RU2735973C1

RU2735973C1 - Four-stroke piston internal combustion engine with isobar heat supply and removal

Info

Publication number: RU2735973C1
Application number: RU2020100768A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Демидченко; Владимир Иванович Демидченко; Рафаэл Михайлович Закарян; Галина Николаевна Масляева
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2020-11-11

Abstract

FIELD: engine building.

SUBSTANCE: invention relates to heat engines and can be used in creation of internal combustion engine volumetric compression and expansion of transport and stationary applications. Essence of invention consists in the fact that four-stroke piston diesel internal combustion engine contains cylinders with pistons, connected to crankshaft, air supply system and gas distribution mechanism with a camshaft and inlet and outlet valves for inlet of air into cylinders and release of exhaust gases therefrom, as well as a high-pressure fuel pump. It includes isobaric feed and isobaric removal of heat to low-temperature source due to different piston stroke lengths in air compression processes, as well as expansion of working medium to pressure equal to ambient pressure. Engine is equipped with header combining cylinders through inlet valves, wherein manifold is equipped with shutoff member of one-way action, and gas distribution mechanism is configured to open inlet valves when lifting piston from lower dead point after filling cylinder with air and bypass air through merging header from one cylinder to another.

EFFECT: improved organization of engine operating cycle, higher thermal and efficient efficiency of engine and power plant, reduced noise level from operation of piston internal combustion engine and reduced emission of hazardous substances with exhaust gases.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым двигателям и может быть использовано при создании двигателя внутреннего сгорания объемного сжатия и расширения транспортного и стационарного назначения.The invention relates to heat engines and can be used to create an internal combustion engine for volumetric compression and expansion for transport and stationary purposes.

Известен четырехтактный дизельный двигатель, который включает от четырех до двенадцати и более цилиндров, связанных между собой, в целях последовательного функционирования, коленчатым валом, каждый из которых содержит газовые впускные и выпускные клапаны, форсунку, камеру сгорания, поршень, совершающий выпуск продуктов сгорания и впуск воздуха, адиабатное сжатие его, впрыскивание топлива через отверстия форсунки, изобарное горение, адиабатное расширение продуктов сгорания при одинаковом ходе поршня в процессах сжатия и расширения [Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. Для вузов / Хачиян А.С, Морозов К.А., Луканин В.Н. и др.: Под ред. В.Н. Луканина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 311 с., с. 7-18].Known four-stroke diesel engine, which includes from four to twelve or more cylinders, interconnected, for the purpose of sequential operation, a crankshaft, each of which contains gas inlet and outlet valves, an injector, a combustion chamber, a piston that releases combustion products and air, its adiabatic compression, fuel injection through the nozzle holes, isobaric combustion, adiabatic expansion of combustion products with the same piston stroke in the compression and expansion processes [Internal combustion engines: Textbook. For universities / Khachiyan A.S., Morozov K.A., Lukanin V.N. and others: Ed. V.N. Lukanin. - 2nd ed., Rev. and add. - M .: Higher. shk., 1985. - 311 p., p. 7-18].

Двигатели внутреннего сгорания объемного сжатия и расширения работают с изохорным отводом теплоты и, следовательно, неполным расширением продуктов сгорания. По результатам исследования [Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. Для вузов/ Хачиян А.С., Морозов К.А., Луканин В.Н. и др.: Под ред. В.Н. Луканина. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1985. - 311 с, с. 81] параметры состояния рабочего тела в конце расширения для карбюраторных двигателей составляют:

и

а для дизельных [Боровских Ю.И., Буралев Ю.В., Морозов К.А. Устройство автомобилей: практическое пособие - М.: Высш. шк., 1988. - 288 с, с. 14]

и

Потери по термическому коэффициенту полезного действия достигают 20%. Недостатком поршневых двигателей внутреннего сгорания является высокий уровень шума и токсичность выхлопных газов, а также низкий эффективный КПД силовой установки с поршневым двигателем.Internal combustion engines of positive displacement and expansion work with isochoric heat removal and, therefore, incomplete expansion of combustion products. According to the results of the study [Internal combustion engines: Textbook. For universities / Khachiyan A.S., Morozov K.A., Lukanin V.N. and others: Ed. V.N. Lukanin. - 2nd ed., Rev. and additional - M .: Higher. shk., 1985 .-- 311 s, p. 81] the parameters of the state of the working fluid at the end of the expansion for carburetor engines are:

and

and for diesel [Borovskikh YI, Buralev YV, Morozov KA. The device of cars: a practical guide - M .: Higher. shk., 1988 .-- 288 p., p. fourteen]

and

Thermal efficiency losses reach 20%. The disadvantage of reciprocating internal combustion engines is the high level of noise and toxicity of exhaust gases, as well as the low effective efficiency of the power plant with a piston engine.

