Спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до області двигунів вн утрішнього згоряння з 4-х тактним робочим циклом і може бути використаний в них для удосконалення робочого процесу шля хом модифікації процесу наповнення з метою підвищення економічності і надійності роботи двигуна вн утрішнього згоряння. Знайомий спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння [1], який включає циліндр, впускний канал і впускний клапан з регульованими фазами головки циліндра, та поршень, який при переміщенні у циліндрі утворює робочий процес з 4-х тактним робочим циклом. Робочий процес включає процес наповнення циліндра свіжим зарядом, який здійснюють в термін такту впуск у і на початку такту стискування, використовуючи у якості впускних органів впускний канал та впускний клапан з регульованими фазами головки циліндра. Недоліком аналога є низька економічність і надійність роботи двигуна вн утрішнього згоряння через не удосконалення процесу наповнення, визначеного: - у підігріванні свіжого заряду у теплонавантаженій головці циліндра і в камері згоряння; - у необхідності продовженого наповнення циліндра свіжим зарядом на такті стискування; - у відсутності інтенсивного турбулентного руху свіжого заряду наприкінці процесу наповнення. За прототип прийнято спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння (2). Він включає циліндр з вікном, додатковий впускний канал та регульований впускний клапан блока циліндра, впускний канал та впускний клапан головки циліндра, і поршень, який при переміщенні у циліндрі утворює робочий процес з 4-х тактним робочим циклом та відкриває вікно циліндра близько нижньої мертвої точки. Робочий процес включає процес наповнення циліндра свіжим зарядом, який здійснюють у термін такту випуску і на початку такту стискування, використовуючи у якості впускних органів впускний канал, що забезпечує закрутку заряду на вході у циліндр, та впускний клапан головки циліндра. Для підсилення закрутки свіжого заряду у циліндрі наприкінці процесу наповнення здійснюють додаткову подачу у циліндр попередньо стиснутого робочого тіла через вікно циліндра, відкрите поршнем близько нижньої мертвої точки, використовуючи у якості додаткових впускних органів додатковий впускний канал та регульований впускний клапан блока циліндра. При цьому, на часткових навантаженнях у якості робочого тіла використовують повітря та вуглеродне тіло, а на повних навантаженнях використовують повітря та спрацьовані гази. Недоліком прототипу є низька економічність та надійність роботи двигуна вн утрішнього згоряння через не удосконалення процесу наповнення, визначного: - у підігріванні свіжого заряду у теплонавантаженій головці циліндра та в камері згоряння; - у необхідності продовженого наповнення циліндра свіжим зарядом на такті стискування; - у потребі у додаткових складних пристроях, що забезпечують стискування та подачу у циліндр додаткового робочого тіла. Задача - розробка способу роботи двигуна внутрішнього згоряння, що забезпечує підвищення економічності та надійності його роботи шляхом удосконалення робочого процесу. Поставлена задача вирішується наступним зразком. У визнаному способі роботи двигуна вн утрішнього згоряння, що включає циліндр з, наприклад, одним вікном, поршень, окремі впускні органи блока і головки циліндра, що включають вп ускні канали і регульовані впускні клапани, який полягає у тому, що здійснюють наповнення циліндра свіжим зарядом, згідно винаходу, наповнення циліндра здійснюють підведенням свіжого заряду через, наприклад, одне вікно циліндра, відкрите поршнем близько нижньої мертвої точки, використовуючи у якості впускних органів впускний канал та регульований впускний клапан блока циліндра, а на швидкісних режимах, при різкому підвищенні навантаження, та на режимах, що перевищують, наприклад, 50% максимального навантаження, додатково здійснюють наповнення циліндра свіжим зарядом, використовуючи у якості додаткових впускних органів впускний канал та регульований впускний клапан головки циліндра, при цьому, початок відкриття клапана обмежують початком відкриття, наприклад, одного вікна циліндра поршнем. Суть винаходу, який пропонується, заключається у створенні способу роботи двигуна внутрішнього згоряння з удосконаленим робочим процесом за рахунок: - організації розширення остатніх газів в циліндрі на такті впуску; - організації ефективного процесу наповнення циліндра свіжим зарядом близько нижньої мертвої точки на всіх режимах роботи двигуна внутрішнього згоряння; - підвищення турбулентності р уху свіжого заряду у циліндрі на початок процесу стискування. Це забезпечує підвищення економічності і надійності роботи двигуна вн утрішнього згоряння. На фіг. 1 показана принципова схема двигуна вн утрішнього згоряння, що реалізують у заявленому способі. На фіг. 2 приведено приблизні графіки формування площин прохідного перетину вп ускного клапана аналога 1, прототипу 2 та, наприклад, одного вікна 3 циліндра і регульованого впускного клапана 4 головки циліндра заявленого способу у залежності від кута повороту колінчастого вала. Приклад реалізації заявленого способу роботи двигуна внутрішнього згоряння. Двигун внутрішнього згоряння для реалізації заявленого способу включає (Фіг. 1) блок 1, циліндр 2 з, наприклад, одним вікном 3, поршень 4, впускний