RU2485334C1

RU2485334C1 - Method of operating internal combustion engine

Info

Publication number: RU2485334C1
Application number: RU2011149349/06A
Authority: RU
Inventors: Ривенер Мусавирович Габдуллин
Original assignee: Ривенер Мусавирович Габдуллин
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-20
Also published as: RU2011149349A; WO2013105876A3; WO2013105876A2

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: at mean and maximum loads, air is forced into combustion chamber by compressor while, at low loads and idling, compressor drive is disengaged from engine shaft while air is fed into combustion chamber by pressure difference created between atmosphere and combustion chamber. Compressed air temperature and pressure and compressor operating mode are controlled by varying the gear ratio between engine shaft and compressor drive with the help of stepless variator. Compressor drive is engaged additionally with vehicle transmission drive with the help of controlled coupling while, at low loads, compressor drive coupling is kept engaged. Air fed into combustion chamber is additionally compressed in compressor driven by combustion chamber energy.

EFFECT: use of low-octane-rating fuel, decreased maximum output and torque at maximum rpm.

7 cl, 12 dwg

Description

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

Известен способ воспламенения в двигателе внутреннего сгорания (патент США №6655327 от 02.12.2003), для осуществления которого предлагается двигатель, в котором имеются промежуточные верхняя и нижняя мертвые точки, в которых направление движения поршня изменяется. Подаваемый в двигатель воздух сжат до определенного давления и подается в камеру сгорания с топливом или без него в течение части рабочего хода, определенный требуемым моментом на различных скоростях двигателя, когда поршень находится до или после ВМТ и воспламенение топлива подаваемым воздухом в течение рабочего хода.A known method of ignition in an internal combustion engine (US patent No. 6655327 dated 12/02/2003), for which an engine is proposed in which there are intermediate upper and lower dead points in which the direction of movement of the piston changes. The air supplied to the engine is compressed to a certain pressure and is supplied to the combustion chamber with or without fuel during a part of the stroke determined by the required moment at various engine speeds when the piston is located before or after TDC and the fuel is ignited by the supplied air during the stroke.

Это техническое решение обладает рядом недостатков, а именно:This technical solution has several disadvantages, namely:

- компрессор и двигатель находятся на одном валу, что делает невозможным регулировку работы компрессора в соответствии с требуемой степенью сжатия топливно-воздушной смеси;- the compressor and engine are on the same shaft, which makes it impossible to adjust the compressor in accordance with the required compression ratio of the fuel-air mixture;

- применение двух компрессоров последовательно, производительность которых полностью зависит от режима работы двигателя, что создает трудности с обеспечением высокого давления сжатого газа на малых скоростях вращения, с одной стороны, а с другой стороны, необходимостью сбрасывать избыток давления на высоких скоростях вращения, что снижает коэффициент полезного действия двигателя;- the use of two compressors in series, the performance of which completely depends on the operating mode of the engine, which makes it difficult to ensure high pressure of compressed gas at low speeds, on the one hand, and on the other hand, the need to relieve excess pressure at high speeds, which reduces the coefficient engine efficiency;

- точка воспламенения зависит от режима работы двигателя и имеет существенные ограничения при больших нагрузках и малых оборотах;- the flash point depends on the engine operating mode and has significant limitations at high loads and low speeds;

- дизельный вариант двигателя не будет работать, т.к. воспламенить впрыскиваемое топливо в охлажденный (например, как предлагается водой) воздух невозможно.- the diesel engine will not work, because it is impossible to ignite the injected fuel in chilled (for example, as suggested by water).

Известен двигатель внутреннего сгорания (патент США №6543225 от 08.04.2003) с четырехтактным циклом, содержащий коленвал и связанный с ним силовой поршень в одном цилиндре и поршень сжатия - во втором цилиндре. За один оборот коленвал силового поршня обеспечивает протекание рабочего такта и такта выпуска, а поршень сжатия за тот же оборот коленвала обеспечивает протекание такта впуска и такта сжатия. Оба цилиндра соединены газовым каналом с впускными и выпускными клапанами, образуя между собой камеру давления, в которой в течение полного четырехтактного цикла посредством впускного и выпускного клапанов поддерживается заданное из условия зажигания давление газа. Ось силового поршня смещена относительно оси коленвала таким образом, что точка максимального давления сгорания воздействует на силовой поршень, совмещая с точкой максимального вращательного момента, приложенного к коленвалу во время рабочего такта.Known internal combustion engine (US patent No. 6543225 from 08.04.2003) with a four-cycle cycle containing a crankshaft and associated power piston in one cylinder and a compression piston in the second cylinder. For one revolution the crankshaft of the power piston ensures the flow of the working cycle and the exhaust stroke, and the compression piston for the same revolution of the crankshaft ensures the flow of the intake stroke and the compression cycle. Both cylinders are connected by a gas channel to the inlet and outlet valves, forming a pressure chamber between them, in which the gas pressure specified from the ignition condition is maintained through the inlet and outlet valves for a full four-stroke cycle. The axis of the power piston is offset relative to the axis of the crankshaft so that the point of maximum combustion pressure acts on the power piston, combining it with the point of maximum torque applied to the crankshaft during the working cycle.