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания объемного сжатия и расширения с изобарным отводом теплоты и, следовательно, полным расширением продуктов сгорания, и изохорным подводом теплоты [Демидченко В.И., Демидченко В.В., Попов П.Г. Патент на изобретение №2246626 «Поршневой двигатель внутреннего сгорания Демидченко-Попова с изобарным отводом теплоты». Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2005. - 10 с.], который содержит два, четыре и более цилиндров с поршнями, объединенных коленчатым валом, и системы пуска, зажигания и газораспределения с блоком свечей зажигания или форсунок, впускных и выпускных клапанов и карбюратор и характеризуется изобарным отводом теплоты низкотемпературному источнику, для чего снабжен коллектором, сообщенным через впускные клапаны с цилиндрами и через запорный орган с карбюратором, при этом последовательность функционирования впускных клапанов и запорного органа осуществляется газораспределительным валом при соответствующем положении поршня в одной из трех характерных точек с учетом разности длин хода поршня в процессах сжатия и расширения.Known piston internal combustion engine of volumetric compression and expansion with isobaric heat removal and, therefore, complete expansion of combustion products, and isochoric heat supply [Demidchenko VI, Demidchenko VV, Popov P.G. Patent for invention №2246626 "Demidchenko-Popov piston internal combustion engine with isobaric heat removal". Federal Service for Intellectual Property, Patents and Trademarks, 2005. - 10 p.], Which contains two, four or more cylinders with pistons, united by a crankshaft, and a start, ignition and gas distribution system with a block of spark plugs or nozzles, intake and exhaust valves and a carburetor and is characterized by isobaric heat removal to a low-temperature source, for which it is equipped with a manifold communicated through the intake valves with the cylinders and through the shut-off element with the carburetor, while the sequence of operation of the intake valves and the shut-off element is carried out by the gas camshaft with the corresponding piston position in one of the three characteristic points taking into account the difference in the lengths of the piston stroke in the processes of compression and expansion.

Недостатком такого двигателя является карбюраторный вариант подготовки и изохорный процесс сжигания топлива в двигателе, так как степень сжатия у карбюраторных двигателей меньше, чем у дизельных, а потому температура и давление рабочей смеси в конце такта сжатия имеют более низкие значения в сравнении с дизельными двигателями, а следовательно, дизели по расходу топлива более экономичны и при этом они потребляют дешевые сорта нефтяных топлив, а также двигатели менее опасны в пожарном отношении. Дизельный двигатели, однако, имеют изохорный отвод теплоты, который «приводит» к остаточному давлению продуктов сгорания, равному 0,4-0,6 МПа, перед выбросом их в атмосферу.The disadvantage of such an engine is the carburetor preparation option and the isochoric process of fuel combustion in the engine, since the compression ratio of carburetor engines is lower than that of diesel engines, and therefore the temperature and pressure of the working mixture at the end of the compression stroke have lower values in comparison with diesel engines, and therefore, diesel engines are more economical in terms of fuel consumption and at the same time they consume cheap grades of oil fuels, as well as engines are less dangerous in terms of fire. Diesel engines, however, have isochoric heat removal, which "leads" to a residual pressure of the combustion products equal to 0.4-0.6 MPa before being released into the atmosphere.

Задачей изобретения является новая организация работы четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания по циклу газотурбинного двигателя - цикла Брайтона, которая допускает в поршневом двигателе изобарный подвод теплоты к рабочему телу и изобарный отвод теплоты низкотемпературному источнику и тем самым увеличит термический коэффициент полезного действия двигателя, а следовательно, и эффективный КПД силовой установки, а также уменьшит уровень шума, исходящий от силовой установки, и выброс вредных веществ с продуктами сгорания.The objective of the invention is a new organization of the operation of a four-stroke piston internal combustion engine according to the cycle of a gas turbine engine - the Brayton cycle, which allows an isobaric supply of heat to the working fluid in a piston engine and an isobaric removal of heat to a low-temperature source and thereby increases the thermal efficiency of the engine, and, consequently, also efficient efficiency of the power plant, as well as reduce the noise level emanating from the power plant and the emission of harmful substances with combustion products.

Технический результат - улучшение организации рабочего цикла двигателя, повышение термического и эффективного коэффициентов полезного действия соответственно двигателя и силовой установки, уменьшение уровня шума от работы поршневого двигателя внутреннего сгорания и сокращение выброса вредных веществ с отработавшими газами.The technical result is to improve the organization of the engine operating cycle, increase the thermal and effective efficiency of the engine and power plant, respectively, reduce the noise level from the operation of a piston internal combustion engine and reduce the emission of harmful substances with exhaust gases.

