RU2119066C1

RU2119066C1 - Method of operation of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2119066C1
Application number: RU94024407A
Authority: RU
Inventors: Равиль Хамматович Зарипов; Николай Павлович Самойлов; Дмитрий Николаевич Самойлов; Инсаф Шарифуллович Сайфуллин
Original assignee: Равиль Хамматович Зарипов; Николай Павлович Самойлов; Дмитрий Николаевич Самойлов; Инсаф Шарифуллович Сайфуллин
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; forced ignition internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed method of operation of internal combustion engine envisages commencement of air intake into engine cylinder with piston being at a height of 0.5 of its travel towards bottom dead center and end of intake at its displacement to height of 0.4 of its travel from top dead center. With piston at a height of 0.5 of travel to top dead center air intake is stopped at a height of 0.5 of piston travel from bottom dead center. Air delivered by turbocompressor fills entire volume of cylinder, and gasoline is injected by directed jet to spark plug when piston moves from bottom dead center through 0.3 of its travel, and injection is finished when piston is at a height of 0.4 of its travel from top dead center. EFFECT: possibility of effective usage of air delivered by turbocompressor through intake port in cylinder owing to intensification of swirl motion and injection of gasoline directly into combustion chamber. 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, и может быть использовано в автомобильных двигателях. The invention relates to internal combustion engines, in particular to internal combustion engines with positive ignition, and can be used in automobile engines.

Характеристика аналогов и прототипов
1. Существует способ повышения мощности за счет турбонаддува. Двигатель с турбонаддувом, который хорошо разработан и описан в отечественной и зарубежной литературе, имеет повышение мощности до 40%.Characteristics of analogues and prototypes
1. There is a way to increase power due to turbocharging. A turbocharged engine, which is well designed and described in domestic and foreign literature, has an increase in power of up to 40%.

Но данный способ имеет существенный недостаток, в частности воздух вырабатывается турбокомпрессором, не полностью используется и часть его, особенно на средних и малых нагрузках, выбрасывается в атмосферу. But this method has a significant drawback, in particular, air is produced by a turbocharger, is not fully used and part of it, especially at medium and low loads, is released into the atmosphere.

2. Существует способ подачи в цилиндры двигателя воздуха в конце наполнения и начале сжатия, когда поршень находится возле НМТ, для повышения топливной экономичности, улучшения антидетонационных и экологических качеств путем интенсификации вихревого движения, который хорошо показан в описаниях изобретений к авторским свидетельствам NN 1379478, 1370271 и 1373839. 2. There is a method of supplying air to the engine cylinders at the end of filling and the beginning of compression, when the piston is near the borehole, to increase fuel economy, improve antiknock and environmental qualities by intensifying the vortex movement, which is well shown in the descriptions of inventions for copyright certificates NN 1379478, 1370271 and 1373839.

Данный способ имеет недостаток, в частности устанавливаются в каждом цилиндре автоматические пластинчатые подпружиненные клапаны, которые из-за большой инерционности, особенно на больших частотах вращения (5000...6000 мин^-1), не успевают закрывать и открывать впускные отверстия.This method has a drawback, in particular, automatic plate spring-loaded valves are installed in each cylinder, which, due to the high inertia, especially at high speeds (5000 ... 6000 min ^-1 ), do not have time to close and open the inlet openings.

3. Существует способ впрыска бензина во впускную трубу во время открытия впускного клапана. При этом получают неоднородную горючую смесь, надежное и устойчивое воспламенение, снижается содержание CO и повышается экономичность. 3. There is a method of injecting gasoline into the intake pipe while opening the intake valve. In this case, an inhomogeneous combustible mixture, reliable and stable ignition are obtained, the CO content is reduced and the economy is increased.

Но данный способ имеет существенный недостаток - при работе двигателя на полной мощности содержание CO увеличивается, а также с увеличением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала увеличивается концентрация окиси азота примерно в 10 раз. Из-за недостаточного завихрения возрастает содержание в отработавших газах количества несгоревших углеводородов и сажи. But this method has a significant drawback - when the engine is operating at full power, the CO content increases, and also with an increase in the load and engine speed, the concentration of nitric oxide increases by about 10 times. Due to insufficient turbulence, the amount of unburned hydrocarbons and soot in the exhaust gases increases.

Цель изобретения - эффективное использование воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором через впускное отверстие, расположенное в цилиндре, путем интенсификаций вихревого движения и впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания. The purpose of the invention is the efficient use of air pumped by a turbocharger through an inlet located in the cylinder by intensifying the vortex movement and injecting gasoline directly into the combustion chamber.

