RU2155876C1 - Method of operation of internal combustion engine - Google Patents

Method of operation of internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2155876C1
RU2155876C1 RU99113519/06A RU99113519A RU2155876C1 RU 2155876 C1 RU2155876 C1 RU 2155876C1 RU 99113519/06 A RU99113519/06 A RU 99113519/06A RU 99113519 A RU99113519 A RU 99113519A RU 2155876 C1 RU2155876 C1 RU 2155876C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compression
fuel
stage
air mixture
temperature
Prior art date
Application number
RU99113519/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Шмелев
Original Assignee
Институт химической физики РАН им. Н.Н. Семенова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт химической физики РАН им. Н.Н. Семенова filed Critical Институт химической физики РАН им. Н.Н. Семенова
Priority to RU99113519/06A priority Critical patent/RU2155876C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2155876C1 publication Critical patent/RU2155876C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: automotive industry and mechanical engineering. SUBSTANCE: proposed method comes to suction of fuel-air mixture into cylinder with piston, compression of mixture at two following stages, ignition and combustion. Fuel-air mixture of increased mass is delivered into cylinder at a pressure of PO = 2.3 - 6.2 arm and then two-stage compression of fuel-air mixture at nonisentropic conditions is provided with increase of entropy. For this purpose cylinder is used divided by cross partition made to provide bypassing of fuel-air mixture. At the first stage of compression, with piston moving towards partition, fuel-air mixture is heated by compression to temperature of T1 = (1,3-1,8)T0 where T0 is initial temperature of fuel-air-mixture. Then heated fuel-air mixture is bypassed into cylinder space behind the partition, and second stage of compression of fuel-air mixture of increased mass is carried out with piston moving to top dead center until temperature rises to Tc = (2-3)T0 and pressure to Pc comparable with final temperature and pressure of standard single-stage compression with subsequent ignition and combustion of fuel-air mixture. EFFECT: increased specific power and economy of internal combustion engine without increasing mechanical loads.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в автомобильной промышленности и машиностроении. The invention relates to engine building, and in particular to methods of operation of internal combustion engines (ICE), and can be used in the automotive industry and mechanical engineering.

Одной из основных проблем ДВС является увеличение удельной мощности двигателя, повышение экономичности при сохранении его компактности. В современных ДВС [Ваншейдт В.А. Дизели. Л: Машиностроение, 1977] для этих целей организуется турбонаддув, что позволяет увеличить количество топливно-воздушной смеси, сгораемой в цилиндре. Для сохранения конечной температуры сжатия в цилиндр вместе с воздухом подаются нагретые выхлопные газы. Однако указанный способ не обеспечивает достаточного повышения экономичности ДВС, требует механического упрочнения двигателя и, кроме того, возникают проблемы из-за ухудшения экологических характеристик ДВС. One of the main problems of internal combustion engines is to increase the specific power of the engine, increasing efficiency while maintaining its compactness. In modern ICE [Vansheydt V.A. Diesels L: Mechanical Engineering, 1977] for these purposes a turbocharger is organized, which allows to increase the amount of fuel-air mixture burned in the cylinder. To maintain the final compression temperature, heated exhaust gases are supplied to the cylinder along with air. However, this method does not provide a sufficient increase in the efficiency of the internal combustion engine, it requires mechanical hardening of the engine and, in addition, problems arise due to the deterioration of the environmental characteristics of the internal combustion engine.

Известен способ работы ДВС, в котором для облегчения воспламенения топливно-воздушной смеси (ТВС) и увеличения мощности двигателя используют дополнительную камеру сжатия малого объема, которую устанавливают в неподвижном корпусе на головке цилиндров с перемещающимся плунжером, и сообщенную с камерой сгорания через газораспределительные каналы (А.С. SU 28736, кл. F 02 P 5/10, 1929). Рабочая смесь воспламеняется от сжатия в дополнительной камере и через газораспределительные каналы воспламеняет рабочую смесь в основной камере сгорания двигателя. Данный способ требует существенного усложнения конструкции двигателя и не отягчается высокой удельной мощностью двигателя. There is a known method of ICE operation, in which, to facilitate ignition of the fuel-air mixture (FA) and increase engine power, an additional small-volume compression chamber is used, which is installed in a fixed housing on the cylinder head with a moving plunger, and communicated with the combustion chamber through gas distribution channels (A .S. SU 28736, CL F 02 P 5/10, 1929). The working mixture is ignited by compression in an additional chamber and through the gas distribution channels ignites the working mixture in the main combustion chamber of the engine. This method requires a significant complication of the engine design and is not aggravated by the high specific power of the engine.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ работы карбюраторного ДВС с воспламенением от сжатия (А.С. RU 2008456 C1, кл. F 02 В 23/00, з. 1990, п. 1994 г.), в котором сжатие ТВС осуществляют в две последовательные стадии, для чего в одноцилиндровом четырехтактном ДВС устанавливают дополнительный поршень, движение которого осуществляется при помощи блока пружин. Сжатие ТВС на первой стадии - до степени сжатия 6 - 7 ед. осуществляют движением основного поршня до верхней мертвой точки, что сопровождается одновременным сжатием блока пружин дополнительного поршня навстречу основному поршню, в результате чего степень сжатия возрастает до 19 - 20 ед., и происходит воспламенение ТВС. Сжатие блока пружин и их сброс осуществляется посредством упорной штанги, кинематически связанной с кривошипно- шатунным механизмом и коленчатым валом двигателя. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is the method of operation of a carburetor engine with compression ignition (A.S. RU 2008456 C1, class F 02 B 23/00, z. 1990, p. 1994 ), in which the fuel assembly is compressed in two successive stages, for which an additional piston is installed in the single-cylinder four-stroke internal combustion engine, the movement of which is carried out using the spring unit. The compression of the fuel assemblies in the first stage - to a compression ratio of 6 - 7 units. carry out the movement of the main piston to the top dead center, which is accompanied by the simultaneous compression of the spring block of the additional piston towards the main piston, as a result of which the compression ratio increases to 19 - 20 units, and the fuel assembly ignites. The spring block is compressed and discharged by means of a thrust rod kinematically connected with the crank mechanism and the engine crankshaft.