Технический результат достигается тем, что четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изобарным подводом и отводом теплоты содержит от четырех до двенадцати цилиндров с поршнями, объединенных коленчатым валом, систему питания воздухом и механизм газораспределения с распределительным валом и с впускными и выпускными клапанами для впуска в цилиндры воздуха и выпуска из них отработавших газов, топливную систему высокого давления, обеспечивающую дозирование топлива при подаче его через форсунки в камеры сгорания для изобарного сжигания, системы охлаждения, смазки и пуска при этом изобарный подвод и изобарный отвод теплоты низкотемпературному источнику осуществляют за счет разных длин хода поршня в процессах сжатия воздуха и расширения рабочего тела до давления, равного давлению окружающей среды, при этом положению поршня в цилиндре соответствует три характерных уровня: верхний, нижний и промежуточный, для чего двигатель снабжен коллектором, объединяющим через впускные клапаны цилиндры, и топливным насосом высокого давления с автоматическим регулятором, управляющим последовательностью непосредственного впрыскивания топлива через форсунки в камеру сгорания нужного цилиндра точно согласованную с фазами рабочего цикла и с приводом от распределительного вала механизма газораспределения двигателя, которым и обеспечивается дозирование и синхронность подачи топлива в камеру сгорания каждого из цилиндров согласно порядку их работы и этим функционирование топливного насоса и впускных и выпускных клапанов строго связанно кинематически с коленчатым валом.The technical result is achieved by the fact that a four-stroke piston internal combustion engine with isobaric supply and removal of heat contains from four to twelve cylinders with pistons united by a crankshaft, an air supply system and a gas distribution mechanism with a camshaft and with intake and exhaust valves for air intake into the cylinders and release of exhaust gases from them, a high-pressure fuel system, which provides fuel metering when it is supplied through nozzles into the combustion chambers for isobaric combustion, cooling, lubrication and start-up systems, while isobaric supply and isobaric heat removal to a low-temperature source are carried out due to different piston stroke lengths in the processes of air compression and expansion of the working fluid to a pressure equal to the ambient pressure, while the position of the piston in the cylinder corresponds to three characteristic levels: upper, lower and intermediate, for which the engine is equipped with a manifold that unites through the intake valve s cylinders, and a high-pressure fuel pump with an automatic regulator that controls the sequence of direct injection of fuel through the injectors into the combustion chamber of the desired cylinder precisely matched to the phases of the working cycle and driven from the camshaft of the engine timing mechanism, which ensures dosing and synchronization of fuel supply to the chamber combustion of each of the cylinders in accordance with the order of their work, and thus the functioning of the fuel pump and intake and exhaust valves is strictly connected kinematically with the crankshaft.

Улучшение организации работы поршневого двигателя достигается тем, что подвод и отвод теплоты в цикле осуществляют изобарно, как и в случае газотурбинной конструкции двигателя, а повышение эффективности двигателя и силовой установки происходит за счет возрастания степени сжатия при изобарном подводе теплоты до значений превышающих степень сжатия при изохорном подводе теплоты; полного расширения продуктов сгорания до давления окружающей среды, а следовательно, увеличения работы цикла. Обоснованность данного утверждения подтверждают расчеты, результаты которых представлены в таблице 1 и цикл, представленный на фиг. 1.Improving the organization of operation of a piston engine is achieved by the fact that the supply and removal of heat in the cycle is carried out isobarically, as in the case of a gas turbine design of the engine, and an increase in the efficiency of the engine and power plant occurs due to an increase in the compression ratio with isobaric heat supply to values exceeding the compression ratio with isochoric heat supply; complete expansion of combustion products to ambient pressure, and therefore, an increase in the cycle work. The validity of this statement is confirmed by calculations, the results of which are presented in Table 1 and the cycle shown in Fig. 1.

Уровень шума снизится за счет исчезновения перепада давлений Р₄-Р_О.С. и за счет этого, а также увеличения КПД двигателя, уменьшится выброс вредных веществ.The noise level will decrease due to the disappearance of the differential pressure P ₄ -P _OS . and due to this, as well as increasing the efficiency of the engine, the emission of harmful substances will decrease.

На фиг. 1 изображен действительный цикл преобразования энергии с изобарным подводом теплоты от горячего источника и изобарным отводом теплоты низкотемпературному источнику при атмосферном давлении; на фиг. 2…6 представлены основные фазы газообмена и схема работы четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом и изобарным отводом теплоты низкотемпературному источнику.FIG. 1 shows an actual cycle of energy conversion with isobaric heat supply from a hot source and isobaric heat removal to a low-temperature source at atmospheric pressure; in fig. Figures 2 ... 6 show the main phases of gas exchange and the operation diagram of a four-stroke reciprocating internal combustion engine with an isobar supply and isobaric heat removal to a low-temperature source.

Четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изобарным подводом и отводом теплоты состоит из цилиндров 1, 2, 3 и 4 с камерами сгорания 5, 6, 7 и 8, поршнями 9, 10, 11 и 12, впускными клапанами 13, 14, 15 и 16 для впуска в камеры сгорания цилиндров воздуха из воздухоочистителя 17 через запорный орган 18 одностороннего действия и коллектор 19, а также используемых для частичного перепуска воздуха из одного цилиндра в другой через этот же коллектор, и выпускными газовыми клапанами 20, 21, 22 и 23 приводимыми в действие от распределительного вала 24; топливного насоса 25 высокого давления с автоматическим регулятором 26, управляющим последовательностью непосредственного впрыскивания топлива через форсунки 27 или 28, 29 и 30 в камеру сгорания нужного цилиндра в соответствии с порядком работы цилиндров по команде распределительного вала 24 двигателя строго связанного кинематически с коленчатым валом 31.The four-stroke piston internal combustion engine with isobar supply and heat removal consists of cylinders 1, 2, 3 and 4 with combustion chambers 5, 6, 7 and 8, pistons 9, 10, 11 and 12, intake valves 13, 14, 15 and 16 for admitting air from the air cleaner 17 into the combustion chambers of the cylinders through the single-acting shut-off element 18 and the manifold 19, as well as used for partial bypassing air from one cylinder to another through the same manifold, and exhaust gas valves 20, 21, 22 and 23 driven in action from the camshaft 24; a high-pressure fuel pump 25 with an automatic regulator 26 that controls the sequence of direct injection of fuel through injectors 27 or 28, 29 and 30 into the combustion chamber of the desired cylinder in accordance with the order of operation of the cylinders at the command of the camshaft 24 of the engine, which is strictly connected kinematically to the crankshaft 31.

Система пуска двигателя должна обеспечить частоту вращения коленчатого вала, необходимую для начала работы двигателя, и выполнена из источника постоянного тока в виде аккумуляторной батареи 32 и электродвигателя 33 с шестерней 34 на общем валу, соединенных друг с другом стартером 35 и управляемого элемента 36, расположенного в кабине транспортного средства, и коленчатого вала 31 с венцом 37.The engine starting system must provide the crankshaft speed required to start the engine operation, and is made of a direct current source in the form of a battery 32 and an electric motor 33 with a gear 34 on a common shaft, connected to each other by a starter 35 and a controlled element 36 located in the vehicle cabin, and the crankshaft 31 with the crown 37.

Четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изобарным подводом и отводом теплоты работает следующим образом. Пуск двигателя осуществляется по стандартной схеме. По сигналу управления транспортным средством через управляемый элемент 36 от аккумуляторной батареи 32 включением замыкающего контакта электростартера 35 подается электрический ток на электрический двигатель 33 постоянного тока, шестерня 34 которого входит в зацепление с венцом 37 коленчатого вала 31. Уместно вспомнить, что пуск двигателя следует обеспечить при минимальной частоте вращения коленчатого вала (для двигателей данного типа на автомобилях и тракторах она составляет 120-240 об/мин), так как мощность источника энергии, а, следовательно, масса пусковой системы и ее габариты прямопропорциональны частоте вращения.A four-stroke piston internal combustion engine with isobar supply and heat removal operates as follows. The engine is started according to the standard scheme. According to the vehicle control signal through the controlled element 36 from the battery 32, by turning on the closing contact of the electric starter 35, an electric current is supplied to the DC electric motor 33, the gear 34 of which engages with the crown 37 of the crankshaft 31. It is pertinent to recall that the engine should be started when the minimum crankshaft rotation frequency (for engines of this type on cars and tractors it is 120-240 rpm), since the power of the energy source, and, consequently, the mass of the starting system and its dimensions are directly proportional to the rotation frequency.

