Способ работы двигателя внутреннего сгорания

(51) Р 021 41/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(71) Заявитель Антоненко Александр Николаевич (ВУ)(72) Автор Антоненко Александр Николаевич (ВУ)(73) Патентообладатель Антоненко Алек сандр Николаевич (ВУ)1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем поочередного наполнения одного из двух смещенных по фазе на 360 поворота коленчатого вала рабочих Цилиндров рабочим зарядом, его сжатия, сжигания, расширения и перепуска продуктов сгорания при движении поршня рабочего Цилиндра к верхней мертвой точке через перепускной канал в параллельные, работающие в противофазе с рабочими, выполненные с объемом, превь 1 шающим объем рабочих Цилиндров, расширительные Цилиндры, дополнительного расширения в последних продуктов сгорания с последующим выпуском отработавших газов в выпускной коллектор, отличающийся тем, что в конце выпуска отработавших газов из расширительных Цилиндров последние продувают чистым воздухом, который при движении поршней расширительных Цилиндров к верхней мертвой точке сжимают, частично вытесняя его по перепускному каналу в рабочий Цилиндр, и нагревают продуктами сгорания за счет смешивания, догорания не успевшего сгореть топлива и выделения тепла, а при обратном ходе поршней расширительных Цилиндров сжатый и нагретый продувочнь 1 й воздух расширяют и выпускают вместе с продуктами сгорания рабочего Цилиндра.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перепускной канал открывают в Момент выравнивания давлений в рабочем и расширительнь 1 х цилиндрах, а закрывают одновременно с закрытием выпускных клапанов расширительнь 1 х цилиндров.3. Способ по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что на частичной нагрузке величину рабочего заряда рабочего цилиндра регулируют с помощью воздухораспределителЬного золотника, установленного во впускном канале вблизи впускного клапана, путем изменения фазы вращения воздухораспределительного золотника относительно фазы вращения коленчатого вала.Изобретение относится к тепловым двигателям и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, работающих по циклам Дизеля и ОТТО.Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания с наддувом, когда часть заряда на такте сжатия отбирается в дополнительный объем и перепускается в цилиндр двигателя на такте расширения, причем обратный перепуск части свежего воздуха начинают в конце расширения продуктов сгорания и продолжают во время выпуска отработавших газов, а продувку камеры сгорания начинают одновременно с впуском в цилиндр предварительно сжатого воздуха 1.При таком способе работы двигателя внутреннего сгорания токсичность отработавших газов снижается. Однако реализация данного способа не решает главной задачи - повышения экономичности.Известен способ работы дизеля, заключающийся в том, что при работе на режимах с неполной нагрузкой одновременно осуществляется перепуск воздуха из цилиндров во впускной коллектор на такте сжатия и более ранний выпуск отработавших газов из цилиндров в выпускной коллектор на такте расширения 2.В известном способе работы дизеля повышение экономичности обеспечивается только при работе двигателя на переходных режимах.Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем всасывания рабочего заряда в один из двух смещенных по фазе на 36 О рабочих цилиндров, его сжатия, воспламенения рабочего заряда и сгорания, расширения продуктов сгорания, перепуска их при движении поршня рабочего цилиндра к верхней мертвой точке через перепускной канал в расширительный цилиндр, дополнительного расширения в последнем продуктов сгорания с последующим выпуском отработавших газов в выпускной коллектор 3.По известному способу работы теплового двигателя дополнительное расширение продуктов сгорания в расширительном цилиндре увеличивает работу от расширения рабочих газов, а следовательно и позволяет повысить экономичность двигателя внутреннего сгорания. Для осуществления такого способа необходимо, чтобы рабочий объем расширительного цилиндра существенно превышал объем рабочего цилиндра, что конструктивно в реальном двигателе сложно выполнить. О несовершенстве способа говорит и высокая токсичность отработавших газов. Вышеуказанные недостатки способа осуществления рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания являются главной причиной того, что широкого практического применения данное изобретение не получило.