RU2171901C1

RU2171901C1 - Method of operation of four-stroke internal combustion engine and engine for implementing this method

Info

Publication number: RU2171901C1
Application number: RU2000104736A
Authority: RU
Inventors: С.М. Пластинин; В.Н. Корольков; В.Г. Тонконог
Original assignee: Пластинин Сергей Максимович; Корольков Владимир Николаевич; Тонконог Владимир Григорьевич
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; four- stroke internal combustion engines. SUBSTANCE: in process of operation of four-stroke engine including delivery of mixture into cylinder, its compression, ignition and scavenging of working space, part of mixture, with engine operating at partial loads, is taken out from working space when piston moves to top dead center in process of compression, and part of mixture remaining in cylinder is compressed and in process of expansion taken-out part of mixture is fed into additional reservoir. In process of scavenging, with piston moving into top dead center, mixture is fed into behind-the-piston space to volume equal to working volume, and in process of intake, full working volume of mixture is fed into cylinder, including the part taken off at compression and fed into behind-the-piston space. EFFECT: reduced consumption of fuel, increased service life and reliability, improved protection of ambient atmosphere from pollution with exhaust gases. 9 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а конкретно к способам работы и устройствам четырехтактных двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of engine building, and specifically to methods of operation and devices for four-stroke internal combustion engines.

Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (см. а.с. N 968496, опубл. 23.10.82 г. БИ N 39), в котором степень расширения больше, чем степень сжатия. Двигатель содержит рабочий цилиндр, впускной и выпускной клапаны, устройство смесеобразования; механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, включающий кривошипно-шатунный механизм. Двигатель имеет два коленвала, связанных зубчатой передачей, при этом рычаг первого коленвала соединен с шатуном и рычагом второго коленвала. Двигатели этого типа имеют большие габаритные размеры и низкий механический КПД. A four-stroke internal combustion engine is known (see AS N 968496, publ. 23.10.82 BI N 39), in which the expansion ratio is greater than the compression ratio. The engine contains a working cylinder, intake and exhaust valves, a mixture formation device; a mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational movement of the crankshaft, including a crank mechanism. The engine has two crankshafts connected by a gear transmission, while the lever of the first crankshaft is connected to the connecting rod and the lever of the second crankshaft. Engines of this type have large overall dimensions and low mechanical efficiency.

Известен опыт работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания и двигатель для осуществления способа, принятый за прототип, (см. патент РФ N 2073100, МКИ F 02 B 25/08, 25/22, опубл. 10.02.97 г.). Способ работы включает подачу топливовоздушной смеси в рабочий объем цилиндра, сжатие ее при движении поршня в верхнюю мертвую точку, воспламенение, продувку рабочего объема и впуск свежей топливо-воздушной смеси в рабочий объем. Двигатель содержит рабочий цилиндр с размещенными в нем двумя противоположно движущимися поршнями, соединенными с механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Цилиндр имеет торцевые стенки, а поршни - двусторонние днища. Горячие днища образуют между собой рабочий объем, а холодные днища образуют с торцевыми стенками продувочные насосы. Known experience in a two-stroke internal combustion engine and an engine for implementing the method adopted as a prototype (see RF patent N 2073100, MKI F 02 B 25/08, 25/22, publ. 02/10/97). The method of operation includes feeding the air-fuel mixture into the cylinder’s working volume, compressing it when the piston moves to top dead center, igniting, blowing the working volume, and letting fresh air-fuel mixture into the working volume. The engine comprises a working cylinder with two oppositely moving pistons located in it, connected to a mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into rotational motion of the crankshaft. The cylinder has end walls, and the pistons have double-sided bottoms. Hot bottoms form a working volume between themselves, and cold bottoms form purge pumps with end walls.

Двигатель имеет ограниченный ресурс, недостаточную надежность и большой расход топлива вследствие высокой теплонапряженности двухтактного цикла. The engine has a limited resource, insufficient reliability and high fuel consumption due to the high heat stress of the push-pull cycle.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение заключается в повышении ресурса, надежности, топливной экономичности, а также снижении выхода токсичных веществ. The technical result to which the invention is directed is to increase the resource, reliability, fuel economy, as well as reduce the yield of toxic substances.

