RU2169850C2

RU2169850C2 - Method of operation of six-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2169850C2
Application number: RU99117614A
Authority: RU
Inventors: П.Н. Стаценко
Original assignee: Стаценко Петр Николаевич
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; piston internal combustion engines. SUBSTANCE: camshaft- to-crankshaft gear ratio of 1:3 is set, charge of air is delivered into cylinder, fuel is injected into cylinder at beginning of compression stroke, then mixture of fuel and air is transformed into homogeneous mixture at idle run of piston and repeated compression, after which gas mixture is ignited at beginning of expansion stroke. EFFECT: reduced fuel consumption, provision of multihued operation, decreased toxicity of exhaust gases. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to engine building, in particular to reciprocating internal combustion engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, передаточное отношение распределительного и коленчатого вала которого 1:1, способ работы которого включает подачу воздуха в цилиндр, сжатие его до высокой степени, впрыск топлива, детонационное горение, впрыск воды, расширение и выпуск отработавших газов (а.с. СССР N 1822465 от 16.01.91 г., опубл. 15.03.96 г., МКИ: F 02 В 1/00). A known internal combustion engine, the gear ratio of the camshaft and crankshaft of which is 1: 1, the method of operation of which includes supplying air to the cylinder, compressing it to a high degree, fuel injection, detonation combustion, water injection, expansion and exhaust emission (a.s. USSR N 1822465 dated 01.16.91, published on 03.15.96, MKI: F 02 V 1/00).

Однако указанный способ недостаточно полно реализует получение высокой экономичности, т.к., несмотря на высокую степень сжатия, выжигание топливного заряда занимает по углу поворота коленчатого вала значительную часть времени, что требует большого количества топлива. However, this method does not fully realize the achievement of high efficiency, because, despite the high compression ratio, burning the fuel charge takes a significant part of the time by the angle of rotation of the crankshaft, which requires a large amount of fuel.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ работы двигателя внутреннего сгорания, передаточное отношение распределительного и коленчатого вала которого составляет 1:2, включающий подачу в цилиндр заряда, его сжатие, воспламенение электрической искрой, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов (см. С.В. Демиховский и др. Устройство и эксплуатация автомобилей "Жигули" и "Москвич", М., изд. ДОСААФ, 1985 г., стр. 12-15). The closest technical solution to the proposed invention is the method of operation of an internal combustion engine, the gear ratio of the camshaft and crankshaft of which is 1: 2, including the supply of a charge to the cylinder, its compression, ignition by an electric spark, combustion, expansion and exhaust (see C .V. Demikhovsky et al. Design and operation of Zhiguli and Moskvich cars, M., publ. DOSAAF, 1985, pp. 12-15).

Недостатком указанного способа является то, что степень сжатия заряда топлива и воздуха небольшая и его невозможно преобразовать в однородную газовую смесь горючего и окислителя, капли топлива получаются разной фракции, и если мелкие испаряются и окисляются в процессе горения, то крупные не успевают и отдают свою энергию частично, а часть их в виде испарения и полусгоревшего топлива (СО) уходит в атмосферу, засоряя окружающую среду. По этой же причине в указанном способе невозможно использовать различные виды топлива. Кроме того, опережение зажигания в конце такта сжатия создает встречное сопротивление, на что уходит 10-20% мощности сгорания. The disadvantage of this method is that the degree of compression of the charge of fuel and air is small and it cannot be converted into a homogeneous gas mixture of fuel and oxidizer, droplets of fuel are obtained in different fractions, and if small ones evaporate and oxidize during combustion, large ones do not have time and give up their energy partially, and part of them in the form of evaporation and half-burned fuel (СО) goes into the atmosphere, clogging the environment. For the same reason, it is not possible to use various types of fuel in this method. In addition, ignition timing at the end of the compression stroke creates counter-resistance, which takes 10-20% of the combustion power.

Задачей, решаемой предлагаемым способом, является повышение экономичности двигателя, обеспечение многотопливности, уменьшение токсичности отработавших газов. The problem solved by the proposed method is to increase the efficiency of the engine, ensuring multi-fuel, reducing exhaust toxicity.

Поставленная задача решается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания с установленным передаточным отношением распределительного и коленчатого вала, включающем подачу заряда в цилиндр, его сжатие, воспламенение электрической искрой, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов, устанавливают передаточное отношение распределительного и коленчатого вала 1: 3, подают в цилиндр заряд воздуха, топливо впрыскивают в цилиндр в начале такта сжатия, затем преобразуют смесь топлива и воздуха в гомогенную газовую смесь при холостом ходе поршня и повторном сжатии, после чего воспламеняют газовую смесь в начале такта расширения. The problem is solved in that in the method of operation of an internal combustion engine with a fixed gear ratio of the camshaft and crankshaft, including the supply of charge to the cylinder, its compression, ignition by an electric spark, combustion, expansion and exhaust, establish the gear ratio of the camshaft and crankshaft 1 : 3, a charge of air is supplied to the cylinder, fuel is injected into the cylinder at the beginning of the compression stroke, then the mixture of fuel and air is converted into a homogeneous gas mixture at Ost piston during recompression and then ignites the gas mixture at the beginning of the expansion stroke.