- трудности с обеспечением высокого давления сжатого газа на малых скоростях вращения, с одной стороны, а с другой стороны, необходимостью сбрасывать избыток давления на высоких скоростях вращения, что снижает коэффициент полезного действия двигателя;- difficulties in ensuring high pressure of compressed gas at low speeds of rotation, on the one hand, and on the other hand, the need to relieve excess pressure at high speeds of rotation, which reduces the efficiency of the engine;

- перепуск сжатого заряда из одного цилиндра в другой через газовый канал с впускным и выпускным клапанами резко снижает КПД двигателя на высоких оборотах;- bypassing the compressed charge from one cylinder to another through a gas channel with inlet and outlet valves dramatically reduces engine efficiency at high speeds;

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2414619 от 04.05.2008) с описанием роторного и поршневого вариантов его осуществления и принятый за прототип, с подачей сжатого воздуха в ресивер компрессором, приводимым в действие двигателем через вариатор, причем во время увеличения объема камеры сгорания подачу топлива и сжатого воздуха регулируют моментом закрытия впускного запорного органа с последующим воспламенением топливно-воздушной смеси, изменяя при этом соотношение величины объема камеры сгорания на момент воспламенения к величине рабочего объема двигателя. В обоих вариантах осуществления способа полный цикл работы двигателя внутреннего сгорания происходит за один оборот вала.A known method of operation of an internal combustion engine (RF patent No. 2414619 dated 05/04/2008) with a description of rotary and piston variants of its implementation and adopted as a prototype, with the supply of compressed air to the receiver by a compressor driven by an engine through a variator, and while increasing the volume of the chamber of combustion, the supply of fuel and compressed air is regulated by the moment of closing the intake shut-off element with the subsequent ignition of the fuel-air mixture, while changing the ratio of the volume of the combustion chamber at the time of ignition changes to the size of the engine displacement. In both variants of the method, the complete cycle of the internal combustion engine occurs in one revolution of the shaft.

Известное техническое решение обладает недостатками, а именно:Known technical solution has disadvantages, namely:

- постоянная кинематическая связь вала расширительной машины с валом компрессора на всех режимах работы двигателя;- constant kinematic connection of the shaft of the expansion machine with the compressor shaft at all engine operating modes;

- повышенный расход топлива на холостом ходе и на малых оборотах.- increased fuel consumption at idle and at low speeds.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является снижение удельного расхода топлива на минимальных оборотах и холостом ходе, а также получение максимальной выходной мощности и крутящего момента на максимальных оборотах.The problem to which the present invention is directed, is to reduce specific fuel consumption at minimum revolutions and idling, as well as obtaining maximum output power and torque at maximum revolutions.

Техническим результатом изобретения является возможность работы двигателя без процесса сжатия топливно-воздушной смеси, с применением дешевых низкооктановых видов топлива, на минимальных оборотах и холостом ходе, а также кратное увеличение мощности и крутящего момента с бездетонационной работой двигателя на средних и больших нагрузках.The technical result of the invention is the ability to operate the engine without the compression process of the fuel-air mixture, using cheap low-octane fuels at minimum speed and idle, as well as a multiple increase in power and torque with detonation-free engine operation at medium and high loads.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что путем изменения момента закрытия впускного запорного органа изменяют соотношение величины объема камеры сгорания в момент начала воспламенения в ней топливно-воздушной смеси к величине рабочего объема, отличающийся тем, что на средних и максимальных нагрузках воздух в камеру сгорания подают компрессором, а на режимах холостого хода и малых нагрузок привод компрессора отключают от вала двигателя, а подачу воздуха в камеру сгорания осуществляют путем создания перепада давления между атмосферой и камерой сгорания.The problem is solved, and the technical result is achieved by changing the ratio of the volume of the combustion chamber at the time of ignition of the fuel-air mixture to the volume of the working volume, which differs in that at medium and maximum loads, the air in the combustion chamber is supplied by the compressor, and at idle and low loads, the compressor drive is disconnected from the engine shaft, and air is supplied to the combustion chamber by creating pressure difference between the atmosphere and the combustion chamber.

