Двигун внутрішнього згоряння та спосіб його експлуатації

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один ряд из первого и второго цилиндров, причем первый цилиндр имеет больший рабочий объем, чем второй цилиндр, соответствующие первый и второй поршни, подвижно установленные в указанных цилиндрах; воздухозаборное устройство, связанное с первым цилиндром,-выпускное устройство, связанное с первым цилиндром, первый источник топлива для снабжения топливом второго цилиндра, устройство, задающее зону горения, когда поршни, по существу, находятся в положении внутренней мертвой точки, причем зона горения сообщается с обоими цилиндрами в процессе рабочего хода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что двигатель дополнительно содержит устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, устройство зажигания, связанное с указанной зоной горения, устройство замедления для задержки ингрессии топливовоздушной смеси из второго цилиндра внутрь зоны горения до момента достижения вторым поршнем заданного положения при его такте сжатия, и управляющее устройство для запуска устройства зажигания, предназначенное для разряжения энергии зажигания внутри указанной зоны горения, после начала ингрессии и до окончания ингрессии с целью зажигания части поступающего при ингрессии топлива, тем самым повышая температуру и давление в зоне горения до уровней, достаточных для зажигания остатка топлива посредством воспламенения от сжатия. 2. Двигатель по п. 1, о т я и ч а ющ и й с я тем, что второй поршень имеет головку, которая выступает над головкой первого поршня и соединена с ней и которая имеет край, который относительно мал в аксиальном направлении по сравнению с расстоянием между головкой первого поршня и головкой второго поршня в аксиальном направлении, предназначенную для задания указанной зоны горения между упомянутыми головками поршней и боковой стенкой указанного второго цилиндра. 3. Двигатель по п. 1 или п. 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что указанное устройство зажигания является устройством искрового зажигания. 4. Двигатель по любому из пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что указанное устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, заключает в себе геометрическую степень сжатия двигателя, как отношение имеющихся внутри цилиндров объемов, доступных для заполнения газом в положениях внешней и внутренней мертвых точек. с > о 00 о 26817 5. Двигатель по п. 4, о т л и ч а гащ и й с я тем, что указанное устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, дополнительно содержит дроссельное устройство для дросселирования воздуха, поступающего в первый цилиндр через указанное воздухозаборное устройство, для поддержания давления и температуры газа в указанных цилиндрах на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива посредством указанного устройства зажигания. 6. Двигатель по любому из пп. 1-5, отл и ч а ю щ и й с я тем, что он дополнительно содержит устройство доступа, связанное со вторым цилиндром, для подвода топлива и воздуха ко второму цилиндру во время впуска, при этом указанное устройство доступа содержит первое канальное устройство, входящее внутрь указанного второго цилиндра, и первое клапанное устройство для управления указанным канальным устройством. 7. Двигатель по п. 6, о т л и ч а гащ и й с я тем, что указанный первый источник топлива представляет собой инжектор топлива низкого давления, защищенный упомянутым первым клапанным устройством устройства доступа. 8. Двигатель по п. 6 или п. 7, о т л ич а ю щ и й с я тем, что указанное первое канальное устройство устройства доступа служит одновременно в качестве впускного и выпускного канала для указанного второго цилиндра. 9. Двигатель по п. 6 или п. 7, о т л ич а ю щ и й с я тем, что указанное устройство доступа дополнительно содержит второе канальное устройство, образующее выпускное канальное устройство для упомянутого второго цилиндра и второе клапанное устройство для управления указанным канальным устройством. 10. Двигатель по любому из пп. 1-5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он имеет выпускное устройство, связанное со вторым цилиндром для выпуска из него отработавших газов, при отом указанное выпускное устройство содержит выпускное канальное устройство, входящее в указанный второй цилиндр и выпускное клапанное устройство для регулирования упомянутого выпускного канального устройства, а указанный первый источник топлива представляет собой инжектор топлива для впрыскивания топлива непосредственно внутрь указанного второго цилиндра. 11. Двигатель по любому из пп. 7-10, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что указанное выпускное канальное устройство, связанное со вторым цилиндром, сообщено с указанным воздухозаборным устройством для обеспечения рециркуляции отработавшего газа. 12. Двигатель по любому из пп. 1-5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что указанное воздухозаборное устройство и указанное выпускное устройство упомянутого первого цилиндра дополнительно служат соответственно в качестве отдельных впускного и выпускного устройств второго цилиндра, а упомянутый первый источник топлива представляет собой инжектор топлива для осуществления подачи топлива непосредственно внутрь указанного второго цилиндра. 13. Двигатель по п. 8, о т л и ч а ющ и й с я тем, что указанное первое канальное устройство устройства доступа сообщено с дополнительным объемом. 14. Двигатель по п. 13, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что указанный дополнительный объем является регулируемым. 15. Двигатель по п. 13 или п. 14, о тл и ч а ю д д и й с я тем, что указанный дополнительный объем сообщен с упомянутым воздухозаборным устройством посредством дополнительного клапана для регулирования давления газа в указанном дополнительном объеме. 16. Двигатель по п. 13 или п. 14, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что указанный дополнительный объем сообщен с атмосферой посредством клапана и вентилятора для регулирования давления газа в этом дополнительном объеме. 17. Двигатель по пп. 2-16, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что второй источник топлива в виде инжектора жидкого топлива высокого давления, установлен так, что когда головка второго поршня находится вблизи положения своей внутренней мертвой точки, указанный второй источник может обеспечивать подачу в зону горения некоторого количества топлива под давлением дополнительно к топливу, подаваемому в указанный второй цилиндр упомянутым первым источником топлива. 18. Двигатель по п. 17, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он имеет устройство для управления указанным первым источником топлива для обеспечения подачи части суммарного количества топлива, которое требуется для снабжения второго 26817 цилиндра, внутрь пространства над головкой второго поршня, начиная и завершая это тогда, когда указанный второй поршень находится в заданных положениях, отстоящих на некотором расстоянии от положения внутренней мертвой точки, и для управления указанным вторым источником топлива для обеспечения подачи дополнительной части от общего количества топлива внутрь зоны горения, когда поршни позже находятся в положении внутренней мертвой точки или вблизи нее. 19. Двигатель по любому из пп. 1-5, 10 и 12, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что первый источник топлива представляет собой инжектор топлива высокого давления, установленный в боковой стенке второго цилиндра для осуществления подачи топлива непосредственно внутрь второго цилиндра как сверху так и снизу головки второго поршня. 20. Двигатель по любому из пп. 1-15, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он дополнительно содержит второй источник топлива и дроссельную заслонку, которые установлены в указанном воздухозаборном устройстве указанного первого цилиндра для образования воспламеняемой от искры толливовоздушной смеси для обеспечения возможности работы двигателя в обычном режиме искрового зажигания. 21. Двигатель по пп. 2-20, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что край головки второго поршня отстоит в радиальном направлении от смежной стенки второго цилиндра для задания между ними зазора, который заключает в себе указанное устройство замедления. 