WO2022213171A1 - Motor vehicle internal combustion engine - Google Patents

Motor vehicle internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
WO2022213171A1
WO2022213171A1 PCT/BY2021/000005 BY2021000005W WO2022213171A1 WO 2022213171 A1 WO2022213171 A1 WO 2022213171A1 BY 2021000005 W BY2021000005 W BY 2021000005W WO 2022213171 A1 WO2022213171 A1 WO 2022213171A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
combustion
engine
combustion chamber
working
Prior art date
Application number
PCT/BY2021/000005
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Антоненко
Андрей Александрович Антоненко
Original Assignee
Александр Николаевич Антоненко
Андрей Александрович Антоненко
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 Александр Николаевич Антоненко, Андрей Александрович Антоненко filed Critical Александр Николаевич Антоненко
Priority to PCT/BY2021/000005 priority Critical patent/WO2022213171A1/en
Publication of WO2022213171A1 publication Critical patent/WO2022213171A1/en

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
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/04—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being subdivided into two or more chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts

Definitions

  • the invention relates to heat engines, in particular, to internal combustion engines of vehicles with direct fuel injection into the combustion chamber.
  • a diesel engine including a fuel injection control system for performing multiple injections of fuel to cause multiple combustion.
  • the electronic control unit is designed to perform during the compression stroke the main injection and several pilot injections before the main injection, and to ensure the ratio of the maximum injection amount of several advanced injections to the injection amount of the main injection.
  • the injection becomes smaller when the diesel engine load is less than the set load than when the diesel engine load is greater than the set load, and causes the injection interval between the main injection and one of several pilot injections just before the main injection to become smaller when the diesel engine load is less specified load than when the diesel engine load is greater than the specified load [1].
  • the first main electronic control unit is configured to supply electrical pulses to the electromagnetic fuel injector at even operating cycles in all engine operating modes
  • the second electronic control unit is configured to supply electrical impulses to the electromagnetic fuel injector at odd operating cycles, at which electrical impulses are applied to the electromagnetic fuel injector from two electronic fuel control units simultaneously when starting a cold engine or when it is running at full power, injecting fuel into the cylinder in each operating cycle, and turn off the second electronic fuel control unit.
  • a modern car under normal operating conditions, operates at full load relatively rarely, and in the vast majority of cases, the car is operated at partial modes associated with small openings of the air damper and high vacuum values in the intake manifold.
  • the operation of an internal combustion engine with forced ignition at low loads is associated with an increased content of inert gases in the working mixture and an increase in pumping losses associated with gas exchange conditions in the working cylinder, resulting in increased indicator specific fuel consumption and a high content of the most toxic substances in exhaust gases.
  • the high content of inert gases (residual gases) in the combustion chamber reduces the burning rate of the working mixture, which negatively affects the use of heat due to the transfer of combustion to the expansion line.
  • the objective of the invention is to increase the efficiency of automotive internal combustion engines with direct fuel injection into the combustion chamber, operating with a frequently changing load, and to reduce the toxicity of exhaust gases during engine idling and partial loads through the use of low-toxic combustion processes. fuel wound.
  • FIG. 1 shows a diagram of an automobile internal combustion engine with two combustion chambers of equal volume, a low-toxic fuel combustion process and forced ignition; in fig. 2 shows a diagram of an automobile diesel internal combustion engine with a low-toxic fuel combustion process and two separate vortex combustion chambers of equal volume; in fig.
  • Figure 3 shows a diagram of an automobile diesel internal combustion engine with a low-toxic fuel combustion process and two combustion chambers of equal volume, made in the piston of the working cylinder.
  • the internal combustion engine itself does not differ from the traditional one and contains at least one cylinder 1 with a piston 2 kinematically connected to the crankshaft 3 and the cylinder head 4.
  • Two electromagnetic fuel injectors 5 and 6 provide fuel injection into two separate combustion chambers 7 and 8, made equal in volume. Fuel from the tank to the electromagnetic fuel supply injectors 5 and 6 is supplied by the fuel supply system with the electronic fuel supply control unit 9, which makes it possible to control the duration, phases and law of fuel supply in an optimal way for the engine load mode.
  • the combustion chambers 7 and 8 are interconnected by a bypass channel 10 with the possibility of equalizing the pressure in them during the combustion of fuel in only one combustion chamber when the piston 2 is located near the top dead center.
  • the bypass channel 10 is made in the bottom of the piston 2, although it can also be located in the cylinder head 4.
  • the geometric volume of the bypass channel 10 does not exceed 0.3 of the working volume of one combustion chamber, for example, the volume of the combustion chamber 7.
  • spark plugs 11 and 12 are installed in combustion chambers 7 and 8 with voltage applied to them both for all even and all odd work cycles in a constant mode with the possibility of changing the ignition timing.
  • the low-toxic process of fuel combustion in an automobile internal combustion engine with direct fuel injection into the combustion chamber is carried out as follows.
  • the electronic control unit 9 when operating at rated and maximum power, the electronic control unit 9 sends its impulses through the wires to the coils of the electromagnetic fuel injectors 5 and 6, which are simultaneously both on even and on On odd working cycles, fuel is cyclically supplied to separate combustion chambers 7 and 8.
  • Each electromagnetic fuel injector 5 and 6 injects 0.5 of the calculated cyclic fuel supply calculated from the air charge of the engine cylinder.
  • the fuel in combustion chambers 7 and 8 burns with moderate underburning and an increased content of incomplete combustion products and primary soot particles.
  • the combustible mixture from the combustion chambers 7 and 8 will be thrown into the cylinder into the bypass channel 10, which contains a small amount of compressed clean air.
  • the geometric volume of the bypass channel 10 is no more than 0.3 of the working volume of one combustion chamber 7.
  • the presence of free atomic oxygen at a high temperature of the mixture (more than 1600°C) will ensure complete afterburning of products of incomplete combustion and primary soot particles in the final phase of combustion .
  • the combustion of fuel in combustion chambers 7 and 8 at full power occurs with a certain oxygen deficiency with an enriched fuel-air mixture. Such a flow of the working process in the combustion chamber does not lead to an increased formation of nitrogen oxides NO x .
  • the fuel supply is carried out as follows: the first electromagnetic fuel supply injector 5 performs fuel injection in even work cycles into the first combustion chamber 7, excluding fuel injection on odd working cycles, and the second electromagnetic fuel supply injector 6 injects fuel on odd working cycles into the second combustion chamber 8, excluding fuel injection on even working cycles, while the cyclic fuel supply of each nozzle corresponds to the entire air charge subjected to compression in two combustion chambers of a diesel engine cylinder.
  • one electromagnetic fuel injector can operate both in even and odd work cycles, and the second electromagnetic fuel injector, for example, only in odd work cycles and vice versa.
  • a low-toxic working process when the diesel engine is running at partial loads and idling is provided as follows.
  • the first stage of fuel combustion is carried out in each combustion chamber 7 and 8 alternately after four crankshaft revolutions with an enriched working mixture (all fuel of one cycle, calculated by the electronic control unit 9 in accordance with the engine load and air charge when forming a lean mixture, it is injected with only one fuel injector into one of the combustion chambers 7 and 8, as a result of which the working mixture is re-enriched with fuel) in conditions of a lack of oxygen behind the flame front.
  • the second stage of diffusion combustion proceeds in the cylinder in bypass channel 10 with a lean mixture and intense turbulence of the fuel-air mixture due to the high-speed outflow of clean air from the second combustion chamber, where the electromagnetic fuel injector does not inject fuel into the combustion chamber.
  • This execution of the working process in the cylinder of a diesel engine under conditions of partial loads and transient conditions inhibits the formation of NO x due to oxygen deficiency at the first stage of fuel combustion at high temperatures, and at the second stage during the period of fuel afterburning, the process of formation of oxides nitrogen NOx . stops as a result of a decrease in the overall temperature level of working gases in the engine cylinder. Reducing the content of products is incomplete Its combustion in the exhaust gases occurs due to the release of a large amount of free oxygen from the second combustion chamber and the turbulence of the mixture in the final phase of combustion.
  • a high degree of oxygen utilization makes it possible to achieve at partial loads and idling lower levels of toxic substances in the exhaust gases than diesels equipped with one combustion chamber and one electromagnetic fuel injector per cylinder. Reducing the ignition delay period of the fuel is provided by a significant reduction in the degree of recirculation (or its absence) and a decrease in the amount of inert gases in the working air charge with an increase in the percentage of active atomic oxygen in it at the moment the fuel injection starts. It should be noted that in the proposed low-toxic process of fuel combustion in the initial period of combustion, the working mixture contains a high percentage of oxygen with its total quantitative deficit, which reduces the intensity of heat release and the temperature of the working gases, subject to the condition of the minimum fuel ignition delay .
  • the temperature of the working gases in the first combustion period is also reduced due to the movement of some of the working gases through the bypass channel 10 into the combustion chamber with compressed air when fuel injection is skipped and the pressure is equalized in them.
  • the combustion chamber with compressed air acts as a shock absorber, smoothing out the pressure peaks of the working gases in the first period of fuel combustion in the combustion chamber connected by the bypass channel 10 with the ongoing combustion process.
  • the electromagnetic fuel injector does not inject fuel into the combustion chamber, and its turbulence, intensively increases the rate of combustion and heat release.
  • the electronic fuel supply control unit 9 sends its impulses through wires to the coils of the electromagnetic fuel injectors 5 and 6 simultaneously both in even and odd work cycles, which perform a cyclic fuel supply to separate combustion chambers 7 and 8.
  • Each electromagnetic fuel supply injector 5 and 6 injects 0.5 of the calculated cyclic fuel supply, calculated from the amount of air charge of the engine cylinder. Fuel injection is carried out on the compression stroke with an injection advance angle of 80 ⁇ 10° with an injection duration of 40° of crank rotation.
  • the spark supply to spark plugs 11 and 12 occurs on both even and odd duty cycles without any exceptions.
  • combustion of fuel in combustion chambers 7 and 8 occurs with a certain excess of oxygen at a slightly enriched working mixture. Such a flow of the working process in the combustion chamber does not lead to an increased formation of carbon monoxide and toxic substances in the exhaust gases.
  • the fuel supply is carried out They are defined as follows: the first electromagnetic fuel injector 5 injects fuel in even working cycles into the first combustion chamber 6, excluding fuel injection in odd working cycles, and the second electromagnetic fuel injector 5 injects fuel only in odd working cycles into the second combustion chamber - Rating 7, excluding fuel injection in even-numbered working cycles, while the cyclic fuel supply of each injector corresponds to an air charge subjected to compression in only one combustion chamber.
  • one electromagnetic fuel injector can operate both in even and odd work cycles, and the second electromagnetic fuel injector, for example, only in odd work cycles, and vice versa.
  • the low-toxic process of fuel combustion in an automobile internal combustion engine with forced ignition during operation at partial loads and idling is provided as follows.
  • the first combustion chamber 7 of the working cylinder 1 fresh air with a small amount of residual gases is compressed instead of the working mixture.
  • the most heated parts of the engine exhaust valves, spark plugs, combustion chamber walls
  • its temperature and pressure increase.
  • the temperature of the most heated parts of the engine combustion chamber decreases, which has a positive effect on their operation and the thermal state of the engine.
  • the filling process following the exhaust process largely determines the power and environmental performance of an internal combustion engine with positive ignition.
  • the filling of the cylinder with fresh air occurs without throttling the air flow in the absence of an air damper, which reduces the coefficient of residual gases, the hydraulic resistance of the intake system and increases the mechanical efficiency. internal combustion engine.
  • the low content of residual gases in the combustion chamber increases the speed of flame propagation, favorably affects the combustion process, increases heat utilization and engine efficiency.
  • At partial loads during the compression process, atmospheric air is compressed simultaneously in both combustion chambers 7 and 8, and fuel is injected into only one of the combustion chambers. As a result, the second chamber is purged and cooled with fresh air.
  • the pressure of the working gases begins to increase rapidly, which, thanks to the bypass channel 10, are partially displaced into the second combustion chamber, smoothing out the pressure surge and preventing detonation combustion of the working mixture.
  • the geometric volume of the bypass channel 10 is no more than 0.3 of the working volume of one combustion chamber.
  • the high temperature of the working mixture with an excess of oxygen during the afterburning of the fuel provides ensures complete combustion of the components of unburned fuel and a minimum content of hydrocarbons and soot in the exhaust gases.
  • the alternate combustion of the working mixture in two combustion chambers allows you to adjust the power developed by the internal combustion engine with forced ignition without resorting to throttling the air flow with an air damper, which helps to reduce pumping losses and increase efficiency.
  • the ratio of residual gases when the engine is idling and partial loads is sharply reduced, and the ratio of excess air increases, which favorably affects the combustion process and the economic performance of the engine.
  • the novelty or distinctive feature of the invention is the presence in each working cylinder of an automobile internal combustion engine instead of one or two separate, equal in volume combustion chambers.
  • the low-toxic process of fuel combustion in an automobile internal combustion engine operating with a variable load mode is that at idle and partial loads, the fuel burns alternately, for example, on even work cycles - in the first combustion chamber, and on odd work cycles - in the second combustion chamber.
  • the combustion chamber where fuel is not injected, atmospheric cold air is compressed with the remnants of exhaust gases remaining in the combustion chamber after fuel combustion in it in the previous operating cycle. During the expansion process, this chamber will be cleaned of the remnants of exhaust gases (they will mix with compressed air and be squeezed into the working cylinder).