Поставленная задача достигается также тем, что температуру и давление, подаваемого компрессором сжатого воздуха, регулируют.The task is also achieved by the fact that the temperature and pressure supplied by the compressed air compressor are controlled.

Поставленная задача достигается также тем, что регулируют режим работы компрессора путем изменения передаточного отношения между валом двигателя и приводом компрессора, например, с помощью коробки переключения передач или бесступенчатого вариатора.The task is also achieved by regulating the compressor by changing the gear ratio between the engine shaft and the compressor drive, for example, using a gearbox or a continuously variable variator.

Поставленная задача достигается также тем, что привод компрессора дополнительно связывают с валом трансмиссии автомобиля с помощью управляемой муфты.The task is also achieved by the fact that the compressor drive is additionally connected to the transmission shaft of the vehicle using a controlled clutch.

Поставленная задача достигается также тем, что на малых нагрузках управляемую муфту привода компрессора с валом трансмиссии автомобиля оставляют включенной.The task is also achieved by the fact that at low loads the controlled clutch of the compressor drive with the transmission shaft of the car is left on.

Поставленная задача достигается также тем, что подаваемый в камеру сгорания воздух дополнительно сжимают в компрессоре, приводимом энергией продуктов сгорания.The task is also achieved by the fact that the air supplied to the combustion chamber is additionally compressed in a compressor driven by the energy of the combustion products.

Поставленная задача достигается также тем, что топливно-воздушную смесь приготавливают путем впрыска топлива форсункой в камеру сгорания.The task is also achieved by the fact that the fuel-air mixture is prepared by injecting fuel with a nozzle into the combustion chamber.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.The invention is illustrated using the drawings.

На фиг.1 показана конструкция двигателя, в котором реализуется заявленный способ;Figure 1 shows the design of the engine, which implements the claimed method;

На фиг.2-6 показана последовательность работы двигателя на режимах холостого хода и малых нагрузок;Figure 2-6 shows the sequence of the engine at idle and light loads;

На фиг.7-11 показана последовательность работы двигателя на режимах средних и максимальных нагрузок.7-11 shows the sequence of engine operation at medium and maximum loads.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания для реализации предлагаемого способа разделен на две функциональные части: компрессор и расширительную машину (фиг.1), и содержит цилиндр 1 с крышкой 2, в котором подвижно установлен поршень 3, образующие вместе камеру сгорания 4. Поршень 3 передает возвратно-поступательное движение через кривошипно-шатунный механизм 5 на вал двигателя 6 в виде крутящего момента. На крышке 2 цилиндра 1 находятся нагнетательный впускной запорный орган 7, атмосферный впускной запорный орган 8, свеча зажигания 9 и выпускной запорный орган 10. Вал двигателя 6 передает крутящий момент вариатору 11, приводящему в действие компрессор 12, соединенный посредством воздушной линии 13 с ресивером 14 через обратный клапан 15. Ресивер 14 соединен каналом 16 через впускной запорный орган 7 с камерой сгорания 4. Вал двигателя 6 соединен с валом 17 вариатора 11 посредством управляемой муфты 18, например, фрикционной, гидравлической и т.д. для соединения или разобщения валов 6 и 17. Отработанные газы отводятся из камеры сгорания 4 через выпускной запорный орган 10 и канал выпуска 19. Атмосферный воздух поступает в камеру сгорания 4 по каналу 20 через атмосферный впускной запорный орган 8. В месте поступления атмосферного воздуха в канал 20 могут быть установлены воздушный фильтр и средство наддува (не показаны). Вал 17 вариатора 11 соединен с валом 21 трансмиссии автомобиля посредством управляемой муфты 22, например, фрикционной, гидравлической и т.д. для соединения или разъединения валов 21 и 17. Топливо в цилиндр может подаваться форсункой (не показана). В дополнение к ресиверу 14 может использоваться по крайней мере один дополнительный ресивер (не показан). Давление сжатого воздуха в каждом ресивере отличается друг от друга, а подача воздуха из каждого ресивера по отдельности или вместе зависит от режима работы двигателя. Сжатый воздух перед попаданием в камеру сгорания 4 может охлаждаться, например, при помощи радиатора (не показан).The piston internal combustion engine for implementing the proposed method is divided into two functional parts: a compressor and an expansion machine (Fig. 1), and contains a cylinder 1 with a cover 2, in which the piston 3 is movably mounted, forming together the combustion chamber 4. The piston 3 transmits translational motion through the crank mechanism 5 to the shaft of the engine 6 in the form of torque. On the cover 2 of cylinder 1 are a pressure inlet shut-off element 7, an atmospheric inlet shut-off element 8, a spark plug 9 and an exhaust shut-off element 10. The shaft of the engine 6 transmits torque to the variator 11, which drives the compressor 12, connected via an air line 13 to the receiver 14 through a check valve 15. The receiver 14 is connected by a channel 16 through an intake shutter 7 to a combustion chamber 4. The shaft of the engine 6 is connected to the shaft 17 of the variator 11 by means of a controlled clutch 18, for example, friction, hydraulic, etc. for connecting or disconnecting the shafts 6 and 17. Exhaust gases are discharged from the combustion chamber 4 through the exhaust shut-off element 10 and the exhaust channel 19. Atmospheric air enters the combustion chamber 4 through the channel 20 through an atmospheric inlet shut-off element 8. At the point of atmospheric air entry into the channel 20, an air filter and boost means (not shown) may be installed. The shaft 17 of the variator 11 is connected to the shaft 21 of the vehicle’s transmission by means of a controlled clutch 22, for example, friction, hydraulic, etc. for connecting or disconnecting shafts 21 and 17. Fuel may be supplied to the cylinder by a nozzle (not shown). In addition to the receiver 14, at least one additional receiver (not shown) may be used. The pressure of the compressed air in each receiver is different from each other, and the air supply from each receiver individually or together depends on the operating mode of the engine. Compressed air before entering the combustion chamber 4 can be cooled, for example, using a radiator (not shown).

