RU2119073C1

RU2119073C1 - Method of operation and design of six stroke internal combustion engine (design versions)

Info

Publication number: RU2119073C1
Application number: RU96106551A
Authority: RU
Inventors: А.С. Павлюк; Ю.А. Цехмейструк; С.А. Павлюк
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: method includes air intake into cylinder at first stroke, compression at second stroke, injection of fuel into compressed air, ignition and combustion of fuel and expansion of combustion products at third stroke, additional compression of combustion products and particles of noncombusted fuel and injection of liquid into above-piston space at fourth stroke, vaporization of liquid and afterburning of fuel particles at fifth stroke, and discharge of combustion products with particles of vapor into atmosphere oat sixth stroke. Liquid is injected into above-piston space at the end of fourth stroke. Neutralizing liquid or mixture of liquid with low-toxicity fuel is used for this purpose. Engine is furnished with nozzle to inject neutralizing liquid or mixture of liquid with low-toxicity fuel. Nozzle is of combination design to provide combined injection of fuel and neutralizing liquid or fuel and neutralizing liquid in mixture with low toxicity fuel. EFFECT: increased efficiency of engine, reduced exhaust noses and toxicity of exhaust gases. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к конструкциям шеститактных двигателей внутреннего сгорания и способам их работы. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, in particular to the designs of six-stroke internal combustion engines and methods of their operation.

Известен способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением путем впуска в цилиндр наддувочного воздуха на первом такте, его сжатия на втором такте в цилиндре и в дополнительной камере, впрыска топлива в сжатый воздух, воспламенения и сжигания топлива, расширения продуктов сгорания с совершением первого рабочего хода на третьем такте, выпуска отработавших газов на четвертом такте, впуска подогретого воздуха из дополнительной камеры в цилиндр, расширения и совершения второго рабочего хода на пятом такте, вытеснения отработавшего воздуха в теплообменник и далее - в форсажную камеру на шестом такте (см. авт. св. СССР N 1254185, кл. F 02 B 75/02). A known method of operating a six-stroke internal combustion engine with liquid cooling by injecting charge air into the cylinder at the first stroke, compressing it at the second stroke in the cylinder and in the additional chamber, injecting fuel into compressed air, igniting and burning fuel, expanding the combustion products with the first working stroke in the third step, exhaust exhaust in the fourth stroke, the intake of heated air from the additional chamber into the cylinder, expansion and the second working stroke in the fifth stroke , Displacing the exhaust air in the heat exchanger and then - in the afterburner in the sixth clock (see USSR auth communications N 1254185, Cl F 02 B 75/02....).

Недостатками описанного способа работы двигателя внутреннего сгорания являются токсичность отработавших газов, загрязняющих окружающую среду, шум при выхлопе отработавших газов из цилиндра вследствие их высокой скорости, потеря энергии за счет выпуска и охлаждения отработавших газов из цилиндра на четвертом такте. The disadvantages of the described method of operation of an internal combustion engine are the toxicity of exhaust gases polluting the environment, noise during exhaust exhaust from the cylinder due to their high speed, energy loss due to exhaust and cooling of exhaust gases from the cylinder in the fourth cycle.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск в цилиндр воздуха на первом такте, сжатие на втором такте, впрыск топлива в сжатый воздух, воспламенение и сжигание топлива, расширение продуктов сгорания на третьем такте, на четвертом такте дополнительное сжатие продуктов сгорания и частиц несгоревшего топлива, впрыск жидкости в надпоршневое пространство, на пятом такте парообразование жидкости и дожигание частиц топлива, на шестом такте вытеснение в атмосферу продуктов сгорания с частицами пара (заявка РСТ, WO 95/32360, кл. F 02 B 75/02, 1995). The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is a method of operating a six-stroke internal combustion engine, including the intake of air into the cylinder at the first stroke, compression at the second stroke, fuel injection into the compressed air, ignition and combustion of the fuel, expansion of the combustion products on the third step, on the fourth step, additional compression of the combustion products and particles of unburned fuel, injection of liquid into the over-piston space, on the fifth step, vaporization of the liquid spills and afterburning of fuel particles, at the sixth step, displacement of combustion products with vapor particles into the atmosphere (PCT application, WO 95/32360, CL F 02 B 75/02, 1995).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является шеститактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, цилиндр, поршень, головку цилиндра с впускным и выпускным клапанами газораспределения, механизм для подачи топлива в цилиндр (см. там же). The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is a six-stroke internal combustion engine containing a crankshaft, cylinder, piston, cylinder head with intake and exhaust valves, a mechanism for supplying fuel to the cylinder (see ibid.).

