RU2023181C1

RU2023181C1 - Method of supply of four-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2023181C1
Authority: RU
Inventors: Борис Израилевич Виленский
Original assignee: Борис Израилевич Виленский
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: manufacture of engines. SUBSTANCE: during start when intake valve 7 opens and piston 2 lowers creating rarefaction, combustible mixture or air is sucked into cylinder 1, after which intake valve 7 closes. At the beginning of compression, additional intake valve 10 opens and cylinder 1 is additionally charged with fresh charge from compressed gas source. During expansion stroke, exhaust valve 8 opens, thus letting exhaust gases escape from cylinder 1. Then additional intake valve 10 opens for scavenging cylinder 1 and purging it of exhaust gases. Intake valve 7 opens after closing of exhaust valve 8 and additional intake valve 10 and repeated opening of additional intake valve 10 is effected after closing of intake valve 7. EFFECT: increased specific power of engine through increased mass of fresh charge in cylinder. 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам питания четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано, преимущественно, в двигателях транспортных средств. The invention relates to methods for powering four-stroke carburetor and diesel internal combustion engines and can be used mainly in vehicle engines.

Известен способ питания четырехтактного карбюраторного двигателя, при котором во время впуска открывают впускной клапан, сообщающий полость цилиндра через впускной трубопровод и карбюратор с атмосферой, заполняют объем цилиндра над опускающимся поршнем горючей смесью, после чего впускной клапан закрывают [1]. A known method of powering a four-stroke carburetor engine, in which during the inlet open the inlet valve that communicates the cylinder cavity through the inlet pipe and the carburetor with the atmosphere, fill the cylinder volume above the descending piston with a combustible mixture, after which the inlet valve is closed [1].

Известен аналогичный способ питания четырехтактного дизеля, отличающийся от описанного лишь тем, что цилиндр двигателя заполняют чистым воздухом [2]. A similar method for powering a four-stroke diesel engine is known, which differs from that described only in that the engine cylinder is filled with clean air [2].

Общим недостатком этих способов является низкая удельная мощность. A common disadvantage of these methods is the low power density.

Этого недостатка лишен известный способ питания четырехтактного двигателя, в котором во время впуска открывают два впускных клапана и через впускной трубопровод и охладитель сообщают цилиндр с воздухонагнетателем, вслед за чем клапаны закрывают [3] . Питание двигателя сжатым воздухом (наддув) обеспечивает более высокую удельную мощность. Основным недостатком способа является тот факт, что весь потребляемый двигателем воздух проходит через воздухонагнетатель. Поэтому при реализации способа масса и габариты агрегатов подготовки и подачи сжатого воздуха, а также мощность на их привод - завышены. This disadvantage is deprived of the known method of powering a four-stroke engine, in which two inlet valves are opened during the intake and a cylinder with an air blower is communicated through the intake pipe and cooler, after which the valves are closed [3]. Powering the engine with compressed air (boost) provides higher specific power. The main disadvantage of this method is the fact that all the air consumed by the engine passes through the air blower. Therefore, when implementing the method, the mass and dimensions of the units for the preparation and supply of compressed air, as well as the power for their drive are overstated.

Известен также способ питания четырехтактного двигателя внутреннего сгорания путем подачи в цилиндр сжатого воздуха через дополнительный впускной клапан, открываемый дважды: первоначально - для продувки цилиндра и повторно - для дозарядки [4]. Недостатком данного способа является относительно низкая удельная мощность двигателя. There is also known a method of supplying a four-stroke internal combustion engine by supplying compressed air to the cylinder through an additional inlet valve that opens twice: initially - to purge the cylinder and again - to recharge [4]. The disadvantage of this method is the relatively low specific power of the engine.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, т.е. повышение удельной мощности путем увеличения массы заряда цилиндра. The aim of the invention is to eliminate this drawback, i.e. increase in specific power by increasing the mass of the charge of the cylinder.

