RU2414619C2

RU2414619C2 - Operating method of internal combustion engine - irek

Info

Publication number: RU2414619C2
Application number: RU2008117078/06A
Authority: RU
Inventors: Ривенер Мусавирович Габдуллин (RU); Ривенер Мусавирович Габдуллин
Original assignee: Ривенер Мусавирович Габдуллин
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2008-05-04
Publication date: 2011-03-20
Also published as: RU2008117078A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: in operating method of internal combustion engine when volume of combustion chamber is enlarged, the supply of fuel and compressed air to combustion chamber is controlled with the closing moment of inlet shutoff element with further ignition of air-and-fuel mixture, thus changing the ratio of combustion chamber volume to working volume, which leads to interruption of suction stroke and its switching to working stroke. Compressed air is supplied to the engine from the receiver to which the air is pumped with compressor or from external source, where it is maintained above compression pressure through variator. Fuel is supplied through carburettor or an injector. In piston engine all the processes of the same cycle are performed in one combustion chamber per one turn of the engine shaft. In rotary engine the processes of two adjacent cycles are performed in two cavities of one combustion chamber per one turn of the engine shaft.

EFFECT: improving engine efficiency, enlarging the possibilities of control of the engine characteristics, and increasing its specific power.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к роторным и поршневым двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to engine building, namely to rotary and piston internal combustion engines.

Известен способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2044139 от 23.04.1991), включающий предварительное сжатие воздуха, впуск его в камеру сгорания, подачу в камеру сгорания топлива с образованием топливно-воздушной смеси, ее сжигание и последующее расширение. При подаче в камеру сгорания топлива его расход регулируют. Предварительное сжатие воздуха производят до рабочего давления вне камеры сгорания, воздух впускают в камеру сгорания непрерывно, подачу топлива в камеру сгорания осуществляют во время расширения, а одновременно с регулированием расхода топлива регулируют расход воздуха.A known method of operation of a rotary internal combustion engine (RF patent No. 2044139 from 04/23/1991), including pre-compression of air, its inlet into the combustion chamber, supplying fuel to the combustion chamber with the formation of the fuel-air mixture, its combustion and subsequent expansion. When supplying fuel to the combustion chamber, its flow rate is regulated. Pre-compression of the air is carried out to a working pressure outside the combustion chamber, air is introduced into the combustion chamber continuously, the fuel is supplied to the combustion chamber during expansion, and simultaneously with the regulation of fuel consumption, the air flow is regulated.

Известное техническое решение обладает рядом недостатков:Known technical solution has several disadvantages:

- невозможность управления продолжительностью процессов в работе двигателя;- the inability to control the duration of the processes in the engine;

- зависимость двигателя от внешнего источника сжатого воздуха;- dependence of the engine on an external source of compressed air;

- продувка «мертвого» объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания для предотвращения смешения остатков отработанных газов со следующей порцией топливно-воздушной смеси осуществляется нерегулируемой порцией воздуха, что снижает КПД двигателя;- purging the "dead" volume of the combustion chamber of an internal combustion engine to prevent mixing of residual exhaust gases with the next portion of the air-fuel mixture is carried out by an unregulated portion of air, which reduces the efficiency of the engine;

- регулирование осуществляется только путем дросселирования или изменения состава топливно-воздушной смеси.- regulation is carried out only by throttling or changing the composition of the fuel-air mixture.

- в двигателе для воспламенения топливно-воздушной смеси применена ненадежная спираль зажигания.- An unreliable ignition coil is used in the engine to ignite the air-fuel mixture.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД двигателя за счет отсутствия продувки двигателя, снижение до минимума «мертвого» объема двигателя, расширение возможностей регулирования характеристик двигателя, а также повышение его удельной мощности.The technical result of the invention is to increase engine efficiency due to the lack of engine purging, minimizing the “dead” engine volume, expanding the ability to control engine performance, and increasing its specific power.

Поставленная задача достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, работающего с предварительным сжатием воздуха вне камеры сгорания, раздельной его подачей и топлива в камеру сгорания, сжигания топливно-воздушной смеси в камере сгорания и расширения продуктов сгорания в объемной машине, согласно изобретению продолжительность подачи воздуха в камеру сгорания регулируют закрытием впускного запорного органа, установленного на входе в камеру сгорания, регулируя таким образом в зависимости от выбора режима работы двигателя соотношение величины объема камеры сгорания на момент начала сжигания и величины рабочего объема расширительной машины.The problem is achieved in that in the method of operation of an internal combustion engine operating with preliminary compression of air outside the combustion chamber, its separate supply and fuel to the combustion chamber, burning the air-fuel mixture in the combustion chamber and expanding the combustion products in a volumetric machine, according to the invention, the duration the air supply to the combustion chamber is regulated by closing the intake shut-off element installed at the entrance to the combustion chamber, thereby controlling depending on the choice of operating mode engine, the ratio of the volume of the combustion chamber at the time of the start of combustion and the working volume of the expansion machine.