Сущность изобретения
Изобретение позволяет повысить мощность, топливную экономичность двигателя, снизить количество токсичных компонентов на всех режимах работы и улучшить антидетонационные качества с использованием воздуха от турбокомпрессора для вдувания в процессе впуска и начале сжатия. При перемещении поршня 5 на расстояние 0,5. ..1,0 от полного хода в процессе наполнения цилиндра воздух из турбокомпрессора 11 по воздуховоду 9, минуя впускную систему, поступает в трубчатый золотник 8, затем через отверстия диаметром 10 мм 7, расположенные под углом 12. ..15^o к осевой и диаметральной плоскостям, струя воздуха 14 направляется в полость 6 цилиндра 1, где, заполняя его, создает вихревое движение, которое сохраняется до конца сжатия и процесса горения.SUMMARY OF THE INVENTION
The invention allows to increase the power, fuel efficiency of the engine, reduce the number of toxic components in all operating modes and improve anti-knock quality using air from a turbocharger for injection during the inlet and the beginning of compression. When moving the piston 5 to a distance of 0.5. ..1,0 from the full stroke in the process of filling the cylinder, the air from the turbocharger 11 through the duct 9, bypassing the inlet system, enters the tubular spool 8, then through openings with a diameter of 10 mm 7 located at an angle of 12. ..15 ^o to the axial and diametric planes, the air stream 14 is directed into the cavity 6 of the cylinder 1, where, filling it, creates a vortex movement, which persists until the end of compression and the combustion process.

При отсутствии в газораспределительном механизме впускных клапанов с пружинами и их креплениями система впуска приводит к снижению металлоемкости двигателя, упрощает изготовление кулачкового вала газораспределения, способствует рациональному использованию воздуха от турбокомпрессора 11. If there are no intake valves in the gas distribution mechanism with springs and their fastenings, the intake system reduces the engine metal consumption, simplifies the manufacture of the camshaft, and facilitates the rational use of air from the turbocharger 11.

При установке форсунки впрыска 2 в стенке цилиндра 1 на расстоянии 0,4 хода поршня от ВМТ при увеличении объема впрыск бензина осуществляется, когда поршень проходит от НМТ 0,3 хода пути, и заканчивается при подходе поршня 5 к соплу форсунки 2. Струя бензина 13 направлена к месту расположения свечи зажигания 10, где бензин воспламеняется, и под действием воздушного вихря 14 пламя, смещаясь к центру, распространяется по всему объему камеры сгорания. When installing the injection nozzle 2 in the wall of the cylinder 1 at a distance of 0.4 piston strokes from the TDC with an increase in volume, gasoline is injected when the piston passes from the BDC of 0.3 strokes and ends when the piston 5 approaches the nozzle of the nozzle 2. Gasoline 13 directed to the location of the spark plug 10, where gasoline ignites, and under the influence of the air vortex 14, the flame, shifting to the center, spreads over the entire volume of the combustion chamber.

Впрыск бензина непосредственно в полость цилиндра и установка форсунки 2 в стенке цилиндра 1 приводят к более полному использованию тепловой энергии бензина на полезную работу, увеличивает мощность на 6...8%, снижает расход топлива на 8...10% и токсичные компоненты в отработавших газах на 60...90% (CO, CH, NO и др.). The injection of gasoline directly into the cylinder cavity and the installation of the nozzle 2 in the wall of the cylinder 1 lead to a more complete use of the thermal energy of gasoline for useful work, increases power by 6 ... 8%, reduces fuel consumption by 8 ... 10% and toxic components in exhaust gases at 60 ... 90% (CO, CH, NO, etc.).

На чертеже схематично показан двигатель внутреннего сгорания с изображением движения воздуха через впускные отверстия 7 в процессе наполнения и впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания. The drawing schematically shows an internal combustion engine with the image of the movement of air through the inlet 7 during the filling and injection of gasoline directly into the combustion chamber.

При соприкосновении потока воздуха 14 со струей бензина 13 направление струи бензина 13 изменяется ближе к центру. When the stream of air 14 is in contact with a stream of gasoline 13, the direction of the stream of gasoline 13 changes closer to the center.

Двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется предлагаемый способ работы, содержит цилиндр 1, в нем установлен поршень 5, турбокомпрессор 11, воздуховод 9, соединенный с одной стороны с турбокомпрессором 11, с другой с трубчатым золотником 8, впускные отверстия 7 диаметром 10 мм (два или три в зависимости от допускаемой максимальной частоты вращения коленчатого вала), просверленные в цилиндре 1, соединяющие с полостью 6. The internal combustion engine in which the proposed method of operation is implemented includes a cylinder 1, a piston 5, a turbocompressor 11, an air duct 9 connected on one side to a turbocompressor 11, and on the other to a tubular spool 8, inlets 7 with a diameter of 10 mm (two or three, depending on the permissible maximum speed of the crankshaft), drilled in cylinder 1, connecting to the cavity 6.