Недостатком описанного способа (прототипа) является организация воспламенения ТВС при высоких степенях сжатия, что резко увеличивает вероятность возникновения детонации и приводит к значительному увеличению механической нагрузки на шатунно-поршневую группу двигателя. Реализация способа потребует существенного усложнения и утяжеления конструкции ДВС. Кроме того, данный способ характеризуется недостаточно эффективным перемешиванием ТВС в цилиндре, что ведет к увеличению токсичности отработавших газов. The disadvantage of the described method (prototype) is the organization of fuel assembly ignition at high compression ratios, which sharply increases the likelihood of detonation and leads to a significant increase in the mechanical load on the connecting rod-piston group of the engine. The implementation of the method will require significant complication and weighting of the design of the internal combustion engine. In addition, this method is characterized by insufficiently effective mixing of the fuel assemblies in the cylinder, which leads to an increase in the toxicity of exhaust gases.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такого способа работы ДВС, который обеспечил бы увеличение удельной мощности и экономичности ДВС, надежное воспламенения ТВС без увеличения степени сжатия и не сопровождался бы увеличением механических нагрузок на двигатель. The objective of the invention is the creation of such a method of operating an internal combustion engine, which would provide an increase in the specific power and economy of an internal combustion engine, reliable ignition of a fuel assembly without increasing the compression ratio and would not be accompanied by an increase in mechanical loads on the engine.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом работы ДВС, включающим впуск в цилиндр с поршнем ТВС, сжатие ее в двух последовательных стадиях, воспламенение и сгорание, в котором ТВС увеличенной массы подают в цилиндр под давлением P0 = 2.3 - 6.2 атм и затем осуществляют двухстадийное сжатие ТВС в неизоэнтропическом режиме - с увеличением энтропии, для чего используют цилиндр, разделенный поперечной перегородкой, выполненной с возможностью перепуска ТВС, и на первой стадии сжатия при движении поршня к перегородке производят нагрев ТВС сжатием до температуры T1 = (1.3 - 1.8)T0, где Т0 - начальная температура ТВС, затем осуществляют перепуск нагретой ТВС в пространство цилиндра за перегородкой и проводят вторую стадию сжатия ТВС увеличенной массы при движении поршня к верхней мертвой точке до достижения температуры Тc = (2 - 3)Т0 и давления Pc, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатий, с последующим воспламенением и сгоранием ТВС.The solution to this problem is achieved by the proposed method of ICE operation, including the inlet into the cylinder with the fuel assembly piston, its compression in two successive stages, ignition and combustion, in which the increased mass fuel assemblies are fed into the cylinder under pressure P 0 = 2.3 - 6.2 atm and then two-stage compression is carried out FAs in non-isentropic mode — with increasing entropy, for which a cylinder is used, separated by a transverse baffle, configured to bypass the FAs, and in the first stage of compression, when the piston moves to the baffle, they produce heating the fuel assemblies by compression to a temperature T 1 = (1.3 - 1.8) T 0 , where T 0 is the initial temperature of the fuel assemblies, then transfer the heated fuel assemblies to the cylinder space behind the partition and carry out the second stage of compression of the fuel assemblies of increased mass when the piston moves to the top dead center to reaching a temperature T c = (2 - 3) T 0 and a pressure P c comparable with the final temperature and pressure of a conventional one-stage compression, followed by ignition and combustion of a fuel assembly.

При использовании в предлагаемом способе 4-тактного двигателя перепуск ТВС осуществляют через отверстие с клапаном в неподвижной или подвижной поперечной перегородке или через обводные каналы, открываемые подвижной непроницаемой перегородкой в конце первой стадии сжатия. When using a 4-stroke engine in the proposed method, the fuel assemblies are bypassed through an opening with a valve in a fixed or movable transverse partition or through bypass channels opened by a movable impermeable partition at the end of the first compression stage.

