень сжатия 10÷25, степень расширения в цилиндрах 12÷35, степень сжатия в цилиндрах 4÷8, степень сжатия в нагнетателе 2÷6. Прототип имеет степень сжатия 8 и степень расширения 16. Calculations show that the proposed engine can have a maximum total compression ratio of 10 ÷ 25, expansion ratio in the cylinders 12 ÷ 35, compression ratio in the cylinders 4 ÷ 8, compression ratio in the supercharger 2 ÷ 6. The prototype has a compression ratio of 8 and an expansion ratio of 16.

Во всех режимах работы КПД предложенного двигателя будет выше КПД прототипа, причем со снижением нагрузки разница возрастает. А так как автомобильные двигатели до 90% времени работают на частичных нагрузках, предложенный двигатель обеспечит некоторую экономию топлива. In all operating modes, the efficiency of the proposed engine will be higher than the efficiency of the prototype, and with a decrease in load, the difference increases. And since automobile engines operate at partial loads up to 90% of the time, the proposed engine will provide some fuel economy.

Claims (3)

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, закрытые крышками, снабженные впускными клапанами и выпускными клапанами, поршни, расположенные в цилиндрах, совершающие возвратно-поступательные движения между верхней и нижней мертвыми точками и соединенные механизмом преобразования движения с валом, устройство подачи топлива, впускной трубопровод, соединенный с камерами впускных клапанов, механизм управления клапанами, обеспечивающий возможность закрытия впускных клапанов во второй половине хода поршня к верхней мертвой точке после такта впуска, устройство регулирования мощности двигателя, отличающийся тем, что устройство регулирования мощности двигателя содержит нагнетатель, соединенный по напору с впускным трубопроводом, охладитель, включенный в рассечку впускного трубопровода после нагнетателя, устройство регулирования числа оборотов нагнетателя, например вариатор, механически соединяющий вал двигателя с валом нагнетателя, механизм изменения передаточного числа устройства регулирования числа оборотов нагнетателя, соединенный с органами управления мощностью двигателя. 1. An internal combustion engine comprising cylinders closed by caps, equipped with inlet valves and exhaust valves, pistons located in the cylinders, reciprocating between the upper and lower dead points and connected by a movement conversion mechanism with a shaft, a fuel supply device, an intake pipe connected to the chambers of the intake valves, a valve control mechanism that allows the intake valves to close in the second half of the stroke to the top dead center ke after the intake stroke, an engine power control device, characterized in that the engine power control device comprises a supercharger connected in pressure to the intake manifold, a cooler included in the cut of the intake manifold after the supercharger, a supercharger speed control device, for example a variator, mechanically connecting the shaft engine with a supercharger shaft, a mechanism for changing the gear ratio of a supercharger speed control device connected to controls ia engine power. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что механизм управления клапанами выполнен с возможностью обеспечения закрытия впускных клапанов во время хода поршня к верхней мертвой точке, после такта впуска, после прохождения поршнем 70-80% хода, а цилиндры, поршни и механизм преобразования движения поршней с валом выполнены с возможностью обеспечения степени сжатия в цилиндрах, равной 4-8, после закрытия впускных клапанов и степени расширения, равной 12-35, при ходе поршней от ВМТ до НМТ. 2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valve control mechanism is configured to close the intake valves during the piston stroke to top dead center, after the intake stroke, after the piston passes 70-80% of the stroke, and the cylinders, pistons and the mechanism for converting the movement of the pistons with the shaft is configured to provide a compression ratio in the cylinders of 4-8 after closing the intake valves and an expansion ratio of 12-35 when the pistons move from TDC to BDC. 3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двигатель имеет общую суммарную степень сжатия, равную 10-25, обеспечиваемую за счет выполнения нагнетателя с максимальной степенью сжатия, равной 2-6, степенью сжатия в цилиндрах двигателя, равной 4-8 и наличием охладителя сжатого воздуха. 3. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the engine has a total total compression ratio of 10-25, ensured by performing a supercharger with a maximum compression ratio of 2-6, a compression ratio in the engine cylinders of 4- 8 and the presence of a compressed air cooler.
RU2000118720/06A 2000-07-14 2000-07-14 Internal combustion engine RU2191910C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000118720/06A RU2191910C2 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000118720/06A RU2191910C2 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000118720A RU2000118720A (en) 2002-10-10
RU2191910C2 true RU2191910C2 (en) 2002-10-27

Family

ID=20237871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000118720/06A RU2191910C2 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2191910C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669433C2 (en) * 2014-01-23 2018-10-11 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Method and system for pre-ignition control

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Цикл Миллера - старая концепция в новом исполнении. Автомобильная промышленность US, 1996, № 10-11, с. 16-18. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669433C2 (en) * 2014-01-23 2018-10-11 ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи Method and system for pre-ignition control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6279550B1 (en) Internal combustion engine
US8215292B2 (en) Internal combustion engine and working cycle
US7222614B2 (en) Internal combustion engine and working cycle
US6035637A (en) Free-piston internal combustion engine
US7434551B2 (en) Constant temperature internal combustion engine and method
CN102498272B (en) Turbocharged reciprocating piston engine having a connected pressure tank for bridging turbo lag, and method for operating said engine
US20050098162A1 (en) Internal combustion engine and working cycle
AU743600B2 (en) Improved internal combustion engine and working cycle
US8613269B2 (en) Internal combustion engine with direct air injection
WO2006096850A2 (en) Internal combustion engine and method
CN103328775B (en) There is quartastroke engine and the method for VVT
WO1998002653A1 (en) Improved internal combustion engine and working cycle
CN102725496A (en) A two-stroke internal combustion engine with variable compression ratio and an exhaust port shutter and a method of operating such an engine
Clenci et al. Some aspects concerning the combination of downsizing with turbocharging, variable compression ratio, and variable intake valve lift
EP3596329B1 (en) Internal combustion engine and method for controlling such an internal combustion engine
RU2191910C2 (en) Internal combustion engine
CN102913318A (en) Turbo-charged engine
US20060048981A1 (en) High output and efficiency internal combustion engine
EP1632658A1 (en) Improved internal combustion engine and working cycle
JP3030365B2 (en) Internal combustion engine
EP1522690A2 (en) Improved internal combustion engine and working cycle
GB2592864A (en) Improved hybrid engine
EP1365126A2 (en) Improved internal combustion engine and working cycle
RU2220306C2 (en) Method to control engine by changing compression ratio and fuel delivery irrespective of octane rating of fuel
Abdalla Cut-off control: a promising method of load regulation in spark ignition engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050715