При этом такт впуска топливно-воздушной смеси в камеру сгорания прерывают и переводят в такт рабочего хода путем закрытия впускного запорного органа с последующим воспламенением топливно-воздушной смеси.In this case, the intake stroke of the fuel-air mixture into the combustion chamber is interrupted and transferred to the stroke of the working stroke by closing the intake shut-off element, followed by ignition of the fuel-air mixture.

Воздух в ресивере сжимают до давления, величина которого выше, чем степень сжатия расширительной машины для используемого топлива.The air in the receiver is compressed to a pressure whose value is higher than the compression ratio of the expansion machine for the fuel used.

Топливо подают в расширительную машину посредством карбюратора. Как другой вариант, топливо впрыскивают в расширительную машину форсункой.Fuel is fed into the expansion machine through a carburetor. Alternatively, fuel is injected into the expansion machine with a nozzle.

Топливно-воздушную смесь принудительно воспламеняют после закрытия входного запорного органа.The fuel-air mixture is forced to ignite after closing the inlet shut-off element.

В предлагаемом способе объем рабочего хода расширительной машины определяют как объем, заключенный между положением рабочего органа в момент воспламенения топливно-воздушной смеси и положением рабочего органа в момент начала выпуска отработанных газов.In the proposed method, the volume of the working stroke of the expansion machine is defined as the volume enclosed between the position of the working body at the moment of ignition of the fuel-air mixture and the position of the working body at the time the exhaust gas starts.

В поршневом варианте расширительной машины создают единый объем камеры сгорания, в котором процессы образования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и рабочего хода осуществляют последовательно в увеличивающемся объеме камеры сгорания, а процесс выпуска отработанных газов осуществляют из уменьшающегося объема камеры сгорания.In the piston version of the expansion machine, a single volume of the combustion chamber is created, in which the processes of formation of the fuel-air mixture, its ignition and stroke are carried out sequentially in the increasing volume of the combustion chamber, and the exhaust gas process is carried out from the decreasing volume of the combustion chamber.

А в роторном варианте расширительной машины камеру сгорания разделяют подвижным рабочим органом на две переменные по объемам камеры, причем процессы образования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и рабочего хода осуществляют последовательно в увеличивающемся объеме камеры сгорания двигателя и, одновременно, осуществляют процесс выпуска отработанных газов от предыдущего цикла из уменьшающегося объема камеры сгорания.And in the rotary version of the expansion machine, the combustion chamber is divided by a movable working body into two variables according to the volume of the chamber, and the processes of formation of the fuel-air mixture, its ignition and stroke are carried out sequentially in the increasing volume of the combustion chamber of the engine and, at the same time, carry out the process of exhaust gas from previous cycle from the decreasing volume of the combustion chamber.

Давление воздуха в ресивере регулируют или поддерживают на заданной величине за счет выполнения кинематической связи вала двигателя с валом компрессора в виде передачи с изменяемым передаточным отношением.The air pressure in the receiver is regulated or maintained at a predetermined value due to the kinematic connection of the engine shaft with the compressor shaft in the form of a transmission with a variable gear ratio.

Как другой вариант, давление воздуха в ресивере регулируют или поддерживают на заданной величине за счет привода компрессора электродвигателем с регулируемыми характеристиками.As another option, the air pressure in the receiver is regulated or maintained at a predetermined value due to the compressor drive with an electric motor with adjustable characteristics.

Как альтернатива, сжатый воздух используют от внешнего источника.Alternatively, compressed air is used from an external source.