Abstract

A motor vehicle internal combustion engine with a low-toxicity fuel combustion process comprises a cylinder with a piston, coupled to a crankshaft, and a cylinder head with intake and exhaust valves. A compression chamber contains two separate combustion chambers of equal volume with two electromagnetic fuel injection nozzles mounted one in each of said combustion chambers, and a fuel delivery system. The first electromagnetic fuel injection nozzle is mounted so as to be capable of delivering fuel to the first combustion chamber in each working cycle when the engine is operating at full capacity; and when the engine is idling or operating at partial loads, said nozzle delivers fuel in the even-numbered working cycles, omitting fuel injection in the odd-numbered working cycles. The second electromagnetic fuel injection nozzle is mounted so as to be capable of delivering fuel to the second combustion chamber in each working cycle when the engine is operating at full capacity; and when the engine is idling or operating at partial loads, said nozzle delivers fuel in the odd-numbered working cycles, omitting fuel injection in the even-numbered working cycles. The technical result is a reduction in the toxicity of the exhaust gases.

Description

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ CAR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Изобретение относится к тепловым двигателям, в частности, к двигате- лям внутреннего сгорания транспортных средств с непосредственным впры- ском топлива в камеру сгорания. The invention relates to heat engines, in particular, to internal combustion engines of vehicles with direct fuel injection into the combustion chamber.
Известен дизельный двигатель, включающий систему управления впрыском топлива, предназначенную для выполнения множественных впры- сков топлива, чтобы вызвать множественное сгорание. Электронный блок управления спроектирован для выполнения во время такта сжатия основного впрыска и нескольких предварительных впрысков перед основным впры- ском, а также для обеспечения отношения максимального количества впры- ска нескольких опережающих впрысков к количеству впрыска основного впрыска. Впрыск становится меньше, когда нагрузка дизельного двигателя меньше заданной нагрузки, чем когда нагрузка дизельного двигателя больше заданной нагрузки, и вызывает интервал впрыска между основным впрыском и одним из нескольких предварительных впрысков непосредственно перед основным впрыском, чтобы стать меньше, когда нагрузка дизельного двига- теля меньше заданной нагрузки, чем когда нагрузка дизельного двигателя больше заданной нагрузки [1]. Known is a diesel engine including a fuel injection control system for performing multiple injections of fuel to cause multiple combustion. The electronic control unit is designed to perform during the compression stroke the main injection and several pilot injections before the main injection, and to ensure the ratio of the maximum injection amount of several advanced injections to the injection amount of the main injection. The injection becomes smaller when the diesel engine load is less than the set load than when the diesel engine load is greater than the set load, and causes the injection interval between the main injection and one of several pilot injections just before the main injection to become smaller when the diesel engine load is less specified load than when the diesel engine load is greater than the specified load [1].
В известном способе работы повышается экономичность дизельного двигателя, хотя снижение вредных выбросов в отработавших газах несуще- ственно, что сдерживает использование данного двигателя внутреннего сго- рания в качестве силовой установки автомобиля, работающего с часто ме- няющейся нагрузкой. Однако современный автомобиль в обычных условиях эксплуатации работает на полной нагрузке не больше 15-20% всего времени движения. Полные мощности используются сравнительно редко, только при движении автомобиля с ускорением или при преодолении больших подъе- мов, а в подавляющем большинстве случаев автомобиль эксплуатируется с частичными нагрузками, связанными с малыми цикловыми подачи топлива и его сгоранием в воздушном заряде цилиндра с большой степенью рецирку- ляции отработавших газов, что снижает экономичность дизеля. При увеличе- нии степени рециркуляции возрастает длительность задержки воспламене- ния, уменьшается тепловыделение и снижается среднее индикаторное давле- ние при расширении рабочих газов. Эти эффекты усиливаются при охлажде- нии рециркулирующих газов. In the known method of operation, the efficiency of a diesel engine is increased, although the reduction in harmful emissions in exhaust gases is insignificant, which hinders the use of this internal combustion engine as a power plant for a vehicle operating with a frequently changing load. However, a modern car under normal operating conditions operates at full load for no more than 15-20% of the entire driving time. Full power is used relatively rarely, only when the car is moving with acceleration or when overcoming large slopes, and in the vast majority of cases the car is operated with partial loads associated with low cyclic fuel supply and its combustion in the air charge of the cylinder with a high degree of exhaust gas recirculation, which reduces the efficiency of the diesel engine. With an increase in the degree of recirculation, the duration of the ignition delay increases, the heat release decreases, and the average indicator pressure decreases with the expansion of the working gases. These effects are enhanced by cooling the recirculating gases.
Известен способ управления работой автомобильного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащего по меньшей мере один ци- линдр с поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом, электро- магнитную форсунку подачи топлива и два электронных блока управления подачей топлива: первый главный электронный блок управления выполнен с возможностью подачи электрических импульсов на электромагнитную фор- сунку подачи топлива по четным рабочим циклам на всех режимах работы двигателя, а второй электронный блок управления выполнен с возможностью подачи электрических импульсов на электромагнитную форсунку подачи топлива по нечетным рабочим циклам, при котором подают электрические импульсы на электромагнитную форсунку подачи топлива от двух электрон- ных блоков управления подачей топлива одновременно при пуске холодного двигателя или при работе его на полной мощности, впрыскивая топливо в цилиндр в каждом рабочем цикле, и отключают второй электронный блок управления подачей топлива при работе двигателя на режимах холостого хо- да и частичных нагрузках, близких к режиму холостого хода, исключая впрыск топлива в цилиндр по его нечетным рабочим циклам, а осуществляют впрыск топлива в цилиндр только по четным рабочим циклам путем подачи электрических импульсов на электромагнитную форсунку подачи топлива от первого главного блока управления подачей топлива, при этом отключение второго блока управления подачей топлива по нечетным рабочим циклам осуществляют автоматически при снижении нагрузки на двигатель внутрен- него сгорания и достижении разряжения вблизи впускных клапанов в преде- лах 0,03-0,05 МПа, а включается второй электронный блок управления пода- чи электрических импульсов на электромагнитную форсунку подачи топлива по нечетным рабочим циклам при полном открытии дроссельной заслонки [2]. There is a known method for controlling the operation of an automobile four-stroke internal combustion engine, containing at least one cylinder with a piston kinematically connected to the crankshaft, an electromagnetic fuel supply nozzle and two electronic fuel supply control units: the first main electronic control unit is configured to supply electrical pulses to the electromagnetic fuel injector at even operating cycles in all engine operating modes, and the second electronic control unit is configured to supply electrical impulses to the electromagnetic fuel injector at odd operating cycles, at which electrical impulses are applied to the electromagnetic fuel injector from two electronic fuel control units simultaneously when starting a cold engine or when it is running at full power, injecting fuel into the cylinder in each operating cycle, and turn off the second electronic fuel control unit. and engine operation at idle and partial loads close to idle, excluding fuel injection into the cylinder for its odd work cycles, and fuel is injected into the cylinder only for even work cycles by applying electrical impulses to the electromagnetic fuel injector from the first main fuel supply control unit, while the second fuel supply control unit is switched off at odd work cycles automatically when the load on the internal combustion engine is reduced and a vacuum is reached near the intake valves in the range of 0.03-0.05 MPa, and the second electronic control unit for the supply is turned on chi electrical impulses to the electromagnetic fuel injector for odd work cycles at full throttle opening [2].
