WO2011129714A1 - Способ работы двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Способ работы двигателя внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
WO2011129714A1
WO2011129714A1 PCT/RU2010/000457 RU2010000457W WO2011129714A1 WO 2011129714 A1 WO2011129714 A1 WO 2011129714A1 RU 2010000457 W RU2010000457 W RU 2010000457W WO 2011129714 A1 WO2011129714 A1 WO 2011129714A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
fuel
additional
homogenized
air
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000457
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ривенер Мусавирович ГАБДУЛЛИН
Original Assignee
Gabdullin Rivener Musavirovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gabdullin Rivener Musavirovich filed Critical Gabdullin Rivener Musavirovich
Priority to US13/640,316 priority Critical patent/US20130092132A1/en
Publication of WO2011129714A1 publication Critical patent/WO2011129714A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/06—Engines characterised by precombustion chambers with auxiliary piston in chamber for transferring ignited charge to cylinder space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B7/00—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F01B7/16—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with pistons synchronously moving in tandem arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F02B33/22—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with pumping cylinder situated at side of working cylinder, e.g. the cylinders being parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06—Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to engine building, namely to piston internal combustion engines.
  • Known twin piston internal combustion engine (RF patent N22078963 from 06/07/1994) containing two cylinders with a common combustion chamber, two crankshafts connected by a transmission 1: 2, moreover, when one piston is at its top dead center, and the other with it 45 degrees ahead, or close to it, from its top dead center.
  • the working volumes of the cylinders are equal.
  • the engine cannot operate on a homogenized air-fuel mixture in compression ignition mode.
  • the closest to the invention in technical essence is the operation of an internal combustion engine (AS USSR N ° 1229397 dated 01/30/1981) containing a main cylinder and a smaller additional cylinder with a common combustion chamber and pistons connected to individual crankshafts kinematically connected between themselves and shifted relative to each other by 46-85 ° through the phase shift clutch rotations, with the possibility of rotation with different frequencies, moreover, the shafts are kinematically connected to each other in a ratio of 1: 2, and the volume of the additional cylinder is 5-10% of the main cylinder.
  • AS USSR N ° 1229397 dated 01/30/1981 containing a main cylinder and a smaller additional cylinder with a common combustion chamber and pistons connected to individual crankshafts kinematically connected between themselves and shifted relative to each other by 46-85 ° through the phase shift clutch rotations, with the possibility of rotation with different frequencies, moreover, the shafts are kinematically connected to each other in a ratio of 1
  • the engine works, compressing the air to such an extent that the fuel injected into it ignites, i.e. like a high compression diesel engine.
  • the engine cannot operate on a homogenized air-fuel mixture in compression ignition mode.
  • the problem to which the present invention is directed is the ability to control and regulate the moment of self-ignition of a homogenized air-fuel mixture. Disclosure of invention
  • the technical result of the invention is the shift of the transition point of the change in the total volume of the combustion chambers, from increase to decrease, and vice versa, from the position of the main piston in its TDC and BDC, simplifying the design, reducing specific fuel consumption and improving the environmental performance of the engine.
  • the task is also achieved by the fact that the volume of the chamber of the main cylinder above the piston is set to the minimum possible when it is at its top dead center.
  • the task is also achieved by the fact that after starting the squeezed-out homogenized air-fuel mixture with the piston of an additional cylinder, fuel is injected into the combustion chamber, which differs in composition from that used to prepare the homogenized air-fuel mixture, to which the achieved pressure and temperature are sufficient for its ignition.
  • the task is also achieved by the fact that after the start of the compression of the homogenized air-fuel mixture by the piston of the additional cylinder, fuel is injected into the combustion chamber, which differs in composition from that used for the preparation of the homogenized air-fuel mixture, and it is forced to ignite with a spark plug.
  • the task is also achieved by the fact that a candle nozzle is used with its combustion chamber into which, in the suction stroke, fuel is supplied that differs in composition from that used to prepare the homogenized air-fuel mixture, and it is forced to ignite at the beginning of the working stroke.
  • the task is also achieved by the fact that an enriched homogenized fuel-air charge is supplied to the combustion chamber using a fuel that differs in composition from that used to prepare a homogenized fuel-air mixture, which is forced to ignite with a spark plug.
  • the task is also achieved by the fact that after compression self-ignition of a homogenized air-fuel mixture, an additional portion of fuel is injected into the combustion chamber.