При использовании в предлагаемом способе 4-тактного двигателя сжатие и перепуск ТВС осуществляют через отверстие с клапаном в неподвижной поперечной перегородке в подвижном цилиндре в конце первой стадии сжатия
При использовании в предлагаемом способе 6-тактного двигателя с двумя тактами сжатия, разделенными холостым ходом, перепуск ТВС осуществляют через отверстие с клапаном в неподвижной поперечной перегородке.When using a 4-stroke engine in the proposed method, the fuel assemblies are compressed and bypassed through an opening with a valve in a fixed transverse partition in a movable cylinder at the end of the first compression stage
When using a 6-stroke engine with two compression strokes in the proposed method, separated by idle, the fuel assembly is bypassed through an opening with a valve in a fixed transverse partition.

При использовании в предлагаемом способе 6-тактного двигателя последовательные стадии двухстадийного неизоэнтропического сжатия можно совмещать с тактами сжатия 6-й тактного двигателя, для чего первую стадию сжатия ТВС до температуры T1 проводят при открытом отверстии в перегородке движением поршня к верхней мертвой точке, после чего отверстие в перегородке закрывают и осуществляют холостой ход поршня к нижней мертвой точке, в конце которого отверстие в перегородке открывают и производят заполнение цилиндра ТВС с температурой T1, затем проводят вторую стадию сжатия ТВС увеличенной массы движением поршня к верхней мертвой точке до температуры Tc и давления Pc, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия
При использовании в предлагаемом способе 6-тактного двигателя двухстадийное неизоэнтропическое сжатие можно осуществлять на каждом такте сжатия 6-тактного двигателя, для чего на первом такте сжатия двигателя после первой стадии сжатия ТВС увеличенной массы открывают отверстие и осуществляют перепуск нагретой ТВС в пространство цилиндра за перегородкой, затем проводят вторую стадию сжатия на первом такте сжатия двигателя движением поршня к верхней мертвой точке до температуры T1, после чего отверстие в перегородке закрывают и осуществляют холостой ход поршня к нижней мертвой точке, в конце которого отверстие в перегородке открывают и производят заполнение цилиндра ТВС с температурой T1, после чего повторяют двухстадийное неизоэнтропическое сжатие ТВС увеличенной массы на втором такте сжатия двигателя с T0 = T1 до температуры Tc и давления Pc, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия.When using the 6-stroke engine in the proposed method, the successive stages of two-stage non-isentropic compression can be combined with the compression strokes of the 6th stroke engine, for which the first stage of fuel assembly compression to temperature T 1 is carried out with the piston open to the top dead center, with the piston open, and then the bore in the baffle is closed and the piston is idled to the bottom dead center point, at the end of which the bore in the baffle is opened and the fuel assembly cylinder is filled with temperature T 1 , then m carry out the second stage of compression of fuel assemblies of increased mass by moving the piston to top dead center to a temperature T c and pressure P c comparable with the final temperature and pressure of a conventional one-stage compression
When using the 6-stroke engine in the proposed method, two-stage non-isentropic compression can be performed on each compression stroke of the 6-stroke engine, for which, at the first compression step of the engine after the first stage of compression of the increased fuel mass, an opening is opened and the heated fuel assembly is transferred into the cylinder space behind the partition, then carried out the second stage compression in the first compression stroke of the engine piston movement to the upper dead point to a temperature T 1, whereupon the hole in the septum capped and osuschest lyayut single piston stroke to the bottom dead point, the end of which an opening in the partition is opened and produce filling FA cylinder temperature T 1, and then repeated two stage nonisentropic compression FAs increased mass at the second cycle compression engine with T 0 = T 1 to a temperature T c and pressures P c comparable with the final temperature and pressure of conventional one-stage compression.

В предлагаемом способе при использовании дизельного двигателя сжатию подвергают воздух. In the proposed method, when using a diesel engine, air is compressed.

Предлагаемый способ был разработан на основе детальных теоретических и экспериментальных исследований процесса сжатия ТВС в ДВС и на модельной установке при нахождении взаимосвязи таких параметров процесса, как состав ТВС, степень сжатия смеси, ее давление и температура. The proposed method was developed on the basis of detailed theoretical and experimental studies of the process of compression of fuel assemblies in the internal combustion engine and on a model installation when finding the relationship of such process parameters as the composition of the fuel assembly, the compression ratio of the mixture, its pressure and temperature.