Проведенные автором экспериментальные исследования предлагаемо- го способа подачи топлива при работе двигателя на режимах холостого хода и частичных нагрузках показали существенное снижение токсичных выбро- сов в окружающую среду, доказав необходимость совершенствования про- цессов газообмена в автомобильном двигателе внутреннего сгорания. Со- держание окиси углерода в отработавших газах на холостом ходу в результа- те двойной продувки камеры сгорания и пропуска впрыска топлива по нечет- ным рабочим ходам снизилось в 2..3 раза. При этом на 8 % уменьшился рас- ход бензина за счет эффективного (с оптимальной скоростью и своевремен- ным воспламенением) и полного сгорания топлива. Следует отметить, что величина разряжения во впускном коллекторе уменьшилась и составила 0,04 МПа вместо 0,06 МПа, что увеличило механический к.п.д. за счет сни- жения крутящего момента, затрачиваемого для всасывания воздуха в рабочие цилиндры при дросселировании воздушного потока воздушной заслонкой. Следовательно, полная очистка камеры сгорания от остатков отработавших газов создает необходимые условия для своевременного воспламенения и полного сгорания рабочей смеси на частичных режимах и холостом ходу двигателя и существенно уменьшает наличие токсических компонентов в от- работавших газах. Experimental studies carried out by the author of the proposed method of fuel supply during engine operation at idle and partial loads showed a significant reduction in toxic emissions into the environment, proving the need to improve gas exchange processes in an automobile internal combustion engine. The content of carbon monoxide in the exhaust gases at idle as a result of double purge of the combustion chamber and the passage of fuel injection in odd strokes decreased by 2..3 times. At the same time, gasoline consumption decreased by 8% due to efficient (with optimal speed and timely ignition) and complete combustion of fuel. It should be noted that the vacuum in the intake manifold decreased and amounted to 0.04 MPa instead of 0.06 MPa, which increased the mechanical efficiency. by reducing the torque required to suck air into the working cylinders when the air flow is throttled by the air damper. Consequently, complete cleaning of the combustion chamber from exhaust gas residues creates the necessary conditions for timely ignition and complete combustion of the working mixture at partial modes and idling of the engine and significantly reduces the presence of toxic components in the exhaust gases.
Вместе с тем пропускать каждый второй рабочий ход в двигателе внут- реннего сгорания с целью улучшения продувки камеры сгорания не совсем рационально из-за присутствия в малотоксичном рабочем цикле отрицатель- ной механической работы, затрачиваемой на сжатие чистого воздуха без впрыска топлива по нечетным рабочим циклам. На холостом ходу и частич- ных нагрузках по нечетным рабочим циклам в цилиндрах двигателя вместо рабочей смеси сжимается свежий воздух с небольшим количеством остаточ- ных газов. В результате сжатия чистого воздуха, смешивания его с остаточ- ными газами и контакта с наиболее нагретыми деталями двигателя (выпуск- ные клапаны, свечи зажигания, стенки камеры сгорания и поршни) происхо- дит повышение температуры и давления газов в рабочем цилиндре при ходе поршня к верхней мертвой точке. При обратном ходе поршня к нижней мертвой точке невозможно трансформировать положительную механиче- скую работу в течение процесса расширения сжатого воздуха, большую, чем затраченную на его сжатие из-за теплообмена в процессе расширения и не- адиабатического процесса при расширении. Экономия топлива в экспери- ментальных исследованиях была достигнута за счет своевременного воспла- менения и полного сгорания рабочей смеси при оптимальных условиях сго- рания, а также за счет снижения насосных потерь, возникающих при дроссе- лировании воздушного потока воздушной заслонкой. В результате положи- тельный эффект оказался больше разности отрицательной работы, затрачи- ваемой на сжатие чистого воздуха и положительной механической работы, выполняемой сжатым воздухом при его расширении без впрыска топлива по нечетным рабочим циклам. At the same time, it is not entirely rational to skip every second working stroke in an internal combustion engine in order to improve the combustion chamber scavenging due to the presence of negative mechanical work in the low-toxic working cycle spent on compressing clean air without fuel injection in odd working cycles. At idling and partial loads on odd duty cycles, fresh air with a small amount of residual gases is compressed in the engine cylinders instead of the working mixture. As a result of compressing clean air, mixing it with residual gases and contact with the most heated parts of the engine (exhaust valves, spark plugs, combustion chamber walls and pistons), the temperature and pressure of gases in the working cylinder rise when the piston moves to top dead center. When the piston moves back to the bottom dead center, it is impossible to transform the positive mechanical work during the expansion process of compressed air, greater than that spent on its compression due to heat transfer during the expansion process and the non-adiabatic process during expansion. Fuel economy in experimental studies was achieved due to timely ignition and complete combustion of the working mixture under optimal combustion conditions, as well as by reducing pumping losses that occur when the air flow is throttled by an air damper. As a result, the positive effect turned out to be greater than the difference between the negative work expended on compressing clean air and the positive mechanical work performed by compressed air during its expansion without fuel injection in odd work cycles.
Современный автомобиль в обычных условиях эксплуатации работает на полной нагрузке сравнительно редко, а в подавляющем большинстве слу- чаев машина эксплуатируется на частичных режимах, связанных с малыми открытиями воздушной заслонки и высокими значениями разрежения во впускном коллекторе. Вместе с тем, работа двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием на малых нагрузках связана с повышенным со- держанием инертных газов в рабочей смеси и возрастанием насосных потерь, связанных с условиями газообмена в рабочем цилиндре, результатом чего являются повышенные индикаторные удельные расходы топлива и высокое содержание наиболее токсических веществ в отработавших газах. Высокое содержание инертных газов (остаточные газы) в камере сгорания снижает скорость горения рабочей смеси, что отрицательно сказывается на использо- вании тепла из-за переноса сгорания на линию расширения. Задачей изобретения является повышение экономичности автомобиль- ных двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топли- ва в камеру сгорания, работающих с часто меняющейся нагрузкой, и сниже- ние токсичности отработавших газов при работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках за счет использования малотоксичных процессов сго- рания топлива. A modern car, under normal operating conditions, operates at full load relatively rarely, and in the vast majority of cases, the car is operated at partial modes associated with small openings of the air damper and high vacuum values in the intake manifold. At the same time, the operation of an internal combustion engine with forced ignition at low loads is associated with an increased content of inert gases in the working mixture and an increase in pumping losses associated with gas exchange conditions in the working cylinder, resulting in increased indicator specific fuel consumption and a high content of the most toxic substances in exhaust gases. The high content of inert gases (residual gases) in the combustion chamber reduces the burning rate of the working mixture, which negatively affects the use of heat due to the transfer of combustion to the expansion line. The objective of the invention is to increase the efficiency of automotive internal combustion engines with direct fuel injection into the combustion chamber, operating with a frequently changing load, and to reduce the toxicity of exhaust gases during engine idling and partial loads through the use of low-toxic combustion processes. fuel wound.
Указанная техническая задача решается тем, что в автомобильном дви- гателе внутреннего сгорания с малотоксичным процессом сгорания топлива, содержащем по меньшей мере один цилиндр с поршнем, кинематически свя- занным с коленчатым валом, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами, при этом камера сжатия содержит по меньшей мере две отдель- ные камеры сгорания равного объема с двумя электромагнитными форсун- ками подачи топлива, установленными в разных камерах сгорания и систему топливоподачи с электронным блокам управления подачей топлива, причем первая электромагнитная форсунка подачи топлива установлена с возможно- стью подачи топлива в первую камеру сгорания в каждом рабочем цикле при работе двигателя на полной мощности, а при работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках - по четным рабочим циклам, исключая впрыск топлива по нечетным рабочим циклам, при этом вторая электромагнитная форсунка подачи топлива установлена с возможностью подачи топлива во вторую камеру сгорания в каждом рабочем цикле при работе двигателя на полной мощности, а при работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках - по нечетным рабочим циклам, исключая впрыск топлива по чет- ным рабочим циклам. Камеры сгорания соединены между собой перепуск- ным каналом с возможностью выравнивания в них давления во время сгора- ния топлива только в одной камере сгорания при расположении поршня вблизи верхней мертвой точки. Перепускной канал выполнен в днище порш- ня, при этом геометрический объем канала не превышает 