Как в поршневом, так и роторном вариантах полный цикл работы расширительной машины осуществляют за один оборот вала двигателя.Both in piston and rotary versions, the full cycle of the expansion machine is carried out in one revolution of the motor shaft.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом: в начале расширения в камеру сгорания подают топливо, например, через форсунку или карбюратор, а сжатый воздух из ресивера через входной запорный орган. За счет передачи с изменяемым передаточным отношением между двигателем и компрессором давление сжатого воздуха в ресивере поддерживают выше степени сжатия, чтобы сжатый воздух, поступающий в камеру сгорания, перед рабочим ходом, имел бы давление, соответствующее степени сжатия двигателя для заданного режима двигателя. Топливо, смешиваясь со сжатым воздухом, образует в камере сгорания топливно-воздушную смесь. При достижении заданного объема, давления и топливно-воздушного соотношения для заданного режима работы двигателя входной запорный орган закрывают, процесс приготовления топливно-воздушной смеси прекращают, а саму смесь принудительно воспламеняют, например, свечой зажигания. Образовавшееся повышенное давление горящих газов воздействует на подвижный рабочий орган и совершает процесс рабочего хода до максимального расширения объема камеры сгорания. Затем, уменьшая объем камеры сгорания, выпускают из него отработанные газы. Таким образом, за один полный оборот вала двигателя (поршневого или роторного) происходит полный цикл. Изменяя продолжительность открытия входного запорного органа для поступающего в камеру сгорания сжатого воздуха с одновременным регулированием расхода топлива в диапазоне расширения объема камеры сгорания, можно изменять соответственно эффективный объем рабочей смеси и объем рабочего хода, что, в свою очередь, позволит устанавливать режим работы двигателя (холостой ход, экономичный, крейсерский, форсированный и т.д.) в зависимости от заданного режима работы двигателя на текущий момент. Кроме того, при холостом ходе и на малых нагрузках за счет привода компрессора через вариатор или электродвигатель с изменяемыми характеристиками давление топливно-воздушной смеси в камере сгорания можно держать на минимальной степени сжатия, и, следовательно, скорость вращения вала двигателя на холостом ходу и на малых нагрузках будет меньше, чем в существующих двигателях внутреннего сгорания. Учитывая, что топливо подают в расширяющуюся в камеру сгорания, то можно использовать топливо с низким октановым числом, а воздух с увеличенной степенью сжатия, не опасаясь детонации. Кроме того, топливо, попадая в поступающую в камеру сгорания струю сжатого воздуха, имеющую за счет большего перепада давления, чем в обычных ДВС, более высокую скорость течения, позволяет лучше распылять и распределять топливо в камере сгорания и охлаждать камеру сгорания. При наличии независимого внешнего источника сжатого воздуха с соответствующим расходом и давлением можно исключить из компоновки двигателя компрессор и вариатор, подавая сжатый воздух непосредственно в ресивер.The method of operation of the internal combustion engine is as follows: at the beginning of the expansion, fuel is supplied to the combustion chamber, for example, through a nozzle or carburetor, and compressed air from the receiver through the inlet shut-off element. Due to the transmission with a variable gear ratio between the engine and the compressor, the pressure of the compressed air in the receiver is maintained above the compression ratio so that the compressed air entering the combustion chamber before the stroke has a pressure corresponding to the compression ratio of the engine for a given engine mode. Fuel, mixed with compressed air, forms a fuel-air mixture in the combustion chamber. Upon reaching a predetermined volume, pressure and fuel-air ratio for a given engine operating mode, the inlet shut-off element is closed, the process of preparing the fuel-air mixture is stopped, and the mixture itself is forced to ignite, for example, with a spark plug. The resulting increased pressure of the burning gases acts on the movable working body and performs the process of working stroke to the maximum expansion of the volume of the combustion chamber. Then, reducing the volume of the combustion chamber, exhaust gases are released from it. Thus, for one full revolution of the motor shaft (piston or rotary), a complete cycle occurs. By changing the opening time of the input shut-off element for the compressed air entering the combustion chamber while simultaneously controlling the fuel consumption in the expansion range of the combustion chamber volume, it is possible to change the effective volume of the working mixture and the volume of the working stroke, which, in turn, will allow you to set the engine operating mode (idle travel, economical, cruising, forced, etc.), depending on the specified engine operating mode at the moment. In addition, at idle and at low loads due to the compressor drive through a variator or an electric motor with variable characteristics, the pressure of the fuel-air mixture in the combustion chamber can be kept at a minimum compression ratio, and therefore, the speed of rotation of the engine shaft at idle and at low loads will be less than in existing internal combustion engines. Given that the fuel is fed into an expanding combustion chamber, it is possible to use fuel with a low octane rating and air with an increased compression ratio without fear of detonation. In addition, the fuel entering the stream of compressed air entering the combustion chamber, which, due to the greater pressure drop than in conventional ICEs, has a higher flow rate, makes it possible to better spray and distribute the fuel in the combustion chamber and cool the combustion chamber. If there is an independent external source of compressed air with the corresponding flow rate and pressure, the compressor and the variator can be excluded from the engine layout by supplying compressed air directly to the receiver.

Описываемый способ может быть реализован в роторном двигателе внутреннего сгорания, разделенном на три функциональные камеры: постоянная по объему камера для сжатого воздуха в виде ресивера, переменные по объемам камера сгорания и камера выпуска отработанного газа. Двигатель содержит корпус статора 1 с профилированной внутренней поверхностью, соприкасающейся в точке «А» с вращающейся цилиндрической поверхностью ротора 2, в котором подвижно установлена разделительная лопатка 3, постоянно поджатая торцом к внутренней поверхности статора 1 пружиной 4. На корпусе статора 1 между ресивером 5 и камерой сгорания 6, образованной тыльной стороной вращающейся рабочей лопатки 3, наружной поверхностью ротора 2 и внутренней поверхностью статора 1, находится впускной запорный орган 7. Входной запорный орган 7, топливная форсунка 8 и свеча зажигания 9 располагаются в максимальной близости от начала образования камеры сгорания 6. На одном валу 10 с осью О-О ротора 2 находится вариатор 11, приводящий в действие воздушный компрессор 12, соединенный с ресивером 5, через обратный клапан 13. На валу ротора 2 установлен датчик положения вала двигателя 14, а в ресивере датчик давления 15, которые передают информацию в узел управления 16, управляющий подачей топлива форсункой 8, продолжительностью открытия входного запорного органа 7, моментом подачи высокого напряжения на свечу зажигания 9 и передаточным отношением вариатора 11. В конце выпускной камеры 17, образованной передней стороной вращающейся рабочей лопатки 3, наружной поверхностью ротора 2 и внутренней поверхностью статора 1, имеется выпускное окно 18. В точке «А» имеется смазывающее и уплотнительное устройство 19. На торце рабочей лопатки 3 установлено уплотняющее устройство 20.The described method can be implemented in a rotary internal combustion engine, divided into three functional chambers: a constant-volume chamber for compressed air in the form of a receiver, a volume-variable combustion chamber and an exhaust gas chamber. The motor comprises a stator housing 1 with a profiled inner surface in contact at point “A” with a rotating cylindrical surface of the rotor 2, in which a separating blade 3 is movably mounted, end-to-end being pressed against the inner surface of the stator 1 by a spring 4. On the stator housing 1 between the receiver 5 and the combustion chamber 6, formed by the back side of the rotating working blade 3, the outer surface of the rotor 2 and the inner surface of the stator 1, is an inlet shutter 7. Inlet shutter 7, fuel the main nozzle 8 and the spark plug 9 are located as close as possible to the beginning of the formation of the combustion chamber 6. On one shaft 10 with the axis О-О of the rotor 2 there is a variator 11, which drives the air compressor 12 connected to the receiver 5 through a non-return valve 13. A sensor for the position of the motor shaft 14 is installed on the rotor shaft 2, and a pressure sensor 15 is installed in the receiver, which transmits information to the control unit 16, which controls the fuel supply to the nozzle 8, the duration of the opening of the input shut-off element 7, and the time of the high voltage supply and the spark plug 9 and the gear ratio of the variator 11. At the end of the exhaust chamber 17, formed by the front side of the rotating working blade 3, the outer surface of the rotor 2 and the inner surface of the stator 1, there is an exhaust window 18. At point "A" there is a lubricating and sealing device 19 A sealing device 20 is installed at the end of the working blade 3.