Способ работы двигателя внутреннего сгорания в режиме холостого хода и на малых нагрузках (фиг.2-6) осуществляется следующим образом. Управляемая муфта 22 отключена и разъединяет вал 6 от вала 21 трансмиссии, а муфта 18 может включаться периодически для наполнения ресивера 14. Приведение в действие запорных органов 7, 8 и 10 свечи зажигания 9, а также направления движения воздуха и выхлопных газов показаны стрелками.The method of operation of the internal combustion engine in idle and at low loads (Fig.2-6) is as follows. The controlled clutch 22 is disconnected and disconnects the shaft 6 from the transmission shaft 21, and the clutch 18 can be switched on periodically to fill the receiver 14. The actuation of the locking elements 7, 8 and 10 of the spark plug 9, as well as the direction of movement of the air and exhaust gases are shown by arrows.

В начале расширения камеры сгорания 4 (фиг.2) при движении поршня 3 от верхней мертвой точки открывается атмосферный впускной запорный орган, и в камеру сгорания 4 из окружающей среды через канал 20 всасывается атмосферный воздух. Компрессор 12 отключен от двигателя управляемой муфтой 18, и воздух поступает в камеру сгорания 4 непосредственно из атмосферы. Одновременно в камеру сгорания 4 через форсунку или карбюратор подается расчетное количество топлива, которое, смешиваясь с атмосферным воздухом, образует в камере сгорания 4 топливно-воздушную смесь. При достижении в камере сгорания 4 заданного объема атмосферный впускной запорный орган 8 закрывается, процесс приготовления топливно-воздушной смеси завершается, а сама смесь принудительно воспламеняется свечой зажигания 9 (фиг.3). Образовавшееся повышенное давление горящих газов в камере сгорания 4 осуществляет процесс рабочего хода, причем давление горящих газов воздействует на движущийся поршень 3 и совершает работу до максимального расширения объема камеры сгорания 4 и достижения поршнем 3 нижней мертвой точки. После достижения поршнем 3 нижней мертвой точки (фиг.4) завершается процесс рабочего хода. При движении поршня 3 от нижней мертвой точки выпускной запорный орган 10 открывается и начинается процесс выпуска отработавших газов через выпускной канал 19 путем уменьшения объема камеры сгорания 4 за счет движения поршня 3 от нижней мертвой точки вверх (фиг.5). После достижения поршнем верхней мертвой точки и завершения процесса выпуска отработанных газов выпускной запорный орган 10 закрывается и открывается атмосферный запорный орган 8 (фиг.6). Полный цикл завершается и начинается новый цикл. Так как в режиме холостого хода и на малых нагрузках двигателя отсутствует процесс сжатия топливно-воздушной смеси, а кинематическая связь с компрессором 12 отключена, то энергия сгорания топливно-воздушной смеси необходима только на преодоление сил трения движущихся частей двигателя, что уменьшает расход топлива на холостом ходу и на малых оборотах. Изменяя продолжительность открытия входного запорного органа 8 для поступающего в камеру сгорания 4 атмосферного воздуха с одновременным регулированием расхода топлива в диапазоне расширения объема камеры сгорания, можно изменять, соответственно, объем топливно-воздушной смеси и объем рабочего хода. Учитывая, что топливо подают в расширяющуюся в камеру сгорания, а воздух поступает из атмосферы, то можно применять низкосортное дешевое топливо с низким октановым числом без детонационной работы двигателя. При наличии турбонаддува, также можно увеличить мощность двигателя.At the beginning of the expansion of the combustion chamber 4 (Fig. 2), when the piston 3 moves from