0.3 рабочего объе- ма одной камеры сгорания. На фиг. 1 представлена схема автомобильного двигателя внутреннего сгорания с двумя камерами сгорания равного объема, малотоксичным про- цессом сгорания топлива и принудительным зажиганием; на фиг. 2 представ- лена схема автомобильного дизельного двигателя внутреннего сгорания с малотоксичным процессом сгорания топлива и двумя раздельными вихревы- ми камерами сгорания равного объема; на фиг. 3 представлена схема автомо- бильного дизельного двигателя внутреннего сгорания с малотоксичным про- цессом сгорания топлива и двумя камерами сгорания равного объема, вы- полненными в поршне рабочего цилиндра. This technical problem is solved by the fact that in an automobile internal combustion engine with a low-toxic fuel combustion process, containing at least one cylinder with a piston kinematically connected to the crankshaft, a cylinder head with intake and exhaust valves, while the compression chamber contains at least two separate combustion chambers of equal volume with two electromagnetic fuel supply nozzles installed in different combustion chambers and a fuel supply system with an electronic fuel supply control unit, the first electromagnetic fuel supply nozzle being installed with the possibility of supplying fuel to the first combustion chamber in each working cycle when the engine is running at full power, and when the engine is running at idle and partial loads - on even working cycles, excluding fuel injection on odd working cycles, while the second electromagnetic fuel injector is installed with the possibility of supplying fuel to second chamber combustion in each working cycle when the engine is running at full power, and when the engine is idling and at partial loads - on odd working cycles, excluding fuel injection on even working cycles. The combustion chambers are interconnected by a bypass channel with the possibility of equalizing the pressure in them during fuel combustion in only one combustion chamber when the piston is located near the top dead center. The bypass channel is made in the piston bottom, while the geometric volume of the channel does not exceed 0.3 of the working volume of one combustion chamber. In FIG. 1 shows a diagram of an automobile internal combustion engine with two combustion chambers of equal volume, a low-toxic fuel combustion process and forced ignition; in fig. 2 shows a diagram of an automobile diesel internal combustion engine with a low-toxic fuel combustion process and two separate vortex combustion chambers of equal volume; in fig. Figure 3 shows a diagram of an automobile diesel internal combustion engine with a low-toxic fuel combustion process and two combustion chambers of equal volume, made in the piston of the working cylinder.
Сам двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1-3) не отличается от тради- ционного и содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с поршнем 2, кинема- тически связанный с коленчатым валом 3 и головку цилиндра 4. Две элек- тромагнитные форсунки подачи топлива 5 и 6 обеспечивают впрыск топлива в две отдельные камеры сгорания 7 и 8, выполненные равными по объему. Топливо из бака к электромагнитным форсункам подачи топлива 5 и 6 пода- ется системой топливоподачи с электронным блокам управления подачей топлива 9, позволяющим оптимальным для нагрузочного режима двигателя образом управлять продолжительностью, фазами и законом подачи топлива. Камеры сгорания 7 и 8 соединены между собой перепускным каналом 10 с возможностью выравнивания в них давления во время сгорания топлива только в одной камере сгорания при расположении поршня 2 вблизи верхней мертвой точки. Перепускной канал 10 выполнен в днище поршня 2, хотя мо- жет быть расположен и в головке цилиндра 4. Геометрический объем пере- пускного канала 10 не превышает 0.3 рабочего объема одной камеры сгора- ния, например, объема камеры сгорания 7. В двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажиганием (фиг. 1 ) в камерах сгорания 7 и 8 установлены свечи зажигания 11 и 12 с подачей напряжения на них как по всем четным, так и по всем нечетным рабочим циклам в постоянном режиме с возможно- стью изменения угла опережения зажигания. Малотоксичный процесс сгорания топлива в автомобильном двигателе внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива в камеру сго- рания осуществляется следующим образом. The internal combustion engine itself (Fig. 1-3) does not differ from the traditional one and contains at least one cylinder 1 with a piston 2 kinematically connected to the crankshaft 3 and the cylinder head 4. Two electromagnetic fuel injectors 5 and 6 provide fuel injection into two separate combustion chambers 7 and 8, made equal in volume. Fuel from the tank to the electromagnetic fuel supply injectors 5 and 6 is supplied by the fuel supply system with the electronic fuel supply control unit 9, which makes it possible to control the duration, phases and law of fuel supply in an optimal way for the engine load mode. The combustion chambers 7 and 8 are interconnected by a bypass channel 10 with the possibility of equalizing the pressure in them during the combustion of fuel in only one combustion chamber when the piston 2 is located near the top dead center. The bypass channel 10 is made in the bottom of the piston 2, although it can also be located in the cylinder head 4. The geometric volume of the bypass channel 10 does not exceed 0.3 of the working volume of one combustion chamber, for example, the volume of the combustion chamber 7. In an internal combustion engine with forced ignition (Fig. 1), spark plugs 11 and 12 are installed in combustion chambers 7 and 8 with voltage applied to them both for all even and all odd work cycles in a constant mode with the possibility of changing the ignition timing. The low-toxic process of fuel combustion in an automobile internal combustion engine with direct fuel injection into the combustion chamber is carried out as follows.
В автомобильном дизельном двигателе (фиг. 2,3) при работе на номи- нальной и максимальной мощности электронный блок управления 9 посы- лает свои импульсы по проводам на катушки электромагнитных форсунок подачи топлива 5 и 6, которые одновременно как по четным, так и по нечет- ным рабочим циклам выполняют цикловую подачу топлива в отдельные ка- меры сгорания 7 и 8. Каждая электромагнитная форсунка подачи топлива 5 и 6 впрыскивает 0,5 расчетной цикловой подачи топлива, рассчитанной по величине воздушного заряда цилиндра двигателя. Во избежание образова- ния большого количества оксидов азота NOx топливо в камерах сгорания 7 и 8 сгорает с умеренным недожогом и увеличенным содержанием продуктов неполного сгорания и первичных частиц сажи. При вращении кривошипа коленчатого вала 3 и прохождения поршнем 2 верхней мертвой точки горю- чая смесь из камер сгорания 7 и 8 будет выброшена в цилиндр в перепуск- ной канал 10, содержащий небольшое количество сжатого чистого воздуха. Геометрический объем перепускного канала 10 составляет не более 0, 3 ра- бочего объема одной камеры сгорания 7. Наличие свободного атомарного кислорода при высокой температуре смеси (более 1600°С) обеспечит полное дожигание продуктов неполного сгорания и первичных частиц сажи в ко- нечной фазе сгорания. Необходимо отметить, что сгорание топлива в каме- рах сгорания 7 и 8 на полной мощности происходит с некоторым дефицитом кислорода при обогащенной топливно-воздушной смеси. Такое протекание рабочего процесса в камере сгорания не приводит к повышенному образова- нию оксидов азота NOx. In an automobile diesel engine (Fig. 2,3), when operating at rated and maximum power, the electronic control unit 9 sends its impulses through the wires to the coils of the electromagnetic fuel injectors 5 and 6, which are simultaneously both on even and on On odd working cycles, fuel is cyclically supplied to separate combustion chambers 7 and 8. Each electromagnetic fuel injector 5 and 6 injects 0.5 of the calculated cyclic fuel supply calculated from the air charge of the engine cylinder. In order to avoid the formation of a large amount of nitrogen oxides NOx , the fuel in combustion chambers 7 and 8 burns with moderate underburning and an increased content of incomplete combustion products and primary soot particles. When the crankshaft crank 3 rotates and the piston 2 passes the top dead center, the combustible mixture from the combustion chambers 7 and 8 will be thrown into the cylinder into the bypass channel 10, which contains a small amount of compressed clean air. The geometric volume of the bypass channel 10 is no more than 0.3 of the working volume of one combustion chamber 7. The presence of free atomic oxygen at a high temperature of the mixture (more than 1600°C) will ensure complete afterburning of products of incomplete combustion and primary soot particles in the final phase of combustion . It should be noted that the combustion of fuel in combustion chambers 7 and 8 at full power occurs with a certain oxygen deficiency with an enriched fuel-air mixture. Such a flow of the working process in the combustion chamber does not lead to an increased formation of nitrogen oxides NO x .
