PL235983B1

PL235983B1 - Inlet system of a three-cylinder four-stroke combustion engine and operation method of a three-cylinder four-stroke combustion engine with such an inlet system

Info

Publication number: PL235983B1
Application number: PL427422A
Authority: PL
Inventors: Piotr Bera
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-11-16
Also published as: PL427422A1

Abstract

Układ dolotowy trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego, zbudowany z głównych kanałów dolotowych dostarczających do cylindrów powietrze z otoczenia, kanałów łącznikowych, które łączą wybrany cylinder z głównym kanałem dolotowym innego cylindra, charakteryzuje się tym, że kanał łącznikowy pierwszy (28) łączy pierwszy cylinder z głównym kanałem dolotowym cylindra drugiego (31), kanał łącznikowy drugi (32) łączy drugi cylinder z głównym kanałem dolotowym cylindra trzeciego (35), kanał łącznikowy trzeci (36) łączy trzeci cylinder z głównym kanałem dolotowym pierwszego cylindra (27). Układ rozrządu składający się z wałów rozrządu (18 i 21) oraz mechanizmów (53, 55, 57) sterujący pracą zaworów wylotowych (43) oraz głównych zaworów dolotowych (25, 29, 33) zapewnia ich stały skok. Zawory łącznikowe (37, 39, 41) sterujące otwarciem kanałów łącznikowych (28, 32, 36) mają, dzięki mechanizmom (53, 55, 57) zmienny wznios i zmienny czas otwarcia, przy czym wykorbienia wału korbowe są przestawione dokładnie o 120°. Główny kanał dolotowy (27) w cylindrze pierwszym znajduje się bliżej środka silnika, natomiast w przypadku cylindra trzeciego główny kanał dolotowy (35) znajduje się od strony zewnętrznej, tak że długości kanałów łącznikowych (28, 32, 36) dla wszystkich cylindrów mają zbliżone wartości.The intake system of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine, composed of main intake channels supplying ambient air to the cylinders, connecting channels that connect a selected cylinder with the main intake channel of another cylinder, is characterized in that the first connecting channel (28) connects the first cylinder with the main channel intake channel of the second cylinder (31), the second connecting channel (32) connects the second cylinder with the main intake channel of the third cylinder (35), the third connecting channel (36) connects the third cylinder with the main intake channel of the first cylinder (27). The timing system consisting of camshafts (18 and 21) and mechanisms (53, 55, 57) controlling the operation of the exhaust valves (43) and the main intake valves (25, 29, 33) ensures their constant lift. The connecting valves (37, 39, 41) controlling the opening of the connecting channels (28, 32, 36) have, thanks to the mechanisms (53, 55, 57), a variable lift and a variable opening time, with the crankshaft cranks positioned exactly by 120°. The main intake channel (27) in the first cylinder is located closer to the center of the engine, while in the case of the third cylinder, the main intake channel (35) is located on the outside, so the lengths of the connecting channels (28, 32, 36) for all cylinders have similar values .

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ dolotowy trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego oraz sposób pracy trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego wyposażonego w ten układ dolotowy.The subject of the invention is an intake system of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine and a method of operation of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine equipped with this intake system.

Seryjne silniki spalinowe o zapłonie iskrowym (Zl) mają sprawność maksymalną dochodzącą do 40% jedynie w wąskim obszarze pracy. W zakresie obciążeń częściowych, sprawność jest znacznie mniejsza. Wynika to z wielu czynników. Do dwóch istotnych, przyczyniających się do takiego stanu rzeczy, można zaliczyć: straty pompowania oraz budowa układu korbowego skutkująca tym, że droga tłoka w suwie rozprężania jest równa drodze tłoka w suwie sprężania, co nie pozwala w pełni wykorzystać energii rozprężających się spalin.Standard spark-ignition (Zl) combustion engines have a maximum efficiency of up to 40% only in a narrow area of operation. In terms of partial loads, the efficiency is much lower. This is due to many factors. Two significant factors contributing to this state of affairs include: pumping losses and the construction of the crank system, which result in the fact that the piston path in the expansion stroke is equal to the piston path in the compression stroke, which does not allow the full use of the energy of exhaust gas expansion.