Момент времени, соответствующий началу вращения коленчатого вала, можно принять за исходное состояние. Начало же работы двигателя связано с наполнением воздухом одного из четырех цилиндров. Пусть таким цилиндром будет цилиндр 1. Его наполнение воздухом происходит от воздухоочистителя 17 через запорный орган 18, коллектор 19 и впускной клапан 13 при опускании поршня 9 из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ): процесс а-b-4 (фиг. 1 и 2). Выпускной газовый клапан 20 и впускные клапаны 14, 15 и 16 при этом закрыты, а выпускные газовые клапаны 21, 22 и 23 открыты. С достижением поршнем 9 НМТ распределительный вал 24 принудительно закроет запорный орган 18 выпуска воздуха из воздухоочистителя 17 и одновременно принудительно откроет впускной клапан 14 впуска воздуха в цилиндр 2 двигателя, а выпускной газовый клапан 21 закроет. При подъеме поршня 9 в цилиндре 1 из нижней мертвой точки 4 (фиг. 1) на высоту h (фиг. 2), равную длине хода поршня в процессе 4-1 (фиг. 1), впускные клапаны 13 и 14 остаются открытыми, а выпускные газовые клапаны 20 и 21 закрытыми. Однако при подъеме поршня 9 из НМТ процесс сжатия воздуха в цилиндре 1 в течение фиксированного промежутка времени не происходит, так как впускной клапан 13 открыт, запорный орган 18 закрыт и с подъемом поршня 9 имеет место выпуск воздуха из цилиндра 1 через клапан 13 в коллектор 19, а из коллектора воздух поступает в цилиндр 2. В цилиндре 2 при этом, синхронно с поднимающимся поршнем 9, опускается поршень 10 из ВМТ до точки «b» (фиг. 1) в процессе а-b (фиг. 1 и 2) с последующим в этом ходе поршня в данном цилиндре впуском воздуха в процессе b-4 (фиг. 1 и 2) из воздухоочистителя 17 и коллектора 19 через запорный орган 18. Соответствующий выпуск воздуха из цилиндра 1 в процессе подъема поршня происходит до уровня, определяемого положением поршня 9 в состоянии (точке) 1 (фиг. 1), при котором распределительный вал 24 принудительно закроет впускной клапан 13. По-прежнему выпускной газовый клапан 20 закрыт.Положению поршня 9 в цилиндре 1 в состоянии (точке) 1 (фиг. 1) соответствует положение поршня 10 в цилиндре 2 в состоянии (точке) «b» (фиг. 1), при котором имеет место равенство разностей объемов v₄-v_x=v_b-v_a. Процесс 4-1, равный по протяженности хода поршня процессу а-b, частичной перегонки воздуха из цилиндра 1 в цилиндр 2, следует назвать процессом перепуска воздуха из одного цилиндра (в данном случае и на рассматриваемом этапе работы двигателя это цилиндр 1), в котором перепуск предшествует процессу сжатия, в другой цилиндр (в данном случае и на рассматриваемом этапе работы двигателя это цилиндр 2), в котором перепуск воздуха предшествует процессу впуска воздуха, обусловлен условием изобарного отвода теплоты в поршневой конструкции, то есть тем, что объемы сжатия и расширения связаны с разной длиной хода поршня, в данном случае на рассматриваемом этапе работы двигателя, в цилиндре 1. По замыслу авторов имеет место незначительная тавтология для лучшего восприятия понятия процесса перепуска воздуха. Следует обратить внимание на то, что в рабочем режиме двигателя перепускается из цилиндра 1 в цилиндр 2 предварительно подогретый воздух за счет теплообмена его с горячим цилиндром 1.The moment in time corresponding to the beginning of rotation of the crankshaft can be taken as the initial state. The start of the engine operation is connected with filling one of the four cylinders with air. Let such a cylinder be cylinder 1. Its filling with air occurs from the air cleaner 17 through the shut-off element 18, the manifold 19 and the inlet valve 13 when the piston 9 is lowered from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC): process a-b-4 (Figs. 1 and 2). The gas outlet valve 20 and the inlet valves 14, 15 and 16 are closed, while the gas outlet valves 21, 22 and 23 are open. When the piston 9 reaches BDC, the camshaft 24 forcibly closes the shut-off element 18 for air release from the air cleaner 17 and at the same time forcibly opens the air inlet valve 14 into the engine cylinder 2, and closes the gas outlet valve 21. When the piston 9 in the cylinder 1 rises from the bottom dead center 4 (Fig. 1) to a height h (Fig. 2) equal to the length of the piston stroke in the process 4-1 (Fig. 1), the intake valves 13 and 14 remain open, and the outlet gas valves 20 and 21 are closed. However, when the piston 9 rises from the BDC, the process of air compression in cylinder 1 does not occur for a fixed period of time, since the inlet valve 13 is open, the shut-off element 18 is closed, and as the piston 9 rises, air is released from cylinder 1 through valve 13 into the manifold 19 , and from the manifold air enters the cylinder 2. In the cylinder 2, in this case, synchronously with the rising piston 9, the piston 10 descends from TDC to point "b" (Fig. 1) in the process a-b (Figs. 1 and 2) with subsequent in this stroke of the piston in this cylinder air intake in the process b-4 (Fig. 1 and 2) from the air cleaner 17 and the manifold 19 through the shut-off element 18. The corresponding release of air from the cylinder 1 in the process of lifting the piston occurs to a level determined by the position of the piston 9 in the state (point) 1 (Fig. 1), in which the camshaft 24 forcibly closes the intake valve 13. The exhaust gas valve 20 is still closed. The position of the piston 9 in the cylinder 1 in the state (point) 1 (Fig. 1) corresponds to the position e of the piston 10 in the cylinder 2 in the state (point) "b" (Fig. 1), at which the difference between the volumes v ₄ -v _x = v _b -v _a takes place. Process 4-1, equal in length of piston stroke to process a-b, partial distillation of air from cylinder 1 to cylinder 2, should be called the process of bypassing air from one cylinder (in this case and at the considered stage of engine operation, this is cylinder 1), in which the bypass precedes the compression process, to another cylinder (in this case and at the considered stage of the engine operation, this is cylinder 2), in which the air bypass precedes the air intake process, is due to the condition of isobaric heat removal in the piston structure, that is, the volumes of compression and expansion associated with different lengths of the piston stroke, in this case at the considered stage of the engine operation, in cylinder 1. According to the authors, there is an insignificant tautology for a better perception of the concept of the air bypass process. It should be noted that in the operating mode of the engine, preheated air is bypassed from cylinder 1 to cylinder 2 due to its heat exchange with hot cylinder 1.