Для достижения этой цели в известном способе питания четырехкратного двигателя внутреннего сгорания, при котором открывают впускной клапан, по впускному трубопроводу сообщают цилиндр двигателя с источником свежего заряда и закрывают впускной клапан, цилиндр дополнительно сообщают с источником сжатого газа и производят наддув, после чего цилиндр и источник разобщают. Как известно, наддув увеличивает массу заряда в цилиндре и поэтому повышает удельную мощность двигателя. Кроме того, предложенный наддув после заполнения цилиндра позволяет значительно уменьшить массу воздуха, подаваемого нагнетателем (на величину массы воздуха, поступившего в цилиндр до начала наддува). Поэтому можно уменьшить размеры и массу агрегатов наддува и снизить потери мощности на привод нагнетателя. Кроме того, уменьшение расхода воздуха при использовании турбонаддува позволит уменьшить его инерционность и, следовательно, снизит его "запаздывание". To achieve this goal, in the known method of supplying a four-time internal combustion engine, in which the intake valve is opened, the engine cylinder with a fresh charge source is informed via the intake pipe and the intake valve is closed, the cylinder is additionally communicated with a compressed gas source and pressurized, after which the cylinder and source disconnect. As you know, boost increases the mass of charge in the cylinder and therefore increases the specific power of the engine. In addition, the proposed boost after filling the cylinder can significantly reduce the mass of air supplied by the supercharger (by the amount of mass of air entering the cylinder before the start of boost). Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the boost units and reduce the power loss to the supercharger drive. In addition, the reduction of air flow when using a turbocharger will reduce its inertia and, therefore, reduce its "delay".

Наддув в данном способе производят, в основном, во время сжатия, в начале такта, когда давление в цилиндре невысокое. Т.е. зарядка цилиндра заканчивается позднее и производится более интенсивно, чем в прототипе. Это способствует усилению турбулизации заряда и может повысить его детонационную стойкость в двигателе с искровым зажиганием и улучшает качество смеси в дизеле. Supercharging in this method is carried out mainly during compression, at the beginning of the stroke, when the pressure in the cylinder is low. Those. cylinder charging ends later and is more intense than in the prototype. This enhances the turbulization of the charge and can increase its detonation resistance in the spark ignition engine and improves the quality of the mixture in the diesel engine.

В предложенном способе во время такта выпуска, до открытия впускного клапана, цилиндр кратковременно сообщают с источником сжатого воздуха - производят продувку чистым воздухом, очищая цилиндр от остаточных горячих газов. Благодаря этому увеличивается масса всасываемого в цилиндр свежего заряда и снижается его температура. Все это способствует повышение мощности. In the proposed method, during the exhaust stroke, before opening the inlet valve, the cylinder is briefly communicated with a source of compressed air - purge with clean air, cleaning the cylinder of residual hot gases. Due to this, the mass of the fresh charge absorbed into the cylinder increases and its temperature decreases. All this contributes to increased power.

На фиг.1 - показан процесс впуска; на фиг.2 - дозарядка цилиндра свежим зарядом; на фиг. 3 - сжатие, сгорание и расширение; на фиг.4 - выпуск отработавших газов из цилиндра. Figure 1 - shows the intake process; figure 2 - recharging the cylinder with a fresh charge; in FIG. 3 - compression, combustion and expansion; figure 4 - exhaust gas from the cylinder.