  • the task is also achieved by the fact that the angular lag of the rotation of the piston shaft of the additional cylinder from the piston shaft of the main cylinder is set to 120 ° and the specified value is controlled by the relative shift of the rotation phases of the shafts.
  • the task is also achieved by the fact that the self-ignition moment of the homogenized air-fuel mixture is additionally regulated by changing the closing moment of the exhaust shut-off element.
  • the task is also achieved by the fact that the moment of self-ignition of a homogenized air-fuel mixture is additionally regulated by changing the degree of boost.
  • the task is also achieved by the fact that the piston stroke of the additional cylinder is set different from the piston stroke of the main cylinder.
  • main (main) and additional (additional) pistons are mounted on different misaligned shafts, kinematically connected to each other and rotated at the same frequency.
  • FIG. 1 shows a diagram of the described engine
  • FIG. 2 - 13 show the relative position of the pistons in various stages of the duty cycle
  • FIG. 14 shows an engine with different piston stroke lengths
  • the described invention is implemented in an internal combustion engine (Fig. 1) consisting of a main cylinder 1, inside of which there is a main piston 2 and an additional cylinder 3, inside of which there is an additional piston 4.
  • the main piston 2 and the main cylinder 1 form a combustion chamber 5, and an additional the piston 4 and the additional cylinder 3 form a combustion chamber 6, which are connected together and form a common combustion chamber in the upper part of the cylinders 1 and 3.
  • An inlet shut-off element 7 is installed in the common combustion chamber oh locking element 8, nozzle 9 and spark plug 10.
  • the crankshafts of both pistons are connected to each other through a rotation phase shift mechanism 1 1.
  • FIG. 1 In the drawing (Fig. 1) are shown in figures all the nodes and details of the engine necessary to understand the principles of the method of engine operation.
  • FIG. 1 In the drawings of the longitudinal section shows the main processes piston internal combustion engine, but crank mechanisms with shafts are not shown, but only the positions of both pistons at the current moment of engine operation.
  • the directions of movement of the valves and pistons are shown by arrows, and, at the moment both pistons are in their upper and lower dead points, arrows are absent.
  • the nozzle is not shown separately.
  • the engine operates as follows. At the beginning of operation of the internal combustion engine, the main piston 2 is located in its TDC (Fig. 2) forming the smallest possible structural volume of the combustion chamber 5, and the additional piston 4, lagging behind the main piston 2 in the rotation phase, moves to its TDC.
  • the exhaust shut-off element 8 is open to release the residual exhaust gases of the previous cycle from the common combustion chamber.
  • the main piston 2 moves from TDC downward and the additional piston 4 continues to move upward, the linear velocity of the main piston 2 starts to increase from zero, while the speed of the additional piston 4 is much higher than the speed of the main piston 2, this leads to first, to reduce the total volume of the combustion chambers 5 and 6, and then, after passing through the upper transition point, to increase it.
  • the exhaust shut-off element 8 is closed, the inlet shut-off element 7 is opened and the supply of a homogenized air-fuel mixture begins in the expanding common combustion chamber (Fig. 3). If it is necessary to leave part of the exhaust gases in the common combustion chamber, it is advisable to close the exhaust shut-off element 8 earlier, before the start of increasing the volume of the common combustion chamber.
  • the additional piston 4 Upon reaching its TDC, the additional piston 4 changes the motion vector to the opposite (Fig. 4). When the main piston 2 reaches its BDC (Fig. 5), the additional piston 4 continues to move down.
  • the linear velocity of the start of movement of the main piston 2 begins to increase from zero, while the speed of the additional piston 4 is much higher than the speed of the main piston 2, this leads, first, to increase the total volume of combustion chambers 5 and 6, and then, after passing the lower transition point, to reduce it.
  • the inlet shut-off element 7, at the beginning of the decrease in the total volume closes and the flow of the homogenized air-fuel mixture is stopped.
  • the volume of the common combustion chamber is selected in such a way that when the main piston 2 reaches its TDC, the compressed homogenized air-fuel mixture had a temperature close to the self-ignition point, but did not reach it (Fig. 7).
  • the main piston 2 When the main piston 2 is located in its TDC, its working surface and the cover of the main cylinder form the smallest possible volume of the combustion chamber 6, concentrating the entire charge of the compressed homogenized air-fuel mixture in the combustion chamber 5, where the additional piston 4 continues to squeeze the homogenized air-fuel mixture.
  • the inertia of the rotating shaft of the engine will contribute to overcoming the pressure of the burning gases on the additional piston 4.