При работе дизельного двигателя на частичных нагрузках и холостом ходу подачу топлива осуществляют следующим образом: первой электро- магнитной форсункой подачи топлива 5 выполняют впрыск топлива по чет- ным рабочим циклам в первую камеру сгорания 7, исключая впрыск топлива по нечетным рабочим циклам, а второй электромагнитной форсункой пода- чи топлива 6 осуществляют впрыск топлива по нечетным рабочим циклам во вторую камеру сгорания 8, исключая впрыск топлива по четным рабочим циклам, при этом цикловая подача топлива каждой форсунки соответствует всему воздушному заряду, подвергаемому сжатию в двух камерах сгорания цилиндра дизельного двигателя. На переходных режимах работы одна элек- тромагнитная форсунка подачи топлива может работать как по четным, так и по нечетным рабочим циклам, а вторая электромагнитная форсунка пода- чи топлива, например, только по нечетным рабочим циклам и наоборот. Ма- лотоксичный рабочий процесс при работе дизельного двигателя на частич- ных нагрузках и холостом ходу обеспечивается следующим образом. Для снижения образования оксидов азота NOx первая стадия сгорания топлива осуществляется в каждой камере сгорания 7 и 8 поочередно через четыре оборота коленчатого вала при обогащенной рабочей смеси (все топливо од- ного цикла, расчитанное электронным блоком управления 9 в соответствии с загрузкой двигателя и зарядом воздуха при формировании обедненной смеси, впрыскивается только одной форсункой подачи топлива в одну из камер сгорания 7 и 8, вследствие рабочая смесь переобогащается топливом) в условиях недостатка кислорода за фронтом пламени. Вторая стадия диф- фузионного сгорания протекает в цилиндре в перепускном канале 10 при обедненной смеси и интенсивной турбулизации топливно-воздушной смеси за счет скоростного истечения чистого воздуха из второй камеры сгорания, где электромагнитная форсунка подачи топлива не выполняет впрыск топ- лива в камеру сгорания. Такое исполнение рабочего процесса в цилиндре дизельного двигателя в условиях частичных нагрузок и переходных режи- мов тормозит процесс образования NOx из-за дефицита кислорода на пер- вой стадии сгорания топлива в условиях высоких температур, а на второй стадии в период догорания топлива процесс образования оксидов азота NOx. прекращается в результате снижения общего температурного уровня рабо- чих газов в цилиндре двигателя. Снижение содержания продуктов неполно- го сгорания в отработавших газах происходит за счет выброса большого ко- личества свободного кислорода из второй камеры сгорания и турбулизации смеси в конечной фазе сгорания. Высокая степень использования кислорода позволяет достигнуть на частичных нагрузках и холостом ходу более низ- ких, чем у дизелей, оборудованных одной камерой сгорания и одной элек- тромагнитной форсункой подачи топлива на один цилиндр показателей со- держания токсичных веществ в отработавших газах. Сокращение периода задержки воспламенения топлива обеспечивается существенным сокраще- нием степени рециркуляции (или ее отсутствием) и снижением количества инертных газов в рабочем воздушном заряде при возрастании в нем про- центного содержания активного атомарного кислорода в момент начала впрыска топлива. Необходимо отметить, что в предлагаемом малотоксичном процессе сгорания топлива в начальный период сгорания рабочая смесь со- держит высокий процент содержания кислорода при его общем количе- ственном дефиците, что снижает интенсивность тепловыделения и темпера- туру рабочих газов при соблюдении условия минимальной задержки вос- пламенения топлива. Температура рабочих газов в первый период сгорания также снижается за счет перемещения некоторой части рабочих газов по пе- репускному каналу 10 в камеру сгорания со сжатым воздухом при пропуске впрыска топлива и выравнивании в них давления. Кроме того, камера сгора- ния со сжатым воздухом работает как амортизатор, сглаживая пики давле- ний рабочих газов в первый период сгорания топлива в соединенной пере- пускным каналом 10 камере сгорания с протекающим процессом сгорания. Вместе с тем в конечной фазе сгорания топлива в период диффузного сгора- ния при обедненной рабочей смеси, за счет скоростного истечения чистого воздуха из второй камеры сгорания, где электромагнитная форсунка подачи топлива не выполняет впрыск топлива в камеру сгорания, и ее турбулиза- ции, интенсивно нарастает скорость сгорания и тепловыделение. Этому также способствует снижение количества инертных газов в рабочем воз- душном заряде при возрастании процентного содержания атомарного кис- лорода в рабочей смеси. Высокая скорость сгорания топлива повышает тем- пературу рабочих газов и их давление в начале рабочего хода, что увеличи- вает среднее индикаторное давление цикла и термический КПД дизеля. Вы- сокая температура рабочей смеси при избытке кислорода в период догора- ния топлива обеспечивает полное сгорание компонентов несгоревшего топ- лива и минимальное содержание в отработавших газах углеводородов и са- жи. When the diesel engine is operating at partial loads and idling, the fuel supply is carried out as follows: the first electromagnetic fuel supply injector 5 performs fuel injection in even work cycles into the first combustion chamber 7, excluding fuel injection on odd working cycles, and the second electromagnetic fuel supply injector 6 injects fuel on odd working cycles into the second combustion chamber 8, excluding fuel injection on even working cycles, while the cyclic fuel supply of each nozzle corresponds to the entire air charge subjected to compression in two combustion chambers of a diesel engine cylinder. In transient operating modes, one electromagnetic fuel injector can operate both in even and odd work cycles, and the second electromagnetic fuel injector, for example, only in odd work cycles and vice versa. A low-toxic working process when the diesel engine is running at partial loads and idling is provided as follows. To reduce the formation of nitrogen oxides NOx , the first stage of fuel combustion is carried out in each combustion chamber 7 and 8 alternately after four crankshaft revolutions with an enriched working mixture (all fuel of one cycle, calculated by the electronic control unit 9 in accordance with the engine load and air charge when forming a lean mixture, it is injected with only one fuel injector into one of the combustion chambers 7 and 8, as a result of which the working mixture is re-enriched with fuel) in conditions of a lack of oxygen behind the flame front. The second stage of diffusion combustion proceeds in the cylinder in bypass channel 10 with a lean mixture and intense turbulence of the fuel-air mixture due to the high-speed outflow of clean air from the second combustion chamber, where the electromagnetic fuel injector does not inject fuel into the combustion chamber. This execution of the working process in the cylinder of a diesel engine under conditions of partial loads and transient conditions inhibits the formation of NO x due to oxygen deficiency at the first stage of fuel combustion at high temperatures, and at the second stage during the period of fuel afterburning, the process of formation of oxides nitrogen NOx . stops as a result of a decrease in the overall temperature level of working gases in the engine cylinder. Reducing the content of products is incomplete Its combustion in the exhaust gases occurs due to the release of a large amount of free oxygen from the second combustion chamber and the turbulence of the mixture in the final phase of combustion. A high degree of oxygen utilization makes it possible to achieve at partial loads and idling lower levels of toxic substances in the exhaust gases than diesels equipped with one combustion chamber and one electromagnetic fuel injector per cylinder. Reducing the ignition delay period of the fuel is provided by a significant reduction in the degree of recirculation (or its absence) and a decrease in the amount of inert gases in the working air charge with an increase in the percentage of active atomic oxygen in it at the moment the fuel injection starts. It should be noted that in the proposed low-toxic process of fuel combustion in the initial period of combustion, the working mixture contains a high percentage of oxygen with its total quantitative deficit, which reduces the intensity of heat release and the temperature of the working gases, subject to the condition of the minimum fuel ignition delay . The temperature of the working gases in the first combustion period is also reduced due to the movement of some of the working gases through the bypass channel 10 into the combustion chamber with compressed air when fuel injection is skipped and the pressure is equalized in them. In addition, the combustion chamber with compressed air acts as a shock absorber, smoothing out the pressure peaks of the working gases in the first period of fuel combustion in the combustion chamber connected by the bypass channel 10 with the ongoing combustion process. At the same time, in the final phase of fuel combustion during diffuse combustion with a lean working mixture, due to the high-speed outflow of clean air from the second combustion chamber, where the electromagnetic fuel injector does not inject fuel into the combustion chamber, and its turbulence, intensively increases the rate of combustion and heat release. This is also facilitated by a decrease in the amount of inert gases in the working air charge with an increase in the percentage of atomic acid. lord in the working mixture. The high rate of fuel combustion increases the temperature of the working gases and their pressure at the beginning of the working stroke, which increases the average indicated pressure of the cycle and the thermal efficiency of the diesel engine. The high temperature of the working mixture with an excess of oxygen during the afterburning period of the fuel ensures complete combustion of the components of unburned fuel and a minimum content of hydrocarbons and soot in the exhaust gases.