the top dead center, an atmospheric inlet shut-off element opens, and atmospheric air is sucked into the combustion chamber 4 from the environment through the channel 20. The compressor 12 is disconnected from the engine by a controlled clutch 18, and air enters the combustion chamber 4 directly from the atmosphere. At the same time, the calculated amount of fuel is supplied to the combustion chamber 4 through a nozzle or carburetor, which, mixed with atmospheric air, forms a fuel-air mixture in the combustion chamber 4. When reaching the predetermined volume in the combustion chamber 4, the atmospheric inlet shut-off element 8 closes, the process of preparing the fuel-air mixture is completed, and the mixture itself is forcibly ignited by the spark plug 9 (Fig. 3). The resulting increased pressure of the burning gases in the combustion chamber 4 carries out the process of stroke, and the pressure of the burning gases acts on the moving piston 3 and performs work to the maximum expansion of the volume of the combustion chamber 4 and the piston 3 reaches bottom dead center. After reaching the piston 3 bottom dead center (figure 4), the process of the stroke. When the piston 3 moves from the bottom dead center, the exhaust shut-off element 10 opens and the process of exhaust gas discharge through the exhaust channel 19 begins by reducing the volume of the combustion chamber 4 due to the movement of the piston 3 from the bottom dead center up (Fig. 5). After reaching the top dead center by the piston and completing the exhaust process, the exhaust shutoff member 10 closes and the atmospheric shutoff member 8 opens (FIG. 6). The full cycle ends and a new cycle begins. Since in the idle mode and at low engine loads there is no compression process of the fuel-air mixture, and the kinematic connection with the compressor 12 is disabled, the combustion energy of the fuel-air mixture is necessary only to overcome the friction forces of the moving parts of the engine, which reduces idle fuel consumption go and at low speeds. Changing the opening time of the input shut-off member 8 for atmospheric air entering the combustion chamber 4 while simultaneously controlling the fuel consumption in the expansion range of the volume of the combustion chamber, it is possible to change, respectively, the volume of the fuel-air mixture and the volume of the stroke. Considering that the fuel is fed into the expanding combustion chamber, and the air comes from the atmosphere, it is possible to use low-grade cheap fuel with a low octane number without detonating engine operation. With turbocharging, you can also increase engine power.

Способ работы поршневого двигателя внутреннего сгорания в режиме больших, средних нагрузок и форсажа осуществляется следующим образом. Управляемая муфта 18 включена и соединяет вал 6 с валом 17. На фиг.7-11 показаны основные процессы работы поршневого двигателя внутреннего сгорания на указанных режимах. Приведение в действие запорных органов 7 и 10 свечи зажигания 9, а также направления движения воздуха и выхлопных газов показаны стрелками.The method of operation of the piston internal combustion engine in the mode of large, medium loads and afterburner is as follows. A controlled clutch 18 is engaged and connects the shaft 6 to the shaft 17. FIGS. 7-11 show the basic operation processes of a reciprocating internal combustion engine in these modes. The actuation of the locking elements 7 and 10 of the spark plug 9, as well as the direction of movement of air and exhaust gases are shown by arrows.