Дальнейший подъем поршня 9 в цилиндре 1 при закрытых клапанах 13 и 20 приводит к сжатию воздуха, а синхронное опускание поршня 10 в цилиндре 2 при закрытом выпускном клапане 21 от точки «b» (фиг. 1) создает разрежение в цилиндре, под действием которого откроется запорный орган 18 и впуск воздуха через открытый впускной клапан 14 будет продолжаться уже из воздухоочистителя 17 через коллектор 19. Запорный орган 18 может быть открыт и принудительно с помощью последовательного срабатывания распределительного вала 24, как это показано на фиг. 2, по окончанию процесса а-b (фиг. 1) перепуска воздуха в цилиндр 2. Переход поршня 9 в цилиндре 1 из состояния 1 в состояние 2 означает окончание процесса сжатия 1-2 (фиг. 1 и 2), когда с помощью распределительного вала 24 подается сигнал автоматическому регулятору 26 на включение в работу топливного насоса высокого давления 25 для подачи топлива через форсунку 27 в камеру сгорания 5, в которой происходит его самовоспламенение. Горение топлива есть не что иное, как изобарный подвод теплоты в процессе 2-3. Одновременно поршень 10 в цилиндре 2 опустится до НМТ, то есть до точки 4 (фиг. 1.), что означает окончание процесса впуска воздуха в цилиндр 2. По достижению поршнем 10 НМТ сработает распределительный вал 24 и это приведет к принудительному открытию впускного клапана 16 и принудительному закрытию запорного органа 18 и выпускного клапана 23. Впускной клапан 14 при этом остается открытым.Further lifting of the piston 9 in cylinder 1 with valves 13 and 20 closed leads to air compression, and the synchronous lowering of the piston 10 in cylinder 2 with the exhaust valve 21 closed from point "b" (Fig. 1) creates a vacuum in the cylinder, under the action of which it will open the shut-off element 18 and the air intake through the open intake valve 14 will continue from the air cleaner 17 through the manifold 19. The shut-off element 18 can be opened and forced by the successive actuation of the camshaft 24, as shown in FIG. 2, at the end of the process a-b (Fig. 1) bypassing air into cylinder 2. The transition of the piston 9 in the cylinder 1 from state 1 to state 2 means the end of the compression process 1-2 (Figs. 1 and 2), when using the distribution shaft 24, a signal is sent to the automatic regulator 26 to turn on the high-pressure fuel pump 25 to supply fuel through the nozzle 27 to the combustion chamber 5, in which it self-ignites. Fuel combustion is nothing more than an isobaric heat supply in the process 2-3. At the same time, the piston 10 in cylinder 2 will drop to BDC, that is, to point 4 (Fig. 1.), which means the end of the process of air intake into cylinder 2. When the piston 10 reaches BDC, the camshaft 24 will be activated and this will lead to the forced opening of the intake valve 16 and forcibly closing the shut-off element 18 and the outlet valve 23. The inlet valve 14 remains open.