На прилагаемых иллюстрациях упрощено показан двигатель, реализующий предложенный способ. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и шатуном 3, головку 4 с впускным 5 и выпускным 6 каналами, закрываемыми впускным 7 и выпускным 8 клапанами. В головке выполнен канал 9 с дополнительным впускным клапаном 10, сообщающимся с нагнетателем воздуха (не показан), имеющим механический или газотурбинный привод. В головке 4 установлены также известные устройства для зажигания и/или подачи топлива - свеча и/или форсунка (не показаны). Клапаны 7, 8 и 10 приводятся в действие известными средствами, например, кулачками распредвала. При этом кулачок дополнительного впускного клапана имеет два рабочих участка и открывает клапан дважды: перед впуском (при продувке) и в конце впуска - в начале сжатия. Предложенный способ может быть реализован многоклапанной конструкцией. В этом случае вместо любого из вышеуказанных клапанов может быть применено несколько клапанов, срабатывающих одновременно. The accompanying illustrations simplified shows an engine that implements the proposed method. The engine contains a cylinder 1 with a piston 2 and a connecting rod 3, a head 4 with an inlet 5 and an outlet 6 channels, closed by the inlet 7 and the outlet 8 valves. Channel 9 is made in the head with an additional inlet valve 10 in communication with an air blower (not shown) having a mechanical or gas turbine drive. In the head 4 there are also known devices for ignition and / or fuel supply - a candle and / or nozzle (not shown). Valves 7, 8 and 10 are actuated by known means, for example, camshafts. In this case, the cam of the additional inlet valve has two working sections and opens the valve twice: before the inlet (during purging) and at the end of the inlet - at the beginning of compression. The proposed method can be implemented with a multi-valve design. In this case, instead of any of the above valves, several valves that can be activated simultaneously can be applied.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Во время впуска, когда открывают впускной клапан 7 и поршень 2, опускаясь, создает разрежение, в цилиндр 1 всасывается горючая смесь или воздух, после чего впускной клапан 7 закрывают. После закрытия впускного клапана открывают дополнительный впускной клапан 10. При этом полость цилиндра 1 сообщают с источником сжатого газа, дозаряжают цилиндр, нагнетая туда дополнительную массу газа, например, воздуха, закрывают клапан наддува и разобщают этим цилиндр 1 и источник. Далее, как обычно, продолжающий подниматься поршень 2, сжимает рабочую смесь или воздух. Затем подают искру или впрыскивают дизельное топливо и сжигают рабочую смесь. Под давлением горячих газов поршень 2 опускается, совершая рабочий ход. До окончания рабочего хода открывают выпускной клапан 8 и начинают выпуск отработавших газов, который продолжают во время такта выпуска. В конце выпуска, когда давление в цилиндре 1 снизится, кратковременно открывают дополнительный впускной клапан 10, сообщают цилиндр 1 с источник сжатого воздуха и производят продувку, вытесняя остаточные газы, после чего закрывают дополнительный впускной клапан и выпускной клапан и открывают впускной клапан 7. Далее процессе повторяют. During the inlet, when the inlet valve 7 and the piston 2 are opened, lowering, creates a vacuum, a combustible mixture or air is sucked into the cylinder 1, after which the inlet valve 7 is closed. After closing the inlet valve, an additional inlet valve is opened 10. In this case, the cavity of the cylinder 1 is communicated with a source of compressed gas, the cylinder is charged, an additional mass of gas, for example air, is pumped in there, the pressurization valve is closed and cylinder 1 and the source are disconnected. Further, as usual, the piston 2, which continues to rise, compresses the working mixture or air. Then a spark is supplied or diesel fuel is injected and the working mixture is burned. Under the pressure of hot gases, the piston 2 lowers, making a stroke. Before the end of the stroke, open the exhaust valve 8 and begin the release of exhaust gases, which continue during the exhaust stroke. At the end of the outlet, when the pressure in the cylinder 1 decreases, briefly open the additional inlet valve 10, inform the cylinder 1 of the compressed air source and purge it, displacing the residual gases, then close the additional inlet valve and exhaust valve and open the inlet valve 7. Next, the process repeat.

Работа предложенного двигателя несколько отличается от работы известного. The work of the proposed engine is somewhat different from the work of the known.

В конце впуска - в начале сжатия давление в цилиндре обычного карбюраторного двигателя ниже атмосферного и составляет 0,07...0,08 МПа (в дизеле - 0,085...0,095 МПа). В предложенном двигателе условия, в основном, такие же, но рабочая смесь содержит избыток топлива, с учетом будущей дозарядки воздухом. At the end of the inlet - at the beginning of compression, the pressure in the cylinder of a conventional carburetor engine is lower than atmospheric and amounts to 0.07 ... 0.08 MPa (in a diesel engine - 0.085 ... 0.095 MPa). In the proposed engine, the conditions are basically the same, but the working mixture contains an excess of fuel, taking into account future recharging with air.