Принципиальным результатом проведенных испытаний является установление возможности без увеличения максимального давления сжатия достигать температуры воспламенения смеси увеличенной массы в постоянном объеме цилиндра путем увеличения начального давлении при ее сжатии в неизоэнтропическом режиме - с увеличением энтропии. Подобный режим достигается разделением такта сжатия на две стадии, между которыми производят необратимый перепуск предварительно нагретой (на первой стадии сжатия) смеси в пространство цилиндра, отделенное перегородкой. Обычно сжатие ТВС в ДВС (в идеализированном случае без тепловых потерь) является обратимым адиабатическим процессом, протекающим без изменения энтропии. Разделение этого процесса на две стадии необратимым перепуском приводит к увеличению энтропии с падением давления в цилиндре, но с сохранением температуры ТВС, что позволяет на второй стадии сжатия достичь температуры, необходимой для надежного воспламенения ТВС, повторно сжимая ее до того же максимального давления. Использование неизоэнтропического сжатия позволяет увеличить удельную мощность и экономичность ДВС, так как предусматривает использование ТВС увеличенной массы за счет применения турбонаддува, при этом не требуется ее начальный подогрев. Необходимая температура сжатия для надежного воспламенения ТВТ искрой или сжатием достигается без увеличения конечного давления сжатия, т.е. сжатие смеси не сопровождается увеличением механических нагрузок на двигатель. The principal result of the tests carried out is the establishment of the possibility, without increasing the maximum compression pressure, to reach the ignition temperature of the mixture of increased mass in a constant cylinder volume by increasing the initial pressure when it is compressed in the non-isentropic mode - with an increase in entropy. A similar mode is achieved by dividing the compression stroke into two stages, between which an irreversible bypass of the preheated (in the first compression stage) mixture is made into the cylinder space separated by a partition. Typically, the compression of a fuel assembly in an internal combustion engine (in the idealized case without heat loss) is a reversible adiabatic process that proceeds without changing the entropy. The separation of this process into two stages by irreversible bypass leads to an increase in entropy with a decrease in pressure in the cylinder, but with maintaining the temperature of the fuel assemblies, which allows the temperature to be reached at the second compression stage to reliably ignite the fuel assemblies, compressing it again to the same maximum pressure. The use of non-isentropic compression allows to increase the specific power and economy of ICE, as it involves the use of fuel assemblies of increased mass due to the use of turbocharging, and its initial heating is not required. The required compression temperature for reliable ignition of the TWT with a spark or compression is achieved without increasing the final compression pressure, i.e. compression of the mixture is not accompanied by an increase in mechanical loads on the engine.

В таблице приведены сравнительные данные расчета начального давления P0 ТВС при фиксированных конечных параметрах сжатия - относительной температуры Tc/T0 и давлении сжатия Pc для ДВС с искровым зажиганием (степень сжатия 8, Tc/T0 = 2, Pc = 16 атм), для дизельного двигателя (степени сжатия 20, Tc/T0 = 3.12, Pc = 61 атм) в обычном одностадийном режиме (изоэнтропическое сжатие "ИЭС") и при использовании неизоэнтропического сжатия "НИЭ" ТВС увеличенной массы по предлагаемому способу в 4-тактном (I) и 6-тактном (II) искровом ДВС и дизеле при сжатии до конечной температуры Tc и давления Pc, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия, а также экспериментальные данные, полученные на модельной установке импульсного сжатия со свободным поршнем.The table shows the comparative data for calculating the initial pressure P 0 of fuel assemblies for fixed final compression parameters — relative temperature T c / T 0 and compression pressure P c for ICE with spark ignition (compression ratio 8, T c / T 0 = 2, P c = 16 atm), for a diesel engine (compression ratios 20, T c / T 0 = 3.12, P c = 61 atm) in the usual single-stage mode (isoentropic compression "IES") and when using non-isentropic compression "NIE" FAs of increased mass according to the proposed method in a 4-stroke (I) and 6-stroke (II) spark ICE and diesel engine under compression to a final pace Aturi T c and the pressure P c, comparable to a final temperature and pressure of a conventional one-stage compression, as well as the experimental data obtained in a model setup pulse compression with a free piston.

Как видно из таблицы применение неизоэнтропического сжатия обеспечивает повышение начального давления ТВТ в цилиндре до 2.3 - 6.2 атм. При экспериментальной проверке воспламенения ТВС было установлено, что при работе в неизоэнторпическом режиме по предлагаемому способу в постоянном объеме цилиндра удается воспламенять сжатием метано-воздушные смеси стехиометрического состава увеличенной более, чем вдвое массы при неизменном конечном давлении сжатия. As can be seen from the table, the use of nonisoentropic compression provides an increase in the initial TBT pressure in the cylinder to 2.3 - 6.2 atm. During the experimental verification of the fuel assembly ignition, it was found that when operating in the nonisoenthorpic mode according to the proposed method in a constant volume of the cylinder, it is possible to compress methane-air mixtures of stoichiometric composition with more than doubled mass with constant final compression pressure.

Воспламенение ТВС увеличенной массы практически недостижимо при обычном одностадийном сжатии в существующих ДВС с искровым зажиганием или с воспламенением от сжатия, из-за ограниченной степени сжатия, определяемой механической прочностью шатунно-поршневой группы, но может быть легко реализовано при неизоэнтропическом режиме сжатия - с увеличением энтропии в предлагаемом способе. Ignition of a fuel assembly of increased mass is practically unattainable with conventional one-stage compression in existing internal combustion engines with spark ignition or compression ignition, due to the limited degree of compression determined by the mechanical strength of the connecting rod and piston group, but can be easily realized with a non-isentropic compression mode - with an increase in entropy in the proposed method.

Полученные нами экспериментальные данные позволили предложить способ работы ДВС, принципиально отличающийся от известных. Our experimental data made it possible to propose a method of ICE operation that is fundamentally different from the known ones.