22. Двигатель по пп. 2-20, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что второй цилиндр со стороны конца, удаленного от первого цилиндра, снабжен устройством, задающим обводной канал вокруг кромки головки второго поршня, когда втооой поршень находится в положении его внутренней мертвой точки или рядом с ним. 23. Двигатель по п. 22, о т л и ч а гощ и и с я тем, что указанный обводной канал представляет собой канавку, выполненную в стенке второго цилиндра, охватывающую, по меньшей мере, часть периферии второго цилиндра. 24. Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, по которому топливо вводят во второй, меньший цилиндр, о тл и ч а ю щ м й с я тем, что способ содержит операции введения в указанный второй цилиндр первого заранее заданного количества топлива в течение такта впуска и /или сжатия двигателя и подачи энергии зажигания в указанную зону горения после начала ингрессии и до окончания ингрессии для зажигания порции поступающего при ингрессии топлива, что повышает температуру и давление в зоне горения до уровней, достаточных для зажигания остальной части топлива посредством воспламенения от сжатия. 25. Способ по п. 24, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что он дополнительно содержит операцию впрыскивания второго заданного количества жидкого топлива под давлением внутрь зоны горения к концу такта сжатия для сжигания посредством воспламенения от сжатия. 26. Способ по п. 25, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что указанное первое задан-" ное количество топлива впрыскивается во второй цилиндр в течение такта впуска. 27. Способ по п. 25, о т л и ч а гащ и й с я тем, что указанное первое заданное количество топлива вводят во впускной канал, сообщающийся со вторым цилиндром через впускной клапан, который открывается в течение указанного такта впуска. 28. Способ по пп. 25, 26 и 27, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в качестве второго указанного топлива используют дизельное топливо, а указанное первое топливо является летучим топливом, отличным от дизельного топлива. 29. Способ по п. 28, о т л и ч а к> щ и й с я тем, что указанным первым топливом является бензин. 30. Способ по п. 24, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он дополнительно содержит операцию ввода дополнительного заданного количества топлива внутрь указанного первого цилиндра в течение такта впуска при одновременном регулировании количества воздуха, вводимого внутрь указанного первого цилиндра для создания смеси с заданным отношением топлива к воздуху в указанном первом цилиндре, обеспечивая тем самым, по существу, стехиометрическое общее отношение топлива к воздуху для указанного первого заданного количества топлива. 31. Способ по п. 30, о т л и ч a torn, и й с я тем, что заданное отношение топлива к воздуху по существу является стехиометрическим. 32. Способ по любому из пп. 24-31, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что воздух, поступающий в первый цилиндр, дросселируют для управления предельными значениями температур и давлений в конце такта сжатия до уровней, недостаточных 26817 8 для того, чтобы вызвать воспламенение от сжатия прежде, чем произойдет высво бождение энергии сгорания внутри зоны горения. Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания и способу его эксплуатации Известны, например, из Патентных заявок Великобритании GB-A-2155546, GBА-2218153, GB-A-2218157, GB-A-2246394 и GB-A-2261028, различные двигатели внутреннего сгорания, которые можно классифицировать как сегрегированные двигатели, изобретенные настоящим заявителем. В настоящее время эти двигатели известны в литературе как двигатели Мерритта. Двигатель Мерритта содержит, по меньшей мере, один ряд первых и вторых цилиндров и соответствующие первый и второй поршни, по*движно установленные в указанных цилиндрах, в каждом ряду первый цилиндр имеет больший рабочий объем чем второй цилиндр и в нем предусмотрен клапан для выпуска воздуха и/ или окно, сообщенное с первым цилиндром, выпускной канал и/или окно, сообщенное через первый цилиндр с источником топлива для обеспечения подвода топлива ко второму цилиндру, устройство, задающее зону горения, когда поршни, по существу, находятся в положении внутренней мертвой точки, при этом зона горения связана с обоими цилиндрами в течение, по меньшей мере, части рабочего хода, и устройство задержки для замедления ингрессии. Используемый здесь термин "воздух" включает в себя любую пригодную смесь кислорода с другими обычно инертными газами также как и в основном чистого кислорода для сгорания с газообразным или жидким (т.е. испаренным жидким) топливом. В нем могут присутствовать рециркулированные отработавшие газы, картерные газы и небольшая доля углеводородных соединений, имеющихся в рециркулированных газах двигателя внутреннего сгорания. Используемый здесь термин "ингрессия" относится к перемещению топливовоздушной смеси из второго цилиндра в зону горения. Двигатель Мерритта - это сегрегированный двигатель, аналогичный дизельно му, с той лишь разницей, что малое количество воздуха и фактически все топливо сжимается во втором меньшем цилиндре, тогда как большая часть воздуха, как и положено, сжимается в первом большом цилиндре. Важной характеристикой сегрегированных двигателей, таких как дизельный дви-' гатель Мерритта, является локализация топлива от взаимодействия с большей частью воздуха в течение большей части цикла сжатия двигателя. В двигателе Мерритта это достигается путем использования меньшего цилиндра и меньшего поршня, которые получают это топливо в течение такта впуска и отделяют его от объема воздуха до момента ингрессии, близкого к завершению такта сжатия Этот меньший цилиндр может быть охарактеризован как управляющий топливный цилиндр. Применение сегрегированного двигателя оказывается весьма пригодным для процесса, известного как зажигание топлива посредством воспламенения от сжатия, поскольку в топливовоздушной смеси количество воздуха недостаточно для самопроизвольного воспламенения в течение большей части цикла сжатия даже при использовании высоких степеней сжатия. В дизельном двигателе, который также является сегрегированным двигателем, синхронизацию момента зажигания осуществляют путем синхронизации момента впрыска топлива в камеру сгорания. В описанных до этого двигателях Мерритта регулирование момента зажигания осуществляют путем синхронизации процесса ингрессии, другими словами, переносом испаренного топлива из управляющего топливного цилиндра в зону горения, В двигателях Мерритта, благодаря использованию высоких степеней сжатия, воспламенение части топлива может происходить в момент введения топлива в зону горения и соприкосновения внутри нее с очень горячим воздухом. В Заявке Великобритании GB-A2246394 описано ряд способов, при помощи которых можно управлять синхронизацией ингрессии, а следовательно и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 26817 синхронизацией момента зажигания, В частности, в меньшем цилиндре предусмотрено устройство доступа для управления давлением в меньшем цилиндре до величины, меньшей чем величина давления в большом цилиндре, в течение начальной стадии сжатия, обуславливая тем самым замедление процесса ингрессии до момента достижения меньшим поршнем положения его внутренней мертвой точки или близкого к нему положения. Устройство доступа, описанное в Заявке Великобритании GB-A-2246394, предпочтительно включает первое канальное отверстие в меньшем цилиндре. Данный канал может содержать внутри клапан регулирования площади проходного сечения или заслонку и первый клапан типа приводного тарельчатого клапана для регулируемой подачи воздуха и/или топлива через первый канал в течение каждого цикла двигателя. Источник топлива, который может содержать инжектор жидкого топлива, предпочтительно установлен выше по потоку относительно первого клапана. Основные преимущества сегрегированных двигателей таких как дизельные и двигатели Мерритта заключаются в их способности сжигать чрезвычайно бедные общие топливовоздушные смеси. Двигатель с искровым зажиганием, который имеет предварительно готовую топливовоздушную смесь в течение такта сжатия, ограничен почти стехиометрическими топливовоздушными смесями для того, чтобы обеспечить факел, воспламеняемый искрой, с последующим распространением по всему объему топливовоздушной смеси. Очень бедные общие топливовоздушные смеси приводят к тому, что суммарный процесс расширения происходит при более низкой температуре, что, в свою очередь, ведет к повышению термического КПД двигателя и уменьшению количества вредных газов NO^ в выпускном трубопроводе, особенно, при неполной нагрузке. Термический КПД поршневого двигателя внутреннего сгорания повышается при сгорании бедных смесей, когда после выделения тепла средние температуры падают от максимальных значений, имевших место в процессе стехиометрического сгорания. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Главными особенностями для массо- 55 вого внедрения весьма эффективных поршневых двигателей внутреннего сгорания являются очень быстрое сгорание и более низкие температуры газов вследствие высвобождения тепла. 10 Автомобильный или высокооборотный дизельный двигатель не обеспечивает быстрое сгорание, поскольку на больших оборотах он не в состоянии обеспечить достаточный промежуток времени для полного испарения жидкого топлива перед его загоранием. С другой стороны, дизельный двигатель может обеспечить получение более низких температур газов после сгорания предельно бедных смесей при неполной нагрузке. Потенциальные возможности двигателя Мерритта таковы, что в нем достигается как более быстрое сгорание по сравнению с дизельным двигателем при всех режимах, так и низкие температуры при полной нагрузке. В двигателе Мерритта топливо подается внутрь топливного цилиндра в те"чение такта впуска и, пока оно отделено от основного объема воздуха, ему предоставляется намного больше времени для испарения в малом количестве воздуха, прежде чем топливо проникнет в'зону горения для зажигания. В качестве прототипов заявляемых изобретений выбраны сегрегированный двигатель Мерритта и способ его эксплуатации, описанные в Заявке Великобритании GB-A-2246394, кл. F02B75/28, F02B19/00, 1993. Известный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один ряд из первого большего и второго меньшего цилиндров, в которых подвижно установлены соответственно больший и меньший поршни. Меньший поршень установлен на головке большего поршня и содержит опору и головку. Опора меньшего поршня имеет закругленный контур, закругленность обеспечивает создание вихря воздуха, поступающего в зону горения от большего цилиндра, и вихря топливовоздушной смеси, в результате ингрессии в зону горения. Зона горения ограничена опорой меньшего поршня И стенкой меньшего цилиндра. Форма и размеры опоры меньшего поршня выбраны такими, чтобы сформировать соответствующий объем зоны горения требуемой формы и размера. Необходимо отметить, что головка меньшего поршня имеет край, аксиальная толщина которого существенно меньше чем аксиальное расстояние между головками большего и меньшего поршней. Головка меньшего поршня имеет цилиндрический внешний поясок, который слегка отстоит от стенки меньшего цилиндра для образования устройства замедления в форме кольцевого зазора между указанной стенкой и указанным цилиндрическим 11 26817 внешним пояском. Верхний конец меньшего цилиндра образован необязательной внешней канавкой, которая образует обводной канал для замедления ингрессии, как это описано ниже. Верхний конец меньшего цилиндра предусматривает устройство доступа, содержащее второй впускной канал и дроссельную заслонку. Двигатель содержит инжектор топлива, предназначенный для подачи жидкого топлива во апускной канал устройства доступа меньшего цилиндра, а также дроссельную заслонку для регулирования количества воздуха, протекающего через впускной канал устройства доступа, и выполняет эту функцию, по существу, независимо от количества топлива, выдаваемого инжектором топлива. В течение такта впуска двигателя воздух поступает в больший цилиндр через впускной канал большего цилиндра. Воздух также поступает в меньший цилиндр через открытый клапан устройства доступа совместно с топливом от инжектора топлива. Разность давлений на головке меньшего поршня на раннем этапе цикла сжатия может быть задана положением дроссельной заслонки, установленной во вводном канале устройства доступа меньшего цилиндра, и регулировкой времени закрытия клапана устройства доступа. Это, в свою очередь, влияет на синхронизацию ингрессии содержимого меньшего цилиндра внутрь зоны горения вблизи положения внутренней мертвой точки меньшего поршня - в конце такта сжатия. Ингрессия, в свою очередь, регулирует синхронизацию сгорания испаренного топлива в результате воспламенения от сжатия, когда топливовоздушная смесь в цилиндре сталкивается с горячим воздухом, подаваемым в зону горения большим поршнем во время такта сжатия. 5 10 15 20 25 30 35 40 Необязательная внешняя канавка в меньшем цилиндре имеет аксиальную дли- 45 ну больше, чем толщина головки меньшего поршня для того, чтобы обеспечить увеличенный зазор для ингрессии топливовоздушной смеси вокруг головки меньшего поршня через эту канавку. Кроме того, 50 указанная канавка создает объем мертвого пространства в меньшем цилиндре, и этот объем мертвого пространства эффективно замедляет синхронизацию ингрессии путем создания дополнительного 55 объема в большем цилиндре во время такта.сжатия. Двигатель также имеет дроссельную заслонку, расположенную во впускном канале большего цилиндра, который под 12 водит воздух к большему цилиндру, и свечу зажигания, а также выпускной клапан и выпускной канал большего, сообщенные с большим цилиндром. "Открытая" компоновка зоны горения обеспечивает возможность установки свечи зажигания непосредственно в зону горения. Свеча зажигания пропущена через стенку меньшего цилиндра. При необходимости в большем цилиндре может быть предусмотрена установка устройства контроля расхода типа дроссельной заслонки для того, чтобы снизить приток воздуха в больший цилиндр во время такта впуска при неполной нагрузке. Для заданного количества топлива, необходимого при неполной нагрузке, такое регулирование повышает отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси меньшего цилиндра, устраняя тем самым самопроизвольное воспламенение от сжатия в меньшем цилиндре, когда внутри него отношение количества топлива к количеству воздуха смеси приближается к порогу воспламенения. Максимальное давление сжатия и температура также снижаются в результате такого уменьшения расхода и, в конце концов, для воспламенения топливовоздушной смеси после ингрессии может потребоваться поддержка свечи зажигания. Например, двигатель можно заставить работать на холостом ходу, когда топливовоздушная смесь в меньшем цилиндре задана правильно по химическому составу, т.е. около стехиометрического значения. Процесс дросселирования может понизить давление сжатия до уровня, достаточного для устранения самопроизвольного воспламенения от сжатия, а затем можно воспользоваться свечей зажигания для воспламенения химически правильно выбранной смеси, поступающей в зону горения после ингрессии. Назначение использования свечи зажигания в известном двигателе Мерритта заключается в том, чтобы дать возможность двигателю преодолеть критические режимы, такие как холостой ход и запуск. В частности, в режимах малой нагрузки отношение количества топлива к количеству воздуха в меньшем цилиндре может достичь значения, близкого к стехиометрическому, загораемому в результате воспламенения от сжатия. Для устранения таких проблем применяют дроссельную заслонку, установленную во впускном канале большего цилиндра для понижения на конечном этапе давления сжатия и температуры газов в этом цилиндре путем умень 13 26817 шения притока воздуха в двигатель. При пониженных температурах сжатия на конечном этапе работы двигатель не может опираться только на процесс воспламенения от сжатия и для оказания помощи при зажигании в режиме неполной нагрузки предусматривается использование свечи зажигания. Таким образом, в известном сегрегированном двигателе Мерритта, взятом в качестве прототипа, зажигание топливовоздушной смеси осуществляется в основном в результате воспламенения от сжатия, при этом синхронизация момента зажигания осуществляется путем синхронизации процесса ингрессии или, другими словами, переносом испаренного топлива из меньшего цилиндра в зону горения. При этом воспламенение от сжатия в известном двигателе происходит в результате использования высоких степеней сжатия. И лишь во время граничных режимов работы двигателя, таких как холостой ход и запуск для инициирования процесса сжатия может быть использована свеча зажигания. Точность синхронизации процесса ингрессии для синхронизации процесса воспламенения от сжатия имеет важное значение и весьма критична для эксплуатации известного двигателя, особенно при его работе в режиме переменных нагрузок. Использование свечи зажигания для инициирования процесса зажигания в известном двигателе Мерритта при его работе в иных режимах, чем холостой ход и запуск, невозможно, так как это приведет к преждевременному воспламенению от сжатия. Известный способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания характеризуется введением топлива в меньший цилиндр и зажиганием его посредством воспламенения от сжатия, при этом синхронизацию момента зажигания регулируют посредством синхронизации процесса ингрессии топлива из меньшего цилиндра в зону горения. Недостатком известного способа является то, что точность регулирования зажигания топлива посредством синхронизации процесса ингрессии в известном способе имеет важное значение и весьма критична для эксплуатации двигателя. При этом процесс воспламенения от сжатия в известном способе сравнительно сложно поддается расчету во времени для удовлетвореиия требований, предъявляемых к двигателю, работающему в режиме переменных нагрузок. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 14 В основу изобретения для объекта устройства поставлена задача модернизации двигателя внутреннего сгорания Мерритта, которая бы позволила путем снабжения двигателя устройствами, предотвращающими преждевременное самопроизвольное воспламенение от сжатия ингрессирующего в зону горений топлива и осуществляющими управляемое принудительное зажигание последнего в период ингрессии, обеспечить более быстрое сгорание топлива и более низкие температуры газов вследствие высвобождения тепла, а также понизить требования к точности регулирования зажигания посредством синхронизации процесса ингрессии. Решение указанной задачи устройства достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере, один ряд из первого и второго цилиндров, причем первый цилиндр имеет больший рабочий объем, чем второй цилиндр; соответствующие первый и второй поршни, подвижно установленные в указанных цилиндрах; воздухозаборное устройство, связанное с первым цилиндром; выпускное устройство, связанное с первым цилиндром; первый источник топлива для снабжения топливом второго цилиндра; устройство, задающее зону горения, когда поршни, по существу, находятся в положении внутренней мертвой точки, причем, зона горения сообщается с обоими цилиндрами в процессе рабочего хода; согласно изобретению дополнительно содержит: устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива; устройство зажигания, связанное с указанной зоной горения; устройство замедления для задержки ингрессии топливовоздушной смеси из второго цилиндра внутрь зоны горения до момента достижения вторым поршнем заданного положения при его такте сжатия; и управляющее устройство для запуска устройства зажигания, предназначенное для разряжения энергии зажигания внутри указанной зоны горения, после начала ингрессии и до окончания ингрессии с целью зажигания части поступающего при ингрессии топлива, тем самым повышая температуру и давление в зоне горения до уровней, достаточных для зажигания остатка топлива посредством воспламенения от сжатия. 15 26817 Указанная совокупность существенных признаков заявляемого устройства является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны. Указанные существенные признаки заявляемого двигателя внутреннего сгорания позволяют во всех режимах работы двигателя инициировать процесс воспламенения от сжатия топливовоздушной смеси с помощью устройства зажигания с обеспечением благодаря этому более быстрого и полного сгорания топлива при более низких температурах газов, достигаемых в результате высвобождения при сгорании топлива тепла. Это достигается благодаря тому, что наличие указанного устройства поддержания давления и температуры в зоне горения, а также указанное устройство замедления для задержки ингрессии, не позволяют до конца такта сжатия самопроизвольно воспламениться от сжатия топливовоздушной смеси, а устройство зажигания с его устройством управления осуществляют зажигание топливовоздушной смеси внутри указанной зоны горения после начала ингрессии и до момента ее окончания. При этом благодаря такому исполнению двигателя на всех режимах работы сгорание топливовоздушной смеси в результате воспламенения от сжатия происходит более быстро, так как после начала ингрессии до воспламенения от сжатия топливовоздушной смеси происходит предварительный быстрый разогрев ингрессировавшего в зону горения топлива за счет тепла, выделенного в результате частичного сгорания ингрессировавшего в зону горения топлива, зажигаемого после начала его ингрессии с помощью подаваемой устройством зажигания энергии зажигания. Благодаря тому, что синхронизация процесса зажигания осуществляется в основном посредством свечи зажигания, точность регулирования зажигания посредством синхронизации процесса ингрессии имеет менее важное значение и менее критична для эксплуатации двигателя. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Второй поршень может иметь головку, которая выступает над головкой первого 50 поршня и соединена с ней и которая имеет край, который относительно мал в, аксиальном направлении по сравнению с расстоянием между головкой первого поршня м головкой второго поршня в ак- 55 сиальном направлении, предназначенную для задания указанной зоны горения между упомянутыми головками поршней и боковой стенкой указанного второго цилиндра. 16 Такое конструктивное выполнение является наиболее рациональным с точки зрения простоты образования зоны горения и указанного устройства замедления (с помощью края головки второго поршня). При этом обеспечивается "открытая компоновка" зоны горения. Предпочтительным является выполнение устройства зажигания в виде устройства искрового зажигания. Такое выполнение устройства зажигания позволяет использовать в качестве устройства зажигания свечу зажигания с обычным подводом электроэнергии и синхронным включением от устройства управления типа системы управления двигателя, работающей как устройство управления зажиганием, что упрощает управление процессом зажигания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания на всех этапах и режимах его работы. Указанное устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, заключает в себе геометрическую степень сжатия двигателя, как отношение имеющихся внутри цилиндров объемов, доступных для заполнения газом в положениях внешней и внутренней мертвых точек. Такое исполнение двигателя позволяет наиболее просто лишь за счет выполнения геометрической степени сжатия двигателя внутреннего сгорания значительно пониженной избегать самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, что дает возможность инициировать горение при всех режимах эксплуатации двигателя посредством применения искрового зажигания. При этом в отличие от известного искрового зажигания, которое имеет место в обычных бензиновых двигателях, в данном случае не требуется применение почти однородной топливовоздушной смеси, так как искровое зажигание в меньшем цилиндре в данном случае используется как первая стадия процесса воспламенения, второй стадией которого является воспламенение от сжатия, которое происходит после смешивания топлива с большим количеством воздуха, поступающим с большего цилиндра. Указанное устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на 17 26817 уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, дополнительно содержит дроссельное устройство для дросселирования воздуха, поступающего 5 в первый цилиндр через указанное воздухозаборное устройство. Наличие указанного дроссельного устройства позволяет влиять на синхронизацию ингрессии содержимого меньшего ци~ 10 линдра внутрь зоны горения вблизи положения внутренней мертвой точки второго поршня в конце такта сжатия, при этом ингрессия, в свою очередь, регулирует синхронизацию сгорания испаренного топ- 15 лива в результате воспламенения от сжатия, когда топливовоздушная смесь в меньшем цилиндре сталкивается с горячим воздухом, подаваемым в зону горения первым поршнем во время такта сжатия. 20 Двигатель внутреннего сгорания может дополнительно содержать устройство доступа, связанное со вторым цилиндром, для подвода топлива и воздуха ко второму цилиндру во время впуска, при этом 25 указанное устройство доступа содержит первое канальное устройство, входящее внутрь указанного второго цилиндра, и первое клапанное устройство для управления указанным канальным устройством. 30 Благодаря тому, что воздух и топливо подаются во второй цилиндр через связанное с ним устройство доступа, это обеспечивает лучшее смешивание топлива с воздухом до попадания в зону горе- 35 ния, а также уменьшает насосные потери 8 двигателе внутреннего сгорания. Первый источник топлива может представлять собой инжектор топлива низкого давления, защищенный упомянутым 40 первым клапанным устройством устройства доступа. Такое конструктивное решение позволяет предохранить инжектор топлива от воздействия давлений и температур, кото- 45 рые возникают в процессе работы двигателя в полости меньшего цилиндра, так как инжектор топлива экранирован упомянутым первым клапанным устройством, что повышает надежность работы двигателя. 