Недостатками этого двигателя внутреннего сгорания являются низкий КПД двигателя вследствие неполного сгорания топлива, выпуска из цилиндра отработавших газов, обладающих высокой температурой и энергией; отсутствие нейтрализации продуктов сгорания от токсичных компонентов, образующихся в цилиндре под воздействием высокой температуры и вследствие неполного сгорания топлива, повышенный шум при выхлопе продуктов сгорания, выбрасываемых из цилиндра с большой начальной скоростью. The disadvantages of this internal combustion engine are the low efficiency of the engine due to incomplete combustion of fuel, exhaust from the cylinder of exhaust gases having high temperature and energy; the absence of neutralization of combustion products from toxic components formed in the cylinder under the influence of high temperature and due to incomplete combustion of fuel, increased noise during the exhaust of combustion products ejected from the cylinder at a high initial speed.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр воздуха на первом такте, сжатия на втором также, впрыска топлива в сжатый воздух, воспламенения и сжигания топлива, расширения продуктов сгорания на третьем такте, на четвертом такте дополнительное сжатие продуктов сгорания и частиц несгоревшего топлива, впрыск жидкости в надпоршневое пространство, на пятом такте парообразование жидкости и дожигание частиц топлива, на шестом такте вытеснение в атмосферу продуктов сгорания с частицами пара, при этом в надпоршневое пространство впрыскивают жидкость в конце четвертого такта, в качестве жидкости используют нейтрализующую жидкость или нейтрализующую жидкость в смеси с малотоксичным топливом, которая нейтрализует отработавшие газы. The essence of the invention lies in the fact that in the method of operating a six-stroke internal combustion engine by introducing air into the cylinder at the first stroke, compressing at the second as well, injecting fuel into compressed air, igniting and burning fuel, expanding the combustion products at the third cycle, at the fourth cycle compression of combustion products and particles of unburned fuel, injection of liquid into the above-piston space, on the fifth step, vaporization of the liquid and afterburning of fuel particles, on the sixth step, displacing into the atmosphere prod combustion chambers with steam particles, at the same time, liquid is injected into the supra-piston space at the end of the fourth cycle, using a neutralizing liquid or a neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel, which neutralizes the exhaust gases.

Сущность изобретения заключается также в том, что шеститактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, цилиндропоршневую группу и механизм для подачи топлива в цилиндр, при внешнем смесеобразовании снабжен форсункой для впрыска нейтрализующей жидкости или нейтрализующей жидкости в смеси с малотоксичным топливом. The essence of the invention also lies in the fact that a six-stroke internal combustion engine comprising a crankshaft, a cylinder-piston group and a mechanism for supplying fuel to the cylinder, with external mixture formation, is equipped with an injector for injecting a neutralizing liquid or a neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel.

Сущность изобретения заключается также в том, что шеститактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, цилиндропоршневую группу, механизм для подачи топлива в цилиндр и дополнительную форсунку для впрыска жидкости, механизм для подачи топлива в цилиндр и дополнительная форсунка выполнены в виде комбинированной форсунки для совместного впрыска топлива и нейтрализующей жидкости в смеси с малотоксичным топливом. The invention also consists in the fact that a six-stroke internal combustion engine comprising a crankshaft, a cylinder-piston group, a mechanism for supplying fuel to a cylinder and an additional nozzle for injecting liquid, a mechanism for supplying fuel to a cylinder and an additional nozzle are made in the form of a combined nozzle for joint injection fuel and neutralizing liquid mixed with low-toxic fuel.