На чертеже представлены схемы ДВС для реализации предлагаемого способа. ДВС включает поршень 1, движущийся в цилиндре 2 с перегородкой 3, в котором:
- 4-тактный двигатель содержит неподвижный (схемы a, b, c) или подвижный цилиндр (схема d) и неподвижную (схемы a, d) или подвижную (схемы b, c) перегородку 3 с отверстием 4 с клапаном 5 или обводными каналами (схема c);
- 6-тактный двигатель (схема a) содержит в неподвижном цилиндре неподвижную перегородку 3 с отверстием 4 с клапаном 5.The drawing shows a diagram of the internal combustion engine for the implementation of the proposed method. ICE includes a piston 1 moving in a cylinder 2 with a partition 3, in which:
- The 4-stroke engine contains a stationary (circuit a, b, c) or a movable cylinder (circuit a), and a stationary (circuit a, d) or movable (circuit b, c) baffle 3 with a hole 4 with a valve 5 or bypass channels ( scheme c);
- The 6-stroke engine (scheme a) contains in the fixed cylinder a fixed partition 3 with an opening 4 with a valve 5.

Подвижная перегородка или подвижный цилиндр с неподвижной перегородкой может быть связан, например, через кожух штока клапана 7 или другим способом с механическим приводом или пружиной 8. A movable partition or a movable cylinder with a fixed partition can be connected, for example, through a casing of the valve stem 7 or in another way with a mechanical actuator or spring 8.

Неизоэнтропический режим сжатия с увеличением энтропии при работе 4-тактного ДВС осуществляется следующим образом. The non-isentropic compression mode with increasing entropy during the operation of a 4-stroke ICE is as follows.

Поршень 1 при своем поступательном движении сжимает ТВС увеличенной массы (при повышенном начальном давления ТВТ в цилиндре) в пространстве цилиндра 2 до перегородки 3 при закрытом отверстии, предварительно нагревая ее сжатием до температуры T1, в 1.3 - 1.8 раз превышающую начальную. В конце первой стадии сжатия с помощью клапана 5 открывается отверстие 4 (схемы a, b, d) или обводные каналы 6 (схема c) и основная масса предварительно нагретой ТВС перетекает во второй объем цилиндра за перегородкой. При этом смесь тормозится, восстанавливая свою температуру во второй секции цилиндра при меньшем давлении, т. е. энтропия смеси возрастает. Во второй стадии сжатия при дальнейшем движении поршня нагретая ТВС досжимается до конечной температуры Tc и давления Pc, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия. Если перегородка неподвижна, то поршень достигает ВМТ непосредственно у перегородки (схема a). Если перегородка (схемы b, c) или цилиндр с перегородкой (схема d) подвижны, то во второй стадии сжатия поршень движется вместе с перегородкой, сжимая смесь во второй секции цилиндра до конечных параметров - температуры Tc и давления Pc. Перемещение перегородки может быть синхронизировано с движением поршня через кожух штока клапана 7 и внешнюю механическую связь с коленчатым валом или другим способом, или автоматически определяться упругими элементами (пружиной 8).Piston 1 during its forward movement compresses fuel assemblies of increased mass (with increased initial fuel pressure in the cylinder) in the space of cylinder 2 to the baffle 3 with the hole closed, pre-heating it by compression to temperature T 1 , 1.3 - 1.8 times higher than the initial one. At the end of the first stage of compression, valve 4 opens the hole 4 (schemes a, b, d) or bypass channels 6 (scheme c) and the bulk of the preheated fuel assembly flows into the second cylinder volume behind the partition. In this case, the mixture is inhibited, restoring its temperature in the second section of the cylinder at a lower pressure, i.e., the entropy of the mixture increases. In the second compression stage, with further piston movement, the heated fuel assembly is compressed to a final temperature T c and pressure P c comparable with the final temperature and pressure of a conventional one-stage compression. If the septum is stationary, then the piston reaches TDC directly at the septum (Scheme a). If the baffle (circuit b, c) or the cylinder with the baffle (circuit d) are movable, then in the second stage of compression the piston moves with the baffle, compressing the mixture in the second section of the cylinder to the final parameters - temperature T c and pressure P c . The movement of the baffle can be synchronized with the movement of the piston through the valve stem cover 7 and external mechanical connection with the crankshaft or in another way, or automatically determined by elastic elements (spring 8).

Неизоэнтропический режим сжатия с увеличением энтропии при работе 6-тактного ДВС с двумя тактами сжатия, разделенными холостым ходом, осуществляется либо при совмещении последовательных двух стадий неизоэнтропического сжатия с тактами сжатия 6-тактного двигателя, либо на каждом такте сжатия двигателя, что приводит к максимальному эффекту. The non-isentropic compression mode with increasing entropy during the operation of a 6-stroke internal combustion engine with two compression cycles separated by idle is carried out either by combining two successive stages of non-isentropic compression with compression cycles of a 6-stroke engine, or at each compression cycle of the engine, which leads to the maximum effect .