Технический результат достигается тем, что в способе работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, включающем подачу топливовоздушной смеси в рабочий объем цилиндра, сжатие смеси при движении поршня в верхнюю мертвую точку, воспламенение ее, продувку рабочего объема и впуск свежей топлововоздушной смеси в рабочий объем, на частичных режимах при движении поршня в верхнюю мертвую точку в процессе сжатия, часть топливовоздушной смеси из рабочего объема отбирают в дополнительный объем и дожимают оставшуюся часть, на режиме продувки при движении поршня в верхнюю мертвую точку вводят в полость за поршнем топлововоздушную смесь до объема равного рабочему объему, на режиме впуска в цилиндр направляют полный рабочий объем топливовоздушной смеси, включающий отобранный на режиме сжатия и дополнительно введенный в полость за поршнем. При движении поршня в верхнюю мертвую точку в процессе сжатия отбирают часть топливовоздушной смеси из рабочего объема за счет давления поршней в рабочем объеме и одновременно за счет разрежения за поршнем. Подачу топлововоздушной смеси в рабочий объем на всех режимах осуществляют с коэффициентом избытка воздуха, равным единице. The technical result is achieved by the fact that in the method of operation of a four-stroke internal combustion engine, which includes feeding the air-fuel mixture into the cylinder working volume, compressing the mixture when the piston moves to top dead center, igniting it, purging the working volume and letting fresh fuel-air mixture into the working volume, on partial modes when the piston moves to the top dead center during compression, part of the air-fuel mixture from the working volume is taken into an additional volume and the remaining part is squeezed, in the production mode ki when the piston moves toward the top dead point is introduced into the cavity behind the piston toplovovozdushnuyu mixture to a volume equal to the working volume, at the inlet to the cylinder direct mode full volume of fuel mixture, comprising at selected compression mode, and further introduced into the cavity behind the piston. When the piston moves to the top dead center during compression, a part of the air-fuel mixture is taken from the working volume due to the pressure of the pistons in the working volume and at the same time due to the vacuum behind the piston. The fuel-air mixture is supplied to the working volume in all modes with a coefficient of excess air equal to unity.

Технический результат в устройстве для осуществления способа достигается тем, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, снабженный впускным и выпускным клапанами, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, устройство смесеобразования. Новым является то, что рабочий цилиндр снабжен перепускным клапаном, полостью с отсечным клапаном за одним из поршней, ресивером, при этом перепускной клапан сообщен через ресивер с впускным клапаном и с отсечным клапаном полости за поршнем, которая снабжена окном, сообщенным с системой смесеобразования. Полость за поршнем образована задней стенкой поршня и торцевой стенкой цилиндра. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала включает качающиеся качалки, шарнирно соединенные посредством шатунов с коленчатым валом и снабженные эксцентриковыми опорами в картере. Двигатель снабжен также механизмом управления перепускным и отсечным клапанами, который включает распределительный вал с кулачками переменного профиля, установленными с возможностью их перемещения вдоль него, при этом распределительный вал связан механизмом привода с коленчатым валом двигателя и с механизмом изменения степени сжатия и мощности двигателя. Кроме того, кривошипы шатунов, связанных с качалками поршней, смещены на угол, например, 12... 20^o. Торцевая стенка цилиндра, образующая полость за поршнем, выполнена с возможностью ее перемещения вдоль оси цилиндра, что позволяет изменять объем этой полости.The technical result in the device for implementing the method is achieved by the fact that the four-stroke internal combustion engine contains a working cylinder with two oppositely moving pistons, equipped with inlet and outlet valves, a mechanism for converting the reciprocating movement of the pistons into rotational motion of the crankshaft, a mixture formation device. New is that the working cylinder is equipped with a bypass valve, a cavity with a shut-off valve behind one of the pistons, a receiver, while the by-pass valve is communicated through a receiver with an inlet valve and with a shut-off valve of the cavity behind the piston, which is equipped with a window connected to the mixture formation system. The cavity behind the piston is formed by the rear wall of the piston and the end wall of the cylinder. The mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into the rotational motion of the crankshaft includes swinging rockers, articulated by connecting rods to the crankshaft and provided with eccentric bearings in the crankcase. The engine is also equipped with a control mechanism for the bypass and shut-off valves, which includes a camshaft with cams of variable profile installed with the possibility of moving along it, while the camshaft is connected by a drive mechanism to the engine crankshaft and with a mechanism for changing the compression ratio and engine power. In addition, the cranks of the rods associated with the rocking pistons are offset by an angle, for example, 12 ... 20 ^o . The end wall of the cylinder, forming a cavity behind the piston, is made with the possibility of its movement along the axis of the cylinder, which allows you to change the volume of this cavity.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двигателя внутреннего сгорания. In FIG. 1 shows a longitudinal section through an internal combustion engine.