При работе двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажи- ганием на максимальной мощности электронный блок управления подачей топлива 9 посылает свои импульсы по проводам на катушки электромаг- нитных форсунок подачи топлива 5 и 6 одновременно как по четным, так и по нечетным рабочим циклам, которые выполняют цикловую подачу топ- лива в отдельные камеры сгорания 7 и 8. Каждая электромагнитная форсу н- ка подачи топлива 5 и 6 впрыскивает 0,5 расчетной цикловой подачи топли- ва, рассчитанной по величине воздушного заряда цилиндра двигателя. Впрыск топлива осуществляется на такте сжатия с углом опережения впрыскивания 80±10° при продолжительности впрыскивания 40° поворота кривошипа. Подача искры на свечи зажигания 11 и 12 происходит как по четным, так и по нечетным рабочим циклам без каких-либо исключений. При вращении кривошипа коленчатого вала 3 и расположении поршня 2 вблизи верхней мертвой точки горючая смесь в камерах сгорания 7 и 8 сго- рает оптимальным для нагрузочного режима двигателя образом и макси- мально увеличивает давление рабочих газов в рабочем цилиндре 1. Необхо- димо отметить, что сгорание топлива в камерах сгорания 7 и 8 происходит с некоторым избытком кислорода при несколько обогащенной рабочей смеси. Такое протекание рабочего процесса в камере сгорания не приводит к по- вышенному образованию окиси углерода и токсических веществ в отрабо- тавших газах. When the internal combustion engine with forced ignition is operating at maximum power, the electronic fuel supply control unit 9 sends its impulses through wires to the coils of the electromagnetic fuel injectors 5 and 6 simultaneously both in even and odd work cycles, which perform a cyclic fuel supply to separate combustion chambers 7 and 8. Each electromagnetic fuel supply injector 5 and 6 injects 0.5 of the calculated cyclic fuel supply, calculated from the amount of air charge of the engine cylinder. Fuel injection is carried out on the compression stroke with an injection advance angle of 80±10° with an injection duration of 40° of crank rotation. The spark supply to spark plugs 11 and 12 occurs on both even and odd duty cycles without any exceptions. When the crankshaft 3 rotates and the piston 2 is located near the top dead center, the combustible mixture in the combustion chambers 7 and 8 burns in an optimal way for the engine load mode and maximizes the pressure of the working gases in the working cylinder 1. It should be noted that combustion of fuel in combustion chambers 7 and 8 occurs with a certain excess of oxygen at a slightly enriched working mixture. Such a flow of the working process in the combustion chamber does not lead to an increased formation of carbon monoxide and toxic substances in the exhaust gases.
При работе двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажи- ганием на частичных нагрузках и холостом ходу подачу топлива осуществ- ляют следующим образом: первой электромагнитной форсункой подачи топлива 5 выполняют впрыск топлива по четным рабочим циклам в первую камеру сгорания 6, исключая впрыск топлива по нечетным рабочим циклам, а второй электромагнитной форсункой подачи топлива 5 осуществляют впрыск топлива только по нечетным рабочим циклам во вторую камеру сго- рания 7, исключая впрыск топлива по четным рабочим циклам, при этом цикловая подача топлива каждой форсунки соответствует воздушному заря- ду, подвергаемому сжатию только в одной камере сгорания. На переходных режимах работы одна электромагнитная форсунка подачи топлива может работать как по четным, так и по нечетным рабочим циклам, а вторая элек- тромагнитная форсунка подачи топлива, например, только по нечетным ра- бочим циклам, и наоборот. Малотоксичный процесс сгорания топлива в ав- томобильном двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажигани- ем при работе на частичных нагрузках и холостом ходу обеспечивается сле- дующим образом. На холостом ходу и частичных нагрузках по нечетным рабочим циклам в первой камере сгорания 7 рабочего цилиндра 1 вместо ра- бочей смеси сжимается свежий воздух с небольшим количеством остаточ- ных газов. В результате сжатия чистого воздуха, за счет смешивания его с остаточными газами и контакта с наиболее нагретыми деталями двигателя (выпускные клапаны, свечи зажигания, стенки камеры сгорания), происхо- дит повышение его температуры и давления. В это время температура наиболее разогретых деталей камеры сгорания двигателя снижается, что по- ложительно сказывается на их работе и тепловом состоянии двигателя. При обратном ходе поршня 2 к нижней мертвой точке сжатая и нагретая смесь чистого воздуха с остаточными газами расширяется и смешивается с про- дуктами процесса сгорания, происходящего во второй камере сгорания 8. Температура и давление этой смеси достигает максимальных значений, и при наличии большого количества свободного кислорода поступающего в цилиндр из первой камеры сгорания 6 все промежуточные компоненты не- полного сгорания топлива, в том числе сажа и окиси углерода СО мгновенно сгорают, а полученное тепло идет на увеличение внутренней энергии смеси чистого воздуха с остаточными газами. Вся накопленная энергия рабочих газов в процессе расширения трансформируется в механическую работу. Отработавший газ покидает цилиндр 1 двигателя при очередном ходе порш- ня 2 к верхней мертвой точке, после чего выпускной клапан (на схеме не по- казан) закрывается. Процесс наполнения, следующий за процессом выпуска, в значительной степени предопределяет мощностные и экологические пока- затели двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Наполнение цилиндра свежим воздухом происходит без дросселирования воздушного потока при отсутствии воздушной заслонки, что снижает коэф- фициент остаточных газов, гидравлическое сопротивление впускной систе- мы и повышает механический к.п.д. двигателя внутреннего сгорания. Низ- кое содержание остаточных газов в камере сгорания увеличивает скорость распространения пламени, благоприятно сказывается на процессе сгорания, увеличивает теплоиспользование и экономичность двигателя. На частичных нагрузках в процессе сжатия атмосферный воздух сжимается одновременно в обеих камерах сгорания 7 и 8, а топливо впрыскивается только в одну из камер сгорания. Вследствие чего во второй камере происходит ее продувка и охлаждение свежим воздухом. Вместе с тем в первый период сгорания топлива в первой камере сгорания начинает интенсивно нарастать давление рабочих газов, которые благодаря перепускному каналу 10 частично вытес- няются во вторую камеру сгорания, сглаживая скачек давления и предот- вращая детонационное сгорания рабочей смеси. Геометрический объем пе- репускного канала 10 составляет не более 0, 3 рабочего объема одной каме- ры сгорания . При очередном процессе сжатия и подачи топлива в эту каме- ру сгорания, содержание остаточных газов в рабочей смеси окажется мини- мальным, а процесс воспламенения и сгорания топлива - оптимальным, что положительно скажется на экономичности и экологичности двигателя внут- реннего сгорания с принудительным зажиганием. Высокая температура ра- бочей смеси при избытке кислорода в период догорания топлива обеспечи- вает полное сгорание компонентов несгоревшего топлива и минимальное содержание в отработавших газах углеводородов и сажи. Кроме того, пооче- редное сгорание рабочей смеси в двух камерах сгорания позволяет регули- ровать мощность, развиваемою двигателем внутреннего сгорания с прину- дительным зажиганием, не прибегая к дросселированию воздушного потока воздушной заслонкой, что способствует снижению насосных потерь, и по- вышению экономичности. Очевидно, что именно пропуск сгорания в одной камере сгорания обеспечивает состав рабочей смеси с малым содержанием инертных газов, так как остаточные газы от нечетных рабочих циклов со- стоят из свежего воздуха и только частично - из продуктов сгорания. Вслед- ствие этого коэффициент остаточных газов при работе двигателя на холо- стом ходу и частичных нагрузках резко снижается, а коэффициент избытка воздуха повышается, что благоприятно сказывается на процессе сгорания и экономических показателях двигателя. When the internal combustion engine with forced ignition is operating at partial loads and idling, the fuel supply is carried out They are defined as follows: the first electromagnetic fuel injector 5 injects fuel in even working cycles into the first combustion chamber 6, excluding fuel injection in odd working cycles, and the second electromagnetic fuel injector 5 injects fuel only in odd working cycles into the second combustion chamber - Rating 7, excluding fuel injection in even-numbered working cycles, while the cyclic fuel supply of each injector corresponds to an air charge subjected to compression in only one combustion chamber. In transient operating modes, one electromagnetic fuel injector can operate both in even and odd work cycles, and the second electromagnetic fuel injector, for example, only in odd work cycles, and vice versa. The low-toxic process of fuel combustion in an automobile internal combustion engine with forced ignition during operation at partial loads and idling is provided as follows. At idling and partial loads on odd working cycles, in the