При совмещении двухстадийного неизоэнтропического сжатия с тактами сжатия 6-тактного двигателя первая стадия сжатия ТВС увеличенной массы (при повышенном начальном давления ТВТ в цилиндре) осуществляется движением поршня 1 к ВМТ (схема a) при открытом отверстии 4 в перегородке 3 (при этом температура ТВС повышается до T1), после чего отверстие 4 в перегородке 3 закрывается клапаном 5, и осуществляется холостой ход поршня 1 к НМТ. В конце холостого хода поршня отверстие 4 в перегородке открывается и происходит обратное заполнение цилиндра 2 ТВС с температурой T1 при перепуске ее из верхнего объема цилиндра в нижний. При этом смесь тормозится, восстанавливая свою температуру в первой секции цилиндра при меньшем давлении, т.е. энтропия ТВС возрастает. Диаметр отверстия в перегородке выбирается таким образом, чтобы характерное время истечения смеси t1 было бы сопоставимо с временем пребывания поршня в НМТ t2, т.е. t1~t2. Затем проводится (на втором такте сжатия 6-тактного двигателя) вторая стадия сжатия ТВС увеличенной массы движением поршня к ВМТ до температуры Tc и давления Pc, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия.When combining two-stage non-isentropic compression with compression strokes of a 6-stroke engine, the first stage of compression of a fuel assembly of increased mass (with an increased initial fuel pressure in the cylinder) is carried out by moving the piston 1 to the TDC (circuit a) with the opening 4 in the baffle 3 (while the temperature of the fuel assembly rises to T 1 ), after which the hole 4 in the partition 3 is closed by the valve 5, and the piston 1 is idled to the BDC. At the end of the idle piston, the hole 4 in the baffle opens and the fuel cylinder 2 is refilled with a temperature T 1 when it is bypassed from the upper volume of the cylinder to the lower. In this case, the mixture is inhibited, restoring its temperature in the first section of the cylinder at a lower pressure, i.e. entropy of fuel assemblies increases. The diameter of the hole in the baffle is selected so that the characteristic time of the mixture expiration t 1 would be comparable with the residence time of the piston in the BDC t 2 , i.e. t 1 ~ t 2 . Then, the second stage of compression of a fuel assembly of increased mass is carried out (at the second compression stroke of a 6-stroke engine) by moving the piston to TDC to a temperature T c and a pressure P c comparable with the final temperature and pressure of a conventional one-stage compression.

Для получения максимального эффекта (максимального увеличения массы ТВС) неизоэнтропический режим сжатия с увеличением энтропии при работе 6-тактного ДВС с двумя тактами сжатия, разделенными холостым ходом, осуществляется на каждом такте сжатия 6-тактного двигателя, для чего в первом такте сжатия аналогично сжатию в 4-тактном ДВС поршень 1 при своем поступательном движении сжимает ТВС увеличенной массы (при повышенном начальном давления ТВТ в цилиндре) в пространстве цилиндра 2 до перегородки 3 при закрытом отверстии 4, предварительно нагревая ее сжатием. В конце первой стадии сжатия с помощью клапана 5 открывается отверстие 4 (схема a) и основная масса предварительно нагретой ТВС перетекает во второй объем цилиндра за перегородкой. При этом смесь тормозится, восстанавливая свою температуру во второй секции цилиндра при меньшем давлении, т.е. ее энтропия возрастает. Затем происходит вторая стадия на 1-ом такте сжатия при дальнейшем движении поршня к перегородке, при этом нагретая ТВС досжимается до температуры T1. При достижении поршнем ВМТ непосредственно у перегородки (конец 1-го такта сжатия 6- тактного двигателя) клапан 5 закрывает отверстие 4 в перегородке и осуществляется холостой ход. В такте холостого хода при возвратном движении поршня вблизи НМТ открывается клапан 5, в результате чего происходит заполнение цилиндра смесью с температурой T1 при перепуске ее из верхнего объема цилиндра в нижний. При этом смесь тормозится, восстанавливая свою температуру в первой секции цилиндра при меньшем давлении, т.е. энтропия смеси еще более возрастает. Диаметр отверстия в перегородке выбирается таким образом, чтобы характерное время истечения смеси t1 было бы сопоставимо с временем пребывания поршня в НМТ t2, т.е. t1~t2. На втором такте сжатия поршень повторяет, как описано выше, двухстадийное неизоэнтропическое сжатие ТВС увеличенной массы до конечных параметров - температуры Tc и давления Pc, с новой более высокой начальной температурой T0 = T1, при этом начальная масса ТВС значительно выше, чем при работе 4-тактного ДВС с неизоэнтропическим режимом сжатия с увеличением энтропии и 6-тактного двигателя при совмещении двухстадийного неизоэнтропического сжатия с тактами сжатия.To obtain the maximum effect (maximum increase in the mass of fuel assemblies), the non-isentropic compression mode with increasing entropy during the operation of a 6-stroke internal combustion engine with two compression cycles separated by idle is performed at each compression stroke of a 6-stroke engine, for which, in the first compression cycle, it is similar to compression in 4-stroke internal combustion engine piston 1 during its translational motion compresses fuel assemblies of increased mass (with increased initial fuel pressure in the cylinder) in the space of the cylinder 2 to the partition 3 with the hole 4 closed, pre-heated evaya her compression. At the end of the first compression stage, a valve 4 opens using valve 5 (scheme a) and the bulk of the preheated fuel assembly flows into the second cylinder volume behind the partition. In this case, the mixture is inhibited, restoring its temperature in the second section of the cylinder at a lower pressure, i.e. its entropy is increasing. Then the second stage occurs on the 1st compression stroke with the further movement of the piston to the baffle, while the heated fuel assembly is compressed to the temperature T 1 . When the piston reaches the top dead center directly at the septum (end of the 1st compression stroke of the 6-stroke engine), valve 5 closes the hole 4 in the septum and idling is performed. In the idling cycle, when the piston moves backward near the BDC, valve 5 opens, as a result of which the cylinder is filled with a mixture with temperature T 1 when it is transferred from the upper volume of the cylinder to the lower. In this case, the mixture is inhibited, restoring its temperature in the first section of the cylinder at a lower pressure, i.e. entropy of the mixture increases even more. The diameter of the hole in the baffle is selected so that the characteristic time of the mixture expiration t 1 would be comparable with the residence time of the piston in the BDC t 2 , i.e. t 1 ~ t 2 . In the second compression stroke, the piston repeats, as described above, the two-stage non-isentropic compression of fuel assemblies of increased mass to final parameters - temperature T c and pressure P c , with a new higher initial temperature T 0 = T 1 , while the initial mass of the fuel assemblies is much higher than during operation of a 4-stroke ICE with non-isentropic compression mode with increasing entropy and a 6-stroke engine when combining two-stage non-isentropic compression with compression strokes.