  • the additional piston 4 Upon reaching its TDC, the additional piston 4, reverses the motion vector (Fig. 9), and also begins to make a working stroke under the influence of excess pressure of the burning gases. If the charge energy of the homogenized air-fuel mixture is exhausted, and it is necessary to get more power from the engine, then after compression self-ignition or when the piston 4 reaches its TDC, fuel is injected into the common combustion chamber with burning gases, nozzle 9 (which ignites from them ( Fig. 8). The main piston 2, reaching its BDC, will end the stroke. (Fig. 10).
  • the exhaust shut-off element 8 opens, and, when the main piston 2 moves upward, the exhaust gases from the common combustion chamber are brought out (Fig. 11).
  • the residual pressure of the burning gases will help to complete the working stroke of the additional piston 4, which, having passed its BDC, will also be used to remove the exhaust gases from the common combustion chamber (Fig. 12).
  • the main piston 2, having completed the exhaust gas is located in its TDC.
  • the exhaust shut-off element 8 is closed (Fig. 13). After its closure, one cycle ends and the next begins.
  • a microporion of easily vaporized fuel for example gasoline
  • the common combustion chamber for example, gasoline
  • the spark plug 10 which will lead to an even greater increase in pressure and temperature from burning gases, which , in turn, will lead to compression spontaneous combustion of a compressed homogenized air-fuel mixture.
  • the injection torch is produced in the zone of the spark plug 10 or directly on its electrodes. You can use the candle-nozzle with its combustion chamber described, for example, in US patent J4 "5109817 and 5271365.
  • the microportion of the fuel can be injected in the suction stroke using a low pressure fuel pump or carburetor.
  • An enriched fuel-air mixture is obtained in the microchamber, which is forced to ignite at the beginning of the stroke.
  • Combustion products with large values of pressure, temperature and free radicals pass through the channels into a compressed depleted fuel-air mixture, which is compression self-igniting in the combustion chamber. After the necessary warming up of the engine, the injection of flammable fuel is stopped.
  • the microportions of the other fuel are an adjustable detonator for initiating compression self-ignition of the homogenized air-fuel mixture with the main fuel.
  • the main fuel for example diesel
  • another easily volatile fuel for example gasoline
  • the mixture is enriched, which is fed into the combustion chamber, compressed and forced to ignite with a spark plug 10.
  • the main fuel is replaced by another.
  • the angular lag of the rotation of the piston shaft of the auxiliary cylinder from the piston shaft of the main cylinder is set to 0 °, for the synchronous operation of both pistons in one phase.
  • air is supplied to the engine.
  • the volume of the combustion chamber of the additional cylinder above the piston, at the time of its location at its top dead center, is equal to the volume of the combustion chamber of the diesel engine, respectively, at the time of the location of its piston at its top dead center, with the cross-sectional area of the piston equal to the sum of the cross-sectional areas of the main and additional pistons.
  • the proposed engine is started as a conventional diesel engine with fuel injection into compressed air in the combustion chamber of an additional cylinder. After starting and warming up the engine, the angular value of the lag of rotation of the shaft of the additional piston from the shaft of the main piston is set in accordance with the required engine operation mode.
  • both pistons work synchronously as one, and the engine works like a regular diesel.
  • FIG. 14 shows an engine with different piston stroke lengths
  • FIG. 15 shows another arrangement of the nozzle, spark plug, intake and exhaust valves.
  • the ratio of the diameters and stroke lengths of the pistons, as well as the value of the delay angle of the additional piston from the main one, is selected by calculation and experimentally.
  • the value of the delay angle of the additional piston from the main one can be selected and adjusted by the rotation phase shift mechanism from 0 to 120 angular degrees, depending on the engine operating mode.
  • the main and additional pistons can be mounted on the same shaft with a fixed shift of the phases of rotation of the shafts.
  • the moment of spontaneous combustion of the mixture can be additionally controlled by the moment of closing the exhaust shut-off element to delay a part of the exhaust gases in the cylinder, as well as by using a turbocharger.
  • the proposed internal combustion engine can operate on various types of fuel with the above capabilities for its adjustment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, возможность контроля и регулирования момента самовоспламенения гомогенизированной топливно-воздушной смеси, снижение удельного расхода топлива. Способ работы двигателя внутреннего сгорания заключается в подаче заряда в камеры сгорания соединенных друг с другом основного и дополнительного цилиндров с разными диаметрами, в которых размещены поршни. Поршень дополнительного цилиндра задерживают по фазе вращения вала от поршня основного цилиндра и, по достижении поршнем основного цилиндра своей верхней мертвой точки, когда большая часть заряда находится в дополнительном цилиндре, дожимают заряд поршнем дополнительного цилиндра. Поршнем основного цилиндра сжимают смесь, не доводя ее до самовоспламенения и подготавливая ее, таким образом, к последующему быстрому воспламенению, а поршнем дополнительного цилиндра дожимают сжатую гомогенизированную топливно-воздушную смесь, доводят ее температуру и давление в камере сгорания до компрессионного самовоспламенения смеси.