Роторный двигатель внутреннего сгорания по предлагаемому способу работает следующим образом. При вращении ротора 2 по часовой стрелке от точки «А» начинается подача топлива через форсунку 7 в расширяющуюся камеру сгорания 6 и при достижении рабочей лопаткой 3 угла α (Фиг.1), т.е. такого наименьшего угла поворота рабочей лопатки 3, при котором впускной запорный орган 7 уже находится за тыльной стороной рабочей лопатки 3, впускной запорный орган 7 открывается и сжатый компрессором 12 воздух из ресивера 5 перепускается в расширяющуюся камеру сгорания 6 и смешивается с топливом, образуя топливно-воздушную смесь. Кроме того, сжатый воздух, попадая в камеру сгорания 6, начинает давить на лопатку 3, совершая работу по расширению объема камеры сгорания. При дальнейшем вращении ротора 2 и достижении рабочей лопаткой 3 угла β (Фиг.2), т.е. такого наименьшего угла поворота рабочей лопатки 3, когда объем воздуха и топлива, их соотношение, в камере сгорания 6 соответствовало на момент воспламенения топливно-воздушной смеси давлению для заданного режима работы двигателя, впускной запорный орган 7 закрывается и подается высокое напряжение на свечу зажигания 9, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере сгорания 6, и высокое давление горящих газов начинает давить на рабочую лопатку 3 и заставляет вращаться ротор 2. Одновременно, по мере вращения ротора 2, рабочая лопатка 3 выталкивает из выпускной камеры 17 через выпускное окно 18 отработанные газы от предыдущего цикла (Фиг.3). Ротор 2 через вариатор 11 передает крутящий момент компрессору 12. Узел управления 16 по показаниям датчика давления 15 и датчика положения вала двигателя 14 автоматически регулирует передаточное отношение скоростей вращения валов ротора 3 и компрессора 12 посредством вариатора 11. При прохождении рабочей лопаткой 3 выпускного окна 18 начинается выпуск через него продуктов сгорания из камеры сгорания 6, и завершается их выпуск из выпускной камеры 17 от предыдущего цикла. При достижении лопаткой 3 исходной точки «А», что соответствует одному обороту вала двигателя, завершается полный цикл и начинается следующий.The rotary internal combustion engine according to the proposed method works as follows. When the rotor 2 is rotated clockwise from point “A”, fuel supply starts through the nozzle 7 to the expanding combustion chamber 6 and when the working blade 3 reaches angle α (Fig. 1), i.e. the smallest angle of rotation of the working blade 3, at which the inlet shutter 7 is already behind the back of the working bladder 3, the inlet shutter 7 is opened and compressed air from the receiver 12 is transferred from the receiver 5 to the expanding combustion chamber 6 and mixed with the fuel, forming a fuel air mixture. In addition, compressed air, falling into the combustion chamber 6, begins to put pressure on the blade 3, doing the work to expand the volume of the combustion chamber. With further rotation of the rotor 2 and reaching the working blade 3 of the angle β (Figure 2), i.e. of such a smallest angle of rotation of the working blade 3, when the volume of air and fuel, their ratio, in the combustion chamber 6 corresponded to the pressure for a given engine operating mode at the time of ignition of the fuel-air mixture, the inlet shutter 7 closes and a high voltage is supplied to the spark plug 9, which ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 6, and the high pressure of the burning gases begins to put pressure on the working blade 3 and makes the rotor 2 rotate. At the same time, as the rotor 2 rotates, the working blade 3 ejects from the outlet chamber 17 through outlet port 18, exhaust gases from the previous cycle (Figure 3). The rotor 2 through the variator 11 transmits torque to the compressor 12. The control unit 16 according to the pressure sensor 15 and the position sensor of the motor shaft 14 automatically adjusts the gear ratio of the rotational speeds of the shafts of the rotor 3 and the compressor 12 by means of the variator 11. When passing the working blade 3 of the exhaust window 18 begins the release through it of combustion products from the combustion chamber 6, and their release from the exhaust chamber 17 from the previous cycle is completed. When the blade 3 reaches the starting point "A", which corresponds to one revolution of the motor shaft, the full cycle ends and the next begins.