Использование заявляемого изобретения позволит увеличить удельную мощность и экономичность ДВС без увеличения механических нагрузок на двигатель. The use of the claimed invention will increase the specific power and economy of the internal combustion engine without increasing the mechanical stress on the engine.

Claims (7)

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск в цилиндр с поршнем топливно-воздушной смеси, сжатие ее в двух последовательных стадиях, воспламенение и сгорание, отличающийся тем, что топливно-воздушную смесь увеличенной массы подают в цилиндр под давлением Pо = 2,3 - 6,2 атм и затем осуществляют двухстадийное сжатие топливно-воздушной смеси в неизоэнтропическом режиме - с увеличением энтропии, для чего используют цилиндр, разделенный поперечной перегородкой, выполненной с возможностью перепуска топливно-воздушной смеси, и на первой стадии сжатия при движении поршня к перегородке производят нагрев сжатием топливно-воздушной смеси до температуры T1 = (1,3 - 1,8) Tо, где Tо - начальная температура топливно-воздушной смеси, затем осуществляют перепуск нагретой топливно-воздушной смеси в пространство цилиндра за перегородкой и проводят вторую стадию сжатия топливно-воздушной смеси увеличенной массы при движении поршня к верхней мертвой точке до достижения температуры Tс = (2-3) Tо и давления Pс, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия, с последующим воспламенением и сгоранием топливно-воздушной смеси.1. The method of operation of the internal combustion engine, including the inlet into the cylinder with the piston of the fuel-air mixture, compressing it in two successive stages, ignition and combustion, characterized in that the fuel-air mixture of increased mass is fed into the cylinder under pressure P about = 2, 3 - 6.2 atm and then carry out two-stage compression of the fuel-air mixture in non-isentropic mode - with an increase in entropy, for which a cylinder is used, separated by a transverse partition made with the possibility of bypassing the fuel-air mixture, and at the first stage of compression, when the piston moves to the baffle, the fuel is heated by compression of the fuel-air mixture to a temperature T 1 = (1.3 - 1.8) T о , where T о is the initial temperature of the fuel-air mixture, then the heated fuel is bypassed -air mixture into the space of the cylinder behind the partition and carry out the second stage of compression of the fuel-air mixture of increased mass when the piston moves to top dead center until the temperature T c = (2-3) T о and pressure P s comparable with the final temperature and pressure conventional one-stage th compression, with subsequent ignition and combustion of the fuel-air mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании 4-тактного двигателя перепуск топливно-воздушной смеси осуществляют через отверстие с клапаном в неподвижной или подвижной поперечной перегородке или через обводные каналы, открываемые подвижной непроницаемой перегородкой в конце первой стадии сжатия. 2. The method according to p. 1, characterized in that when using a 4-stroke engine, the bypass of the air-fuel mixture is carried out through an opening with a valve in a fixed or movable transverse partition or through bypass channels opened by a movable impermeable partition at the end of the first compression stage. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании 4-тактного двигателя сжатие и перепуск топливно-воздушной смеси осуществляют через отверстие с клапаном в неподвижной поперечной перегородке в подвижном цилиндре в конце первой стадии сжатия. 3. The method according to p. 1, characterized in that when using a 4-stroke engine, the compression and bypass of the air-fuel mixture is carried out through an opening with a valve in a fixed transverse partition in the movable cylinder at the end of the first compression stage. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании 6-тактного двигателя с двумя тактами сжатия, разделенными холостым ходом, перепуск топливно-воздушной смеси осуществляют через отверстие с клапаном в неподвижной поперечной перегородке. 4. The method according to p. 1, characterized in that when using a 6-stroke engine with two compression strokes separated by idle, the bypass of the fuel-air mixture is carried out through an opening with a valve in a stationary transverse partition. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при использовании 6-тактного двигателя последовательные стадии двухстадийного неизоэнтропического сжатия совмещают с тактами сжатия 6-тактного двигателя, для чего первую стадию сжатия топливно-воздушной смеси до температуры T1 проводят при открытом отверстии в перегородке движением поршня к верхней мертвой точке, после чего отверстие в перегородке закрывают и осуществляют холостой ход поршня к нижней мертвой точке, в конце которого отверстие в перегородке открывают и производят заполнение цилиндра топливно-воздушной смесью с температурой T1, затем проводят вторую стадию сжатия топливно-воздушной смеси увеличенной массы движением поршня к верхней мертвой точке до температуры Tс и давления Pс, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия.5. The method according to p. 4, characterized in that when using a 6-stroke engine, the sequential stages of the two-stage non-isentropic compression are combined with the compression strokes of the 6-stroke engine, for which the first stage of compression of the fuel-air mixture to temperature T 1 is carried out with the opening in the septum by moving the piston to the top dead center, after which the hole in the septum is closed and the piston idle to the bottom dead center, at the end of which the hole in the septum is opened and the cylinder is filled the fuel-air mixture at a temperature T 1, and then carried out the second step of compressing the air-fuel mixture of increased mass movement of the piston to the top dead point before the temperature T and pressure P s, comparable to a final temperature and pressure of a conventional one-stage compression. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при использовании 6-тактного двигателя двухстадийное неизоэнтропическое сжатие осуществляют на каждом также сжатия 6-тактного двигателя, для чего на первом такте сжатия двигателя после первой стадии сжатия топливно-воздушной смеси увеличенной массы открывают отверстие и осуществляют перепуск нагретой топливно-воздушной смеси в пространство цилиндра за перегородкой, затем проводят вторую стадию сжатия на первом такте сжатия двигателя движением поршня к верхней мертвой точке до температуры T1, после чего отверстие в перегородке закрывают и осуществляют холостой ход поршня к нижней мертвой точке, в конце которого отверстие в перегородке открывают и производят заполнение цилиндра топливно-воздушной смесью с температурой T1, после чего повторяют двухстадийное неизоэнтропическое сжатие топливно-воздушной смеси увеличенной массы на втором такте сжатия двигателя с Tо = T1 до температуры Tс и давлении Pс, сопоставимых с конечной температурой и давлением обычного одностадийного сжатия.6. The method according to p. 4, characterized in that when using a 6-stroke engine, two-stage non-isentropic compression is also carried out on each compression of the 6-stroke engine, for which, at the first compression step of the engine after opening the first stage of compression of the increased mass of fuel-air mixture, and carry out the transfer of the heated air-fuel mixture into the space of the cylinder behind the partition, then carry out the second stage of compression at the first compression stroke of the engine by moving the piston to top dead center to temperature T 1 , last why the hole in the baffle is closed and the piston is idled to bottom dead center, at the end of which the hole in the baffle is opened and the cylinder is filled with a fuel-air mixture with a temperature T 1 , after which the two-stage non-isentropic compression of the increased mass of fuel-air mixture is repeated at the second the compression stroke of the engine with T o = T 1 to a temperature T s and a pressure P s comparable with the final temperature and pressure of a conventional one-stage compression. 7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что при использовании дизельного двигателя сжатию подвергают воздух. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that when using a diesel engine, air is compressed.
RU99113519/06A 1999-06-21 1999-06-21 Method of operation of internal combustion engine RU2155876C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113519/06A RU2155876C1 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Method of operation of internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113519/06A RU2155876C1 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Method of operation of internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2155876C1 true RU2155876C1 (en) 2000-09-10