Description

Способ работы двигателя внутреннего сгорания. Область техники
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники
Известен спаренный поршневой двигатель внутреннего сгорания (патент РФ N22078963 от 07.06.1994) содержащий два цилиндра с общей камерой сгорания, два коленвала, связанные между собой передачей 1 :2, причем, когда один поршень находится в своей верхней мертвой точке, а другой с его опережением на 45 угловых градусов, или близкий к нему, от своей верхней мертвой точки. Рабочие объемы цилиндров равны.
Известное техническое решение обладает рядом недостатков:
- необходимость продувки камеры сгорания воздухом после такта выпуска уменьшает КПД двигателя.
- двигатель не может работать на гомогенизированной топливно- воздушной смеси в режиме компрессионного воспламенения.
- увеличение передаточного отношения 1 :2 между валами усложняет конструкцию и снижает ее надежность
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является работа двигателя внутреннего сгорания (а.с. СССР N°1229397 от 30.01.1981) содержащего основной цилиндр и меньший по объему дополнительный цилиндр с общей камерой сгорания и поршнями, соединенными с индивидуальными коленвалами, кинематически связанных между собой и сдвинутых относительно друг друга на 46-85° через муфту сдвига фаз вращений, с возможностью вращения с разной частотой, причем, валы кинематически связаны между собой в соотношении 1 :2, а объем дополнительного цилиндра составляет 5-10% от основного цилиндра.
Однако, это решение, также, обладает недостатками:
- двигатель работает, сжимая воздух до такой степени, чтобы впрыснутое в него топливо воспламенилось, т.е. как дизельный двигатель с высокой степенью сжатия.
- наличие редуктора для кинематической связи валов между собой в соотношении 1 :2, усложняет конструкцию двигателя и снижает его надежность.
- топливно-воздушная смесь воспламеняется от сжатия обоими поршнями, что затрудняет точное воспламенение топливно-воздушной смеси от сжатия в ВМТ основного поршня
- двигатель не может работать на гомогенизированной топливно- воздушной смеси в режиме компрессионного воспламенения.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является возможность контроля и регулирования момента самовоспламенения гомогенизированной топливно-воздушной смеси. Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является смещение точки перехода изменения суммарного объема камер сгорания, от увеличения к уменьшению, и наоборот, от положения основного поршня в своих ВМТ и НМТ, упрощение конструкции, снижение удельного расхода топлива и улучшение экологических характеристик двигателя.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что при способе работы двигателя внутреннего сгорания включающем подачу заряда в камеры сгорания соединенных друг с другом основного и дополнительного цилиндров с разными диаметрами, в которых размещены поршни, сжатие заряда поршнями в обоих цилиндрах, причем поршень дополнительного цилиндра задерживается по фазе вращения вала от поршня основного цилиндра, и, по достижении поршнем основного цилиндра своей верхней мертвой точки, дожатие заряда поршнем дополнительного цилиндра, согласно изобретению, в цилиндры подают гомогенизированную топливовоздушную смесь, сжимают ее двумя поршнями, причем поршнем основного цилиндра сжимают смесь, не доводя ее до самовоспламенения и подготавливая ее таким образом к последующему быстрому воспламенению, а поршнем дополнительного цилиндра дожимают сжатую гомогенизированную топливно-воздушную смесь, доводят ее температуру и давление в камере сгорания до компрессионного самовоспламенения смеси.
Поставленная задача достигается также тем, что объем камеры основного цилиндра над поршнем задают минимально возможным в момент нахождения его в своей верхней мертвой точке.
Поставленная задача достигается также тем, что после начала дожатая гомогенизированной топливовоздушной смеси поршнем дополнительного цилиндра, в камеру сгорания впрыскивают топливо, отличающееся по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, которому достаточны достигнутые давление и температура для его воспламенения.
Поставленная задача достигается также тем, что после начала дожатия гомогенизированной топливовоздушной смеси поршнем дополнительного цилиндра, в камеру сгорания впрыскивают топливо, отличающееся по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, и принудительно воспламеняют его свечой зажигания.
Поставленная задача достигается также тем, что применяют свечу- форсунку со своей микрокамерой сгорания в которую, в такте всасывания, подают топливо, отличающееся по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, и принудительно воспламеняют его в начале рабочего хода. Поставленная задача достигается также тем, что в камеру сгорания подают обогащенный гомогенизированный топливно-воздушный заряд с использованием топлива, отличающегося по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливо-воздушной смеси, который принудительно воспламеняют свечой зажигания.
Поставленная задача достигается также тем, что после компрессионного самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси в камеру сгорания впрыскивают дополнительную порцию топлива.
Поставленная задача достигается также тем, что угловую величину отставания вращения вала поршня дополнительного цилиндра от вала поршня основного цилиндра устанавливают в пределах до 120° и регулируют указанную величину путем относительного смещения фаз вращения валов.
Поставленная задача достигается также тем, что момент самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси дополнительно регулируют путем изменения момента закрытия выпускного запорного органа.
Поставленная задача достигается также тем, что момент самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси дополнительно регулируют путем изменения степени наддува.
Поставленная задача достигается также тем, что величину хода поршня дополнительного цилиндра задают отличной от величины хода поршня основного цилиндра.
Поставленная задача достигается также тем, что основной (основные) и дополнительный (дополнительные) поршни устанавливают на разных несоосных валах, кинематически связывают друг с другом и вращают с одинаковой частотой.
Поставленная задача достигается также тем, что поршни основного и дополнительного цилиндров устанавливают с фиксированным значением смещения одного поршня относительно другого. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема описываемого двигателя;