канал 5 і впускний клапан 6 з механізмом регулювання 7, розташовані у блоці 1, впускний канал 8 і впускний клапан 9 з механізмом регулювання 10, розташовані у головці 11 циліндра 2. У заявленому способі роботи двигуна внутрішнього згоряння при переміщенні поршня 4 від верхньої мертвої точки на такті впуску об'єм циліндра 2 залишають ізольованим від системи впуску до початку відкриття, наприклад, одного вікна 3 циліндра 2 поршня 4 близько нижньої мертвої точки. У термін цього часу об'єм у циліндрі 2 послідовно збільшується при цьому створюється у ньому розрідження з примусовим розширенням остатніх газів, чим як наслідок, знижують їх внутрішню температуру. Одночасно, з послідовним збільшенням об'єму циліндра 2 збільшується площа контакту остатніх газів з його стінками, чим підвищують ефективність тепловідведення від остатніх газів. При цьому продовжують примусове охолодження деталей, що замикають об'єм циліндра 2 на такті впуску до початку процесу наповнення. Процес наповнення циліндра 2 здійснюють у термін відкриття, наприклад, одного вікна 3 циліндра 2 поршнем 4. У якості впускних органів використовують вп ускний канал 5, впускний клапан 6 і його механізм регулювання 7, розташовані у блоці 1, які забезпечують підведення свіжого заряду у циліндр 2 через його вікно 3. Приклад формування площини прохідного перетину вікна 3 циліндра 2 порівняно з формуванням площин прохідного перетину впускних клапанів аналога і прототипу показано на графіках 1, 2, 3, Фіг. 2. Впускний клапан 6 відкривають тільки у процесі наповнення, а механізм регулювання 7 забезпечує тривалість відкриття та величину площі перетину клапана 6 у залежності від режиму роботи та способу керування режимами роботи двигуна вн утрішнього згоряння. Одночасно, впускний клапан 6 забезпечує ізоляцію системи впуску від системи випуску, у процесі впуску, і від об'єму картера двигуна у разі відкриття вікна 3 циліндра 2 поршнем 4 при його переміщенні до верхньої мертвої точки. Розрідження у циліндрі 2, утворене переміщенням поршня 4 до нижньої мертвої точки, збільшує перепад тиску на початку процесу наповнення і, як наслідок, збільшує швидкість руху свіжого заряду на вході у циліндрі 2 у процесі наповнення, тому зменшує тривалість процесу наповнення. Продовженням відкриття і величиною прохідного перетину, наприклад, одного вікна 3 циліндра 2 забезпечують оптимальне його наповнення. Зниження внутрішньої температури спрацьованих газів у циліндрі 2, підвищення ефективності тепловідведення від них та збільшення тривалості примусового охолодження деталей, що замикають об'єм циліндра 2, до початку процесу наповнення позитивно сприяють умовам наповнення циліндра 2, що дозволяє збільшити його масовий заряд, та понижають теплонавантаження двигуна внутрішнього згоряння у цілому. Підвищення швидкості руху свіжого заряду на вході у циліндр 2 і скорочення тривалості процесу його наповнення підвищують турбулентність руху свіжого заряду у циліндрі 2 на початку процесу стискування, що підвищує підготовку свіжого заряду до згоряння. Підведення свіжого заряду у циліндр 2 із впускного каналу 5, розташованого в менше теплонавантаженому блоці 1, і скорочення тривалості процесу наповнення зменшують підігрів свіжого заряду у впускних органах, що сприяє підвищенню масового заряду циліндра 2. Підведення свіжого заряду у циліндр 2 над поршнем 4 забезпечує додаткове його охолодження, що підвищує надійність його роботи. На швидкісних режимах, при різкому підвищенні навантаження, та на режимах, що перевищують, наприклад, 50% максимального навантаження, додатково здійснюють наповнення циліндра 2 свіжим зарядом. В якості додаткових впускних органів використовують впускний канал 8, впускний клапан 9 і механізм регулювання фаз 10,розташовані у головці 11 циліндра 2. Це дозволяє інтенсифікувати наповнення циліндра 2 за рахунок окремого додаткового підведення свіжого заряду і зустрічного заповнення ним об'єму циліндра 2. Одночасно, швидкості зустрічних потоків складаються, чим посилюють турбулентність свіжого заряду і покращують його підготовку до згоряння. Для забезпечення необхідних параметрів у циліндр 2 на початок процесу наповнення, початок відкриття впускного клапана 9 обмежують початком відкриття, наприклад, одного вікна 3 циліндра 2 поршнем 4. Необмежене регулювання фази закриття клапана 9 використовують як додатковий захід для забезпечення максимального наповнення циліндра 2 свіжим зарядом на показаних режимах. Участь додаткових впускних органів у наповнені циліндра 2 свіжим зарядом тільки на швидкісних режимах, при різкому навантажені, та на режимах, що перевищують, наприклад, 50 максимального навантаження, зменшує механічні витрати двигуна внутрішнього згоряння. У двигунах внутрішнього згоряння, які працюють на важкому паливі, для наповнення циліндра свіжим зарядом на всіх режимах використовують одночасно основні і додаткові впускні органи. Використання пропонуємого винаходу у двигуні внутрішнього згоряння з 4-х тактним робочим циклом дозволяє підвищити економічність і надійність його роботи. Джерела: 1. Каким станет в будущем привод к клапанам. Электронная система управления клапанами EVA. - Журнал «Авторские за рубежом», № 9, 2000 г. 2. А. С. № 1379478. Способ работы двигателя внутреннего сгорания. М. Кл. F 02 В 29/06. Б.И. № 9, 1988 г.