50 Первое канальное устройство устройства доступа может являться одновременно в качестве впускного и выпускного канала для второго меньшего цилиндра. Выполнение первым канальным уст- 55 ройством функции выпускного канала обеспечивает свободный выход отработавших газов, скопившихся над головкой меньшего поршня, что уменьшает насосные потери двигателя. 18 Указанное устройство доступа может дополнительно содержать второе канапьное устройство, образующее выпускное канальное устройство для упомянутого второго цилиндра и второе клапанное устройство для управления указанным канальным устройством. Такое выполнение устройства доступа меньшего цилиндра является наиболее предпочтительным, так как впускной и выпускной клапаны второго цилиндра работают независимо друг от друга, и топливо может впрыскиваться в первое впускное канальное устройство в любой момент времени. Двигатель внутреннего сгорания может иметь выпускное устройство, связанное со вторым цилиндром для выпуска и*з него отработавших газов, при этом указанное выпускное устройство содержит выпускное канальное устройство, входящее в указанный второй цилиндр и выпускное клапанное устройство для регулирования упомянутого выпускного канального устройства, а указанный первый источник топлива представляет собой инжектор топлива для впрыскивания топлива непосредственно внутрь указанного второго цилиндра. Такое выполнение двигателя позволяют осуществить впрыскивание топлива непосредственно внутрь меньшего цилиндра сразу же в момент начала такта впуска, что улучшает условия испарения топлива. Воздух в данном случае при отсутствии впускного канального устройства второго цилиндра поступает в меньший цилиндр через кольцевой зазор головки меньшего поршня. Хотя обусловленные этим обстоятельством насосные потери незначительны, менее 0,1 бар, если площадь головки меньшего поршня составляет 10% от аналогичной площади большого поршня. Наличие лишь одного канального устройства упрощает конструкцию двигателя по сравнению со случаем, когда меньший поршень содержит два канальных устройства. Указанное выпускное канальное устройство, связанное со вторым цилиндром, может быть сообщено с указанным воздухозаборным устройством. Благодаря такому выполнению в воздухозаборном устройстве улавливается различное не сгоревшее топливо, снижая тем самым выделение продуктов сгорания с выхлопными газами, а также обеспечивая рециркуляцию отработавших газов, которая растет пропорционально нагрузке двигателя. 19 26817 Указанное воздухозаборное устройство и указанное выпускное устройство упомянутого первого цилиндра могут дополнительно служить соответственно в качестве отдельных впускного и выпускного устройств второго цилиндра; а упомянутый первый источник топлива представляет собой инжектор топлива для осуществления подачи топлива непосредственно внутрь указанного второго цилиндра. Такоеввыполнение двигателя характеризуется простотой конструктивного исполнения ценой внесения некоторых насосных потерь и вероятного выделения углеводородов и окиси углерода с выхлопными газами. Указанное первое канальное устройство устройства доступа может быть сообщено с дополнительным объемом. Наличие дополнительного объема, заключенного, например, в отдельный сосуд или выполненного в виде дополнительного канала в корпусе, позволяет повысить коэффициент полезного действия двигателя типа сегрегированного двигателя Мерритта, что достигается путем выбора объема, который обеспечивает соответствующее повышение давления в резервуаре в конце такта выпуска. Продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, способствуют испарению топлива, а также препятствуют образованию окисей азота, обеспечивая процесс "рециркуляции отработавшего газа", который является признанным методом регулирования выделения выхлопными газами N0 . Указанный дополнительный объем может быть выполнен регулируемым. Это позволяет регулировать соответствующее повышение давления в дополнительном объеме к концу такта выпуска. Указанный дополнительный объем может быть сообщен с упомянутым воздухозаборным устройством посредством дополнительного клапана для регулирования давления газа в указанном дополнительном объеме. Так как создание давления в дополнительном объеме зависит от скорости работы двигателя, но на малых оборотах оно может оказаться недостаточным для обеспечения хорошего процесса впуска, происходящего после процесса выпуска. Установка указанного дополнительного клапана позволяет путем открытия клапана в режимах малых оборотов двигателя или всякий раз, когда пиковое давление в дополнительном объеме падает ниже заданного значения, повысить давление в дополнительном объеме до заданного зна 20 чения. Кроме того, при открытии указанного клапана отработавшие газы подаются во впускной канал воздухозаборного устройства, что обеспечивает их рецирку5 ляцию, а впускаемый воздух засасывает- . ся в дополнительный объем из впускного канала воздухозаборного устройства, питающего больший цилиндр. Указанный дополнительный объем мо10 жет быть сообщен с атмосферой посредством клапана и вентилятора для регулирования давления газа в этом дополнительном объеме. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Такое исполнение является альтернативным способом обеспечения принудительной подачи воздуха в меньший цилиндр. Двигатель внутреннего сгорания может содержать второй источник топлива в виде инжектора жидкого топлива высокого давления, который установлен так, что когда головка второго поршня находится в или вблизи положения своей внутренней мертвой точки, указанный второй источник может обеспечивать подачу в зону горения некоторого количества топлива под давлением дополнительно к топливу, подаваемому в указанный второй цилиндр упомянутым первым источником топлива. Такой дизельный гибрид Мерритта, работа которого, основанная на процессе ВСЗИ, протекает при использовании свечи зажигания, позволяет понизить необходимуга для зажигания топлива степень сжатия. Это обеспечивается за счет того, что воспламенение малого количества топлива, впрыскнутого в меньший цилиндр первым инжектором в процессе такта впуска, повышает давление и температуру в зоне горения, позволяя массе топлива, которая впрыскивается инжектором топлива высокого давления вблизи такта сжатия воспламеняться от сжатия. Двигатель внутреннего сгорания может содержать устройство для управления указанным первым источником топлива для обеспечения подачи части суммарного количества топлива, которое требуется для снабжения второго цилиндра, внутрь пространства над головкой второго поршня, начиная и завершая это тогда, когда указанный второй поршень находится в заданных положениях, отстоящих на некотором расстоянии от положения внутренней мертвой точки, и для управления указанным вторым источником топлива для обеспечения подачи дополнительной части от общего количества топлива внутрь зоны горения, когда поршни позже нахо 21 26817 22 водной канал вокруг кромки головки втодятся в положении внутренней мертвой рого поршня, когда второй поршень нахоточки или вблизи нее. дится в положении его внутренней мертТакое конструктивное выполнение гибвой точки или рядом с ним. ридного двигателя Мерритта, работа котоНаличие обводного канала обеспечирого основана и~- ВСЗИ с использова- 5 вает получение требуемой характеристинием свечи зажигания, позволяет обеспеки ингрессии. При этом периферийный чить работу двигателя при заданных низкрай головки меньшего поршня может приких степенях сжатия, что улучшает работу мыкать к стенке меньшего цилиндра в двигателя. течение большей части хода поршня. ОдПервый источник топлива может 10 нако, как только торец головки меньшего представлять собой инжектор топлива выпоршня занимает соседнее с обводным сокого давления, установленный в бококаналом положение, зазор между перивой стенке второго цилиндра для осуферийным краем головки меньшего поршня ществления подачи топлива непосредственно внутрь второго цилиндра как сверху 15 и стенкой меньшего поршня сильно возрастает, что обеспечивает быструю ингтак и снизу головки второго поршня. рессию через обводной канал. Такое выполнение двигателя, работаюУказанный обводной канал может щего со свечой зажигания, позволяет снипредставлять собой канавку, выполненную зить степень сжатия по сравнению с обычным дизельным двигателем. 