Впускной запорный орган 7 может быть любого типа и приводиться в действие механически, пневматически, электрически или любым другим способом (привод входного запорного органа на чертежах не показан) через узел управления 16. За счет применения регулируемого, через узел управления 16, вариатора 11, передающего вращение от ротора 2 к компрессору 12, давление воздуха в ресивере 5 регулируется таким образом, чтобы в момент закрытия входного запорного органа 7 и подачи высокого напряжения на свечу зажигания 9 сжатый воздух имел оптимальное расчетное давление для заданного объема камеры сгорания 6, сорта топлива и его количества для достижения заданного режима работы двигателя.The inlet shutter 7 can be of any type and can be actuated mechanically, pneumatically, electrically or in any other way (the drive of the inlet shutter is not shown in the drawings) through the control unit 16. Due to the use of an adjustable, through the control unit 16, the variator 11 transmitting rotation from the rotor 2 to the compressor 12, the air pressure in the receiver 5 is regulated so that when the input shut-off element 7 is closed and high voltage is supplied to the spark plug 9, the compressed air has an optimal design pressure for a given volume of the combustion chamber 6, the type of fuel and its quantity to achieve a given engine operating mode.

Кроме того, подача воздуха и топлива в расширяющийся объем позволяет использовать большее давление (в других двигателях внутреннего сгорания - степень сжатия) топливно-воздушной смеси с дешевым низкооктановым топливом. Регулировка продолжительности открытия впускного запорного органа 7 позволяет легко менять отношение объема камеры сгорания 6 к объему рабочего хода и, следовательно, режим работы двигателя от экономного до форсированного, что практически недоступно для других двигателей внутреннего сгорания.In addition, the supply of air and fuel to the expanding volume allows the use of greater pressure (in other internal combustion engines, the compression ratio) of the fuel-air mixture with cheap low-octane fuel. Adjusting the opening time of the intake shutter 7 allows you to easily change the ratio of the volume of the combustion chamber 6 to the volume of the stroke and, therefore, the operating mode of the engine is from economical to forced, which is practically not available for other internal combustion engines.

Учитывая, что сжатый воздух с давлением, превышающим расчетное давление сжатия, подается в разреженный расширяющийся объем, то этого достаточно, чтобы в момент достижения рабочей лопаткой 3 угла β образовать в расширяющейся камере сгорания 6 необходимые для заданного режима работы двигателя объем, давление и качество топливно-воздушной смеси.Considering that compressed air with a pressure exceeding the design compression pressure is supplied to a rarefied expanding volume, this is sufficient to form the volume, pressure and quality of fuel and oil necessary for a given engine operation mode when the working blade 3 reaches angle β -air mixture.

Вышеуказанные возможности предлагаемого роторного двигателя внутреннего сгорания характеризуют его как «мягкий» способ работы, что позволит уменьшить расход топлива, количество ступеней коробки передач, загрязнение окружающей среды, а в целом повысить удельную мощность и КПД двигателя.The above features of the proposed rotary internal combustion engine characterize it as a “soft” way of working, which will reduce fuel consumption, the number of gear stages, environmental pollution, and in general increase the specific power and efficiency of the engine.

На чертежах поперечного сечения показаны основные процессы работы роторного двигателей внутреннего сгорания. Информационные связи от датчиков к узлу управления и исполнительные связи от узла управления к клапанам, форсунке, свече и вариатору, а также направления движения сжатого воздуха, выхлопных газов и направление вращения вала двигателя показаны линиями со стрелками. Исполнительная связь, которая на текущий момент активизирована, отображена на узле управления стрелками. Передача крутящего момента от вала двигателя к компрессору может осуществляться посредством регулируемого вариатора, аналогичного из патента СССР №359857, опубликованного 07.11.1969, патента ФРГ № DE 3801227 А1 от 18.01.1988 или патента США №5117799 от 02.06.1992 (все F02B).The cross-sectional drawings show the basic operation processes of rotary internal combustion engines. Information communications from sensors to the control unit and executive communications from the control unit to valves, nozzle, candle and variator, as well as the direction of movement of compressed air, exhaust gases and the direction of rotation of the motor shaft are shown by arrows. The executive link that is currently activated is displayed on the arrow management site. The transmission of torque from the engine shaft to the compressor can be carried out by means of an adjustable variator similar to USSR patent No. 359857 published on 11/07/1969, FRG patent No. DE 3801227 A1 of 01/18/1988 or US patent No. 5117799 of 02/02/1992 (all F02B).