Задачей изобретения является повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания и снижение токсичности отработавших газов.Указанная техническая задача решается тем, что согласно способу работы двигателя внутреннего сгорания путем поочередного наполнения одного из двух смещенных по фазе на 36 О поворота коленчатого вала рабочих цилиндров рабочим зарядом, его сжатия, сжигания, расширения и перепуска продуктов сгорания при движении поршня рабочего цилиндра к верхней мертвой точке через перепускной канал в параллельные, работающие в противофазе с рабочими, выполненные с объемом, превышающим объем рабочих цилиндров, расширительные цилиндры, дополнительного расширения в последних продуктовсгорания с последующим выпуском отработавших газов в выпускной коллектор, в конце выпуска отработавших газов из расширительных цилиндров последние продувают чистым воздухом, который при движении поршней расширительных цилиндров к верхней мертвой точке сжимают, частично вытесняя его по перепускному каналу в рабочий цилиндр, и нагревают продуктами сгорания за счет смешивания, догорания не успевшего сгореть топлива и выделения тепла, а при обратном ходе поршней расширительных цилиндров сжатый и нагретый продувочный воздух расширяют и выпускают вместе с продуктами сгорания рабочего цилиндра. Перепускной канал открывают в момент выравнивания давлений в рабочем и расширительных цилиндрах, а закрывают одновременно с закрытием выпускных клапанов расширительных цилиндров. На частичной нагрузке величину рабочего заряда рабочего цилиндра регулируют с помощью воздухораспределительного золотника, установленного во впускном канале вблизи впускного клапана, путем изменения фазы вращения воздухораспределительного золотника относительно фазы вращения коленчатого вала.Техническим результатом при использовании предложенных решений является увеличение полезной работы расширения рабочих газов в двигателе внутреннего сгорания,снижение токсичности отработавших газов и уменьшение насосных потерь в процессе впуска, что позволит разработать экономичные, экологически безопасные тепловые двигатели, обеспечивающие полноту сгорания топлива до конечных безвредных для окружающей среды продуктов сгорания.На фигуре представлена схема двигателя, работающего по предлагаемому способу.Двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью расширения содержит, по меньшей мере, один модуль из двух рабочих цилиндров 1 и 2 и двух сообщенных между собой расширительных цилиндров 3, поршни рабочих цилиндров и поршни расширительных цилиндров, кинематически связанные с одним коленчатым валом 4 и смещенные по фазе вращения на угол 18 О поворота кривошипа, и головку цилиндров с впускными 5 и 6,перепускными 7 и 8 и выпускными 9 клапанами и соответствующими им каналами. Расширительные Цилиндры 3 снабжены продувочными окнами 10, сообщенными с продувочным насосом 11, который, в свою очередь, посредством трубопроводов соединен с впускными каналами рабочих цилиндров. Во впускных каналах вблизи впускных клапанов 5 и 6 установлен с возможностью согласованного вращения с коленчатым валом 4 воздухораспределительнь 1 й золотник 12. При этом последний посредством устройства изменения фаз вращения 13 кинематически связан с коленчатым валом 4. Устройство изменения фаз выполнено в виде планетарной передачи, состоящей из солнечной шестерни,жестко сидящей на воздухораспределительном золотнике 12, коронной связанной механической передачей с коленчатым валом 4 и планетарных шестерен, входящих в зацепление с коронной и солнечной шестернями и установленными на рычаге управления 14. Рычаг управления режимом работы двигателя 14 установлен на оси, соосной с осью солнечной и коронной шестерен, и связан с органом управления режимом работы двигателя. Топливо в рабочие цилиндры подается форсункой 15, а его количество задается бортовым компьютером в соответствии с загрузкой двигателя.Способ работы осуществляют следующим образом.На первом обороте коленчатого вала при движении поршней рабочих цилиндров к нижней мертвой точке во время первого такта - в первом рабочем цилиндре 1 выполняют процесс впуска, заключающийся в наполнении рабочего цилиндра 1 свежим рабочим зарядом под некоторым избыточным давлением за счет наддува воздуха во впускной коллектор продувочным насосом 11. Величина рабочего заряда, соответствующая нагрузке двигателя, регулируется не традиционной дроссельной заслонкой, прикрытием которой затрудняют проход горючей смеси или воздуха в рабочие цилиндры, что создает вредное как для процесса очистки камеры сгорания, так и для последующего воспламенения и сгорания рабочей смеси разряжение во впускном канале, а с помощью воздухораспредели 00 0030 01 2000.12.30тельного золотника 12. В отсечном диске золотника 12 выполнено окно, открывающее впускной канал рабочего цилиндра. При этом момент закрытия впускного канала отсечнь 1 м диском золотника 12, а следовательно и количество свежей смеси рабочего цилиндра задаются путем изменения фазы вращения воздухораспределительного золотника 12 относительно коленчатого вала 4 с помощью планетарного механизма 13. Для этого следует повернуть рычаг управления режимом работы 14 в ту или иную сторону вокруг оси планетарного механизма. Вследствие этого доступ воздуха в рабочий цилиндр может быть закрыт в любой момент времени и при открытом впускном клапане 5. Причем отсечный диск, на всех режимах работы двигателя, вновь откроет впускной канал только после закрытия впускного клапана 5. Необходимо отметить, что в момент открытия впускного клапана 5 впускной канал на всех режимах работы двигателя всегда открыт, вследствие чего поток воздуха от продувочного насоса свободно проникает в камеру сгорания и через открытый перепускной канал вытесняет остатки отработавших газов в расширительный цилиндр и далее в выпускной коллектор. Этим обеспечивается хорошая очистка камеры сгорания от отработавших газов и создаются необходимые условия для своевременного воспламенения и полного сгорания рабочей смеси на всех режимах и нагрузках двигателя в оптимальных условиях.В то же время во втором рабочем цилиндре 2 выполняют рабочий ход, а в сообщенных между собой перепускным каналом расширительных цилиндрах 3 - сжатие продувочного воздуха, и после открытия перепускного клапана 8 - частичное вытеснение его в рабочий цилиндр 2. В процессе перепуска сжатого воздуха в рабочий цилиндр происходит его нагрев за счет перемешивания с горячими газами, догорания не успевшего сгореть топлива и выделения тепла вследствие восстановления диссоциированных молекул Н 2 О и СО 2.При обратном ходе поршней рабочих цилиндров в течение второго такта в первом рабочем цилиндре 1 закрывают впускной клапан 5 и выполняют процесс сжатия рабочего заряда. В это время, в результате нагрева сжатого воздуха, давление газов в расширительных цилиндрах 3 повысится, и процесс расширения предварительно сжатого и нагретого продувочного воздуха, перемешавшегося с продуктами сгорания второго рабочего цилиндра 2, происходит под большим давлением газовой смеси по сравнению с давлением сжатия продувочного воздуха, что повышает положительный крутящий момент на валу двигателя. В конце хода поршней расширительных цилиндров 3 к нижней мертвой точке открывают выпускные клапаны 9 и производят выпуск отработавших газов. Причем, в связи с увеличенным объемом расширительных цилиндров повышается степень и работа расширения продуктов сгорания и снижается газодинамический шум в первом периоде выпуска. Это позволит значительно упростить конструкцию глушителя, снизить его гидравлическое сопротивление и сократить уровень шума в процессе выпуска. По мере снижения давления в расширительных цилиндрах 3 открывают продувочные окна 10, и холодный продувочный воздух под избыточным давлением, развиваемым продувочным насосом 11, устремится в расширительные цилиндры 3. При этом отработавшие газы через открытые выпускные клапаны 9 вытесняются в выпускной коллектор, а расширительные цилиндры 3 заполняются чистым воздухом. Вместе с тем продувочный воздух через открывшийся впускной клапан 6 поступит в камеру сгорания второго рабочего цилиндра 2 и вытеснит остатки отработавших газов из камеры сгорания в перепускной канал и далее в выпускной коллектор, обеспечивая, тем самым, полную очистку рабочего цилиндра от продуктов сгорания и охлаждение головки перепускного клапана 8 и днища поршня рабочего цилиндра. Следует отметить, что наличие большого количества свободного кислорода в составе отработавших газов, их невысокая температура повышают эффективность использования каталитических нейтрализаторов, увеличивает срок службы последних и позволяет на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания обеспечить полноту сгорания топлива до конечных безвредных для окружающей среды продуктов сгорания.