На фиг. 2 - 13 показано взаимное расположение поршней в различных стадиях рабочего цикла;
На фиг. 14 показан двигатель с различными длинами ходов поршней;
На фиг. 15 - то же, вариант расположения форсунки, свечи, впускного и выпускного клапанов.
Лучший вариант осуществления изобретения
Описываемое изобретение реализуется в двигателе внутреннего сгорания (фиг. 1) состоящем из основного цилиндра 1, внутри которого находится основной поршень 2 и дополнительного цилиндра 3, внутри которого находится дополнительный поршень 4. Основной поршень 2 и основной цилиндр 1 образуют камеру сгорания 5, а дополнительный поршень 4 и дополнительный цилиндр 3 образуют камеру сгорания 6, которые соединены вместе и образуют общую камеру сгорания в верхней части цилиндров 1 и 3. В общей камере сгорания установлены впускной запорный орган 7, выпускной запорный орган 8, форсунка 9 и свеча зажигания 10. Коленвалы обоих поршней сединены между собой через механизм сдвига фаз вращений 1 1. За счет наличия дополнительного поршня 4, коленвал которого отстает по фазе вращения от коленвала основного поршня, точки перехода изменения суммарного объема камер сгорания 5 и 6, от увеличения к уменьшению, и наоборот, не совпадают с положениями основного поршня в своих ВМТ и НМТ, а отстают на расчетную величину, определяемую угловым значением положений обоих коленвалов относительно друг друга.
На чертеже (фиг. 1) показаны цифрами все узлы и детали двигателя необходимые для понимания принципов способа работы двигателя. На чертежах продольного сечения показаны основные процессы работы поршневого двигателя внутреннего сгорания, но не показаны кривошипно- шатунные механизмы с валами, а только положения обоих поршней на текущий момент работы двигателя. Направления движения клапанов и поршней показаны стрелками, причем, в момент нахождение обоих поршней в своих верхних и нижних мертвых точках стрелки отсутствуют. Свеча-форсунка отдельно не показана.
Двигатель работает следующим образом. В начале работы двигателя внутреннего сгорания основной поршень 2 находится в своей ВМТ (фиг. 2) образуя минимально конструктивно возможный объем камеры сгорания 5, а дополнительный поршень 4, отставая от основного поршня 2 по фазе вращения, движется к своей ВМТ. Выпускной запорный орган 8 открыт для выпуска остатков отработанных газов предыдущего цикла из общей камеры сгорания. По мере движения основного поршня 2 от ВМТ вниз и продолжения движения дополнительного поршня 4 вверх, линейная скорость начала движения основного поршня 2 начинает возрастать с нулевой отметки, в то время как, скорость дополнительного поршня 4 намного превышает скорость основного поршня 2, то это приводит, сначала, к уменьшению суммарного объема камер сгорания 5 и 6, а затем, после прохождения верхней точки перехода, к его увеличению. Выпускной запорный орган 8 закрывается, открывается впускной запорный орган 7 и начинается подача гомогенизированной топливно-воздушной смеси в расширяющуюся общую камеру сгорания (фиг. 3). При необходимости оставления части отработанных газов в общей камере сгорания выпускной запорный орган 8 целесообразно закрыть раньше, до начала увеличения объема общей камеры сгорания. При достижении своей ВМТ дополнительный поршень 4, меняет вектор движения на противоположный (фиг. 4). При достижении основным поршнем 2 своей НМТ (фиг. 5) дополнительный поршень 4 продолжает движение вниз. Линейная скорость начала движения основного поршня 2 начинает возрастать с нулевой отметки, в то время как, скорость дополнительного поршня 4 намного превышает скорость основного поршня 2, то это приводит, сначала, к увеличению суммарного объема камер сгорания 5 и 6, а затем, после прохождения нижней точки перехода, к его уменьшению. Впускной запорный орган 7, в начале уменьшения суммарного объема, закрывается и подача гомогенизированной топливно-воздушной смеси прекращается. При движении основного поршня 2 вверх, начинается сжатие заряда гомогенизированной топливно-воздушной смеси сначала основным поршнем 2, а затем, и дополнительным поршнем 4, после прохождения им своей нижней мертвой точки (фиг. 6). Объем общей камеры сгорания подбирается таким образом, что при достижении основным поршнем 2 своей ВМТ сжатая гомогенизированная топливно-воздушная смесь имела температуру близкую к точке самовоспламенения, но не достигала ее (фиг. 7). При нахождении основного поршня 2 в своей ВМТ его рабочая поверхность и крышка основного цилиндра образуют минимально конструктивно возможный объем камеры сгорания 6, сконцентрировав весь заряд сжатой гомогенизированной топливно-воздушной смеси в камере сгорания 5, где дополнительный поршень 4 продолжает дожимать гомогенизированную топливно-воздушную смесь. Учитывая, еще раз, что линейная скорость начала движения основного поршня 2 начинает возрастать с нулевой отметки, в то время как, скорость дополнительного поршня 4 намного превышает скорость основного поршня 2, а верхняя точка перехода изменения суммарного обема камер сгорания 5 и 6, от уменьшения к увеличению, еще не достигнута, то это приводит к дальнейшему дожатию гомогенизированной топливно-воздушной смеси и быстрому достижению температуры объемного самовоспламенения гомогенизированной топливно-воздушной смеси (фиг. 8). (Например, если сдвиг фаз вращения вращения валов равен 90 угловых градусов, то, при нахождении основного поршня 2 в своей ВМТ, линейная скорость дополнительного поршня 4, в этот момент, будет максимальной.) Высокое давление горящих газов одновременно воздействует на рабочие поверхности основного поршня 2, начавшего движение от своей ВМТ и дополнительного поршня 4, еще не дошедшего до своей ВМТ. Так как, площадь основного поршня 2 в несколько раз превышает площадь дополнительного поршня 4, то сила давления на основной поршень 2 во столько же раз больше, чем сила давления на дополнительный поршень 4. Это приведет к тому, что основной поршень 2 будет совершать рабочий ход, а дополнительный поршень 4 принудительно продолжит свое движении до своей ВМТ с противодавлением горящих газов. Дополнительно, на преодоление давления горящих газов, на дополнительный поршень 4 будет способствовать инерция крутящегося вала двигателя. При достижении своей ВМТ дополнительный поршень 4, меняет вектор движения на противоположный (фиг. 9), и, также, начинает совершать рабочий ход под действием избыточного давления горящих газов. Если энергия заряда гомогенизированной топливно-воздушной смеси исчерпана, а от двигателя необходимо получить большую мощность, то после компрессионного самовоспламенения или по достижении дополнительным поршнем 4 своей ВМТ, в общую камеру сгорания с горящими газами, форсункой 9, впрыскивают топливо, которое воспламеняется от них (фиг. 8). Основной поршень 2, дойдя до своей НМТ, закончит рабочий ход. (фиг. 10). В это время открывается выпускной запорный орган 8, и, при движении основного поршня 2 вверх, отработанные газы из общей камеры сгорания выводятся наружу (фиг. 11). Остаточное давление горящих газов будет помогать закончить рабочий ход дополнительному поршню 4, который пройдя свою НМТ будет, также, задействован для вывода отработанных газов из общей камеры сгорания (фиг. 12). Основной поршень 2, закончив выпуск отработанных газов, находится в своей ВМТ. В это время или несколько позже, в зависимости от режима работы двигателя, закрывается выпускной запорный орган 8 (фиг. 13). После его закрытия один цикл завершается и начинается следующий.