W silnikach spalinowych o zapłonie iskrowym spalana jest mieszanka stechiometryczna niezależnie od wartości wytwarzanego momentu obrotowego. Rozwijany przez silnik moment obrotowy zależy wprost od współczynnika napełnienia cylindra. W klasycznym układzie napełnienie cylindra jest realizowane za pomocą przepustnicy, znajdującej się w kolektorze dolotowym, która zmienia przekrój przepływu powietrza do cylindrów. Regulacja mocy w silnikach o zapłonie iskrowym jest ilościowa, gdyż moment obrotowy reguluje się ilością spalanej mieszanki, a jej skład jest praktycznie stały. W zakresie małego obciążenia silnika przepustnica ogranicza swobodny przepływ powietrza do cylindrów. Niekorzystnym zjawiskiem jest w takiej sytuacji występowanie podciśnienia w kolektorze dolotowym, które powstaje między prawie całkowicie zamkniętą przepustnicą, a tłokami szybko poruszającym się od górnego martwego punktu do dolnego martwego punktu, zwiększając objętość roboczą cylindra. Powstaje w ten sposób pętla strat pompowania, co prowadzi do znacznego zmniejszenia sprawności silnika o zapłonie iskrowym w zakresie obciążeń częściowych.In spark ignition combustion engines, a stoichiometric mixture is burned, regardless of the value of the generated torque. The torque developed by the engine directly depends on the cylinder fill factor. In the classic system, the cylinder is filled by a throttle located in the intake manifold, which changes the air flow section to the cylinders. Power regulation in spark ignition engines is quantitative, because the torque is regulated by the amount of the mixture burned, and its composition is practically constant. In the light engine load range, the throttle restricts the free flow of air into the cylinders. The disadvantage of this is that there is a vacuum in the intake manifold, which arises between the almost fully closed throttle and the pistons moving rapidly from top dead center to bottom dead center, increasing the cylinder working volume. This creates a pumping loss loop, which leads to a significant reduction in the efficiency of the spark ignition engine in the partial load range.

Drugim czynnikiem jest niewykorzystywanie całości energii spalonego paliwa, gdyż spaliny opuszczają cylinder mając jeszcze wysoką temperaturę i ciśnienie, które mogłoby zostać wykorzystane do wykonania pracy użytecznej. Można uniknąć tego niekorzystnego zjawiska, w sytuacji, gdy suw rozprężania odbywa się na dłuższej drodze niż suw sprężania. Zadanie to realizują silniki pracujące w cyklu Atkinsona. Może być on zrealizowany na dwa sposoby. Pierwszy z nich to zbudowanie skomplikowanego układu korbowo-tłokowego, natomiast drugi to wykorzystanie systemu zmiennych faz rozrządu, co jest w praktyce stosowane.The second factor is not using all the energy of the burnt fuel, because the exhaust gases leave the cylinder still having a high temperature and pressure that could be used to perform useful work. This disadvantageous phenomenon can be avoided if the expansion stroke is longer than the compression stroke. This task is performed by engines operating in the Atkinson cycle. It can be implemented in two ways. The first is to build a complex crank-piston system, while the second is to use a variable valve timing system, which is practically used.

Znane jest rozwiązanie opisane w US367496 w którym wał korbowy jest połączony z tłokiem za pośrednictwem trzech elementów łączących, których odpowiednie wzajemne usytuowanie, oraz długości każdego z nich pozwalają na realizację cyklu Atkinsona, którego celem jest osiągnięcie dłuższej droga tłoka w trakcie suwu rozprężania w porównaniu do drogi tłoka w trakcie suwu napełniania.A solution described in US367496 is known in which the crankshaft is connected to the piston by means of three connecting elements whose relative positioning and the lengths of each allow the Atkinson cycle to be carried out, the aim of which is to achieve a longer piston path during the expansion stroke compared to piston travel during the filling stroke.

Znane jest rozwiązanie z patentu US 6553977, gdzie został przedstawiony silnik tzw. pięciosuwowy. Jest to silnik trzycylindrowy, w którym dwa skrajne cylindry mają mniejszą średnicę i pracują w klasycznym cyklu Otto, natomiast środkowy cylinder ma większą średnicę i jest cylindrem niskoprężnym. Głowica wyposażona jest w kanały łącznikowe, które prowadzą od zaworów wylotowych cylindrów zewnętrznych do cylindra centralnego, gdzie spaliny mogą się dalej rozprężać. Ostatecznie spaliny są usuwane do układu wylotowego z cylindra centralnego.A solution from the patent US 6553977 is known, where the so-called engine was presented. five-stroke. It is a three-cylinder engine in which the two outermost cylinders have a smaller diameter and operate in the classic Otto cycle, while the middle cylinder has a larger diameter and is a low-pressure cylinder. The cylinder head is equipped with connection channels that lead from the exhaust valves of the outer cylinders to the central cylinder, where the exhaust gases can expand further. Eventually the exhaust gases are discharged into the exhaust system from the central cylinder.

Znane jest rozwiązanie firmy Scuderi-Engines, opisane w US 8813695, w którym współpracują ze sobą dwa cylindry połączone kanałem łącznikowym. Cztery suwy są rozdzielona na te dwa, współpracujące ze sobą, cylindry Wykorbienia wału dla cylindra pierwszego i drugiego są przestawione o odpowiedni kąt, tak aby mieszanka sprężana w cylindrze pierwszym przepływała pod ciśnieniem do cylindra drugiego i aby zapłon w cylindrze drugim zachodził już po osiągnięciu górnego martwego położenia tłoka. Dzięki temu zwiększa się sprawność silnika, gdyż maksimum siły działającej na tłok przypada w chwili, gdy korbowód z wykorbieniem wału tworzą mniejszy kąt niż w klasycznym silniku.A known solution of the Scuderi-Engines company, described in US 8,813,695, in which two cylinders connected by a connecting channel cooperate with each other. The four strokes are divided into the two mutually cooperating cylinders. The crankshaft for the first and second cylinders are displaced by an appropriate angle so that the compressed mixture in the first cylinder flows under pressure to the second cylinder and that the ignition in the second cylinder takes place after reaching the upper one. dead piston position. This increases the efficiency of the engine, as the maximum force acting on the piston is reached when the connecting rod with the crank of the shaft creates a smaller angle than in a classic engine.