20 в стенке второго цилиндра, охватывающую, по меньшей мере, часть периферии В указанном воздухозаборном уствторого цилиндра. ройстве первого цилиндра могут быть дополнительно установлены второй источТакое выполнение обводного является ник топлива и дроссельная заслонка для конструктивно наиболее удобным, так как образования воспламеняемой от искры 25 позволяет задавать параметры обводного топливовоздушной смеси для обеспечеканала через геометрические размеры и ния возможности работы двигателя в обычформу канавки, выполненной в стенке втоном режиме искрового зажигания. рого цилиндра. Такая конструкция двигателя позвоЗадачей заявляемого способа являетляет ему работать со стехиометрической 30 ся создание способа эксплуатации двигатопливовоздушной смесью, которая потеля внутреннего сгорания согласно изобдается через один из или через оба впускретению, позволяющего путем особой ных клапанов, управляющих каналами, в синхронизации зажигания обеспечить бокотором установлены соответственно перлее быстрое сгорание топлива и более вый и второй источник топлива, с момен- 35 низкие температуры газов вследствие выста когда степень сжатия двигателя удервобождения тепла, а также понизить треживается ниже значения, которое может бования к точности регулирования заживызвать самопроизвольное воспламенение гания посредством синхронизации процесот сжатия. Запуск и холостой ход такого са ингрессии. двигателя, а также работа при полной 40 Вторая задача заявляемого изобретенагрузке, могут проходить в режиме Мерния достигается тем, что способ эксплуаритта, который способствует достижению тации двигателя внутреннего сгорания, в более высокого термического КПД при котором указанный двигатель имеет по неполной нагрузке по сравнению с изменьшей мере один ряд из первого и вестными на сегодняшьий день обычными 45 второго цилиндров, причем первый цидвигателями с искровым зажиганием, холиндр имеет больший рабочий объем, чем тя и с использованием свечи зажигания второй цилиндр; соответствующие первый для обеспечения ВСЗИ-процесса. и второй поршни, подвижно установленные в указанных цилиндрах; воздухозаКрай головки второго поршня отстоит в радиальном направлении от смежной 50 борное устройство, связанное с первым цилиндром; выпускное устройство, связанстенки второго цилиндра для задания межное с первым цилиндром; первый источду ними зазора, который заключает в сеник топлива для снабжения топливом втобе указанное устройство замедления. рого цилиндра; устройство, задающее зоТакое выполнение устройства замедления для задержки ингрессии является 55 ну горения, когда поршни, по существу, находятся в положении внутренней мертнаиболее предпочтительным и наиболее вой точки, причем зона горения сообщаетконструктивно простым. ся с обоими цилиндрами в процессе раВторой цилиндр со стороны конца, бочего хода; устройство зажигания, свяулаленного от первого цилиндра, может занное с указанной зоной горения; устбыть снабжен устройством, задающим об 23 26817 ройство замедления для задержки ингрессии топливовоздушной смеси из второго цилиндра внутрь зоны горения до момента достижения вторым поршнем заданного положения при его такте сжатия, управляющее устройство для управления устройством зажигания; устройство для обеспечения поддержания величин давления и температуры, достигаемых в указанной зоне горения вблизи конца такта сжатия, на уровнях, недостаточных для вызывания самопроизвольного воспламенения от сжатия используемого топлива, при этом способ характеризуется введением топлива во второй, меньший цилиндр, согласно изобретению способ содержит операции: введения в указанный второй цилиндр первого заранее заданное количество топлива в течение такта впуска и/ или такта сжатия двигателя; и подачи энергии зажигания в указанную зону горения после начала ингрессии и до окончания ингрессии дли зажигания порций поступающего при ингрессии топлива, тем самым повышая температуру и давление в зоне горения до уровней, достаточных для зажигания остальной части топлива посредством воспламенения от сжатия. Указанная совокупность существенных признаков заявляемого способа является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны. Благодаря заявленному способу эксплуатации запуск процесса зажигания в двигателе Мерритта осуществляется с помощью искры и возможностью дальнейшего протекания этого процесса за счет воспламенения от сжатия, т.е. воспламенением от сжатия, запускаемого искрой (ВСЗИ). Заявленный способ позволяет во всех режимах работы двигателя инициировать процесс воспламенения от сжатия топливовоздушной смеси с помощью иск* ры с обеспечением благодаря этому более быстрого и полного сгорания топлива при более низких температурах газов, достигаемых в результате высвобождения при сгорании топлива тепла. Важным преимуществом использования воспламенение от сжатия, запускаємого искрой, заключается в простоте, с которой данный процесс может быть рассчитан по времени для удовлетворения требований, предъявляемых к двигателю, работающему в режиме переменных нагрузок. При использовании процесса воспламенения от сжатия, запускаемого искрой точностью регулирования посредством синхронизации процесса ингрессии может иметь менее важное значение и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 24 менее критична для эксплуатации двигателя. Главное преимущество такого способа работы заключается в обеспечении еще большей простоты управления зажиганием путем подвода электрического питания к свече зажигания. Точный момент ингрессии не имеет значения и ингрессия может начинаться ранее, чем это может быть достигнуто в двигателях Мерритта с использованием воспламенения от сжатия в чистом виде без помощи искры. Способ может дополнительно включать операцию впрыскивания второго заданного количества жидкого топлива под давлением внутрь зоны горения к концу такта сжатия для сжигания посредством воспламенения от сжатия. Это обеспечивает работу двигателя в режиме дизельного гибрида. При этом повышение-давления и температуры, которое происходит в результате воспламенения с помощью устройства зажигания первой впрыснутой порции топлива, позволяет массе второго заданного количества топлива воспламениться в результате воспламенения от сжатия. Благодаря этому необходимая для зажигания топлива степень сжатия может быть снижена. Впрыскивание указанного первого заданного количества топлива во второй цилиндр могут осуществлять в течение такта впуска. Это предоставляет больше времени на испарение первого заданного количества топлива, что обеспечивает более быстрое его сжигание. Указанное первое заданное количество топлива могут вводить во впускной канал, сообщающийся со вторым цилиндром через впускной клапан, который открывается в течение указанного такта впуска. Это позволяет оградить устройство ввода первого заданного количества топлива от воздействия давления и температуры, которые имеют место в меньшем цилиндре. В качестве второго указанного топлива могут использовать дизельное топливо, а в качестве первого топлива - летучее топливо, отличное от дизельного топлива. Такой способ эксплуатации двигателя яозволяет улучшить работу дизельного гибридного двигателя Мерритта, обеспечив снижение степени сжатия, необходимой для воспламенения от сжатия топливовоздушной смеси, благодаря повышению давления и температуры в зоне горения в результате быстрого сгорания первого заданного летучего топлива. В качестве указанного первого топлива могут использовать бензин. 