Вышеизложенное применительно к прогретому двигателю. При заводке холодного двигателя предлагаются следующие варианты:
1) После начала дожатая гомогенизированной топливовоздушной смеси дополнительным поршнем 4, в общую камеру сгорания впрыскивают, форсункой 9, микропорцию легковоспламеняемого топлива, например, эфира, которому достаточны достигнутые в камере сгорания давление и температура для его воспламенения. Это приведет к еще большему увеличению давления и температуры от горящих газов, что, в свою очередь, приведет к компрессионному самовозгоранию сжатой гомогенизированной топливовоздушной смеси. После необходимого прогрева двигателя впрыск легковоспламеняемого топлива прекращают.
2) После начала дожатая гомогенизированной топливовоздушной смеси дополнительным поршнем 4, в общую камеру сгорания впрыскивают, форсункой 9, микропорцию легкоиспаряемого топлива, например, бензина, которую принудительно воспламеняют свечой зажигания 10, что приведет к еще большему увеличению давления и температуры от горящих газов, что, в свою очередь, приведет к компрессионному самовозгоранию сжатой гомогенизированной топливовоздушной смеси. Учитывая, что происходит впрыск микропорции топлива, факел впрыска производят в зону нахождения свечи зажигания 10 или непосредственно на его электроды. Можно применить свечи-форсунки со своей микрокамерой сгорания описанные, например, в патентах США J4«5109817 И 5271365. В этом случае, впрыск микропорции топлива можно осуществлять в такте всасывания с использованием топливного насоса низкого давления или карбюратора. В микрокамере получают обогащенную топливно-воздушную смесь, которую в начале такта рабочего хода принудительно воспламеняют. Продукты сгорания с большими значениями давления, температуры и свободными радикалами поступают через каналы в сжатую обедненную топливно- воздушную смесь, которая компрессионно самовоспламеняется в камере сгорания. После необходимого прогрева двигателя впрыск легковоспламеняемого топлива прекращают.
В обоих вышеперечисленных вариантах микропорции другого топлива являются регулируемым детонатором для инициирования компрессионного самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси с основным топливом. 3) Перед всасыванием гомогенизированной топливовоздушной смеси в общую камеру сгорания вместо основного топлива, например, дизельного, для создания гомогенизированной топливовоздушной смеси, используют другое легкоиспаряемое топливо, например, бензин, причем, смесь делают обогащенной, которую подают в камеру сгорания, сжимают и принудительно воспламеняют свечой зажигания 10. После необходимого прогрева двигателя для приготовления гомогенизированной топливовоздушной смеси переходят на основное топливо.
В этом варианте основное топливо подменяется другим.
4) Перед заводкой двигателя, в котором, в качестве основного топлива используют дизельное топливо, угловую величину отставания вращения вала поршня дополнительного цилиндра от вала поршня основного цилиндра устанавливают равную 0°, для синхронной работы обоих поршней в одной фазе. В такте всасывания в двигатель подают воздух. Объем камеры сгорания дополнительного цилиндра над поршнем, в момент его нахождения в своей верхней мертвой точке, равен объему камеры сгорания дизельного двигателя, соответственно, в момент нахождения его поршня в своей верхней мертвой точке, с площадью поперечнего сечения поршня, равной сумме площадей поперечных сечений основного и дополнительного поршней. Предлагаемый двигатель заводят как обычный дизельный двигатель с впрыском топлива в сжатый воздух в камере сгорания дополнительного цилиндра. После заводки и прогрева двигателя угловую величину отставания вращения вала дополнительного поршня от вала основного поршня устанавливают в соответствии с требуемым режимом работы двигателя.
В этом варианте оба поршня работают синхронно как один, а двигатель работает как обычный дизельный.
В прогретом двигателе для получения дополнительной мощности, как один вариант, после компрессионного самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси, в камеру сгорания с горящими газами впрыскивают дополнительную порцию топлива. В прогретом двигателе для получения дополнительной мощности, как другой вариант, после компрессионного самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси, устанавливают угловую величину отставания вращения вала дополнительного поршня от вала основного поршня равную 0°, чтобы оба поршня работали синхронно в одной фазе, а сам двигатель устанавливают в режим работы обычного дизельного двигателя.
На фиг. 14 показан двигатель с различными длинами ходов поршней, а на фиг. 15 показан другой вариант расположения форсунки, свечи, впускного и выпускного клапанов. Соотношение диаметров и длин ходов поршней, а также, величина угла запаздывания дополнительного поршня от основного подбирается путем расчетов и экспериментально. Величина угла запаздывания дополнительного поршня от основного может подбираться и регулироваться механизмом сдвига фаз вращений от 0 до 120 угловых градусов, в зависимости от режима работы двигателя. Для упрощения конструкции двигателя основной и дополнительный поршни могут устанавливаться на одном валу с фиксированным смещением фаз вращения валов. Кроме того, момент самовозгорания смеси может дополнительно регулироваться моментом закрытия выпускного запорного органа для задержки в цилиндре части отработанных газов, а также, использованием турбонаддува.
Промышленная применимость
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания может работать на различных видах топлива с вышеуказанными возможностями по его регулировке.