Описываемый способ может быть реализован в поршневом двигателе, разделенном на две функциональные части: компрессор с ресивером и объемную расширительную машину (фиг.4). Двигатель содержит цилиндр 21, в котором подвижно установлен поршень 22, образующие вместе камеру сгорания 24. Поршень 22 передает возвратно-поступательное движение через кривошипно-шатунный механизм 23 на вал двигателя 25 в виде крутящего момента. На цилиндре 21 находятся впускной запорный орган 27, топливная форсунка 29, свеча зажигания 30 и выпускной запорный орган 28. Вал двигателя 25 передает крутящий момент вариатору 32, приводящий в действие компрессор 31, соединенный с ресивером 33, через обратный клапан 36. Датчик положения вала двигателя 26 и датчик давления 34 передают информацию в узел управления 35, управляющий подачей топлива через форсунку 29, продолжительностью открытия впускного запорного органа 27, моментом подачи высокого напряжения на свечу зажигания 30 и передаточным отношением вариатора 32. Передача крутящего момента от вала двигателя 25 к компрессору 31 может осуществляться посредством вариатора, аналогичного из патента СССР №359857, опубликованного 07.11.1969, патента ФРГ №3801227 от 17.11.1988 и патента США №5117799 от 02.06.1992 (все F02В).The described method can be implemented in a piston engine, divided into two functional parts: a compressor with a receiver and a volumetric expansion machine (figure 4). The engine comprises a cylinder 21, in which the piston 22 is movably mounted, forming together the combustion chamber 24. The piston 22 transmits reciprocating motion through the crank mechanism 23 to the shaft of the engine 25 in the form of torque. On the cylinder 21 are the inlet locking member 27, the fuel injector 29, the spark plug 30 and the exhaust locking member 28. The shaft of the engine 25 transmits torque to the variator 32, driving the compressor 31 connected to the receiver 33, through a check valve 36. The shaft position sensor the engine 26 and the pressure sensor 34 transmit information to the control unit 35, which controls the supply of fuel through the nozzle 29, the duration of the opening of the inlet shut-off element 27, the time of applying high voltage to the spark plug 30 and the gear ratio the variator 32. The transmission of torque from the motor shaft 25 to the compressor 31 can be carried out by means of a variator, similar from USSR patent No. 359857 published on 11/07/1969, FRG patent No. 3801227 of 11/17/1988 and US patent No. 5117799 of 02/02/1992 (all F02B )

На чертежах поперечного сечения двигателя показаны основные процессы работы поршневого двигателя внутреннего сгорания. Информационные связи от датчиков 26 и 34 к узлу управления 35 и исполнительные связи от узла управления 35 к запорным органам 27 и 28, форсунке 29, свече 30 и вариатору 32, а также направления движения сжатого воздуха, выхлопных газов и направление вращения вала двигателя показаны линиями со стрелками. Исполнительная связь, которая на текущий момент активизирована, отображена на узле управления 35 стрелками.In the drawings of the cross section of the engine shows the main processes of the piston internal combustion engine. Information communications from the sensors 26 and 34 to the control unit 35 and executive communications from the control unit 35 to the locking elements 27 and 28, the nozzle 29, the candle 30 and the variator 32, as well as the direction of movement of compressed air, exhaust gases and the direction of rotation of the motor shaft are shown by lines with arrows. Executive communication, which is currently activated, is displayed on the control node 35 arrows.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В начале расширения камеры сгорания 24 (Фиг.4) при движении поршня 22 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке открывается впускной запорный орган 27 и в камеру сгорания 24 из ресивера 33 подается сжатый воздух. Одновременно в камеру сгорания 24 через форсунку 29 подается топливо, которое, смешиваясь с перепускаемым из ресивера 33 сжатым воздухом, вместе образуют топливно-воздушную смесь. При достижении в камере сгорания 24 заданного объема и давления топливно-воздушной смеси для текущего режима работы двигателя и сорта применяемого топлива впускной запорный орган 27 закрывается, процесс приготовления топливно-воздушной смеси завершается, а сама смесь принудительно воспламеняется свечой зажигания 30 (Фиг.5). Образовавшееся повышенное давление от горящих газов в камере сгорания 24 давит на поршень 22 и совершает процесс рабочего хода до максимального расширения объема камеры сгорания 24 и достижением поршнем 22 нижней мертвой точки (Фиг.6). После завершения процесса рабочего хода начинается процесс выпуска отработавших газов через выпускной запорный орган 28 (Фиг.7) путем уменьшения объема камеры сгорания 24 от максимального до минимального за счет движения поршня 22 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке и завершения процесса выпуска отработанных газов. Полный цикл завершается, и начинается новый цикл. Таким образом, за один полный оборот вала двигателя происходит полный цикл, причем при движении поршня от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки происходят последовательно только процессы приготовления топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и рабочего хода, а при движении поршня от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки -только процесс выпуска продуктов сгорания, что минимизирует «мертвый» объем в камере сгорания, имеющийся в существующих двигателях внутреннего сгорания, и позволяет осуществить почти полное очищение камеры сгорания от продуктов сгорания.A piston internal combustion engine operates as follows. At the beginning of the expansion of the combustion chamber 24 (FIG. 4), when the piston 22 moves from the top dead center to the bottom dead center, the inlet shutter 27 opens and compressed air is supplied to the combustion chamber 24 from the receiver 33. At the same time, fuel is supplied to the combustion chamber 24 through the nozzle 29, which, mixed with the compressed air bypassed from the receiver 33, together form a fuel-air mixture. When the specified volume and pressure of the fuel-air mixture in the combustion chamber 24 for the current engine operating mode and the type of fuel used is reached, the intake shut-off element 27 closes, the preparation of the fuel-air mixture is completed, and the mixture itself is forced to ignite by the spark plug 30 (Figure 5) . The resulting increased pressure from the burning gases in the combustion chamber 24 presses on the piston 22 and performs a stroke to maximize the volume of the combustion chamber 24 and the piston 22 reaches bottom dead center (Figure 6). After completion of the working stroke process, the exhaust gas release process through the exhaust shutoff member 28 (Fig. 7) begins by reducing the volume of the combustion chamber 24 from maximum to minimum due to the movement of the piston 22 from the bottom dead center to the top dead center and the completion of the exhaust process. The full cycle ends and a new cycle begins. Thus, for one complete revolution of the engine shaft, a complete cycle occurs, and when the piston moves from top dead center to bottom dead center, only the fuel-air mixture is prepared, its ignition and stroke are sequentially, and when the piston moves from bottom dead center to top dead center - only the process of exhausting combustion products, which minimizes the "dead" volume in the combustion chamber available in existing internal combustion engines, and allows for almost complete cleaning combustion chambers from combustion products.