Znane jest rozwiązanie firmy Scuderi Group inc. opisane w patencie US20140261325A1, w którym wykorzystuje się trzy cylindry połączone kolej no kanałami łącznikowymi umieszczone na jednej linii.The solution of Scuderi Group inc. described in the patent US20140261325A1, which uses three cylinders connected in succession by connecting channels placed on one line.

Rozwiązania powyższe nie pozwalają na wydajną pracę silnika zarówno w obszarze małych i średnich, jak i dużych obciążeń. Celowym, wydaje się zatem opracowanie rozwiązania wydajnego w przypadku małych, średnich i dużych obciążeń.The above solutions do not allow the engine to work efficiently in the area of low and medium as well as high loads. Therefore, it seems advisable to develop a solution that is efficient for small, medium and heavy loads.

Wynalazek opisuje układ dolotowy trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego, zbudowany z głównych kanałów dolotowych dostarczających do cylindrów powietrze z otoczenia, kanałów łącznikowych, które łączą wybrany cylinder z głównym kanałem dolotowym innego cylindra oraz sposób pracy trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego mającego układ dolotowy wyposaThe invention describes the intake system of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine, consisting of main intake ducts supplying the cylinders with ambient air, connecting channels that connect a selected cylinder with the main intake duct of another cylinder, and a method of operating a three-cylinder four-stroke internal combustion engine having an intake system equipped with

PL 235 983 B1 żony w kanały łącznikowe, które łączą wybrany cylinder z głównym kanałem dolotowym innego cylindra i układem rozrządu regulującym zmienny czas otwarcia i zmienny wznios zaworów łącznikowych, wykorzystującego powietrze z otoczenia dostarczane przez główne kanały dolotowe do cylindrów.There are connecting channels that connect the selected cylinder to the main intake port of another cylinder and a timing system that regulates the variable opening time and variable lift of the diverter valves using ambient air supplied through the main intake channels to the cylinders.

Istota układu dolotowego trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego według wynalazku, polega na tym, że: kanał łącznikowy pierwszy łączy pierwszy cylinder z głównym kanałem dolotowym cylindra drugiego, kanał łącznikowy drugi łączy drugi cylinder z głównym kanałem dolotowym cylindra trzeciego, kanał łącznikowy trzeci łączy trzeci cylinder Z głównym kanałem dolotowym pierwszego cylindra, układ rozrządu składający się z wałów rozrządu sterujących pracą zaworów wylotowych oraz głównych zaworów dolotowych zapewnia ich stały skok, natomiast zawory łącznikowe sterujące otwarciem kanałów łącznikowych mają, dzięki me chanizmom zmienny wznios i zmienny czas otwarcia, przy czym wykorbienia wału korbowego są przestawione dokładnie o 120°, zaś główny kanał dolotowy w cylindrze pierwszym znajduje się bliżej środka silnika, natomiast w przypadku cylindra trzeciego główny kanał dolotowy znajduje się od strony zewnętrznej, tak że długości kanałów łącznikowych dla wszystkich cylindrów mają zbliżone wartości. Korzystnie układ dolotowy według wynalazku posiada kanały łącznikowe które mają u swego ujścia do cylindrów zawory łącznikowe sterujące otwarciem tych kanałów, które to zawory napędzane są przez krzywki wału za pośrednictwem dźwigienek elementów których położenie, sterowane za pomocą wałka sterującego zmienia skok zaworów łącznikowych, zależnie od żądanej wartości momentu obrotowego, natomiast główne zawory dolotowe połączone są z krzywkami o stałym zarysie, a zawory wylotowe połączone są z napędzającym i sterującym je wałem rozrządu który przez krzywki o stały m zarysie oddziałuje bezpośrednio na zawory wylotowe.The essence of the intake system of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine according to the invention consists in the following: the first connecting channel connects the first cylinder with the main inlet channel of the second cylinder, the second connecting channel connects the second cylinder with the main inlet channel of the third cylinder, the third connecting channel connects the third cylinder with the main through the inlet channel of the first cylinder, the timing system consisting of the exhaust camshafts and the main inlet valves ensures their constant stroke, while the connector valves controlling the opening of the connecting channels have, thanks to the mechanisms, variable lift and variable opening time, while the crankshaft cranks are staggered exactly by 120 °, and the main inlet port in the first cylinder is closer to the center of the engine, while in the case of the third cylinder, the main inlet port is on the outside, so that the lengths of connection channels for all cylinders are approx. wife of values. Advantageously, the intake system according to the invention has connection channels which have, at their outlet to the cylinders, connection valves controlling the opening of these channels, which valves are driven by the shaft cams by means of element levers, the position of which, controlled by the control shaft, changes the stroke of the connection valves, depending on the desired torque values, while the main intake valves are connected to the fixed contour lobes, and the exhaust valves are connected to the driving and controlling camshaft which acts directly on the exhaust valves through the fixed-contour cams.