Вслед за цилиндрами 1 и 2 в рабочий процесс включается цилиндр 4. С подъемом поршня 10 в цилиндре 2 (фиг. 3) происходит перепуск воздуха через впускной клапан 14 в коллектор 19, а затем через впускной клапан 16 в цилиндр 4. Поршень 12 в цилиндре 4 при этом опускается синхронно с поднимающимся поршнем 10. Перепуск воздуха из цилиндра 2 в цилиндр 4 происходит с подъемом поршня 10 в процессе 4-1 до уровня, определяемого положением поршня 10 в точке 1 на фиг. 1 и 3, при котором сработает распределительный вал 24, что приведет к принудительному закрытию впускного клапана 14 и принудительному открытию запорного органа 18. Далее в цилиндре 2 происходит сжатие воздуха; в цилиндре 4 - впуск воздуха из воздухоочистителя 17 через открытый запорный орган 18, коллектор 19 и впускной клапан 16, а в цилиндре 1 - адиабатное расширение продуктов сгорания в процессе 3-4 до давления окружающей среды (фиг. 1 и 3) с производством работы - рабочий ход поршня 9. При достижении поршнем 9 НМТ сработает распределительный вал 24, что приведет к принудительному открытию выпускного клапана 20 (фиг. 2 и 4). Одновременно в цилиндре 2 закончится сжатие воздуха. Поршень 10 достигает ВМТ и при этом с помощью распределительного вала 24 подается сигнал автоматическому регулятору 26 на включение в работу топливного насоса 25 для подачи топлива через форсунку 28 в камеру сгорания 6, в которой происходит его самовоспламенение и изобарное горение в процессе 2-3. В этот же момент времени в цилиндре 4 поршень 12 опустится до НМТ и тем самым завершится процесс впуска воздуха (фиг. 2 и 4). По достижению поршнем 12 НМТ сработает распределительный вал 24 и это приведет к принудительному открытию впускного клапана 15 и выпускного клапана 21 и принудительному закрытию запорного органа 18 и выпускного клапана 22. Впускной клапан 16 при этом остается открытым.Following cylinders 1 and 2, cylinder 4 is included in the working process. With the rise of the piston 10 in cylinder 2 (Fig. 3), air is bypassed through the intake valve 14 into the manifold 19, and then through the intake valve 16 into the cylinder 4. Piston 12 in the cylinder 4, in this case, it descends synchronously with the rising piston 10. Air bypass from cylinder 2 to cylinder 4 occurs with the rise of the piston 10 in the process 4-1 to a level determined by the position of the piston 10 at point 1 in FIG. 1 and 3, at which the camshaft 24 will operate, which will lead to the forced closing of the intake valve 14 and the forced opening of the shut-off element 18. Further, air is compressed in the cylinder 2; in cylinder 4 - air inlet from the air cleaner 17 through the open shut-off element 18, manifold 19 and inlet valve 16, and in cylinder 1 - adiabatic expansion of combustion products in the process 3-4 to ambient pressure (Fig. 1 and 3) with the production of work - the working stroke of the piston 9. When the piston 9 reaches BDC, the camshaft 24 will work, which will lead to the forced opening of the exhaust valve 20 (Figs. 2 and 4). At the same time, air compression in cylinder 2 will end. The piston 10 reaches TDC and at the same time, with the help of the camshaft 24, a signal is sent to the automatic regulator 26 to turn on the fuel pump 25 to supply fuel through the nozzle 28 to the combustion chamber 6, in which it self-ignites and isobaric combustion in the process 2-3. At the same time in the cylinder 4, the piston 12 will drop to BDC and thus the process of air intake is completed (Figs. 2 and 4). When the piston 12 reaches BDC, the camshaft 24 will operate and this will lead to the forced opening of the intake valve 15 and the exhaust valve 21 and the forced closure of the shut-off member 18 and the exhaust valve 22. The intake valve 16 remains open.

И, наконец, вслед за цилиндрами 1, 2 и 4 в работу включается цилиндр 3. С подъемом поршня 12 в цилиндре 4 (фиг. 2 и 4) происходит перепуск воздуха через впускной клапан 16 в коллектор 19, а из коллектора через впускной клапан 15 в цилиндр 3. Поршень 11 в цилиндре 3 при этом опускается синхронно с поднимающимся поршнем 12. Перепуск воздуха из цилиндра 4 в цилиндр 3 происходит с подъемом поршня 12 в процессе 4-1 до уровня, определяемого положением поршня 12 в точке 1 на фиг. 1 и 4, при котором срабатывает распределительный вал 24, что приведет к принудительному закрытию впускного клапана 16 и принудительному открытию запорного органа 18. Далее в цилиндре 4 происходит сжатие воздуха, в цилиндре 3 - впуск воздуха из воздухоочистителя 17 через открытый запорный орган 18, коллектор 19 и впускной клапан 15 (фиг. 2 и 4), а в цилиндре 1 - выпуск продуктов сгорания через выпускной газовый клапан 20 в процессе 4-а; в цилиндре 2 - рабочий ход. За рабочим ходом в цилиндре 2 следует выпуск отработавших газов из цилиндра (фиг. 2 и 5) через выпускной газовый клапан 21; в цилиндре 3 в описанной выше последовательности происходит перепуск воздуха через впускной клапан 15 и затем коллектор 19 в цилиндр 1. Поршень 9 в цилиндре 1 при этом опускается синхронно с поднимающимся поршнем 11. Перепуск воздуха из цилиндра 3 в цилиндр 1 происходит с подъемом поршня 11 в процессе 4-1 до уровня, определяемого положением поршня 11 в точке 1 на фиг. 1 и 5, при котором сработает распределительный вал 24, что приводит к принудительно закрытию впускного клапана 15 и принудительному открытию запорного органа 18. Далее в цилиндре 3 происходит сжатие воздуха, а в цилиндре 1 -впуск воздуха из воздухоочистителя 17 через открытый запорный орган 18, коллектор 19 и впускной клапан 13 (фиг. 5). Одновременно, с началом процесса перепуска воздуха из цилиндра 3 в цилиндр 1, начинается рабочий ход - процесс 3-4, в цилиндре 4 с производством положительной работы, вследствие горения топлива, которое было подано через форсунку 30 в камеру сгорания 8.And, finally, after cylinders 1, 2 and 4, cylinder 3 is switched on. With the rise of the piston 12 in cylinder 4 (Figs. 2 and 4), air is bypassed through the inlet valve 16 into the manifold 19, and from the manifold through the inlet valve 15 in the cylinder 3. The piston 11 in the cylinder 3 is lowered synchronously with the rising piston 12. Air bypass from the cylinder 4 to the cylinder 3 occurs with the rise of the piston 12 in the process 4-1 to the level determined by the position of the piston 12 at point 1 in FIG. 1 and 4, in which the camshaft 24 is triggered, which will lead to the forced closing of the intake valve 16 and the forced opening of the shut-off element 18. Next, air is compressed in cylinder 4, in cylinder 3 - air is injected from the air cleaner 17 through the open shut-off element 18, the manifold 19 and the intake valve 15 (Figs. 2 and 4), and in the cylinder 1 - the discharge of combustion products through the exhaust gas valve 20 in the process 4-a; in cylinder 2 - working stroke. The working stroke in the cylinder 2 is followed by the discharge of exhaust gases from the cylinder (Figs. 2 and 5) through the exhaust gas valve 21; in cylinder 3, in the sequence described above, air is bypassed through the intake valve 15 and then the manifold 19 into cylinder 1. The piston 9 in cylinder 1 is lowered synchronously with the rising piston 11. Air bypass from cylinder 3 to cylinder 1 occurs with the rise of piston 11 in process 4-1 to a level determined by the position of the piston 11 at point 1 in FIG. 1 and 5, at which the camshaft 24 is triggered, which leads to the forced closing of the intake valve 15 and the forced opening of the shut-off element 18. Next, air is compressed in the cylinder 3, and in the cylinder 1, air is introduced from the air cleaner 17 through the open shut-off element 18, manifold 19 and inlet valve 13 (Fig. 5). Simultaneously, with the beginning of the process of bypassing air from cylinder 3 to cylinder 1, a working stroke begins - process 3-4, in cylinder 4 with the production of positive work, due to the combustion of fuel that was supplied through the nozzle 30 into the combustion chamber 8.