first combustion chamber 7 of the working cylinder 1, fresh air with a small amount of residual gases is compressed instead of the working mixture. As a result of the compression of clean air, due to its mixing with residual gases and contact with the most heated parts of the engine (exhaust valves, spark plugs, combustion chamber walls), its temperature and pressure increase. At this time, the temperature of the most heated parts of the engine combustion chamber decreases, which has a positive effect on their operation and the thermal state of the engine. When the piston 2 moves back to the bottom dead center, the compressed and heated mixture of clean air with residual gases expands and mixes with the products of the combustion process occurring in the second combustion chamber 8. The temperature and pressure of this mixture reaches maximum values, and in the presence of a large amount of free oxygen entering the cylinder from the first combustion chamber 6 all intermediate components of incomplete combustion of fuel, including soot and carbon monoxide CO instantly are burned, and the resulting heat is used to increase the internal energy of a mixture of clean air with residual gases. All the accumulated energy of the working gases in the process of expansion is transformed into mechanical work. The exhaust gas leaves cylinder 1 of the engine during the next stroke of piston 2 to top dead center, after which the exhaust valve (not shown in the diagram) closes. The filling process following the exhaust process largely determines the power and environmental performance of an internal combustion engine with positive ignition. The filling of the cylinder with fresh air occurs without throttling the air flow in the absence of an air damper, which reduces the coefficient of residual gases, the hydraulic resistance of the intake system and increases the mechanical efficiency. internal combustion engine. The low content of residual gases in the combustion chamber increases the speed of flame propagation, favorably affects the combustion process, increases heat utilization and engine efficiency. At partial loads, during the compression process, atmospheric air is compressed simultaneously in both combustion chambers 7 and 8, and fuel is injected into only one of the combustion chambers. As a result, the second chamber is purged and cooled with fresh air. At the same time, in the first period of fuel combustion in the first combustion chamber, the pressure of the working gases begins to increase rapidly, which, thanks to the bypass channel 10, are partially displaced into the second combustion chamber, smoothing out the pressure surge and preventing detonation combustion of the working mixture. The geometric volume of the bypass channel 10 is no more than 0.3 of the working volume of one combustion chamber. With the next process of compression and supply of fuel to this combustion chamber, the content of residual gases in the working mixture will be minimal, and the process of ignition and combustion of the fuel will be optimal, which will positively affect the efficiency and environmental friendliness of an internal combustion engine with forced ignition. The high temperature of the working mixture with an excess of oxygen during the afterburning of the fuel provides ensures complete combustion of the components of unburned fuel and a minimum content of hydrocarbons and soot in the exhaust gases. In addition, the alternate combustion of the working mixture in two combustion chambers allows you to adjust the power developed by the internal combustion engine with forced ignition without resorting to throttling the air flow with an air damper, which helps to reduce pumping losses and increase efficiency. Obviously, it is the passage of combustion in one combustion chamber that ensures the composition of the working mixture with a low content of inert gases, since the residual gases from odd working cycles consist of fresh air and only partially of combustion products. As a result, the ratio of residual gases when the engine is idling and partial loads is sharply reduced, and the ratio of excess air increases, which favorably affects the combustion process and the economic performance of the engine.
Таким образом новизна или отличительная особенность изобретения - это наличие в каждом рабочем цилиндре автомобильного двигателя внут- реннего сгорания вместо одной - двух раздельных, равных по объему камер сгорания. Тогда малотоксичный процесс сгорания топлива в автомобильном двигателе внутреннего сгорания, работающем с переменным режимом нагрузок заключается в том, что на холостом ходу и частичных нагрузках топливо сгорает поочередно, например, по четным рабочим циклам - в пер- вой камере сгорания, а по нечетным рабочим циклам — во второй камере сгорания. При этом в камере сгорания, куда не впрыскивается топливо, сжимается атмосферный холодный воздух с остатками отработавших газов, оставшихся в камере сгорания после сгорания в ней топлива в предыдущем рабочем цикле. В процессе расширения эта камера очистится от остатков отработавших газов (они смешаются со сжатым воздухом и вытиснятся в рабочий цилиндр). После очередного газообмена в следующем рабочем цикле при сгорании топлива в этой камере сгорания остаточные газы будут отсутствовать, что положительно скажется на процессе сгорания топлива. Вместе с тем сжатый в камере сгорания, в которую не впрыскивается топли- во, атмосферный воздух, благодаря содержанию большого количества ак- тивных молекул свободного кислорода, при перемещении из камеры сгора- ния в перепускной канал и рабочий цилиндр в конечный период процесса сгорания мгновенно дожигает при высокой температуре и давлению проме- жуточные продукты сгорания топлива, а также сажу и окись углерода СО. Выделившаяся при этом тепловая энергия повысит температуру сжатого воздуха и среднее индикаторное давление цикла, что увеличит КПД двига- теля. В малотоксичном рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием воздушная заслонка отсутствует, а процесс га- зообмена рабочего цилиндра осуществляется без дросселирования воздуш- ного потока с минимальными потерями крутящего момента, что также по- вышает экономичность. Согласованная работа двух электромагнитных фор- сунок подачи топлива в две отдельные камеры сгорания равного объема ре- ализует в наибольшей мере малотоксичный процесс сгорания топлива авто- мобильного двигателя внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания, работающем с переменным режимом нагрузок, и обеспечивает минимальный уровень токсичности при высокой экономично- сти путем предлагаемой организации протекания процесса сгорания топли ва. Thus, the novelty or distinctive feature of the invention is the presence in each working cylinder of an automobile internal combustion engine instead of one or two separate, equal in volume combustion chambers. Then, the low-toxic process of fuel combustion in an automobile internal combustion engine operating with a variable load mode is that at idle and partial loads, the fuel burns alternately, for example, on even work cycles - in the first combustion chamber, and on odd work cycles - in the second combustion chamber. At the same time, in the combustion chamber, where fuel is not injected, atmospheric cold air is compressed with the remnants of exhaust gases remaining in the combustion chamber after fuel combustion in it in the previous operating cycle. During the expansion process, this chamber will be cleaned of the remnants of exhaust gases (they will mix with compressed air and be squeezed into the working cylinder). After the next gas exchange in the next working cycle, when the fuel is burned in this combustion chamber, there will be no residual gases, which will positively affect the fuel combustion process. At the same time, atmospheric air compressed in the combustion chamber, into which no fuel is injected, due to the content of a large number of active free oxygen molecules, when moving from the combustion chamber to the bypass channel and the working cylinder in the final period of the combustion process, instantly burns out at high temperature and pressure, intermediate products of fuel combustion, as well as soot and carbon monoxide CO. The thermal energy released in this case will increase the temperature of the compressed air and the average indicated pressure of the cycle, which will increase the efficiency of the engine. In the low-toxic working cycle of an internal combustion engine with forced ignition, there is no air damper, and the process of gas exchange of the working cylinder is carried out without throttling the air flow with minimal torque losses, which also increases efficiency. The coordinated operation of two electromagnetic injectors for supplying fuel to two separate combustion chambers of equal volume implements the most low-toxic fuel combustion process of an automobile internal combustion engine with direct fuel injection into the combustion chamber, operating with a variable load mode, and provides a minimum level toxicity at high efficiency through the proposed organization of the fuel combustion process.
Источники информации, принятые во внимание: Sources of information taken into account:
1. Патент US 2021 054803, F02/B 52/12, 2021г. 1. Patent US 2021 054803, F02/B 52/12, 2021
2. Евразийский патент 025246 В1 F02D 17/02, 2016 г. 2. Eurasian patent 025246 B1 F02D 17/02, 2016