Техническим результатом является повышение эффективного КПД двигателя, снижение шума при выхлопе продуктов сгорания, а также уменьшения их токсичности. The technical result is to increase the effective engine efficiency, reduce noise during the exhaust of combustion products, as well as reduce their toxicity.

Конструкции предлагаемого шеститактного двигателя внутреннего сгорания поясняются чертежом, где на фиг. 1 изображен вариант двигателя с внешним смесеобразованием, снабженного дополнительной форсункой, на фиг. 2 - вариант двигателя с внутренним смесеобразованием, снабженного комбинированной форсункой. The constructions of the proposed six-stroke internal combustion engine are illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows an embodiment of an engine with external mixture formation equipped with an additional nozzle; FIG. 2 - variant of the engine with internal mixture formation, equipped with a combined nozzle.

Шеститактный двигатель внутреннего сгорания (см. фиг. 1,2, 3) содержит блок цилиндров 1, цилиндр 2, поршень 3, коленчатый вал 4, шатун 5, головку 6 блока цилиндров 1, механизм подачи топлива с впускным 7 и выпускным 8 клапанами. The six-stroke internal combustion engine (see Figs. 1, 2, 3) comprises a cylinder block 1, a cylinder 2, a piston 3, a crankshaft 4, a connecting rod 5, a cylinder head 6 of a cylinder block 1, a fuel supply mechanism with an inlet 7 and an outlet 8 valves.

При внешнем смесеобразовании (см. фиг. 1) шеститактный двигатель внутреннего сгорания снабжен форсункой 9 для впрыска нейтрализующей жидкости или нейтрализующей жидкости в смеси с малотоксичным топливом, а также свечой зажигания 10. Механизм для подачи топлива в цилиндр выполнен в виде впускного 7 и выпускного 8 клапана. With external mixture formation (see Fig. 1), the six-stroke internal combustion engine is equipped with an injector 9 for injecting a neutralizing liquid or neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel, as well as an spark plug 10. The mechanism for supplying fuel to the cylinder is made in the form of inlet 7 and exhaust 8 valve.

Также при внутреннем смесеобразовании (см. фиг.3) механизм для подачи топлива в цилиндр и форсунка для впрыска нейтрализующей жидкости или нейтрализующей жидкости в смеси с малотоксичным топливом выполнены в виде комбинированной форсунки 12, например, с двумя соплами для совместного впрыска топлива и нейтрализующей жидкости или топлива и нейтрализующей жидкости в смеси с малотоксичным топливом. Also, with internal mixture formation (see Fig. 3), the mechanism for supplying fuel to the cylinder and the nozzle for injecting a neutralizing liquid or neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel are made in the form of a combined nozzle 12, for example, with two nozzles for joint injection of fuel and neutralizing liquid or fuel and neutralizing liquid mixed with low-toxic fuel.

Способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания при внешнем смесеобразовании (см. фиг. 1) осуществляют следующим образом. Внутреннее пространство цилиндра 2 на первом такте при движении поршня 3 к нижней мертвой точке заполняют топливовоздушной смесью, поступающей через открытый впускной клапан 7. При этом выпускной клапан 8 закрыт. В последующем на втором такте при движении поршня 3 от нижней мертвой точки впускной клапан 7 закрывают, производят сжатие топливовоздушной смеси. При подходе поршня к верхней мертвой точке происходит воспламенение смеси от свечи зажигания 10. На третьем такте при движении поршня 3 к нижней мертвой точке топливо сгорает, совершается рабочий ход. The method of operation of a six-stroke internal combustion engine during external mixture formation (see Fig. 1) is as follows. The inner space of the cylinder 2 at the first stroke, when the piston 3 moves to the bottom dead center, is filled with the air-fuel mixture entering through the open intake valve 7. At the same time, the exhaust valve 8 is closed. Subsequently, at the second stroke, when the piston 3 moves from the bottom dead center, the inlet valve 7 is closed, and the air-fuel mixture is compressed. When the piston approaches the top dead center, the mixture ignites from the spark plug 10. At the third stroke, when the piston 3 moves to the bottom dead center, the fuel burns out, and a working stroke is made.