Istotą sposobu pracy trzycylindrowego czterosuwowego silnika spalinowego według wynalazku jest to, że w czasie cyklu pracy mieszankę paliwa i powietrza przepuszcza się przez każdy kanał łącznikowy tak, że każdorazowo przepływa ona z cylindra realizującego proces sprężania do cylindra realizującego proces napełniania, przy czym w każdym procesie napełniania mieszankę powietrza i paliwa doprowadza się do cylindra głównym kanałem dolotowym i, w każdym przypadku poza obciążeniem maksymalnym, kanałem łącznikowym z innego cylindra.The essence of the method of operation of the three-cylinder, four-stroke internal combustion engine according to the invention is that, during the operating cycle, a mixture of fuel and air is passed through each connecting channel, so that it flows from the compression cylinder to the filling cylinder in each the air-fuel mixture is fed into the cylinder through the main intake duct and, in addition to the maximum load in each case, through a connecting duct from another cylinder.

Celem takiej konstrukcji jest zmniejszenie tzw. strat pompowania w zakresie małego i średniego obciążenia silnika oraz możliwość realizacji cyklu Atkinsona w zakresie małego i średniego obciążenia silnika. Przedstawiona konstrukcja pozwala na zrezygnowanie z przepustnicy w kolektorze dolotowym powodującej wspomniane straty pompowania i sterowanie ilością ładunku tylko z wykorzystaniem mechanizmu zmiennego wzniosu i czasu otwarcia zaworów. Wartości podciśnienia i nadciśnienia w układzie dolotowym w całym zakresie prędkości obrotowej i obciążenia zależą tylko od strat lokalnych i liniowych przepływu powietrza/mieszanki paliwowo powietrznej w kanałach i są bardzo małe. Nie zachodzi zjawisko powstawania dużego podciśnienia w kolektorze dolotowym jak w układach z przepustnicą, skutkujące powstawaniem dużych strat w trakcie napełniania cylindra. Nie dochodzi także do zmian kierunku przepływu powietrza w kolektorze dolotowym jak ma to miejsce w przypadku, cyklu Atkinsona realizowanego przez opóźnione zamknięcie zaworów dolotowych, kiedy to ładunek zostaje cofnięty z cylindrów do kanałów dolotowych, co prowadzi do pulsacji ciśnienia. Przedstawione rozwiązanie wprost wpływa na zwiększenie sprawności silnika spalinowego w zakresie małego i średniego obciążenia, a co za tym idzie zmniejszenie zużycia paliwa przez silnik.The purpose of such a structure is to reduce the so-called pumping losses in the range of low and medium engine loads and the possibility of implementing the Atkinson cycle in the range of low and medium engine loads. The presented structure makes it possible to resign from the throttle in the intake manifold, which causes the mentioned pumping losses, and to control the amount of charge only with the use of the variable lift mechanism and the valve opening time. The values of vacuum and overpressure in the intake system over the entire speed and load range depend only on local and linear losses of the air / fuel-air flow in the ducts and are very small. There is no phenomenon of the formation of a high vacuum in the intake manifold, as in systems with a throttle, resulting in large losses during cylinder filling. There is also no change in the direction of the air flow in the intake manifold, as is the case with the Atkinson cycle, implemented by delayed closing of the intake valves, where the load is withdrawn from the cylinders into the intake channels, leading to pressure pulsation. The presented solution directly influences the increase in the efficiency of the internal combustion engine in terms of low and medium load, and thus reduces the fuel consumption of the engine.

W produkcji seryjnej cykl Atkinsona realizowany przede wszystkim w silnikach spalinowych pracujących w układach hybrydowych, np. T oyota, Ford, Hyundai. Polega to na tym, podobnie jak to opisano powyżej, że droga rozprężania ładunku w suwie pracy, jest dłuższa niż droga sprężania ładunku. Jest to jednak realizowane poprzez wykorzystanie układu zmiennych faz rozrządu, dzięki którym w trakcie suwu sprężania zawory dolotowe pozostają jeszcze otwarte i część mieszanki znajdującej się w cylindrze zostaje zwrócona do kolektora dolotowego. Wtedy proces sprężania ładunku odbywa się dopiero od chwili, gdy tłok pokonał już część drogi w stronę górnego martwego położenia. W takich rozwiązaniach wciąż istnieje przepustnicą, a straty pompowania, choć zdecydowanie mniejsze, dalej występują.In serial production, the Atkinson cycle is implemented mainly in internal combustion engines operating in hybrid systems, eg T oyota, Ford, Hyundai. This is because, as described above, the charge expansion path in the power stroke is longer than the charge compression path. However, this is done by using a variable valve timing system so that the intake valves remain open during the compression stroke and some of the mixture in the cylinder is returned to the intake manifold. Then the load compression process does not take place until the piston has already traveled part of the way towards the top dead center. In such solutions, the throttle still exists, and pumping losses, although much smaller, still occur.