На фиг. 2 представлена схема работы двигателя внутреннего сгорания на режимах частичной нагрузки. In FIG. 2 shows a diagram of the operation of an internal combustion engine at partial load conditions.

На фиг. 3 представлена схема работы двигателя внутреннего сгорания на полной нагрузке. In FIG. 3 shows a diagram of the operation of the internal combustion engine at full load.

Сущность способа заключается в следующем. Используется схема продолженного расширения, при котором степень расширения больше, чем степень сжатия. При этом происходит циркуляция части топливовоздушной смеси из рабочего объема в дополнительный объем и в полость за поршнем, а общее количество рабочей смеси, проходящей через двигатель, остается постоянной. Это позволяет исключить из конструкции карбюратора или газового смесителя дроссельную заслонку, а подачу топлива регулировать аналогично системе холостого хода. Без дроссельной заслонки на частичных нагрузках не создается дополнительное сопротивление, поэтому скоростная характеристика более пологая. Схема продолженного расширения позволяет увеличить КПД цикла за счет более полного использования энергии отработавших газов и уменьшения насосных потерь, и кроме того такая схема характеризуется незначительным изменением удельного расхода топлива в широком диапазоне нагрузок. Изменение мощности осуществляется путем регулирования объема заряда с одновременным изменением степени сжатия и, соответственно переменным ходом сжатия при постоянном ходе расширения. Так, при снижении нагрузки на 50% удельный расход топлива данного двигателя не изменится, тогда как при количественном регулировании традиционных двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием такое изменение мощности приводит к возрастанию удельного расхода топлива в 1,5-2,0 раза, что очень важно для двигателей транспортных средств, особенно автомобилей, работающих главным образом на частичных нагрузках. Изменение степени сжатия в зависимости от вида применяемого топлива позволит двигателю максимально эффективно работать как на газовом топливе, так и на всех марках товарного бензина. В предлагаемом двигателе каждому рабочему режиму соответствует своя степень сжатия и, соответственно, степень расширения, что позволяет достаточно легко решать проблемы существующих двигателей при работе на холостом ходу, режимах холодного пуска и прогрева, при этом состав смеси на всех рабочих режимах - стехиометрический ( α = 1) и количество токсичных составляющих NO_x, C_nH_m, CO в отработавших газах минимально.The essence of the method is as follows. A continued expansion scheme is used in which the expansion ratio is greater than the compression ratio. In this case, part of the air-fuel mixture circulates from the working volume to the additional volume and into the cavity behind the piston, and the total amount of the working mixture passing through the engine remains constant. This allows the throttle to be excluded from the design of the carburetor or gas mixer, and the fuel supply can be regulated similarly to the idle system. Without throttle at partial loads, no additional resistance is created, so the speed characteristic is more gentle. The continued expansion scheme allows increasing cycle efficiency due to more complete use of exhaust gas energy and reducing pump losses, and in addition, such a scheme is characterized by a slight change in specific fuel consumption over a wide range of loads. The change in power is carried out by adjusting the volume of charge with a simultaneous change in the degree of compression and, accordingly, a variable course of compression with a constant course of expansion. So, when the load is reduced by 50%, the specific fuel consumption of this engine will not change, while with the quantitative regulation of traditional internal combustion engines with spark ignition, such a change in power leads to an increase in the specific fuel consumption by 1.5-2.0 times, which is very important for engines of vehicles, especially automobiles, working mainly on partial loads. Changing the degree of compression depending on the type of fuel used will allow the engine to operate as efficiently as possible on gas fuel, and on all brands of commercial gasoline. In the proposed engine, each operating mode has its own compression ratio and, accordingly, the expansion ratio, which makes it easy to solve problems of existing engines when idling, cold start and warm-up modes, while the mixture composition at all operating modes is stoichiometric (α = 1) and the amount of toxic components of NO _x , C _n H _m , CO in the exhaust gases is minimal.