Claims

Формула изобретения Claim
Автомобильный двигатель внутреннего сгорания с малотоксичным процессом сгорания топлива, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом и головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами, отличающийся тем, что камера сжатия содержит по меньшей мере две отдельные камеры сгорания равного объема с двумя электромагнитными форсунками подачи топлива, установленными в разных камерах сгорания и систему топливоподачи с электронным блокам управления подачей топлива, причем первая электромагнитная форсунка подачи топлива установлена с возможностью подачи топлива в первую камеру сгорания в каждом рабочем цикле при работе двигателя на полной мощности, а при работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках - по четным рабочим циклам, исключая впрыск топлива по нечетным рабочим циклам, при этом вторая электромагнитная форсунка подачи топлива установлена с возможностью подачи топлива во вторую камеру сгорания в каждом рабочем цикле при работе двигателя на полной мощности, а при работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках - по нечетным рабочим циклам, исключая впрыск топлива по четным рабочим циклам. Automotive internal combustion engine with a low-toxic fuel combustion process, containing at least one cylinder with a piston kinematically connected to the crankshaft and a cylinder head with intake and exhaust valves, characterized in that the compression chamber contains at least two separate combustion chambers of equal volume with two electromagnetic fuel supply nozzles installed in different combustion chambers and a fuel supply system with an electronic fuel supply control unit, wherein the first electromagnetic fuel supply nozzle is installed with the ability to supply fuel to the first combustion chamber in each operating cycle when the engine is running at full power, and during operation engine at idle and partial loads - for even work cycles, excluding fuel injection for odd work cycles, while the second electromagnetic fuel injector is installed with the possibility of supplying fuel to the second combustion chamber in each work cycle during operation d engine at full power, and when the engine is idling and partial loads - on odd work cycles, excluding fuel injection on even work cycles.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что камеры сгорания соединены между собой перепускным каналом с возможностью выравнивания в них давления во время сгорания топлива только в одной камере сгорания при расположении поршня вблизи верхней мертвой точки. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the combustion chambers are interconnected by a bypass channel with the possibility of equalizing the pressure in them during fuel combustion in only one combustion chamber when the piston is located near top dead center.
3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перепускной канал выполнен в днище поршня, при этом геометрический объем канала не превышает 0.3 рабочего объема одной камеры сгорания. 3. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that the bypass channel is made in the piston bottom, while the geometric volume of the channel does not exceed 0.3 of the working volume of one combustion chamber.
PCT/BY2021/000005 2021-04-09 2021-04-09 Motor vehicle internal combustion engine WO2022213171A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BY2021/000005 WO2022213171A1 (en) 2021-04-09 2021-04-09 Motor vehicle internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BY2021/000005 WO2022213171A1 (en) 2021-04-09 2021-04-09 Motor vehicle internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022213171A1 true WO2022213171A1 (en) 2022-10-13

Family

ID=83544883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BY2021/000005 WO2022213171A1 (en) 2021-04-09 2021-04-09 Motor vehicle internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022213171A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU39474A1 (en) * 1933-08-01 1934-10-31 Л.Г. Федотов Mode of operation of internal combustion engine
FR998809A (en) * 1949-10-14 1952-01-23 Improvement in internal combustion engines
RU2187004C1 (en) * 2001-04-10 2002-08-10 Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого Method of organizing combustion and combustion chamber of carburetor engine
US9284878B2 (en) * 2012-12-17 2016-03-15 Hyundai Motor Company Variable compression ratio device and internal combustion engine using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU39474A1 (en) * 1933-08-01 1934-10-31 Л.Г. Федотов Mode of operation of internal combustion engine
FR998809A (en) * 1949-10-14 1952-01-23 Improvement in internal combustion engines
RU2187004C1 (en) * 2001-04-10 2002-08-10 Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого Method of organizing combustion and combustion chamber of carburetor engine
US9284878B2 (en) * 2012-12-17 2016-03-15 Hyundai Motor Company Variable compression ratio device and internal combustion engine using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7654245B2 (en) Method of operating a spark ignition internal combustion engine
US9234478B2 (en) Diesel engine for automobile, control device and control method
US8607564B2 (en) Automobile-mount diesel engine with turbocharger and method of controlling the diesel engine
EP1048833B1 (en) Internal combustion engine with exhaust gas recirculation
US8468823B2 (en) Supercharged direct-injection engine
US7793638B2 (en) Low emission high performance engines, multiple cylinder engines and operating methods
US9932883B2 (en) Spark-ignition direct-injection engine
US7614383B2 (en) Method of operating a spark-ignition internal combustion engine during warm-up
US7954472B1 (en) High performance, low emission engines, multiple cylinder engines and operating methods
EP1925802B1 (en) Quick restart HCCI internal combustion engine
US7765053B2 (en) Multi-injection combustion cycle systems for SIDI engines
US20080264393A1 (en) Methods of Operating Low Emission High Performance Compression Ignition Engines
RU2541346C2 (en) Method of ice operation
US9850828B2 (en) Control device for compression ignition-type engine
RU2701927C1 (en) Method (embodiments) and engine exhaust system temperature control system
CN112639272A (en) Segmented direct injection for reactivated cylinders of an internal combustion engine
JP7288433B2 (en) How a gas engine works
JPH10252512A (en) Compressed ignition internal combustion engine
JP2004522899A (en) Method for controlling injection of fluid into an internal combustion engine
JP2007239743A (en) Control method of variable displacement type compression ignition engine
WO2022213171A1 (en) Motor vehicle internal combustion engine
US20220112834A1 (en) Device for fuel injection for internal combustion engines
EA041275B1 (en) DIESEL ENGINE CONTROL METHOD
US20160032821A1 (en) Six Stroke Internal-Combustion Engine
RU2435065C2 (en) Engines with high performance characteristics and low emissions, multi-cylinder engines and methods of their operation

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: 21935458

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21935458

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1