25 26817 Это позволяет максимально снизить степень сжатия дизельного гибридного двигателя Мерритта, например, до значений между 12:1 и 13:1 вместо значений между 24:1 и 18:1, которые являются нормальными для обычных дизельных двигателей. Способ может дополнительно содержать операцию ввода дополнительного заданного количества топлива внутрь указанного первого цилиндра в течение такта впуска при одновременном регулировании количества воздуха, вводимого внутрь указанного первого цилиндра для создания смеси с заданным отношением топлива к воздуху в указанном первом цилиндре, обеспечивая тем самым, по существу, стехиометрическое общее отношение топлива к воздуху для указанного первого заданного количества топлива. Для заданного количества топлива, необходимого при неполной нагрузке, такое регулирование повышает отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси второго цилиндра, устраняя тем самым самопроизвольное воспламенение от сжатия во втором цилинд-' ре. Стехиометрическое общее отношение топлива к воздуху для указанного первого заданного количества топлива обеспечивает работу двигателя в режиме бензинового двигателя с искровым зажиганием. Переключение на работу в этот режим может быть полезным в условиях близким к полным нагрузкам на двигатель. Указанное заданное отношение топлива к воздуху может по существу являться стехиометрическим. Стехиометрический состав топлиаовоздушной смеси способствует работе свечи зажигания. Работа двигателя в режиме бензинового двигателя с искровым зажиганием может быть полезной в условиях, близких к полным нагрузкам на двигатель, когда весь воздух, имеющийся в обоих цилиндрах, может оказаться необходимым для сжигания максимального количества топлива. Благодаря этому повышается характеристика выходной мощности при полной нагрузке, Воздух, поступающий в первый цилиндр, могут дросселировать для управления предельными значениями температур и давлений в конце такта сжатия до уровней, недостаточных для того, чтобы вызвать воспламенение от сжатия прежде, чем произойдет высвобождение энергии сгорания внутри зоны горения. Указанное дросселирование воздуха позволяет осуществлять постепенный пе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 26 реход от полной нагрузки к частичной нагрузке, которое применяется для перехода из режима полной загрузки в режим бензинового двигателя с искровым зажиганием. В таком комбинированном способе обеспечивается возможность применения способа искрового зажигания в режиме двигателя Мерритта согласно настоящему изобретению для того, чтобы добиться полного использования воздуха, тем самым повысив характеристику выходной мощности при полной нагрузке, в то же время сохраняя высокие потенциальные возможности термического КПД двигателя Мерритта при неполной нагрузке и на холостом ходу. На фиг. 1 показан схематичный раз,рез первого варианта двигателя; на фиг. 2 - узел на фиг. 1, вид, иллюстрирующий одно возможное положение для установки свечи зажигания по отношению к движению газа; на фиг. 3 - вариант на фиг, 2; на фиг. 4 - отображение практической формы реализации двигателя на фиг. 3; на фиг. 5 - 10 и 15 - иллюстрация различных вариантов двигателя согласно изобретению, показывающих различные устройства, при помощи которых может осуществляться выпуск газов из меньшего цилиндра; на фиг. 11-14 - иллюстрация дополнительных вариантов двигателя согласно настоящему изобретению; на фиг. 16 - вид варианта по фиг. 6 с изображением поршней в положении внешней мертвой точки. Двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению содержит по меньшей мере один ряд из первого большего и второго меньшего цилиндров 1 и 2, в которых подвижно установлены соответственно первый больший и второй меньший поршни 3, 4. Большой цилиндр 1 имеет больший рабочий объем, чем меньший цилиндр 2. Меньший поршень 4 установлен на головке 5 большего поршня 3. Меньший поршень 4 содержит опору 6 и головку 7. Стенка 8 меньшего цилиндра 2 и опора 6 меньшего поршня 4 задают зону 9 горения, когда поршни 3 и 4 находятся з положении внутренней мертвой точки {фиг. 1). Форма и размеры опоры 6 определяют форму и размеры зоны 9 горения и выбираются из условия форми-. рования соответствующего объема и формы зоны 9 горения. Зона 9 горения может сообщаться с обоими цилиндрами 1 и 2 в процессе рабочего хода. Головка 7 второго поршня 4 содержит край 10, выполненный в виде наружного цилиндрического пояска, аксиальная тол 27 26817 щина f которого существенно меньше, чем аксиальное расстояние между головками 5 и 7. Наружная цилиндрическая поверхность края 10 отстоит в радиальном направлении от смежной стенки 8 второго цилиндра с образованием кольцевого зазора 11, который образует устройство замедления для задержки ингрессии топливовоздушной смеси из второго цилиндра 2 внутрь зоны 9 горения до момента достижения вторым поршнем 4 заданного положения при его такте сжатия. Верхний конец цилиндра 2 образован необязательной кольцевой канавкой 12, которая образует обводной канал 13 для задержки ингрессии топливовоздушной смеси из меньшего цилиндра 2 внутрь зоны 9 горения, когда поршни 3, 4 находятся в положении внутренней мертвой точки (фиг. 2 и 3J. Двигатель (фиг. 1) также содержит воздухозаборное устройство и выпускное устройство, каждое из которых связано с первым цилиндром 1. Воздухозаборное устройство включает управляемый впускной клапан 14 и впускной клапан 15. Через клапан 14 полость первого цилиндра 1 может сообщаться с впускным каналом 15 воздухозаборного устройства. Выпускное устройство первого цилиндра включает управляемый выпускной клапан 16 и выпускной клапан 17, который служит для сообщения полости цилиндра 1 с выпускным устройством. Меньший цилиндр 4 может содержать устройство доступа, содержащее впускной канал 18, сообщенный с полостью меньшего цилиндра 4 через впускной клапан 19. Двигатель также содержит топливную форсунку 20, которая служит в качестве первого источника топлива для снабжения жидким топливом второго цилиндра 2. Топливная форсунка 20 может быть установлена во впускном канале 18 и входить в состав впускного устройства, как это показано на фиг. 1,4, 5, 7, 8, 10, 12, 14 и 15. Топливная форсунка 20 также может служить для непосредственной подачи топлива в меньший цилиндр 2. При этом она может быть установлена в верхней стенке меньшего цилиндра, как показано на фиг. 6, 9, 11 и 16, или в боковой стенке 8 второго цилиндра 4, как это показано на фиг. 13. Двигатель также содержит установленное в стенке меньшего цилиндра 4 устройство зажигания, выполненное в виде свечи 21 зажигания, которая при нахождении поршней в положении внутренней 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 28 мертвой точки связана с зоной 9 горения через кольцевой зазор 11 или непосредственно. Двигатель также содержит управляющее устройство 22, которое служит для управления работой свечи зажигания и, кроме того, для управления работой топливных форсунок, и при необходимости отдельных клапанов или дроссельных заслонок. Как показано на фиг. 1 геометрическая степень сжатия двигателя может быть уменьшена до значения, при котором воспламенение от сжатия используемого топлива не будет иметь места, например, ниже 12:1 для бензинов с очень большим октановым числом и ниже 10:1 для бензинов со средними значениями октанового числа. На фиг. 2 и 3 показаны две возможные позиции места установки свечи 21 зажигания в двигателе на фиг. 1. На фиг. 2 показана свеча 21 зажигания, установпенная внутри полости обводного канала 13 в стратегически важном месте, где топливные пары сталкиваются с воздухом, циркулирующим под головкой7 меньшего поршня 3. Направление потока воздуха схематично показано жирной стрелкой, а топлива - тонкой стрелкой. На фиг. 3 свеча зажигания показана в положении чуть ниже обводного канала 13. На фиг. 4 показана конструкция двигателя Мерритта, который содержит установленную во впускном канале 15 воздухозаборного устройства дроссельную заслонку 23, размер лопатки которой выполнен меньше размера поперечного сечения впускного канала 15 для того, чтобы обеспечить лишь граничное регулирование всасываемого через канал 15 воздуха. Во впускном канале 18 устройства доступа меньшего цилиндра 4 может быть установлена факультативная дроссельная заслонка 24, которая может применяться как вспомогательное устройство регулирования синхронизации процесса ингрессии, хотя при наличии ВСЗИ такого регулирования обычно не требуется. В двигателе внутреннего сгорания может иметь место различное конструктивное выполнение системы управления вентиляцией меньшего цилиндра 2. На фиг. 5-10 изображен целый ряд устройств для управления вентиляцией меньшего цилиндра. На фиг. 5 представлено схематическое изображение поперечного сечения предпочтительного варианта выполнения изобретения, иллюстрирующего процесс 26817 вентилирования меньшего цилиндра 2 путем использования двух клапанов. В меньшем цилиндре 2 имеется впускной клапан 19 и выпускной клапан 25, работающие независимо друг от друга Выпускной канал 26, в котором установлен выпускной клапан 25, как правило, подсоединен в впускному каналу 15 воздухозаборного устройства, питающему больший цилиндр 1 воздухом, для обеспечения рециркуляции отработанного газа. На фиг 6 представлено схематическое изображение поперечного разреза одной дополнительной разновидности изобретения с иллюстрацией выпуска газа из меньшего цилиндра 2 с использованием одного клапана В этом случае меньший цилиндр 2 снабжен одним выпускным клапаном 25 и инжектором 20 топлива, который служит для непосредственного впрыскивания топлива внутрь меньшего ци.