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит рабочий цилиндр 1 с противоположно движущимися поршнями 2 и 3, снабженный впускным 4 и выпускным 5 клапанами. Рабочий цилиндр 1 снабжен перепускным клапаном 6, расположенным в зоне перемещения поршней 2 и 3, между которыми образован рабочий объем (камера сгорания). Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней 2 и 3 во вращательное движение коленчатого вала включает качающиеся качалки 7, шарнирно соединенные звеном 8 с каждым из поршней 2 и 3 и имеющие шарнирное соединение с эксцентриковыми опорами 9, закрепленными в картере. Качалки 8 соединены шатунами 10 с коленчатым валом 11. Кривошипы шатунов 10 смещены на угол, например, 12... 20^o. Поршень 3 цилиндра 1 выполнен с двухсторонними днищами - горячее днище 12 со стороны рабочего объема и заднее холодное днище 13, образующее с торцевой стенкой 14 цилиндра 1 полость 15 с отсечным клапаном 16. Рабочий цилиндр 1 снабжен дополнительным объемом - ресивером 17, сообщенным с впускным 4 и перепускным 6 клапанами посредством каналов, соответственно, 18 и 19. Отсечной клапан 16 разделяет объем ресивера 17 и полость 15 за поршнем 3. Полость 15 сообщена через впускное окно 20 с системой смесеобразования 21 и с атмосферой. В рабочей полости цилиндра 1 расположена свеча зажигания 22. Двигатель снабжен механизмом управления впускным 4, выпускным 5, клапанами и включает распределительным вал 23, связанный с коленчатым валом 11. Также двигатель снабжен механизмом управления перепускным 6 и отсечным 16 клапанами и включает распределительный вал 24 с кулачками 25 и 26 переменного профиля, установленными с возможностью их перемещения вдоль него.The four-stroke internal combustion engine (Fig. 1) contains a working cylinder 1 with oppositely moving pistons 2 and 3, equipped with inlet 4 and outlet 5 valves. The working cylinder 1 is equipped with a bypass valve 6 located in the zone of movement of the pistons 2 and 3, between which the working volume (combustion chamber) is formed. The mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons 2 and 3 into the rotational movement of the crankshaft includes a rocking rocker 7, pivotally connected by a link 8 to each of the pistons 2 and 3 and having a swivel joint with eccentric bearings 9 fixed in the crankcase. Rocking chairs 8 are connected by connecting rods 10 to the crankshaft 11. The cranks of the connecting rods 10 are offset by an angle, for example, 12 ... 20 ^o . The piston 3 of the cylinder 1 is made with double-sided bottoms - a hot bottom 12 from the side of the working volume and a rear cold bottom 13 forming with the end wall 14 of the cylinder 1 a cavity 15 with a shut-off valve 16. The working cylinder 1 is equipped with an additional volume - a receiver 17 in communication with the inlet 4 and bypass 6 valves through the channels 18 and 19, respectively. The shut-off valve 16 separates the volume of the receiver 17 and the cavity 15 behind the piston 3. The cavity 15 is communicated through the inlet window 20 with the mixing system 21 and with the atmosphere. An spark plug 22 is located in the working cavity of cylinder 1. The engine is equipped with an intake control mechanism 4, exhaust 5, valves and includes a camshaft 23 connected to the crankshaft 11. The engine is also equipped with an overflow control mechanism 6 and shut-off 16 valves and includes a camshaft 24 sec cams 25 and 26 of a variable profile installed with the possibility of their movement along it.

Кулачки переменного профиля 25 и 26 связаны с механизмом регулирования мощности 27 посредством рычагов 28. Механизм регулирования мощности 27 связан с механизмом изменения степени сжатия 29 приводом 30. The cams of a variable profile 25 and 26 are connected to the power control mechanism 27 by means of levers 28. The power control mechanism 27 is connected to the mechanism for changing the compression ratio 29 by the drive 30.