Claims

Формула изобретения
1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в подаче заряда в камеры сгорания соединенных друг с другом основного и дополнительного цилиндров с разными диаметрами, в которых размещены поршни, сжатии заряда поршнями в обоих цилиндрах, причем поршень дополнительного цилиндра задерживают по фазе вращения вала от поршня основного цилиндра, и, по достижении поршнем основного цилиндра своей верхней мертвой точки, дожимают заряд поршнем дополнительного цилиндра, отличающийся тем, что в цилиндры подают гомогенизированную топливовоздушную смесь, сжимают ее двумя поршнями, причем поршнем основного цилиндра сжимают смесь, не доводя ее до самовоспламенения и подготавливая ее таким образом к последующему быстрому воспламенению, а поршнем дополнительного цилиндра дожимают сжатую гомогенизированную топливно-воздушную смесь, доводят ее температуру и давление в камере сгорания до компрессионного самовоспламенения смеси.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем камеры основного цилиндра над поршнем задают минимально возможным в момент нахождения его в своей верхней мертвой точке.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после начала дожатая гомогенизированной топливовоздушной смеси поршнем дополнительного цилиндра, в камеру сгорания впрыскивают топливо, отличающееся по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, которому достаточны достигнутые давление и температура для его воспламенения.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после начала дожатая гомогенизированной топливовоздушной смеси поршнем дополнительного цилиндра, в камеру сгорания впрыскивают топливо, отличающееся по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, и принудительно воспламеняют его свечой зажигания.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что применяют свечу-форсунку со своей микрокамерой сгорания в которую, в такте всасывания, подают топливо, отличающееся по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, и принудительно воспламеняют его в начале рабочего хода.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеру сгорания подают обогащенный гомогенизированный топливовоздушный заряд с использованием топлива, отличающегося по составу от используемого для приготовления гомогенизированной топливно-воздушной смеси, который принудительно воспламеняют свечой зажигания.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после компрессионного самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси в камеру сгорания впрыскивают дополнительную порцию топлива.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловую величину отставания вращения вала поршня дополнительного цилиндра от вала поршня основного цилиндра устанавливают в пределах до 120° и регулируют указанную величину путем относительного смещения фаз вращения валов.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси дополнительно регулируют путем изменения момента закрытия выпускного запорного органа.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент самовоспламенения гомогенизированной топливовоздушной смеси дополнительно регулируют путем изменения степени наддува.
1 1. Способ по п.1 , отличающийся тем, что величину хода поршня дополнительного цилиндра задают отличной от величины хода поршня основного цилиндра.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что основной (основные) и дополнительный (дополнительные) поршни устанавливают на разных несоосных валах, кинематически связывают друг с другом и вращают с одинаковой частотой.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что поршни основного и дополнительного цилиндров устанавливают с фиксированным значением смещения одного поршня относительно другого
PCT/RU2010/000457 2010-04-15 2010-09-20 Способ работы двигателя внутреннего сгорания WO2011129714A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/640,316 US20130092132A1 (en) 2010-04-15 2010-09-20 Method for operating an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010115063 2010-04-15
RU2010115063/06A RU2422651C1 (ru) 2010-04-15 2010-04-15 Способ работы двигателя внутреннего сгорания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011129714A1 true WO2011129714A1 (ru) 2011-10-20