Работа клапанов 27 и 28, топливной форсунки 29, свечи зажигания 30 и вариатора 32 осуществляется через узел управления 35, причем привод запорных органов 27 и 28 и регулировка работы вариатора 32 может осуществляться любым способом (механическим, электрическим и т.д.). Информация о давлении воздуха в ресивере 33 и расположении поршня 22 в цилиндре 21 поступает соответственно с датчика давления 34 и датчика положения вала двигателя 26 в узел управления 35. Учитывая, что сжатый воздух подается в камеру сгорания 24 через впускной запорный орган 27 в начале движения поршня 22 от верхней мертвой точки, когда линейная скорость поршня минимальна, а также, что сжатый воздух и топливо подаются в разреженный расширяющийся объем, то этого времени достаточно, при малых начальных скоростях движения поршня 22 и при относительно малом прохождении поршня 22 от верхней мертвой точки, образовать в расширяющейся камере сгорания 24 необходимые объем и давление топливно-воздушной смеси, которая после воспламенения свечой зажигания 30 совершит работу по дальнейшему движению поршня 22 от положения в момент воспламенения топливно-воздушной смеси до нижней мертвой точки. Кроме того, сжатый воздух, попадая в камеру сгорания, начинает давить на поршень 22, совершая работу по расширению объема камеры сгорания, до воспламенения топливно-воздушной смеси. Момент, когда закрывается впускной запорный орган 27 при угле γ поворота вала двигателя 25 и подается высокое напряжение на свечу зажигания 30 с последующим воспламенением топливно-воздушной смеси, является регулируемой величиной для получения заданного режима работы двигателя на текущий момент: мощность, крутящий момент, количество оборотов вала двигателя и режим работы (экономичный, крейсерский, форсированный и т.д.), достигаемые регулировкой моментов закрытия впускного клапана 27 с последующей подачей высокого напряжения на свечу зажигания 30, что практически недоступно для существующих двигателей внутреннего сгорания.The operation of the valves 27 and 28, the fuel injector 29, the spark plug 30 and the variator 32 is carried out through the control unit 35, and the drive of the locking elements 27 and 28 and the adjustment of the variator 32 can be carried out in any way (mechanical, electrical, etc.). Information about the air pressure in the receiver 33 and the location of the piston 22 in the cylinder 21 is received respectively from the pressure sensor 34 and the position sensor of the engine shaft 26 to the control unit 35. Given that the compressed air is supplied to the combustion chamber 24 through the inlet shut-off element 27 at the beginning of the movement of the piston 22 from the top dead center, when the linear velocity of the piston is minimal, and also that compressed air and fuel are supplied to a rarefied expanding volume, this time is sufficient for small initial velocities of the piston 22 and for relatively small passage of the piston 22 from the top dead center, to form in the expanding combustion chamber 24 the necessary volume and pressure of the fuel-air mixture, which after ignition by the spark plug 30 will perform work on further movement of the piston 22 from the position at the time of ignition of the fuel-air mixture to the bottom dead center . In addition, compressed air entering the combustion chamber begins to put pressure on the piston 22, doing the job of expanding the volume of the combustion chamber, until the fuel-air mixture ignites. The moment when the inlet shutter 27 is closed at an angle γ of rotation of the engine shaft 25 and a high voltage is supplied to the spark plug 30 with the subsequent ignition of the fuel-air mixture is an adjustable value to obtain a given engine operating mode at the current moment: power, torque, quantity engine speed and operating mode (economical, cruising, forced, etc.) achieved by adjusting the closing moments of the intake valve 27 with the subsequent supply of high voltage to the spark plug Nia 30, which is practically inaccessible to existing internal combustion engines.