Кроме того, полость 15 выполнена с возможностью изменения объема. Для этого торцевая стенка цилиндра 1 выполнена подвижной, что позволяет изменять степень сжатия в полости 15. Изменение степени сжатия позволяет сохранить плотность заряда при падении плотности атмосферного воздуха. In addition, the cavity 15 is configured to change the volume. For this, the end wall of the cylinder 1 is movable, which allows you to change the compression ratio in the cavity 15. Changing the compression ratio allows you to save the charge density when the density of atmospheric air decreases.

Открытие и закрытие впускного 4 и выпускного 5 клапанов осуществляется кулачками распределительного вала 23, связанного с коленчатым валом 11 передачей с передаточным числом u = 2. Открытие отсечного клапана 16 управляется кулачком 25 с переменной высотой через коромысло 31. Кулачок 25 перемещается вдоль распределительного вала 23 и связан посредством рычагов 28 с механизмом 27 регулирования мощности двигателя. Открытие перепускного клапана 6 осуществляется кулачком 26 с переменным рабочим профилем. Для изменения фазового угла открытия перепускного клапана 6 кулачок 26 перемещается вдоль оси распределительного вала 23 и связан с рычагом 28 механизма 27 регулирования мощности двигателя. Кулачок 26 связан с клапаном 6 коромыслом 32, а распределительный вал 24 связан с коленчатым валом 11 передачей с передаточным числом u = 2. Эксцентриковые валы 9 соединены с механизмом изменения степени сжатия 27. The opening and closing of the inlet 4 and outlet 5 valves is carried out by the cams of the camshaft 23 connected to the crankshaft 11 by a gear ratio u = 2. The shut-off valve 16 is opened by a variable-height cam 25 through the rocker 31. The cam 25 moves along the camshaft 23 and connected via levers 28 to the engine power control mechanism 27. The opening of the bypass valve 6 is carried out by a cam 26 with a variable working profile. To change the phase angle of the opening of the bypass valve 6, the cam 26 moves along the axis of the camshaft 23 and is connected with the lever 28 of the engine power control mechanism 27. The cam 26 is connected to the valve 6 by the rocker 32, and the camshaft 24 is connected to the crankshaft 11 by a gear with a gear ratio u = 2. Eccentric shafts 9 are connected to a mechanism for changing the compression ratio 27.

Работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания следующим образом. На частичных нагрузках работы двигателя в рабочий объем подается топливовоздушная смесь (фиг. 2а) при движении поршней 2 и 3 в нижнюю мертвую точку в процессе впуска топливовоздушная смесь поступает из ресивера 17 и полости 15 за поршнем 3 через открытые впускной 4 и отсечной 16 клапаны в рабочий объем. При движении поршней 2 и 3 в верхнюю мертвую точку (фиг. 2б) впускной клапан 4 закрывается, происходит сжатие смеси в рабочем объеме и перепуск части рабочей смеси через открытый перепускной клапан 6 в ресивер 17 и полость 15 за поршнем 3, при этом отсечной клапан 16 открыт. Отбор части топливовоздушной смеси осуществляется за счет давления поршней 2 и 3 в рабочем объеме и одновременно за счет создаваемого разрежения за поршнем 3 в полости 15. Разрежение, возникающее в полости 15 за поршнем 3, позволяет производить перепуск с минимальными потерями мощности. Дожимают оставшуюся часть топливовоздушной смеси. При достижении поршнями 2 и 3 верхней мертвой точки происходит воспламенение рабочей смеси от свечи зажигания 22 и происходит процесс расширения, при котором топливовоздушная смесь, оставшаяся в полости 15 после перепуска и поступившая вновь из впускного окна 20, под давлением поршня 3 через отсечной клапан 16 перетекает в ресивер 17 (фиг. 2в). При достижении поршнями 2 и 3 нижней мертвой точки отсечной клапан 16 закрывается, изолируя объем ресивера 17 от полости за поршнем 15. На режиме продувки при движении поршней 2 и 3 в верхнюю мертвую точку открывается впускное окно 20, связанное с карбюратором или газовым смесителем, и в полость 15 за поршнем 3 поступает топливовоздушная смесь для дозарядки до объема, равного рабочему объему (фиг. 2г). На режиме впуска в рабочий цилиндр 1 направляют полный рабочий объем топливовоздушной смеси, включающий отобранный на режиме сжатия из полости 15 в ресивер 17 и введенный дополнительно в полость за поршнем (фиг. 2а). A four-stroke internal combustion engine operates as follows. At partial engine operation loads, the air-fuel mixture is fed into the working volume (Fig. 2a) when the pistons 2 and 3 move to the bottom dead center during the intake process, the air-fuel mixture flows from the receiver 17 and the cavity 15 behind the piston 3 through the open inlet 4 and shut-off valves 16 to working volume. When the pistons 2 and 3 move to the top dead center (Fig. 2b), the inlet valve 4 closes, the mixture is compressed in the working volume and part of the working mixture is passed through the open bypass valve 6 into the receiver 17 and the cavity 15 behind the piston 3, while the shut-off valve 16 is open. Part of the air-fuel mixture is selected due to the pressure of the pistons 2 and 3 in the working volume and at the same time due to the created vacuum behind the piston 3 in the cavity 15. The pressure that occurs in the cavity 15 behind the piston 3 allows for bypass with minimal power loss. Compress the remainder of the air-fuel mixture. When the pistons 2 and 3 reach the top dead center, the working mixture ignites from the spark plug 22 and an expansion process occurs, in which the air-fuel mixture remaining in the cavity 15 after the bypass and arriving again from the inlet window 20, flows under the pressure of the piston 3 through the shut-off valve 16 through the shut-off valve 16 into the receiver 17 (Fig. 2B). When the pistons 2 and 3 reach the bottom dead center, the shut-off valve 16 closes, isolating the volume of the receiver 17 from the cavity behind the piston 15. In the purge mode, when the pistons 2 and 3 move to the top dead center, the inlet window 20 connected to the carburetor or gas mixer opens, and the air-fuel mixture enters the cavity 15 behind the piston 3 for recharging to a volume equal to the working volume (Fig. 2d). In the inlet mode to the working cylinder 1, the full working volume of the air-fuel mixture is sent, including the one selected in compression mode from the cavity 15 to the receiver 17 and introduced additionally into the cavity behind the piston (Fig. 2a).

Открытие и закрытие впускного 4 и выпускного 5 клапанов осуществляется кулачками 24 распределительного вала 23, связанного с коленчатым валом 11 передачей с передаточным числом u = 2. Открытие отсечного клапана 16 управляется кулачком 25 с переменной высотой через коромысло 29. Кулачок 25 перемещается вдоль распределительного вала 24 и связан посредством рычагов 28 с механизмом 27 регулирования мощности двигателя. Открытие перепускного клапана 6 осуществляется кулачком 26 с переменным рабочим профилем. Для изменения фазового угла открытия перепускного клапана 6 кулачок 26 перемещается вдоль оси распределительного вала 23 и связан рычагом 28 механизма 27 регулирования мощности двигателя. Кулачок 26 связан с клапаном 6 коромыслом 32, а распределительный вал 24 связан с коленчатым валом 11 передачей с передаточным числом u = 2. Эксцентриковые валы 9 соединены с механизмом изменения степени сжатия 29. Opening and closing of the intake 4 and exhaust 5 valves is carried out by the cams 24 of the camshaft 23 connected to the crankshaft 11 by a gear ratio u = 2. The shut-off valve 16 is opened by a variable-height cam 25 through the rocker 29. The cam 25 moves along the camshaft 24 and connected via levers 28 to the engine power control mechanism 27. The opening of the bypass valve 6 is carried out by a cam 26 with a variable working profile. To change the opening phase angle of the bypass valve 6, the cam 26 moves along the axis of the camshaft 23 and is connected by a lever 28 of the engine power control mechanism 27. The cam 26 is connected to the valve 6 by the rocker 32, and the camshaft 24 is connected to the crankshaft 11 by a transmission with a gear ratio u = 2. Eccentric shafts 9 are connected to a mechanism for changing the compression ratio 29.