Family

ID=20221687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99113519/06A RU2155876C1 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Method of operation of internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2155876C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3880126A (en) Split cylinder engine and method of operation
CA2433433C (en) Eight-stroke internal combustion engine utilizing a slave cylinder
US4565167A (en) Internal combustion engine
US5103645A (en) Internal combustion engine and method
JP4176483B2 (en) 4-stroke self-ignition engine
US5056471A (en) Internal combustion engine with two-stage exhaust
US6994057B2 (en) Compression ignition engine by air injection from air-only cylinder to adjacent air-fuel cylinder
US20040123822A1 (en) Method of operating an internal combustion engine
US3785355A (en) Engine with internal charge dilution and method
US5007384A (en) L-head two stroke engines
JPH01305129A (en) Internal combustion engine
US6393841B1 (en) Internal combustion engine with dual exhaust expansion cylinders
US20020129777A1 (en) Two stroke internal combustion engine
JPS5960034A (en) Internal combustion engine
US4862841A (en) Internal combustion engine
RU2155876C1 (en) Method of operation of internal combustion engine
EP0013180A1 (en) Internal combustion engine for compound use
WO1987005073A1 (en) Supercharged two-stroke engine
WO1987007325A1 (en) A two-cycle internal combustion engine
RU2162530C1 (en) Internal combustion engine operation method
US10865717B2 (en) Dual mode internal combustion engine
EP0057591B1 (en) Internal combustion engine
RU2169850C2 (en) Method of operation of six-stroke internal combustion engine
RU2144141C1 (en) Four-stroke combination internal combustion engine and method of use of high-pressure hot gases
RU2167315C2 (en) Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle