СПОСОБ ПИТАНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B37/00 F02D23/00 

Изобретение относится к способам питания четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано, преимущественно, в двигателях транспортных средств.

Известен способ питания четырехтактного карбюраторного двигателя, при котором во время впуска открывают впускной клапан, сообщающий полость цилиндра через впускной трубопровод и карбюратор с атмосферой, заполняют объем цилиндра над опускающимся поршнем горючей смесью, после чего впускной клапан закрывают [1].

Известен аналогичный способ питания четырехтактного дизеля, отличающийся от описанного лишь тем, что цилиндр двигателя заполняют чистым воздухом [2].

Общим недостатком этих способов является низкая удельная мощность.

Этого недостатка лишен известный способ питания четырехтактного двигателя, в котором во время впуска открывают два впускных клапана и через впускной трубопровод и охладитель сообщают цилиндр с воздухонагнетателем, вслед за чем клапаны закрывают [3] . Питание двигателя сжатым воздухом (наддув) обеспечивает более высокую удельную мощность. Основным недостатком способа является тот факт, что весь потребляемый двигателем воздух проходит через воздухонагнетатель. Поэтому при реализации способа масса и габариты агрегатов подготовки и подачи сжатого воздуха, а также мощность на их привод - завышены.

Известен также способ питания четырехтактного двигателя внутреннего сгорания путем подачи в цилиндр сжатого воздуха через дополнительный впускной клапан, открываемый дважды: первоначально - для продувки цилиндра и повторно - для дозарядки [4]. Недостатком данного способа является относительно низкая удельная мощность двигателя.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, т.е. повышение удельной мощности путем увеличения массы заряда цилиндра.

Для достижения этой цели в известном способе питания четырехкратного двигателя внутреннего сгорания, при котором открывают впускной клапан, по впускному трубопроводу сообщают цилиндр двигателя с источником свежего заряда и закрывают впускной клапан, цилиндр дополнительно сообщают с источником сжатого газа и производят наддув, после чего цилиндр и источник разобщают. Как известно, наддув увеличивает массу заряда в цилиндре и поэтому повышает удельную мощность двигателя. Кроме того, предложенный наддув после заполнения цилиндра позволяет значительно уменьшить массу воздуха, подаваемого нагнетателем (на величину массы воздуха, поступившего в цилиндр до начала наддува). Поэтому можно уменьшить размеры и массу агрегатов наддува и снизить потери мощности на привод нагнетателя. Кроме того, уменьшение расхода воздуха при использовании турбонаддува позволит уменьшить его инерционность и, следовательно, снизит его "запаздывание".

Наддув в данном способе производят, в основном, во время сжатия, в начале такта, когда давление в цилиндре невысокое. Т.е. зарядка цилиндра заканчивается позднее и производится более интенсивно, чем в прототипе. Это способствует усилению турбулизации заряда и может повысить его детонационную стойкость в двигателе с искровым зажиганием и улучшает качество смеси в дизеле.

В предложенном способе во время такта выпуска, до открытия впускного клапана, цилиндр кратковременно сообщают с источником сжатого воздуха - производят продувку чистым воздухом, очищая цилиндр от остаточных горячих газов. Благодаря этому увеличивается масса всасываемого в цилиндр свежего заряда и снижается его температура. Все это способствует повышение мощности.

На фиг.1 - показан процесс впуска; на фиг.2 - дозарядка цилиндра свежим зарядом; на фиг. 3 - сжатие, сгорание и расширение; на фиг.4 - выпуск отработавших газов из цилиндра.

На прилагаемых иллюстрациях упрощено показан двигатель, реализующий предложенный способ. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и шатуном 3, головку 4 с впускным 5 и выпускным 6 каналами, закрываемыми впускным 7 и выпускным 8 клапанами. В головке выполнен канал 9 с дополнительным впускным клапаном 10, сообщающимся с нагнетателем воздуха (не показан), имеющим механический или газотурбинный привод. В головке 4 установлены также известные устройства для зажигания и/или подачи топлива - свеча и/или форсунка (не показаны). Клапаны 7, 8 и 10 приводятся в действие известными средствами, например, кулачками распредвала. При этом кулачок дополнительного впускного клапана имеет два рабочих участка и открывает клапан дважды: перед впуском (при продувке) и в конце впуска - в начале сжатия. Предложенный способ может быть реализован многоклапанной конструкцией. В этом случае вместо любого из вышеуказанных клапанов может быть применено несколько клапанов, срабатывающих одновременно.

Способ осуществляется следующим образом.