Возможность регулирования степени сжатия топливно-воздушной смеси и большая доля продолжительности рабочего хода, доходящая до 75% и более от полного цикла для роторного двигателя и до 45% для поршневого двигателя, по сравнению с максимальной долей в 25% в обычном четырехтактном двигателе внутреннего сгорания позволяет производить более легкий запуск двигателя и увеличивает его удельную мощность. Кроме того, возможности регулирования как степени сжатия, так и объема камеры сгорания позволяют расширить технические характеристики двигателя внутреннего сгорания. Возможно изготовление компрессорного и рабочего блоков из различных материалов, а также применение одного общего компрессорно-ресиверного блока для нескольких рабочих блоков и наоборот. «Мертвый» объем камеры сгорания поршневого и роторного двигателей минимален, что позволяет осуществлять практически полное освобождение рабочей камеры от продуктов сгорания во время процесса выпуска. Все внутренние поверхности роторного двигателя являются самоочищающимися, а наличие впускного и выпускного окон вместо клапанов упрощает конструкцию и смягчает работу роторного двигателя.The ability to control the compression ratio of the fuel-air mixture and a large proportion of the duration of the stroke, reaching up to 75% or more of the full cycle for a rotary engine and up to 45% for a piston engine, compared with a maximum proportion of 25% in a conventional four-stroke internal combustion engine allows make engine easier to start and increase its power density. In addition, the ability to control both the compression ratio and the volume of the combustion chamber allows you to expand the technical characteristics of the internal combustion engine. It is possible to manufacture compressor and work units from various materials, as well as use one common compressor and receiver unit for several work units and vice versa. The "dead" volume of the combustion chamber of piston and rotary engines is minimal, which allows for almost complete release of the working chamber from the combustion products during the exhaust process. All internal surfaces of the rotary engine are self-cleaning, and the presence of the inlet and outlet windows instead of valves simplifies the design and softens the operation of the rotary engine.

При низких температурах двигатель можно завести и прогреть от отдельного топливного бачка с легковоспламеняемым топливом, а после прогрева перейти на основное топливо.At low temperatures, the engine can be started and warmed up from a separate fuel tank with flammable fuel, and after warming up, switch to the main fuel.

Двигатель может работать на газовом топливе. Наличие отдельного компрессора с ресивером предоставляет ряд удобств на автомобиле - подкачка шин, пневмодомкрат, пневмоусилители тормозов и рулевого управления, пневмолебедка и т.д.The engine can run on gas fuel. The presence of a separate compressor with a receiver provides a number of amenities on the car - tire inflation, air jacks, air brakes and steering, pneumatic winch, etc.

Claims

1. The method of operation of the internal combustion engine by pre-compressing the air outside the combustion chamber, its separate supply and fuel to the combustion chamber, burning the air-fuel mixture in the combustion chamber and expanding the combustion products in a volumetric machine, characterized in that the duration of the air supply to the combustion chamber regulate by closing the intake shut-off element installed at the entrance to the combustion chamber, thus adjusting the ratio of the volume of the combustion chamber depending on the choice of engine operation mode tions at the start of combustion to the value of the displacement volume of the expansion engine.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cycle of the intake of the fuel-air mixture into the combustion chamber is interrupted and transferred to the cycle of the working stroke by closing the intake shut-off member, followed by ignition of the fuel-air mixture.

3. The method according to claim 1, characterized in that the air in the receiver is compressed to a pressure whose value is higher than the compression ratio of the expansion machine for the fuel used.

4. The method according to claim 1, characterized in that the fuel is fed into the expansion machine by means of a carburetor.

5. The method according to claim 1, characterized in that the fuel is injected into the expansion machine with a nozzle.

6. The method according to claim 1, characterized in that the air-fuel mixture in the expansion machine is forced to ignite after closing the input shut-off element.

7. The method according to claim 1, characterized in that the volume of the working stroke of the expansion machine is defined as the volume enclosed between the position of the working body at the moment of ignition of the fuel-air mixture and the position of the working body at the time of the start of exhaust gas production.

8. The method according to claim 1, characterized in that in the expansion machine in the form of a piston engine create a single volume of the combustion chamber, in which the processes of formation of the fuel-air mixture, its ignition and working stroke are carried out sequentially in the increasing volume of the combustion chamber, and the exhaust process exhaust gases are carried out from the decreasing volume of the combustion chamber.

9. The method according to claim 1, characterized in that in the expansion machine in the form of a rotary engine, the combustion chamber is divided by a movable working body into two variables according to the volume of the chamber, and the processes of formation of the fuel-air mixture, its ignition and working stroke are carried out sequentially in an increasing volume the combustion chamber of the engine, and at the same time carry out the process of exhaust gas from the previous cycle from the decreasing volume of the combustion chamber.

10. The method according to claim 1, characterized in that the air pressure in the receiver is regulated or maintained at a predetermined value due to the kinematic connection of the shaft of the expansion machine with the compressor shaft in the form of a transmission with a variable gear ratio.

11. The method according to claim 1, characterized in that the air pressure in the receiver is controlled or maintained at a predetermined value due to the compressor drive with an electric motor with adjustable characteristics.

12. The method according to claim 1, characterized in that the compressed air is used from an external source.

13. The method according to claim 1, characterized in that the full cycle of the expansion machine is carried out in one revolution of the motor shaft.