Korzystnym skutkiem rozwiązania jest zmywanie osadów z kanałów dolotowych przez mieszankę, która jest przepompowywana między cylindrami.A beneficial effect of the solution is to wash the deposits from the intake channels by the mixture which is pumped between the cylinders.

Przedmiot wynalazku, uwidoczniony jest na rysunku którego Fig. 1, przedstawia układ dolotowy w widoku z boku, Fig. 2 przedstawia układ dolotowy w widoku z przodu, Fig. 3. przedstawia układ dolotowy w widoku od spodu, Fig. 4 przedstawia układ dolotowy wraz z całym układem korbowo tłoThe subject of the invention is shown in the drawing of which Fig. 1 shows the intake system in a side view, Fig. 2 shows the intake system in a front view, Fig. 3 shows the intake system in a bottom view, Fig. 4 shows the intake system together with with whole layout crank background

PL 235 983 B1 kowym silnika, natomiast Fig. 5 położenia tłoków w cylindrach dla kąta obrotu wału korbowego 0°, a Fig. 6 położenia tłoków w cylindrach dla kąta obrotu wału korbowego 30°.5 the position of the pistons in the cylinders for a rotation angle of the crankshaft 0 °, and Fig. 6 the position of the pistons in the cylinders for the angle of rotation of the crankshaft 30 °.

W korpusie silnika 4 znajdują się cylindry: pierwszy 1, drugi 2 oraz trzeci 3, w których pracują tłoki: pierwszy 15, drugi 161 trzeci 17 przekazujące napęd na korbowody, odpowiednio 12, 13 i 14, a te dalej na wykorbienia 7, 8, 9 wału korbowego 6 połączonego z kołem zamachowym 10. Korpus silnika jest przykryty głowicą 5, w której znajduje się układ dolotowy wg niniejszego wynalazku. W głowicy znajdują się zawory sterujące napełnianiem cylindrów powietrzem 25, 29 i 33, zawory sterujące przepływem mieszanki między cylindrami 37, 39 i 41 oraz zawory odpowiedzialne za opróżnianie cylindrów ze spalin 43, 46 i 49. Wszystkie zawory są napędzane przez wały rozrządu 18 i 21. Każdy cylinder ma dokładnie cztery zawory.In the engine body 4 there are cylinders: the first 1, the second 2 and the third 3, in which the first 15, second 161, third 17 pistons work, transmitting the power to the connecting rods 12, 13 and 14, respectively, and then to the cranks 7, 8, 9 of the crankshaft 6 connected to the flywheel 10. The engine body is covered by the head 5, which houses the intake system according to the present invention. In the head there are valves controlling the filling of cylinders with air 25, 29 and 33, valves controlling the flow of the mixture between cylinders 37, 39 and 41 and valves responsible for emptying the cylinders from exhaust gases 43, 46 and 49. All valves are driven by camshafts 18 and 21 Each cylinder has exactly four valves.

Pierwszy cylinder 1 jest obsługiwany przez: główny zawór dolotowy 25 łączący komorę cylindra 1 z głównym kanałem dolotowym 27, zawór łącznikowy 37 łączący komorę cylindra 1 kanałem łącznikowym 28 i dwa zawory wylotowe 43 łączące komorę cylindra pierwszego 1 z kanałem wylotowym 45.The first cylinder 1 is served by: a main intake valve 25 connecting the chamber of the cylinder 1 to the main intake duct 27, a connection valve 37 connecting the chamber of the cylinder 1 through a connection duct 28 and two exhaust valves 43 connecting the chamber of the first cylinder 1 to the exhaust duct 45.

Drugi cylinder 2 jest obsługiwany przez: główny zawór dolotowy 29 łączący komorę cylindra 2 z głównym kanałem dolotowym 31, zawór łącznikowy 39 łączący komorę cylindra 2 kanałem łącznikowym 32 i dwa zawory wylotowe 46 łączące komorę cylindra drugiego 2 z kanałem = wylotowym 48.The second cylinder 2 is served by: a main intake valve 29 connecting the cylinder 2 chamber to the main intake duct 31, a connection valve 39 connecting the cylinder 2 chamber via a connection duct 32, and two exhaust valves 46 connecting the second cylinder chamber 2 to the = exhaust duct 48.

Trzeci cylinder 3 jest obsługiwany przez: główny zawór dolotowy 33 łączący komorę cylindra 3 z głównym kanałem dolotowym 35, zawór łącznikowy 41 łączący komorę cylindra 3 kanałem łącznikowym 36 i dwa zawory wylotowe 49 łączące komorę cylindra trzeciego 3 z kanałem wylotowym 51.The third cylinder 3 is served by: a main intake valve 33 connecting the cylinder cavity 3 to the main intake channel 35, a connector valve 41 connecting the cylinder cavity 3 through a connection channel 36 and two exhaust valves 49 connecting the third cylinder cavity 3 to the exhaust channel 51.