При работе двигателя на полной нагрузке, т.е. при максимальной мощности, ход расширения равен ходу сжатия (фиг. 3). При движении поршней 2 и 3 в нижнюю мертвую точку в процессе впуска, топливовоздушная смесь поступает из ресивера 17 и полости 15 за поршнем 3 через открытые впускной 4 и отсечной 16 клапаны в рабочий объем (фиг. 3а). При движении поршней 2 и 3 в верхнюю мертвую точку впускной 4 и выпускной 5 клапаны закрываются, происходит сжатие смеси в рабочем объеме и разрежение в полости 15 за поршнем 3 (фиг. 3б). При достижении поршнями 2 и 3 верхней мертвой точки происходит воспламенение рабочей смеси от свечи зажигания 22 при степени сжатия, соответствующей полному рабочему объему двигателя, и впуск топливовоздушной смеси через впускное окно 20 в полость 15 за поршнем 3. When the engine is running at full load, i.e. at maximum power, the expansion stroke is equal to the compression stroke (Fig. 3). When the pistons 2 and 3 move to bottom dead center during the intake process, the air-fuel mixture flows from the receiver 17 and the cavity 15 behind the piston 3 through the open intake 4 and shut-off valves 16 into the working volume (Fig. 3a). When the pistons 2 and 3 move to the top dead center of the inlet 4 and outlet 5, the valves are closed, the mixture is compressed in the working volume and rarefied in the cavity 15 behind the piston 3 (Fig. 3b). When the pistons 2 and 3 reach the top dead center, the working mixture ignites from the spark plug 22 at a compression ratio corresponding to the full engine displacement, and the air-fuel mixture is inlet through the inlet window 20 into the cavity 15 behind the piston 3.

В процессе рабочего хода (расширение) топливовоздушная смесь сжимается в полости 15 за поршнем 3 и перепускается в дополнительную емкость (ресивер) 17 через открытый отсечной клапан 16 (фиг. 3в). При достижении поршнями 2 и 3 нижней мертвой точки отсечной клапан 16 закрывается, изолируя объем ресивера 17 от полости 15 за поршнем 3. During the working stroke (expansion), the air-fuel mixture is compressed in the cavity 15 behind the piston 3 and transferred to the additional tank (receiver) 17 through the open shut-off valve 16 (Fig. 3B). When the pistons 2 and 3 reach the bottom dead center, the shut-off valve 16 closes, isolating the volume of the receiver 17 from the cavity 15 behind the piston 3.

В процессе выпуска отработавших газов открывается впускное окно 20 полости 15, связанное с карбюратором или газовым смесителем, и свежая смесь поступает в полость 15 за поршнем 3 (фиг. 3г). После процесса выпуска, при движении поршней в нижнюю мертвую точку, впускное окно 20 закрывается поршнем 3, открывается впускной клапан 4 и отсечной клапан 16 и рабочая смесь из ресивера 17 и полости 15 поступает в рабочий объем (фиг. 3а). In the exhaust process, the inlet window 20 of the cavity 15 is opened, connected to the carburetor or gas mixer, and the fresh mixture enters the cavity 15 behind the piston 3 (Fig. 3d). After the release process, when the pistons move to bottom dead center, the inlet window 20 is closed by the piston 3, the inlet valve 4 and the shut-off valve 16 are opened, and the working mixture from the receiver 17 and the cavity 15 enters the working volume (Fig. 3a).

Объем полости за поршнем 15 подбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемую степень наддува. Увеличение плотности заряда при наддуве приведет к увеличению эффективной мощности и механического КПД двигателя при работе на режиме максимальной мощности. The volume of the cavity behind the piston 15 is selected in such a way as to provide the desired degree of boost. An increase in charge density during boosting will increase the effective power and mechanical efficiency of the engine when operating at maximum power.

Таким образом за два хода в процессе сжатия и выпуска происходит подача топливовоздушной смеси, обеспечивающей заполнение всего рабочего объема двигателя с необходимой степенью наддува. Механизм изменения степени сжатия 27 обеспечивает такое положение эксцентриковых валов 32, при котором сгорание рабочей смеси происходит на пределе детонации, определяемой видом применяемого топлива. Thus, in two moves in the process of compression and release, a fuel-air mixture is supplied, which ensures the filling of the entire working volume of the engine with the necessary degree of boost. The mechanism of changing the compression ratio 27 provides a position of the eccentric shafts 32 in which the combustion of the working mixture occurs at the detonation limit, determined by the type of fuel used.