В начале расширения камеры сгорания 4 (фиг.7) при движении поршня 3 от верхней мертвой точки открывается нагнетательный впускной запорный орган 7 и в камеру сгорания 4 из ресивера 14 через канал 16 поступает сжатый воздух. Компрессор 12 соединен управляемой муфтой 18 с валом 6 двигателя, а сжатый воздух поступает из компрессора 12 в ресивер 14. Необходимое расчетное давление в ресивере 14 поддерживается за счет наличия вариатора 11. Одновременно в камеру сгорания 4 через форсунку подается расчетное количество топлива, которое смешиваясь со сжатым воздухом образует в камере сгорания 4 топливно-воздушную смесь. Давление в ресивере 14 поддерживают выше максимального давления, необходимого для двигателя в режиме форсажа. При достижении в камере сгорания 4 заданного объема и давления нагнетательный впускной запорный орган 7 закрывается, процесс приготовления топливно-воздушной смеси завершается, а сама смесь принудительно воспламеняется свечой зажигания 9 (фиг.8). Давление горящих газов воздействует на движущийся вниз поршень 3, который совершает рабочий ход до максимального расширения объема камеры сгорания 4 и достижения поршнем 3 нижней мертвой точки. После достижения поршнем 3 нижней мертвой точки (фиг.9) завершается процесс рабочего хода. При движении поршня 3 от нижней мертвой точки выпускной запорный орган 10 открывается и начинается процесс выпуска отработавших газов через выпускной канал 1 путем уменьшения объема камеры сгорания 4 от максимального до минимального за счет движения поршня 3 от нижней мертвой точки вверх (фиг.10). После достижения поршнем верхней мертвой точки и завершения процесса выпуска отработанных газов выпускной запорный орган 10 закрывается (фиг.11), полный цикл завершается и начинается следующий.At the beginning of the expansion of the combustion chamber 4 (Fig. 7), when the piston 3 moves from the top dead center, the pressure inlet shut-off element 7 opens and compressed air enters the combustion chamber 4 from the receiver 14 through the channel 16. The compressor 12 is connected by a controlled clutch 18 to the engine shaft 6, and compressed air flows from the compressor 12 to the receiver 14. The required design pressure in the receiver 14 is maintained by the presence of a variator 11. At the same time, the estimated amount of fuel is fed through the nozzle 4, which is mixed with compressed air forms in the combustion chamber 4 a fuel-air mixture. The pressure in the receiver 14 is maintained above the maximum pressure required for the engine in afterburner mode. When the specified volume and pressure are reached in the combustion chamber 4, the pressure inlet shut-off element 7 closes, the process of preparing the fuel-air mixture is completed, and the mixture itself is forcibly ignited by the spark plug 9 (Fig. 8). The pressure of the burning gases acts on the piston 3 moving down, which makes a working stroke until the maximum expansion of the volume of the combustion chamber 4 and the piston 3 reaches bottom dead center. After reaching the piston 3 bottom dead center (Fig.9), the process of the stroke. When the piston 3 moves from the bottom dead center, the exhaust shut-off element 10 opens and the process of exhaust gas discharge through the exhaust channel 1 begins by reducing the volume of the combustion chamber 4 from maximum to minimum due to the movement of the piston 3 from the bottom dead center up (Fig. 10). After reaching the top dead center by the piston and completing the exhaust process, the exhaust shut-off element 10 closes (Fig. 11), the full cycle ends and the next one begins.