Затем система из четырех цилиндров работает до возврата в исходное состояние (фиг. 6) следующим образом. За рабочим ходом в цилиндре 3, который также происходит после подачи топлива через форсунку 29 в камеру сгорания 7 и его горения, следует выпуск продуктов сгорания из цилиндра 4, а в цилиндре 1 начинается перепуск воздуха в цилиндр 2 с последующим сжатием воздуха в цилиндре 1 и впуском воздуха в цилиндр 2 из воздухоочистителя 17. Система и последовательность привода клапанов описана ранее.Then the system of four cylinders operates until it returns to its original state (Fig. 6) as follows. The working stroke in cylinder 3, which also occurs after the fuel is supplied through the injector 29 to the combustion chamber 7 and is burned, is followed by the release of combustion products from cylinder 4, and in cylinder 1 air bypass begins to cylinder 2, followed by air compression in cylinder 1 and air inlet to cylinder 2 from the air cleaner 17. The valve drive system and sequence have been described earlier.

Улучшение технико-экономических и экологических показателей двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом теплоты в сравнении с отечественными и зарубежными обусловлено изобарным подводом и изобарным отводом теплоты в стандартной конструкции двигателя внутреннего сгорания. Это подтверждается расчетами цикла с изобарным подводом и изохорным отводом теплоты (цикл Дизеля) и цикла с изобарным подводом и изобарным отводом теплоты (цикл Брайтона), результаты, которых представлены в таблице и на фиг. 1.Improvement of the technical, economic and environmental performance of an internal combustion engine with isobaric heat supply in comparison with domestic and foreign ones is due to isobaric supply and isobaric heat removal in the standard design of an internal combustion engine. This is confirmed by the calculations of a cycle with isobar supply and isochoric heat removal (Diesel cycle) and a cycle with isobaric supply and isobaric heat removal (Brighton cycle), the results of which are presented in the table and in Fig. 1.

Следует обратить внимание, что в расчете цикла Дизеля давление начала выпуска отработавших газов оказалось равным

а согласно литературным данным [Боровских Ю.И., Буралев Ю.В., Морозов К.А. Устройство автомобилей: практическое пособие - М.: Высш. шк., 1988. - 288 с, с. 14]:

It should be noted that in the calculation of the Diesel cycle, the pressure of the start of exhaust gas discharge turned out to be

and according to the literature [Borovskikh Y. I., Buralev Y. V., Morozov K.A. The device of cars: a practical guide - M .: Higher. shk., 1988 .-- 288 p., p. fourteen]:

Claims

A four-stroke piston internal combustion diesel engine containing cylinders with pistons connected to the crankshaft, an air supply system and a valve timing mechanism with a camshaft and with intake and exhaust valves for air intake and exhaust from them, a high-pressure fuel pump, when This isobaric supply and isobaric heat removal to a low-temperature source is carried out due to different piston stroke lengths in the processes of air compression, as well as expansion of the working fluid to a pressure equal to the ambient pressure, and the engine is equipped with a manifold that unites the cylinders through the intake valves, characterized in that the manifold is equipped with a one-way shut-off element, and the gas distribution mechanism is configured to open the intake valves when the piston rises from bottom dead center after filling the cylinder with air and bypassing air through the uniting manifold from one cylinder to another.