Główne zawory dolotowe 25, 29 i 33, utrzymywane w położeniu zamkniętym przez sprężyny zaworowe 52, połączone w górnej części ze szklankami zaworowymi 26, 30 i 34 są napędzane przez krzywki 19 wału rozrządu 18. Zarówno maksymalny wznios zaworu, jak i czas otwarcia mierzony w stopniach obrotu wału korbowego mają w przypadku głównych zaworów dolotowych 25, 29 i 33 wartości stale zdeterminowane przez kształt krzywek 19 walu rozrządu 18.The main intake valves 25, 29 and 33, held closed by valve springs 52, connected at the top to valve glasses 26, 30 and 34, are driven by cams 19 of the camshaft 18. Both the maximum valve lift and the opening time measured in degrees of rotation of the crankshaft for the main intake valves 25, 29 and 33 have values constantly determined by the shape of the cams 19 of the camshaft 18.

Zawory łącznikowe 37, 39 i 41, utrzymywane w położeniu zamkniętym przez sprężyny za worowe 52, połączone są w górnej części ze szklankami zaworowymi 38, 40 i 42. Szklanki 38, 40 i 42, które mają inną budowę wewnętrzną niż szklanki 26, 30 i 34, wraz z mechanizmami 53, 55 i 57 wyposażonymi w dźwigienki 54, 56, 58 realizują zmienny czas i wznios otwarcia zaworów łącznikowych 37, 39 i 41, są napędzane przez krzywki 20 wału rozrządu 18.Connection valves 37, 39 and 41, held closed by bag springs 52, are connected in their upper part to valve glasses 38, 40 and 42. Glasses 38, 40 and 42, which have a different internal structure than glasses 26, 30 and 34, together with the mechanisms 53, 55 and 57 provided with the levers 54, 56, 58 implement the variable timing and stroke of the linkage valves 37, 39 and 41, are driven by the cams 20 of the camshaft 18.

Zawory wylotowe 43, 46 i 49, utrzymywane w położeniu zamkniętym przez sprężyny zaworowe 52, połączone w górnej części ze szklankami zaworowymi 44, 47 i 50, są napędzane przez krzywki 21 wału rozrządu 20. Zarówno maksymalny wznios zaworu, jak i czas otwarcia mierzony w stopniach obrotu wału korbowego mają w przypadku zaworów wylotowych 43, 46 i 49 wartości stałe zdeterminowane przez kształt krzywek 22 wału rozrządu 21.The exhaust valves 43, 46 and 49, held closed by valve springs 52, connected at the top to valve glasses 44, 47 and 50, are driven by the cams 21 of the camshaft 20. Both the maximum valve lift and the opening time measured in degrees of crankshaft rotation, in the case of exhaust valves 43, 46 and 49, have constant values determined by the shape of the cams 22 of the camshaft 21.

Kanał łącznikowy cylindra pierwszego 28 łączy się z głównym kanałem dolotowym cylindra drugiego 31, kanał łącznikowy cylindra drugiego 32 łączy się z głównym kanałem dolotowym cylindra trzeciego 35 natomiast kanał łącznikowy cylindra trzeciego 36 łączy się z głównym kanałem dolotowym cylindra pierwszego 27.The connection passage of the first cylinder 28 connects to the main inlet of the second cylinder 31, the connection passage of the second cylinder 32 connects to the main inlet of the third cylinder 35, and the connection passage of the third cylinder 36 connects to the main inlet of the first cylinder 27.

Wały rozrządu zaworów dolotowych 18 i wylotowych 21 są napędzane za pośrednictwem przekładni pasowej zębatej przekazującej napęd z osadzonego na wale korbowym 6 koła pasowego 11, poprzez pas zębaty (rozrządu) 66 na koła pasowe 23 i 24 osadzone na tychże wałkach rozrządu.The camshafts of the intake 18 and exhaust valves 21 are driven via a toothed belt transmission from the pulley 11 mounted on the crankshaft 6, through the timing belt 66 to the pulleys 23 and 24 mounted on the camshafts.

Powietrze jest dostarczane z otoczenia za pośrednictwem głównych kanałów dolotowych 27, 31, 35, natomiast paliwo dostarczane jest bezpośrednio do cylindrów przez wtryskiwacze paliwa 60, 62, 64. Zapłon mieszanki następuje przez umieszczone w cylindrach świece zapłonowe 61,63, 65.Air is supplied from the environment through the main intake channels 27, 31, 35, while fuel is supplied directly to the cylinders through fuel injectors 60, 62, 64. The mixture is ignited by spark plugs 61, 63, 65 located in the cylinders.