В начале такта сжатия давление в цилиндре нарастает сначала медленно. Именно в это время производят дозарядку подачей дополнительного сжатого воздуха, количество которого дозируют продолжитель- ностью открытия клапана наддува и/или изменением давления нагнетателя. Давление наддува в современных серийных карбюраторных двигателях легковых автомобилей не превышает 0,07...0,08 МПа. Поэтому, чтобы создать такой же наддув, давление в предложенном способе должно быть несколько выше, например, 0,10...0,15 МПа, и должно изменяться с изменением частоты вращения (при кулачковом приводе клапана наддува). At the beginning of the compression stroke, the pressure in the cylinder rises slowly at first. It was at this time that they were recharged by supplying additional compressed air, the amount of which was dosed by the duration of the opening of the boost valve and / or by changing the pressure of the supercharger. The boost pressure in modern mass-produced carburetor engines of cars does not exceed 0.07 ... 0.08 MPa. Therefore, in order to create the same boost, the pressure in the proposed method should be slightly higher, for example, 0.10 ... 0.15 MPa, and should change with a change in the rotational speed (with a cam actuator of the boost valve).

Но оптимальным было поддержание постоянного более высокого давления нагнетателя в пределах 0,2...0,4 МПа при использовании известных клапанов с электромагнитным приводом, продолжительность и фазы открытия которых можно регулировать. Регулировкам может производиться электронным устройством по сигналам датчиков детонации, частоты вращения, положения дроссельной заслонки и т.п. - подобные системы регулирования турбонаддува известны и применяются. But it was optimal to maintain a constant higher blower pressure within 0.2 ... 0.4 MPa when using known valves with an electromagnetic actuator, the duration and opening phases of which can be adjusted. Adjustments can be made by an electronic device according to the signals of knock sensors, speed, throttle position, etc. - similar turbocharging control systems are known and applied.

Регулирование мощности предложенного двигателя с внешним смесеобразованием осуществляется дросселированием, как обычно. При этом необходимо обеспечить соответствие избытка топлива в поступившей в цилиндр во время впуска горючей смеси массе воздуха, поступающего дополнительно при наддуве. Мощность предложенного дизеля регулируется более просто - изменением массы впрыскиваемого топлива. The power control of the proposed engine with external mixture formation is carried out by throttling, as usual. In this case, it is necessary to ensure that the excess fuel in the mass of air entering the cylinder during the intake of the combustible mixture is additionally supplied with boost. The power of the proposed diesel is regulated more simply - by changing the mass of the injected fuel.

Предложенный способ позволяет повысить удельную мощность двигателя. При этом, благодаря тому, что через агрегаты наддува проходит часть потребляемого двигателем воздуха (менее половины для давления наддува в пределах 0,08 МПа), двигатель может быть выполнен легче, компактнее и экономичнее. The proposed method allows to increase the specific power of the engine. Moreover, due to the fact that part of the air consumed by the engine passes through the boost units (less than half for the boost pressure within 0.08 MPa), the engine can be made lighter, more compact and more economical.

Claims

METHOD FOR FOURING A FOUR-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE by discharging exhaust gas from a cylinder through an exhaust valve, first opening an additional intake valve and supplying a fresh charge from a compressed gas source to purge the cylinder, close the exhaust valve and additional intake valve, fill the cylinder with a fresh charge, reopen additional intake valve, recharging the cylinder through the optional intake valve and closing the intake valve and optional a start valve, characterized in that, in order to increase the specific power by increasing the mass of fresh charge in the cylinder while reducing the flow of compressed air, the cylinder is filled with fresh charge through the inlet valve after the exhaust valve is closed, and the additional inlet valve is re-opened after the intake valve is closed .