Во время впуска, когда открывают впускной клапан 7 и поршень 2, опускаясь, создает разрежение, в цилиндр 1 всасывается горючая смесь или воздух, после чего впускной клапан 7 закрывают. После закрытия впускного клапана открывают дополнительный впускной клапан 10. При этом полость цилиндра 1 сообщают с источником сжатого газа, дозаряжают цилиндр, нагнетая туда дополнительную массу газа, например, воздуха, закрывают клапан наддува и разобщают этим цилиндр 1 и источник. Далее, как обычно, продолжающий подниматься поршень 2, сжимает рабочую смесь или воздух. Затем подают искру или впрыскивают дизельное топливо и сжигают рабочую смесь. Под давлением горячих газов поршень 2 опускается, совершая рабочий ход. До окончания рабочего хода открывают выпускной клапан 8 и начинают выпуск отработавших газов, который продолжают во время такта выпуска. В конце выпуска, когда давление в цилиндре 1 снизится, кратковременно открывают дополнительный впускной клапан 10, сообщают цилиндр 1 с источник сжатого воздуха и производят продувку, вытесняя остаточные газы, после чего закрывают дополнительный впускной клапан и выпускной клапан и открывают впускной клапан 7. Далее процессе повторяют.

Работа предложенного двигателя несколько отличается от работы известного.

В конце впуска - в начале сжатия давление в цилиндре обычного карбюраторного двигателя ниже атмосферного и составляет 0,07...0,08 МПа (в дизеле - 0,085...0,095 МПа). В предложенном двигателе условия, в основном, такие же, но рабочая смесь содержит избыток топлива, с учетом будущей дозарядки воздухом.

В начале такта сжатия давление в цилиндре нарастает сначала медленно. Именно в это время производят дозарядку подачей дополнительного сжатого воздуха, количество которого дозируют продолжитель- ностью открытия клапана наддува и/или изменением давления нагнетателя. Давление наддува в современных серийных карбюраторных двигателях легковых автомобилей не превышает 0,07...0,08 МПа. Поэтому, чтобы создать такой же наддув, давление в предложенном способе должно быть несколько выше, например, 0,10...0,15 МПа, и должно изменяться с изменением частоты вращения (при кулачковом приводе клапана наддува).

Но оптимальным было поддержание постоянного более высокого давления нагнетателя в пределах 0,2...0,4 МПа при использовании известных клапанов с электромагнитным приводом, продолжительность и фазы открытия которых можно регулировать. Регулировкам может производиться электронным устройством по сигналам датчиков детонации, частоты вращения, положения дроссельной заслонки и т.п. - подобные системы регулирования турбонаддува известны и применяются.

Регулирование мощности предложенного двигателя с внешним смесеобразованием осуществляется дросселированием, как обычно. При этом необходимо обеспечить соответствие избытка топлива в поступившей в цилиндр во время впуска горючей смеси массе воздуха, поступающего дополнительно при наддуве. Мощность предложенного дизеля регулируется более просто - изменением массы впрыскиваемого топлива.

Предложенный способ позволяет повысить удельную мощность двигателя. При этом, благодаря тому, что через агрегаты наддува проходит часть потребляемого двигателем воздуха (менее половины для давления наддува в пределах 0,08 МПа), двигатель может быть выполнен легче, компактнее и экономичнее.

Изобретение позволяет увеличить удельную мощность двигателя путем увеличения массы свежего заряда в цилиндре. Способ осуществляется следующим образом. Во время впуска, когда открывается впускной клапан 7 и поршень 2, опускаясь, создает разрежение, в цилиндр 1 всасывается горючая смесь или свежий воздух, после чего впускной клапан 7 закрывается. В начале сжатия открывается дополнительный впускной клапан 10 и осуществляется дозарядка цилиндра 1 свежим зарядом от источника сжатого газа. На ходе расширения открывается выпускной клапан 8 и осуществляется выпуск отработавших газов из цилиндра 1. Для продувки цилиндра 1 и очистки его от отработавших газов из цилиндра 1. Для продувки цилиндра 1 и очистки его от отработавших газов открывается дополнительный впускной клапан 10. Открытие впускного клапана 7 осуществляется после закрытия выпускного клапана 8 и дополнительного впускного клапана 10, а повторное открытие дополнительного впускного клапана 10 осуществляется после закрытия впускного клапана 7. 4 ил.

СПОСОБ ПИТАНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем выпуска отработавших газов из цилиндра через выпускной клапан, первоначального открытия дополнительного впускного клапана и подачи через него от источника сжатого газа свежего заряда на продувку цилиндра, закрытия выпускного клапана и дополнительного впускного клапана, заполнения цилиндра свежим зарядом, повторного открытия дополнительного впускного клапана, дозарядки цилиндра через дополнительный впускной клапан и закрытия впускного клапана и дополнительного впускного клапана, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной мощности путем увеличения массы свежего заряда в цилиндре при сокращении расхода сжатого воздуха, заполнение цилиндра свежим зарядом через впускной клапан производят после закрытия выпускного клапана, а повторное открытие дополнительного впускного клапана производят после закрытия впускного клапана.