Położenie głównych zaworów dolotowych 25, 29 i 33 oraz zaworów łącznikowych 37, 39 i 41 jest takie, aby w każdym cylindrze, patrząc z boku od strony kanałów dolotowych i łącznikowych, główny zawór dolotowy znajdował się po prawej stronie komory, a zawór łącznikowy po lewej. Zapewni to jednakową długość wszystkich kanałów łącznikowych.The position of the main intake valves 25, 29 and 33 and the connecting valves 37, 39 and 41 is such that in each cylinder, when viewed from the side of the inlet and connecting channels, the main intake valve is on the right side of the chamber and the connecting valve on the left side. . This will ensure that all connection channels are of equal length.

W cylindrze nr 1 realizowany jest proces sprężania przedstawiony na Fig. 5. W przypadku pracy z pełnym obciążeniem wszystkie zawory pozostawałyby zamknięte, a obieg przypominałby klasyczny cykl Otto realizowany przy maksymalnie otwartej przepustnicy. Natomiast w przypadku obciążeń częściowych, w których przedstawiony wynalazek wykazuje swoje zalety, zaczyna otwierać się łącznikowy zawór 37 cylindra nr 1, a główny zawór dolotowy 25 zostaje zamknięty. Tłok 15 w cylindrze nr 1 porusza się w kierunku górnego martwego położenia, jak na Fig. 6 i zaczyna wypychać mieszankę do kanału łącznikowego 28 prowadzącego do głównego kanału dolotowego cylindra drugiego 31. W tymThe compression process shown in Fig. 5 is performed in cylinder 1. In full load operation, all valves would remain closed, and the circuit would resemble the classic Otto cycle at full throttle. In contrast, in the case of partial loads in which the present invention demonstrates its advantages, the connecting valve 37 of cylinder No. 1 begins to open and the main intake valve 25 is closed. Piston 15 in Cylinder # 1 moves toward top dead center, as in Fig. 6, and begins to push mixture into the connection passage 28 leading to the main intake passage of the second cylinder 31. In this,

PL 235 983 B1 samym czasie w cylindrze nr 2 kończy się proces wylotu spalin, jednocześnie rozpoczęło się już otwieranie głównego zawór dolotowego 29 (jeszcze przed osiągnięciem przez tłok górnego martwego położenia). Mieszanka wypychana z cylindra pierwszego 1 do kanału łącznikowego 28 trafia do głównego kanału dolotowego 31 cylindra nr 2 i dalej do cylindra nr 2. Proces przepływu mieszanki z cylindra nr 1 do cylindra nr 2 odbywa się w takim przypadku przy możliwie najmniejszych zmianach ciśnienia. W momencie gdy w cylindrze nr 1 zostaje ilość mieszanki niezbędna do wygenerowania żądanej wartości momentu obrotowego zawór łącznikowy 37 zostaje zamknięty, zatem pozostała w cylindrze nr 1 część mieszanki jest dalej sprężana, natomiast tłok w cylindrze nr 2, który w dalszym ciągu porusza się w kierunku dolnego martwego położenia, zasysa pozostałą ilość powietrza za pośrednictwem głównego kanału dolotowego 31 swojego cylindra. Jednocześnie wtryskiwacz 62 w cylindrze 2 dotryskuje odpowiednią ilość paliwa proporcjonalną do ilości powietrza zassanego z otoczenia, po zamknięcie zaworu łącznikowego 37 cylindra nr 1, tak aby zachować stechiometryczny skład mieszanki. Następnie w cylindrze nr 2 rozpoczyna się proces sprężania. Główny zawór dolotowy cylindra drugiego 29 zostaje zamknięty a otwiera się zawór łącznikowy 39, przez który mieszanka przepływa do kanału łącznikowego 32, a następnie do głównego kanału dolotowego cylindra trzeciego 35, w którym realizowany jest suw ssania. W tym samym czasie w cylindrze pierwszym przebiega suw pracy, który dzięki długiej drodze rozprężania (dłuższej niż droga sprężania) realizuje cykl Atkinsona przez co pozwala osiągnąć większą sprawność silnika. Kolejno, w cylindrze trzecim kończy się suw ssania, a następnie rozpoczyna się proces sprężania. Główny zawór dolotowy 33 cylindra 3 zostaje zamknięty, a otwarty zawór łącznikowy 41, którym część mieszanki jest transportowana do cylindra pierwszego 1, w którym po suwie pracy i wydechu ponownie realizowany jest proces napełniania: Obieg pracy silnika rozpoczyna się od nowa.At the same time in cylinder 2 the exhaust gas outlet process is completed, at the same time the opening of the main intake valve 29 has already begun (before the piston reaches the top dead center). The mixture pushed from the first cylinder 1 to the connection channel 28 goes to the main inlet passage 31 of cylinder No. 2 and then to cylinder No. 2. In this case, the flow of the mixture from cylinder No. 1 to cylinder No. 2 takes place with the smallest possible pressure changes. As soon as cylinder 1 has the necessary amount of mixture to generate the desired torque, the connecting valve 37 is closed, so the remaining mixture in cylinder 1 is further compressed, while the piston in cylinder 2, which continues to move towards bottom dead center, it sucks in the remaining amount of air via the main intake channel 31 of its cylinder. At the same time, the injector 62 in the cylinder 2 injects an appropriate amount of fuel proportional to the amount of air sucked in from the environment, after closing the connection valve 37 of cylinder No. 1, so as to maintain the stoichiometric composition of the mixture. Then, the compression process begins in cylinder 2. The main inlet valve of the second cylinder 29 closes and the connection valve 39 opens, through which the mixture flows to the connection passage 32 and then to the main inlet of the third cylinder 35 for the intake stroke. At the same time, in the first cylinder, there is a power stroke which, thanks to the long expansion path (longer than the compression path), carries out the Atkinson cycle, which allows for greater engine efficiency. Subsequently, the intake stroke is completed in the third cylinder, and then the compression process begins. The main inlet valve 33 of cylinder 3 is closed and the connection valve 41 is opened, through which part of the mixture is transported to the first cylinder 1, where the filling process is performed again after the power and exhaust stroke: The engine work cycle starts anew.