Family

ID=44739251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000457 WO2011129714A1 (ru) 2010-04-15 2010-09-20 Способ работы двигателя внутреннего сгорания

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130092132A1 (ru)
RU (1) RU2422651C1 (ru)
WO (1) WO2011129714A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013078490A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-06 Technische Universität Graz Antriebsanordnung für einen generator, insbesondere eines elektrofahrzeugs

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9038582B2 (en) * 2012-07-27 2015-05-26 Caterpillar Inc. Split-cycle, reactivity controlled compression ignition engine and method
US10018112B2 (en) 2013-06-05 2018-07-10 Wise Motor Works, Ltd. Internal combustion engine with paired, parallel, offset pistons
US20140360458A1 (en) * 2013-06-05 2014-12-11 Allen Cocanougher Internal combustion engine with paired, parallel, offset pistons
CN107842420A (zh) * 2017-11-30 2018-03-27 青岛科技大学 一种新型移缸喷水做功的氢内燃机
CN111663999A (zh) * 2020-04-19 2020-09-15 熵零技术逻辑工程院集团股份有限公司 一种发动机
US11136916B1 (en) * 2020-10-06 2021-10-05 Canadavfd Corp (Ltd) Direct torque control, piston engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3446192A (en) * 1967-09-05 1969-05-27 Mitchell J Woodward Four-cycle internal combustion engine
US3961607A (en) * 1972-05-12 1976-06-08 John Henry Brems Internal combustion engine
SU1229397A1 (ru) * 1981-01-30 1986-05-07 Производственное Объединение По Дизелям И Турбокомпрессорам Двигатель внутреннего сгорани
RU2170834C1 (ru) * 2000-09-06 2001-07-20 Родэ Леонид Георгиевич Способ работы адаптируемого двигателя внутреннего сгорания

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU87021A1 (fr) * 1987-10-16 1988-05-03 Gilbert Van Avermaete Moteur a allumage par compression,a rapport volumetrique variable

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3446192A (en) * 1967-09-05 1969-05-27 Mitchell J Woodward Four-cycle internal combustion engine
US3961607A (en) * 1972-05-12 1976-06-08 John Henry Brems Internal combustion engine
SU1229397A1 (ru) * 1981-01-30 1986-05-07 Производственное Объединение По Дизелям И Турбокомпрессорам Двигатель внутреннего сгорани
RU2170834C1 (ru) * 2000-09-06 2001-07-20 Родэ Леонид Георгиевич Способ работы адаптируемого двигателя внутреннего сгорания

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013078490A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-06 Technische Universität Graz Antriebsanordnung für einen generator, insbesondere eines elektrofahrzeugs

Also Published As

Publication number Publication date
RU2422651C1 (ru) 2011-06-27
US20130092132A1 (en) 2013-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2422651C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания
RU2178090C2 (ru) Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания
US7665429B2 (en) Swirl-injection type eight-stroke engine
US9297295B2 (en) Split-cycle engines with direct injection
US7905221B2 (en) Internal combustion engine
US7556014B2 (en) Reciprocating machines
EP2729682A2 (en) A two-stroke internal combustion engine, method operating a two-stroke internal combustion engine and method of converting a two-stroke engine
NZ509139A (en) Operating method and device for supplementary compressed air injection engine operating with mono-energy or bi-energy in two or three powering modes
CN110914525B (zh) 压缩点火发动机的改进系统和方法
TW201730429A (zh) 壓縮點火引擎之改良系統及方法
CN102725494B (zh) 一种专用的均质压燃式发动机
JP4148773B2 (ja) 均質給気圧縮点火式バレルエンジン
JP5744862B2 (ja) 分離燃焼室を備えた内燃機関、および、分離燃焼室において修正及び制御された自己着火を実現させる方法
US4106445A (en) Reciprocating piston machine with complete combustion system
JP2001227368A (ja) ピストン形内燃機関
US6263860B1 (en) Intake stratifier apparatus
RU2338079C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания
US8251041B2 (en) Accelerated compression ignition engine for HCCI
RU2435975C2 (ru) Двигатель внутреннего сгорания меньшова
US10393011B1 (en) Method of operating an internal combustion engine utilizing heat in engine cycles
US10352233B2 (en) High-efficiency two-stroke internal combustion engine
RU2573062C1 (ru) Способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания
CN105927379A (zh) 季差绝热式活塞内燃机技术及所制造的内燃机
RU2485334C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания
RU2586032C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10849927

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13640316

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10849927

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1