В камере сгорания 4 существует минимальный «вредный» объем, в котором остаются остатки отработавших газов, так как поршень 3 в конце выпуска отработанных газов, находясь в своей верхней мертвой точке, доходит до крышки цилиндра 2, не касаясь ее, а полный цикл происходит за один оборот вала 6 двигателя. Это позволяет производить более полное очищение цилиндра 1 от отработавших газов.In the combustion chamber 4 there is a minimal “harmful” volume in which the remaining exhaust gas remains, since the piston 3 at the end of the exhaust gas discharge, being at its top dead center, reaches the cylinder cover 2 without touching it, and the full cycle takes place one revolution of the shaft 6 of the engine. This allows a more complete cleaning of the cylinder 1 from the exhaust gases.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит после прохождения поршнем 3 верхней мертвой точки и поворота кривошипно-шатунного механизма 5 для образования необходимого объема камеры сгорания 4 для текущего режима работы, что уменьшает ударные нагрузки на поршень 3. Изменяя продолжительность открытия впускного запорного органа 7 для поступающего в камеру сгорания 4 сжатого воздуха с одновременным регулированием расхода топлива в диапазоне расширения объема камеры сгорания 4, можно изменять, соответственно, объем топливно-воздушной смеси и объем рабочего хода. Наличие вариатора 11 позволяет автоматически поддерживать необходимое давление в ресивере 14, а наличие двух или более ресиверов с различными величинами давления сжатого воздуха позволяет быстро и без задержек переходить с одного режима работы двигателя на другой. Сжатый воздух, попадая в камеру сгорания 4 повышает коэффициент наполнения и, воздействуя на поршень, совершает работу по его перемещению вниз. Учитывая, что сжатый и охлажденный воздух, а вместе с ним и топливо, подают в расширяющуюся в камеру сгорания 4, то можно использовать топливо с низким октановым числом, например, прямогонный бензин, а сжатый воздух с давлением, намного превышающим величину давления сжатой топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием с аналогичными размерами камеры сгорания и рабочего объема цилиндра с использованием одного типа топлива. Детонации в двигателе не будет из-за отсутствия критических значений температуры сжатого воздуха. Если взять в качестве примера для сравнения обычный бензиновый двигатель с искровым зажиганием со степенью сжатия 10, в котором топливно-воздушная смесь сжата поршнем в своей верхней мертвой точке до давления примерно 1,5 МПа, а в предлагаемом двигателе подать сжатый воздух, чтобы после закрытия впускного запорного органа 7 и перед зажиганием заряда топливно-воздушной смеси его давление в камере сгорания составляло примерно 2,3 МПа, и принимая во внимание, что в обоих двигателях воздушно-топливное соотношение одинаково, то развиваемая предлагаемым двигателем мощность будет примерно в полтора раза выше, чем у обычного двигателя. Если в дополнение к вышесказанному закрытие впускного запорного органа 7 произвести после достижения объема камеры сгорания 4, равного двойному объему камеры сгорания обычного двигателя, то мощность предлагаемого двигателя будет заметно выше, чем у обычного двигателя. При этом рабочий объем предлагаемого двигателя уменьшится примерно на 10%. Эти возможности двигателя по мгновенному увеличению удельной мощности можно использовать на автомобиле при обгоне, на самолете и вертолете при взлете, на любом другом транспорте или машине, где требуется пиковое значение отбираемой мощности от двигателя. Кроме того, топливо, попадая в поступающую в камеру сгорания 4 струю сжатого воздуха, имеющую за счет большего перепада давления между ресивером 14 и камерой сгорания 4 более высокую скорость течения, что позволяет лучше распылять и перемешивать топливо в камере сгорания 4, а также охлаждать стенки цилиндра 1.Ignition of the air-fuel mixture occurs after the piston 3 passes the top dead center and the crank mechanism 5 is rotated to form the required volume of the combustion chamber 4 for the current operating mode, which reduces shock loads on the piston 3. Changing the opening time of the intake shut-off element 7 for the combustion chamber 4 of compressed air with simultaneous regulation of fuel consumption in the range of expansion of the volume of the combustion chamber 4, you can change, respectively, the volume of fuel-air mixtures and stroke volume. The presence of the variator 11 allows you to automatically maintain the required pressure in the receiver 14, and the presence of two or more receivers with different values of the compressed air pressure allows you to quickly and without delay switch from one engine mode to another. Compressed air entering the combustion chamber 4 increases the filling ratio and, acting on the piston, performs the work of moving it down. Given that the compressed and cooled air, and with it the fuel, is fed into the expanding combustion chamber 4, it is possible to use fuel with a low octane rating, for example straight-run gasoline, and compressed air with a pressure much higher than the pressure of the compressed fuel air mixture in an internal combustion engine with spark ignition with similar dimensions of the combustion chamber and cylinder displacement using one type of fuel. There will be no detonation in the engine due to the absence of critical values of the compressed air temperature. If we take as an example, a conventional gas engine with spark ignition with a compression ratio of 10, in which the air-fuel mixture is compressed by the piston at its top dead center to a pressure of about 1.5 MPa, and in the proposed engine to supply compressed air so that after closing of the intake shutter 7 and before igniting the charge of the air-fuel mixture, its pressure in the combustion chamber was approximately 2.3 MPa, and taking into account that the air-fuel ratio is the same in both engines, the developed proposal Guy engine power will be approximately a half times higher than the conventional engine. If, in addition to the above, the closing of the inlet shut-off element 7 is made after reaching the volume of the combustion chamber 4 equal to the double volume of the combustion chamber of a conventional engine, the power of the proposed engine will be noticeably higher than that of a conventional engine. In this case, the working volume of the proposed engine will decrease by about 10%. These capabilities of the engine to instantly increase the specific power can be used on a car during overtaking, on an airplane and a helicopter during take-off, on any other transport or machine where a peak value of the selected power from the engine is required. In addition, the fuel entering the stream of compressed air entering the combustion chamber 4, which, due to the greater pressure difference between the receiver 14 and the combustion chamber 4, has a higher flow rate, which makes it possible to better spray and mix the fuel in the combustion chamber 4, as well as cool the walls cylinder 1.