Czas otwarcia zaworów łącznikowych (mierzony w stopniach obrotu wału korbowego °OWK), sterowany przez położenie wału sterującego 59, zależy od żądanej wartości momentu obrotowego. W przypadku pracy na biegu jałowym, gdy wymagana jest minimalna wartość momentu obrotowego konieczna jedynie do pokonania oporów wewnętrznych zawory łącznikowe otwierają się gdy tłok znajduje się w dolnym martwym położeniu, a zamykają, gdy pokona ponad ¾ drogi w kierunku górnego martwego położenia. Natomiast w drugim skrajnym przypadku, gdy żądana jest maksymalna wartość momentu obrotowego, zawory łącznikowe nie otwierają się wcale i cała ilość powietrza zassanego do cylindrów ulega sprężeniu i następnie spaleniu. W stanach pośrednich czas otwarcia zaworu zawiera się w granicach od zera do około ¾ czasu trwania suwu sprężania (180°OWK),The opening time of the linkage valves (measured in degrees of rotation of the crankshaft ° CA), controlled by the position of the control shaft 59, depends on the desired torque value. For idling, where a minimum torque value needed only to overcome internal resistance is required, the diverter valves open when the piston is in the bottom dead center, and close when it travels more than of the way towards top dead center. On the other hand, in the second extreme case, when the maximum torque value is required, the connecting valves do not open at all and the entire amount of air sucked into the cylinders is compressed and then burned. In intermediate states, the valve opening time ranges from zero to about ¾ duration of the compression stroke (180 ° CA),

Claims

Patent claims

The inlet system of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine, consisting of main inlet ducts supplying ambient air to the cylinders, connection channels that connect a selected cylinder with the main inlet duct of another cylinder, characterized in that: the first connection duct (28) connects the first cylinder ( 1) with the main inlet passage of the second cylinder (31), the second connecting passage (32) connects the second (2) cylinder with the main intake passage of the third cylinder (35), the third connecting passage (36) connects the third cylinder (3) with the main inlet passage the first cylinder (27), a timing system consisting of camshafts (18) and (21) and mechanisms (53), (55), (57) controlling the operation of the exhaust valves (43), (46), (49) and the main the inlet valves (25), (29), (33) ensure their constant stroke, while the connection valves (37), (39), (41) controlling the opening of connection channels (28), (32), (36) have, thanks to mechanisms (53), (55), (57), variable lift and variable time opening, with the crank (7), (8), (9) of the crankshaft (6) shifted exactly by 120 °, and the main inlet channel (27) in the first cylinder (1) is closer to the center of the engine, while of the third cylinder (3), the main inlet channel (35) is located on the outside, so that the lengths of the connecting channels (28), (32), (36) for all cylinders (1), (2), (3) have similar values .

2. The intake system according to claim At their opening to the cylinders (1), (2), (3), characterized in that the connection channels (28), (32), (36) have connection valves (37), (39), (41) and control the opening of these channels, which valves are driven by the cams (20) of the shaft (18) via the levers (54), (56), (58) of the elements (53), (55), (57) whose position is controlled by the control shaft (59) varies the stroke of the diverter valves as a function of

The desired torque value, while the main intake valves (25), (29), (33) are connected to the fixed profile cams (19) of the shaft (18), and the exhaust valves (43), (46), (49) are connected to the driving and controlling camshaft (21) which acts directly on the exhaust valves through the fixed profile cams (22).

A method of operation of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine equipped with an intake system having connecting channels that connect the selected cylinder with the main intake port of another cylinder and a timing system regulating the variable opening time and variable lift of the connecting valves, using the ambient air supplied through the main intake channels to the cylinders, characterized by in that, during the operating cycle, a fuel-air mixture is passed through each connecting channel so that it flows from the compression cylinder to the filling cylinder each time, and in each filling process, the air-fuel mixture is fed to the cylinder through the main passage inlet and in any case except for maximum load, through a connecting channel from another cylinder.