Топливный насос 4 соединен через топливопровод 3 с топливной форсункой 2, сопло которой направлено в полость 6 к свече зажигания 10. The fuel pump 4 is connected through a fuel pipe 3 to a fuel nozzle 2, the nozzle of which is directed into the cavity 6 to the spark plug 10.

Способ работы осуществляется следующим образом. The method of operation is as follows.

При движении поршень 5, пройдя к НМТ 50% от полного хода, открывает со стороны полости цилиндра впускные отверстия 7, с другой стороны, в это же время, трубчатый золотник 8 открывает эти же впускные отверстия 7. Из турбокомпрессора 11 по воздуховоду 9, трубчатому золотнику 8 и впускным отверстиям 7 воздух поступает в полость цилиндра 6. Поступивший в полость 6 воздух заполняет объем цилиндра и за счет расположения отверстий 7 под углом к оси диаметральной и осевой плоскостей принимает вихревое движение 14. When moving, the piston 5, having passed 50% of the full stroke to the BDC, opens the inlet openings 7 from the side of the cylinder cavity, on the other hand, at the same time, the tubular spool 8 opens the same inlet openings 7. From the turbocharger 11 through the duct 9, tubular to the spool 8 and inlet openings 7, the air enters the cavity of the cylinder 6. The air entering the cavity 6 fills the volume of the cylinder and, due to the location of the openings 7, takes on a vortex movement 14.

При перемещении поршня 5 к ВМТ на 50% от полного хода и повороте трубчатого золотника 8 на 90^o отверстия 7 закрываются, наполнение полости цилиндра 6 воздухом прекращается.When moving the piston 5 to the TDC 50% of the full stroke and turning the tubular spool 8 90 ^{°, the} holes 7 are closed, the filling of the cavity of the cylinder 6 with air stops.

После перемещения поршня 5 от НМТ на 0,3 хода пути через форсунку 2 начинается впрыск бензина, направленный в полость 6 струей 13 к свечи зажигания 10. Впрыск заканчивается, когда поршень 5 будет находиться на расстоянии от ВМТ 0,4 рабочего хода. After moving the piston 5 from the BDC by 0.3 travels through the nozzle 2, gasoline injection begins, directed into the cavity 6 by the jet 13 to the spark plug 10. The injection ends when the piston 5 is at a distance from TDC 0.4 of the stroke.

При направлении от турбокомпрессора всего воздуха в полость цилиндра 6 для завихрения отпадает необходимость установки впускной системы (впускной коллектор, клапаны, пружины и др.), упрощается изготовление кулачкового вала (без впускных кулачков). When all air is directed from the turbocharger into the cavity of the cylinder 6 for swirling, there is no need to install an intake system (intake manifold, valves, springs, etc.), the manufacture of a cam shaft (without intake cams) is simplified.

Ликвидация у двигателя впускной системы позволяет снизить стоимость двигателя на 40...50 тысяч рублей (по расчету). Elimination of the intake system at the engine allows reducing the cost of the engine by 40 ... 50 thousand rubles (as calculated).

Данное изобретение в настоящее время в полном объеме находится в чертежах, а также создается двигатель с данным изобретением автолюбителями. Работа находится в стадии завершения. Предварительная проверка показала, что имеется положительный эффект. The present invention is currently fully available in the drawings, and an engine with this invention is created by motorists. The work is being completed. A preliminary check showed that there is a positive effect.

Данный способ работы двигателя планируют использовать в Елабужском автомобильном заводе (ЕлАЗ) (источник не официальный). They plan to use this method of engine operation in the Elabuga Automobile Plant (ElAZ) (source not official).

Данный способ изобретения может быть опубликован в открытой печати. This method of the invention can be published in open press.

Claims

1. The method of operation of an internal combustion engine, including supplying air to the cylinder, communicating rotational motion to it, compressing air with a piston, injecting fuel into a rotating stream of compressed air through a fuel nozzle and igniting the resulting air-fuel mixture from a spark plug, characterized in that the air inlet they start into the cylinder when the piston is at a height of 0.5 strokes to the bottom dead center, and when the piston is at a height of 0.5 strokes to the top dead center, the air intake is stopped.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air inlet is carried out from the turbocharger during 180 ^o rotation of the crankshaft through the open inlet openings, which fills the entire volume of the cylinder.

3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the injection of gasoline is carried out by a directed stream to the spark plug.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that after moving the piston from the bottom dead center to a height of 0.3 strokes, gasoline injection starts and ends when the piston does not reach the top dead center of a height of 0.4 strokes.