Для улучшения заполнения камеры сгорания воздухом на разных режимах работы двигателя можно установить на крышке 2 один общий впускной запорный орган с предкамерой, в которую подается воздух через отдельные атмосферный запорный орган или нагнетательный запорный орган. В режиме холостого хода и на малых нагрузках двигателя компрессор 12 может работать на аккумулирование сжатого воздуха в ресивере 14, и при достижении давления сжатого воздуха в ресивере 14 до заданной величины компрессор 12 отключается от расширительной машины при помощи управляемой муфты 18, после чего для работы двигателя на холостом ходе требуется минимальное количество топлива, необходимое только на преодоление сил трения движущихся частей двигателя. В этом случае работы двигателя достаточно энергии сгорания заряда с атмосферным давлением. При наличии большой кинетической энергии движущегося автомобиля вал 21 трансмиссии передает крутящий момент только на вал 17 компрессора 12 через включенную управляемую муфту 22 и при отключенном управляемой муфтой 18 двигателе, что позволяет создать запас сжатого воздуха для последующего использования (фиг.12). После достижения давления сжатого воздуха в ресивере 14 до необходимой величины управляемая муфта 22 отсоединяет вал 21 трансмиссии от вала 17 компрессора 12. При длительных и крутых спусках автомобиля можно использовать расширительную машину и компрессор для торможения, включив обе управляемые муфты 18 и 22, а излишний сжатый воздух от компрессора 12 подавать через пневмолинии к тормозным дискам и колодкам автомобиля для их охлаждения. Для многоцилиндровых двигателей можно использовать один компрессор (поршневой, винтовой и т.д.).To improve the filling of the combustion chamber with air at different engine operating modes, one common inlet shut-off element with a pre-chamber can be installed on the cover 2, into which air is supplied through a separate atmospheric shut-off element or pressure shut-off element. In idle mode and at low engine loads, the compressor 12 can operate to accumulate compressed air in the receiver 14, and when the compressed air pressure in the receiver 14 reaches a predetermined value, the compressor 12 is disconnected from the expansion machine using a controlled clutch 18, after which, for engine operation at idle, a minimum amount of fuel is required, necessary only to overcome the friction forces of the moving parts of the engine. In this case, the engine has enough energy to burn the charge with atmospheric pressure. In the presence of large kinetic energy of a moving car, the transmission shaft 21 transmits torque only to the shaft 17 of the compressor 12 through the included controlled clutch 22 and with the engine turned off by the controlled clutch 18, which allows creating a stock of compressed air for subsequent use (Fig. 12). After the compressed air pressure in the receiver 14 reaches the required value, the controlled clutch 22 disconnects the transmission shaft 21 from the shaft 17 of the compressor 12. During long and steep descents of the car, you can use an expansion machine and a compressor for braking, turning on both controlled clutches 18 and 22, and the excess compressed supply air from compressor 12 through pneumatic lines to brake discs and car pads to cool them. For multi-cylinder engines, you can use one compressor (piston, screw, etc.).

Возможность регулирования степени сжатия топливно-воздушной смеси и большая доля продолжительности рабочего хода в полном цикле двигателя, доходящая до 45% для предлагаемого 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. Возможен пуск двигателя сжатым воздухом из ресивера. При низких температурах двигатель можно завести и прогреть другим легковоспламеняемым топливом, а после прогрева перейти на основное топливо.The ability to control the compression ratio of the fuel-air mixture and a large proportion of the duration of the stroke in the full engine cycle, reaching up to 45% for the proposed engine, compared with the maximum share of 25% in a conventional four-stroke internal combustion engine, allows easier engine starting and increases its specific power. It is possible to start the engine with compressed air from the receiver. At low temperatures, the engine can be started and warmed up with other flammable fuels, and after warming up, switch to the main fuel.

Двигатель может работать также и на газовом топливе.The engine can also run on gas fuel.

Claims

1. The method of operation of the internal combustion engine by separately supplying air and fuel to the combustion chamber after starting to increase its volume with subsequent ignition of the fuel-air mixture in the increasing volume of the combustion chamber, while regulating the duration of the air supply to the combustion chamber by changing the closing moment of the intake shut-off element , change the ratio of the volume of the combustion chamber at the time of ignition of the fuel-air mixture in it to the value of the working volume, characterized in that At medium and maximum loads, air is supplied to the combustion chamber by the compressor, and at idle and low loads, the compressor drive is disconnected from the engine shaft, and air is supplied to the combustion chamber by creating a pressure differential between the atmosphere and the combustion chamber.

2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature and pressure of the compressed air supplied by the compressor are controlled.

3. The method according to claim 1, characterized in that the compressor is controlled by changing the gear ratio between the motor shaft and the compressor drive, for example, using a gearbox or a continuously variable variator.

4. The method according to claim 1, characterized in that the compressor drive is additionally connected to the transmission shaft of the vehicle using a controlled clutch.

5. The method according to claim 4, characterized in that at low loads the controllable clutch of the compressor drive with the transmission shaft of the vehicle is left on.

6. The method according to claim 1, characterized in that the air supplied to the combustion chamber is additionally compressed in a compressor driven by the energy of the combustion products.

7. The method according to claim 1, characterized in that the air-fuel mixture is prepared by injecting fuel with a nozzle into the combustion chamber.