На чертеже изображен схематично двигатель внутреннего сгорания для осуществления предлагаемого способа. The drawing schematically shows an internal combustion engine for implementing the proposed method.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с поршнем 2, механически связанным с коленчатым валом 3, который в свою очередь через механизм связан с распределительным валом 4. Для того, чтобы увеличить количество тактов двигателя, устанавливают передаточное отношение распределительного и коленчатого вала 1: 3. На распределительном вале 4 расположены кулачки 5, взаимодействующие с впускным 6 и выпускным 7 клапанами, открывающими и закрывающими их в нужный момент. В головке цилиндра установлена форсунка 8 для впрыска топлива и свеча зажигания 9. The internal combustion engine comprises a cylinder 1 with a piston 2 mechanically connected to the crankshaft 3, which, in turn, is connected through the mechanism to the camshaft 4. In order to increase the number of engine cycles, the gear ratio of the camshaft and crankshaft is 1: 3. On the camshaft 4 is located cams 5, interacting with the inlet 6 and outlet 7 valves, opening and closing them at the right time. A nozzle 8 for fuel injection and a spark plug 9 are installed in the cylinder head.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом. The method of operation of the internal combustion engine is as follows.

Такт 1. Через открытый впускной клапан 6 в цилиндр поступает заряд воздуха при движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) - впуск. Step 1. Through an open intake valve 6, an air charge enters the cylinder when the piston moves from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC) - inlet.

Такт 2. При движении поршня от НМТ к ВМТ впускной клапан 6 закрывается и форсункой 8 впрыскивается топливо, начинается сжатие горючей смеси, которое в конце такта достигает степени сжатия 10-12, и смесь нагревается до 350-450^oC.Step 2. When the piston moves from BDC to TDC, the intake valve 6 closes and fuel is injected by the nozzle 8, compression of the combustible mixture begins, which at the end of the stroke reaches a compression ratio of 10-12, and the mixture is heated to 350-450 ^o C.

Такт 3. Поршень от ВМТ идет к НМТ, совершая холостой ход, при этом происходит испарение горючего и переход горючей смеси в газовую топливную смесь. Step 3. The piston from the TDC goes to the BDC, idling, while the evaporation of the fuel and the transition of the fuel mixture into the gas fuel mixture occur.

Такт 4. Поршень от НМТ идет к ВМТ и вновь сжимает уже газовую топливную смесь, нагревая ее до температуры 500-550^oC, при которой происходит температурное разложение топливной газовой смеси на углерод и водород, реакция окисления с преобразованием ее в гомогенную газовую смесь горючего и окислителя. При этом самовоспламенения не происходит, т.к. температура самовоспламенения водорода 580-590^oC, а углерода 645-660^oC.Step 4. The piston from the BDC goes to the TDC and again compresses the gas fuel mixture, heating it to a temperature of 500-550 ^o C, at which the temperature decomposition of the fuel gas mixture into carbon and hydrogen occurs, the oxidation reaction converts it into a homogeneous gas mixture of fuel and an oxidizing agent. In this case, self-ignition does not occur, because auto-ignition temperature of hydrogen 580-590 ^o C, and carbon 645-660 ^o C.

Такт 5. При движении поршня от ВМТ к НМТ и угле поворота коленчатого вала двигателя на 1-2^o после ВМТ газовая смесь поджигается электрической искрой от свечи зажигания 9. Происходит детонационное сгорание газовой топливной смеси со скоростью 1500-3500 м/сек и температурой до 3000^oC - поршень совершает рабочий ход, открывается выпускной клапан 7 и отработавшие газы уходят в атмосферу.Step 5. When the piston moves from TDC to BDC and the engine crankshaft angle is 1-2 ^o after TDC, the gas mixture is ignited by an electric spark from the spark plug 9. Detonation combustion of the gas fuel mixture occurs at a speed of 1500-3500 m / s and temperatures up to 3000 ^o C - the piston makes a stroke, opens the exhaust valve 7 and the exhaust gases go into the atmosphere.

Такт 6. Поршень от НМТ идет к ВМТ, выталкивая оставшиеся в цилиндре газы в атмосферу, выпускной клапан 7 закрывается в начале первого такта. Step 6. The piston from the BDC goes to the TDC, pushing the remaining gases in the cylinder into the atmosphere, the exhaust valve 7 closes at the beginning of the first stroke.

Цикл работы двигателя совершается за 3 оборота коленчатого вала и один оборот распределительного вала и включает шесть тактов. Поршень, по сравнению с прототипом, совершает два дополнительных хода, один из которых холостой, а другой осуществляет повторное сжатие топливной смеси с преобразованием ее в гомогенную газовую смесь. The engine cycle takes place over 3 revolutions of the crankshaft and one revolution of the camshaft and includes six cycles. The piston, in comparison with the prototype, performs two additional strokes, one of which is idle, and the other re-compresses the fuel mixture with its conversion into a homogeneous gas mixture.

Двойное сжатие топливной смеси и ее преобразование в газообразную смесь позволяют применять несколько сортов топлива, например бензин, керосин, дизельное топливо. Повышается экономичность двигателя за счет высокого индикаторного сгорания. Т.к. топливная смесь разлагается на водород и углерод и окисляется в процессе повторного сжатия, она сгорает качественно, уменьшается токсичность выхлопных газов. Double compression of the fuel mixture and its conversion into a gaseous mixture allows the use of several types of fuel, for example gasoline, kerosene, diesel fuel. Increases engine efficiency due to high indicator combustion. Because the fuel mixture decomposes into hydrogen and carbon and oxidizes during re-compression, it burns out qualitatively, and the toxicity of exhaust gases decreases.

Claims

The method of operation of a six-stroke internal combustion engine with a fixed gear ratio of the camshaft and crankshaft, including supplying a charge to the cylinder, compressing it, igniting an electric spark, combustion, expansion and exhaust, characterized in that the gear ratio of the camshaft and crankshaft is 1: 3 , a charge of air is supplied to the cylinder, fuel is injected into the cylinder at the beginning of the compression stroke, then the mixture of fuel and air is converted into a homogeneous gas mixture at idle om the course of the piston and re-compression, after which the gas mixture is ignited at the beginning of the expansion stroke.