При последующем движении поршня 3 к верхней мертвой точке на четвертом такте впускной 7 и выпускной 8 клапаны остаются закрытыми, производят дополнительное сжатие продуктов сгорания и частиц несгоревшего топлива, а при подходе поршня 3 к верхней мертвой точке через форсунку 9 в надпоршневое пространство цилиндра 2 впрыскивают нейтрализующую жидкость, например дистиллированную воду, или нейтрализующую жидкость в смеси с малотоксичным топливом, например газообразным. На пятом такте под воздействием высокой температуры продуктов сгорания и значительного роста давления осуществляют парообразование нейтрализующей жидкости, нейтрализацию отработавших работавших газов и дожигание частиц топлива, вследствие чего совершается второй рабочий ход. На шестом такте при движении поршня 3 к верхней мертвой точке открывают выпускной клапан 8 и производят выброс из цилиндра 2 в атмосферу нейтрализованных продуктов сгорания с частицами пара. With the subsequent movement of the piston 3 to the top dead center on the fourth stroke of the inlet 7 and outlet 8, the valves remain closed, perform additional compression of the combustion products and particles of unburned fuel, and when the piston 3 approaches the top dead center through the nozzle 9, neutralizing is injected into the cylinder 2 a liquid, for example distilled water, or a neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel, for example gaseous. At the fifth step, under the influence of the high temperature of the combustion products and a significant increase in pressure, the neutralization liquid is vaporized, the exhaust gases are neutralized and the fuel particles are burned, as a result of which the second working stroke is performed. At the sixth stroke, when the piston 3 moves to the top dead center, the exhaust valve 8 is opened and the neutralized combustion products with vapor particles are emitted from the cylinder 2 into the atmosphere.

Способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания при внутреннем смесеобразовании (см. фиг. 2) осуществляют следующим образом. Внутреннее пространство цилиндра 2 на первом такте при движении поршня 3 к нижней мертвой точке заполняют воздухом, поступающим через открытый впускной клапан 7, выпускной клапан 8 закрыт. В последующем на втором такте при движении поршня 3 от нижней мертвой точки впускной клапан 7 закрывают, производят сжатие воздушной смеси. При подходе поршня 3 к верхней мертвой точке в надпоршневое пространство цилиндра 2 через форсунку 11 впрыскивают топливо, которое вследствие высоких давления и температуры воспламеняется, при сгорании воздействует на поршень 3, совершающий на третьем такте рабочий ход. На четвертом такте при движении поршня 3 к верхней мертвой точке впускной 7 и выпускной 8 клапаны остаются закрытыми, производят дополнительное сжатие продуктов сгорания и частиц несгоревшего топлива, а в момент подхода поршня 3 к верхней мертвой точке через форсунку 9 в надпоршневое пространство цилиндра 2 впрыскивают нейтрализующую жидкость, например дистиллированную воду, или нейтрализующую жидкость в смеси с малотоксичным топливом, например газообразным. На пятом такте под воздействием высокой температуры продуктов сгорания и значительного роста давления осуществляют парообразование нейтрализующей жидкости, нейтрализацию отработавших газов и дожигание частиц топлива, вследствие чего совершается второй рабочий ход. На шестом такте при движении поршня 3 к верхней мертвой точке открывают выпускной клапан 8 и производят выброс из цилиндра 2 в атмосферу нейтрализованных продуктов сгорания с частицами пара. The method of operation of a six-stroke internal combustion engine during internal mixture formation (see Fig. 2) is as follows. The inner space of the cylinder 2 at the first stroke, when the piston 3 moves to the bottom dead center, is filled with air flowing through the open intake valve 7, the exhaust valve 8 is closed. Subsequently, at the second stroke, when the piston 3 moves from the bottom dead center, the inlet valve 7 is closed, and the air mixture is compressed. When the piston 3 approaches the top dead center, fuel is injected through the nozzle 11 through the nozzle 11 through the nozzle 11, which, due to high pressures and temperatures, ignites, when it acts on the piston 3, which makes a working stroke on the third stroke. At the fourth stroke, when the piston 3 moves to the inlet 7 and outlet 8 top dead center, the valves remain closed, additionally compress the combustion products and unburned fuel particles, and at the moment the piston 3 approaches the top dead center through the nozzle 9, neutralizing injected into the cylinder 2 space a liquid, for example distilled water, or a neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel, for example gaseous. At the fifth step, under the influence of the high temperature of the combustion products and a significant increase in pressure, the neutralizing liquid is vaporized, the exhaust gases are neutralized and the fuel particles are burned, as a result of which the second working stroke is performed. At the sixth stroke, when the piston 3 moves to the top dead center, the exhaust valve 8 is opened and the neutralized combustion products with vapor particles are emitted from the cylinder 2 into the atmosphere.

Способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания при внутреннем смесеобразовании осуществляют следующим путем (см. фиг. 3). Первый, второй, третий, пятый и шестой такты производят так же, как и в описанном выше втором способе работы. В конце четвертого такта в надпоршневое пространство цилиндра 2 через комбинированную форсунку 12, например, с двумя соплами, впрыскивают топливо и нейтрализующую жидкость, например дистиллированную воду, или топливо и нейтрализующую жидкость в смеси с малотоксичным топливом, например газообразным. The method of operation of a six-stroke internal combustion engine during internal mixture formation is carried out in the following way (see Fig. 3). The first, second, third, fifth and sixth measures are performed in the same way as in the second method of operation described above. At the end of the fourth cycle, fuel and a neutralizing liquid, such as distilled water, or fuel and a neutralizing liquid mixed with low-toxic fuel, for example gaseous, are injected into the over-piston space of cylinder 2 through a combined nozzle 12, for example, with two nozzles.

При работе двигателя по предлагаемому способу соотношение оборотов коленчатого и распределительного валов будет соответствовать 3:1, а именно за три оборота коленчатого распределительный вал будет совершать один оборот. When the engine is operating according to the proposed method, the ratio of crankshaft and camshaft revolutions will correspond to 3: 1, namely, for three revolutions of the crankshaft, the camshaft will make one revolution.

Шеститактный двигатель внутреннего сгорания при внешнем смесеобразовании (см. фиг. 1) работает следующим образом. На первом такте через механизм для подачи топлива, выполненный в виде впускного клапана 7, внутреннее пространство цилиндра 2 при движении поршня 3 к нижней мертвой точке заполняется топливовоздушной смесью. Выпускной клапан 8 закрыт. На втором такте при движении поршня 3 от нижней мертвой точки впускной клапан 7 закрывается. Производится сжатие топливовоздушной смеси и при подходе поршня 3 к верхней мертвой точке - воспламенение смеси от свечи зажигания 10. На третьем такте поршень 3 движется к нижней мертвой точке, топливо сгорает и совершается рабочий ход. Далее на четвертом такте поршень 3 движется к верхней мертвой точке, впускной 7 и выпускной 8 клапаны закрыты, производится дополнительное сжатие продуктов сгорания и частиц несгоревшего топлива, а при подходе поршня 3 к верхней мертвой точке в надпоршневое пространство цилиндра 2 впрыскивается форсункой 9 нейтрализующая жидкость или нейтрализующая жидкость в смеси с малотоксичным топливом. На пятом такте совершается второй рабочий ход, а на шестом - при движении поршня 3 к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан 8 и нейтрализованные продукты сгорания с частицами пара вытесняются из цилиндра 2 в атмосферу. The six-stroke internal combustion engine during external mixture formation (see Fig. 1) works as follows. At the first stroke, through the fuel supply mechanism, made in the form of an intake valve 7, the internal space of the cylinder 2 is filled with the air-fuel mixture when the piston 3 moves to the bottom dead center. Exhaust valve 8 is closed. At the second stroke, when the piston 3 moves from the bottom dead center, the inlet valve 7 closes. The air-fuel mixture is compressed and, when the piston 3 approaches the top dead center, the mixture is ignited from the spark plug 10. At the third stroke, the piston 3 moves to the bottom dead center, the fuel burns out and a stroke is made. Then, at the fourth stroke, the piston 3 moves to the top dead center, the inlet 7 and outlet 8 valves are closed, additional compression of the combustion products and particles of unburned fuel is performed, and when the piston 3 approaches the top dead center, the neutralizing liquid is injected into the piston space of the cylinder 2 or neutralizing liquid mixed with low-toxic fuel. At the fifth stroke, the second working stroke is made, and at the sixth, when the piston 3 moves to the top dead center, the exhaust valve 8 opens and the neutralized combustion products with vapor particles are displaced from the cylinder 2 into the atmosphere.

Шеститактный двигатель внутреннего сгорания при внутреннем смесеобразовании (см. фиг. 3) работает следующим образом. На первом, втором, третьем, пятом и шестом тактах работа двигателя происходит так же, как и в описанном выше варианте двигателя с внутренним смесеобразованием по фиг. 2. В конце четвертого такта в надпоршневое пространство цилиндра 2 комбинированной форсункой 12 впрыскиваются топливо и нейтрализующая жидкость или топливо и нейтрализующая жидкость в смеси с малотоксичным топливом. The six-stroke internal combustion engine during internal mixture formation (see Fig. 3) works as follows. In the first, second, third, fifth and sixth cycles, the engine operates in the same way as in the above described embodiment of the internal mixture formation engine of FIG. 2. At the end of the fourth cycle, fuel and a neutralizing liquid or fuel and a neutralizing liquid mixed with low-toxic fuel are injected into the above-piston space of the cylinder 2 with a combined nozzle 12.

Таким образом, предлагаемые способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания и варианты его конструктивного выполнения позволяют повысить эффективный КПД двигателя, снизить шум при выхлопе продуктов сгорания, а также уменьшить их токсичность. Thus, the proposed method of operation of a six-stroke internal combustion engine and variants of its structural design allow to increase the effective efficiency of the engine, reduce noise during the exhaust of combustion products, and also reduce their toxicity.

Claims

1. The method of operation of a six-stroke internal combustion engine, including air intake into the cylinder at the first stroke, compression at the second cycle, fuel injection into compressed air, ignition and combustion of the fuel, expansion of the combustion products at the third cycle, at the fourth cycle, additional compression of the combustion products and particles unburned fuel, injection of liquid into the above-piston space, on the fifth step, vaporization of the liquid and afterburning of fuel particles, on the sixth step, displacement of combustion products with vapor particles into the atmosphere, distinguishing Take advantage of the fact that liquid is injected into the supra-piston space at the end of the fourth step, as a liquid use a neutralizing liquid or a neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel, which neutralizes the exhaust gases.

2. A six-stroke internal combustion engine containing a crankshaft, a cylinder-piston group and a mechanism for supplying fuel to the cylinder, characterized in that during external mixture formation it is equipped with an injector for injecting a neutralizing liquid or a neutralizing liquid in a mixture with low toxic fuel.

3. A six-stroke internal combustion engine containing a crankshaft, a cylinder-piston group, a mechanism for supplying fuel to the cylinder and an additional nozzle for injecting liquid, characterized in that the mechanism for supplying fuel to the cylinder and an additional nozzle are made in the form of a combined nozzle for joint fuel injection and neutralizing liquid mixed with low-toxic fuel.