Предлагаемый способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением и устройство для осуществления способа позволяет повысить топливную экономичность на частичных режимах работы двигателя, обеспечить максимальную эффективность при работе на жидких и газообразных видах топлива за счет организации продолженного расширения на режиме частичных нагрузок, изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки на двигатель, уменьшить насосные потери на впуске посредством исключения дросселя в системе смесеобразования, что приводит к повышению коэффициента полезного действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, повышается надежность работы двигателя и уменьшается выброс токсичных компонентов продуктов сгорания, упрощается конструкция органов смесеобразования и решаются проблемы работы четырехтактного двигателя на режимах холостого хода, принудительного холостого хода и холодного пуска. На полном режиме работы двигателя используется полный рабочий объем двигателя для достижения максимальной мощности. The proposed method of operation of a four-stroke internal combustion engine with continued expansion and a device for implementing the method allows to increase fuel efficiency in partial engine operation modes, to provide maximum efficiency when operating on liquid and gaseous fuels due to the organization of continued expansion in partial load mode, to change the compression ratio in depending on the engine load, reduce inlet pump losses by eliminating the throttle in the mix system formation, which leads to an increase in the efficiency of a four-stroke internal combustion engine. In addition, the reliability of the engine is increased and the emission of toxic components of combustion products is reduced, the design of the mixture formation organs is simplified and the problems of the four-stroke engine at idle, forced idle and cold start are solved. In full engine operation, the full engine capacity is used to achieve maximum power.

Claims

1. The method of operation of a four-stroke internal combustion engine, comprising supplying the air-fuel mixture to the cylinder working volume, compressing the mixture when the piston moves to the top dead center, igniting it, purging the working volume and letting fresh air-fuel mixture into the working volume, characterized in that when in partial operation, when the piston moves to the top dead center during compression, part of the air-fuel mixture is taken from the working volume and squeezed out the remaining part, while the selected part is sent during expansion air-fuel mixture in an additional capacity, in the purge mode, when the piston moves to the top dead center, the air-fuel mixture is introduced into the cavity behind the piston to a volume equal to the working volume; the full working volume of the air-fuel mixture, which is selected in compression mode and introduced into cavity behind the piston.

2. The method according to claim 1, characterized in that when the piston moves to the top dead center, a part of the air-fuel mixture is taken from the working volume due to the pressure of the pistons in the working volume and at the same time due to the vacuum behind the piston.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the supply of the air-fuel mixture to the working volume in all modes is carried out with an excess air coefficient of 1.

4. Four-stroke internal combustion engine containing a working cylinder with two oppositely moving pistons, equipped with inlet and exhaust valves, a mechanism for converting reciprocating pistons into rotational motion of the crankshaft, a mixing device, characterized in that the working cylinder is equipped with a bypass valve, a cavity with shut-off valve for one of the pistons, the receiver, while the bypass valve is communicated through the receiver with an inlet valve and with a shut-off valve cavity for rshnem, which is equipped with a window communicating with the mixing system.

5. The device according to claim 4, characterized in that the cavity behind the piston is formed by the rear wall of the piston and the end wall of the cylinder.

6. The device according to claim 4, characterized in that the end wall of the cylinder is made with the possibility of axial movement.

7. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into rotational motion of the crankshaft includes swinging rockers, articulated by connecting rods with the crankshaft and provided with eccentric bearings in the crankcase.

8. The device according to claims 4 or 5 and 6, characterized in that the engine is equipped with a control mechanism for the bypass and shut-off valves, including a camshaft with cams of variable profile installed with the possibility of their movement along it, while the camshaft is connected to the crankshaft drive mechanism motor shaft and with a mechanism for changing the degree of compression and engine power.

9. The device according to claims 4 or 5-7, characterized in that the cranks of the connecting rods associated with the rocking arms of the pistons are offset by an angle, for example, 12-20 °.