линдра 2 сразу же в момент начала такта впуска. Также как и в конструкции по фиг. 5 выпускной канал 26 может быть подсоединен к впускному каналу 15 воздухозаборного устройства первого цилиндра 1 для того, чтобы можно было с пользой использовать отработанные газы, покидающие меньший цилиндр 2 в процессе такта выпуска. На фиг. 7 показан вид, аналогичный фиг. 4, иллюстрирующий схему вентиляции меньшего цилиндра 2 путем использования лишь одного клапана 19, который является впускным клапаном. Инжектор 20 топлива установлен в канале 18 перед клапаном 19, благодаря чему предохранен этим клапаном от воздействия давлений и температур. В качестве выпускного канала второго цилиндра 1 в этом случае служит выпускной канал 17 первого цилиндра, с которым полость цилиндра может сообщаться через кольцевой зазор 11. На фиг. 8 изображена дополнительная схема регулирования вентиляции меньшего цилиндра 2, использующая единственный клапан 19 в качестве как впускного так выпускного клапана меньшего цилиндра 2. Для обеспечения перемещения газов в меньший цилиндр 2 и из него клапан 19 выполнен с обеспечением его открытия дважды в течение одного цикла двигателя при работе в четырехтактном режиме, т.е. один раз в процессе такта выпуска и еще один раз в процессе такта впуска. Канал 18 впуска/выпуска второго цилиндра 2 подсоединен к вводному каналу 15 воздухозаборного устройства пер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ЗО вого цилиндра 1 Инжектор ?0 топлива установлен в канале 18 вблизи клапана 19 для того, чтобы не допустить вдуватщ топлива внутрь большего ципиндрд 1 р процессе такта выпуска, и предназначь для подачи топлива в цилиндр 2 во врем$ такта впуска. На фиг, 9 представлена принципизлы ная схема еще одной разновидности изобретения, аналогичная фиг 5 и 6, с иллюстрацией выпуска газа из меньшего цилиндра 2 без применения клапанов Поскольку в меньшем цилиндре 2 отсутст-* вуют впускной и выпускной клапаны, то для впуска воздуха во второй цилиндр 2 и выпуска из него отработавших газов служат соответственно впускной канал 15 С клапаном 14 и выпускцой канал 17 с клапаном 16 большего цилиндра 1, с которыми полость меньшего цилиндра может сообщаться через кольцевой зазор 11. На фиг. 10 представлен более детальный вид двигателя по фиг. 8, на котором канал 18 устройства доступа меньшего цилиндра 2 сообщен с дополнительным объемом 27, который включен в закрытый резервуар 28. Резервуар 28 может быть соединен с впускным каналом 15 воздухозаборного устройства большего цилиндра 1 через дополнительный клапан 29. Резервуар 28 служит для улавливания отработанных газов, поступающих со второго цилиндра 2 через клапан 19 и предназначен для создания принудительного потока воздуха, подаваемого в момент такта впуска во второй цилиндр 2. Объем 27 резервуара 28 выбран такой величины, которая позволяет обеспечить определенное повышение давления в резервуаре 28 в конце такта выпуска. Данный объем 27 может быть постоянным или регулируемым, например, при помощи плунжера, перемещаемого в трубе (не показан), Объем 27 может быть заключен в сосуд, >\ак это показано, либо им может служить объем канала, соединенный с каналом 18 клапана 19, если этот канал герметичен с его противоположной стороны. В канале 18 может быть установлена дроссельная заслонка 24, которая может быть использована для регулирования входящего и выходящего из канала клапана 18 потока,, однако это - необязательное условие. Клапан 29 может управляться системой 22 управления двигателя или он может работать автоматически под воздействием уровня давления в сосуде. Альтернативный способ обеспечения принудительной подачи воздуха в минь 31 26817 ший цилиндр 2 показан на фиг 15 В этом случае, для создания принудительного потока воздуха под давлением, подаваемого в меньший цилиндр 2 в процессе такта впуска используется небольшой вентилятор или нагреватель 30, который сообщен с атмосферой через канал 31. Этот вентилятор может включаться по мере необходимости системой управления двигателем. Этот вентилятор может работать совместно с сосудом, в котором заключен объем 26, если это требуется, путем установки клапана 32, который остается в закрытом положении в рабочем состоянии сосуда и открывается, когда вентилятор 30 необходим и включается в работу. На фиг. 11-13 схематично показаны конструкции дизельного гибридного двигателя Мерритта, модернизированные согласно изобретению Искровым зажиганием. В каждом из двигателей на фиг. 1 1 13 может быть использована любая из конструктивных схем управления вентиляцией меньшего цилиндра 2, представленных на фиг 5-9 и описанных ранее Таким образом выпуск газов с меньшего цилиндра 2 может осуществляться путем использования одного клапана, служащего одновременно в качестве впускного и выпускного клапана, только одного клапана, предназначенного исключительно в качестве выпускного клапана, или с применением двух отдельных клапанов, служащих соответственно в качестве впускного и выпускного клапанов, или вовсе без клапанов. Каждая из конструкций двигателя на фиг 11-13 содержит свечу 21 зажигания, которая используется для того, чтобы способствовать ВСЗИ-процессу. Каждая из конструкций дизельного гибридного двигателя на фиг 11, 12 содержит дополнительно к топливному инжектору 20 инжектор 33 жидкого топлива высокого давления, который служит в качестве второго источника топлива и установлен в боковой стенке 8 второго цилиндра 2 в положении, в котором он может обеспечить подачу в зону 9 горения некоторого количества топлива под давлением дополнительно к топливу, подаваемому во второй цилиндр 2 первым источником топлива - инжектором 20, когда головка 7 второго поршня 2 находится в или вблизи положения своей внутренней мертвой точки. В конструкции двигателя на фиг. 11 топливный инжектор 20 установлен в стенке 8 второго цилиндра 2 и предназначен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 32 для подачи топлива непосредственно в полость второго цилиндра 2 Инжектор 20 может быть предназначен для подачи другого более летучего топлива, такого как бензин, в то время как инжектор 33 предназначен для подачи дизельного топлива В конструкции двигателя на фиг. 12 в отличие от двигателя по фиг. 11 топливный инжектор 20 установлен для впрыскивания топлива во впускной канал 18 устройства доступа второго цилиндра 2. В конструкции двигателя на фиг. 13 инжектор 20 жидкого топлива высокого давления является первым источником топлива и установлен в боковой стенке 8 второго цилиндра 2 для осуществления подачи топлива непосредственно внутрь второго цилиндра 2 как сверху так и снизу головки 7 второго поршня 2. Инжектор 20 топлива снабжается дизельным топливом и предназначен для впрыскивания на первом этапе топлива в меньший цилиндр 2 в процессе такта впуска, а затем для впрыскивания дополнительного количества топлива к концу такта сжатия. Степень сжатия этого двигателя может быть понижена, как это описано при рассмотрении фиг. 11 Изображенный на фиг. 14 двигатель способен работать со стехиометрической топ л иаовоз душной смесью, которая подается через один из двух впускных клапанов 15 или 18, или через оба эти клапана, после того как степень сжатия двигателя удерживается ниже значения, которое может вызвать самопроизвольное воспламенение от сжатия. Данный двигатель содержит заслонку 34, установленную в канале 15 воздухозаборного устройства, которая по сравнению с заслонкой 23, изображенной на фиг. 4, имеет увеличенный размер лопэсти Двигатель содержит инжектор 20 топлива, установленный в канале 18 устройства доступа меньшего цилиндра 2 и инжектор 35 топлива, установленный в отверстии патрубка 36, соединенного с выпускным каналом 15 на участке между заслонкой 34 и клапаном 14, и предназначенный для подачи топлива в канал 15. Инжектор 35 топлива служит для подачи бензинового топлива. Двигатель содержит свечу зажигания 21, которая предназначена для вызывания зажигания в режиме Мерритта и в режиме БДИЗ. На фиг. 15 показан вид, аналогичный фиг. 14, на котором работа двигателя в режиме Мерритта (сегрегированном режиме) обеспечивается за счет использо 33 26817 вания сосуда 37, заключающего в себе объем 27, клапана 32 и вентилятора 30, как это описано со ссылкой на фиг. 10. На фиг. 16 представлен добавочный вид варианта на фиг. 6, на котором показан меньший поршень 4, вышедший из отверстия меньшего цилиндра 2 в положении его внешней мертвой точки. Устройства для выпуска газов меньшего цилиндра 2 могут принимать любую из разновидностей, описанных ранее. На фиг. 16 для меньшего цилиндра 2 предусмотрен один выпускной клапан 25. Меньший поршень 4 может иметь основание 38 на или рядом с головкой 5 большего поршня 3 (фиг. 4). Наличие канала 26 для отработавших газов и выпускного клапана 25 для меньшего цилиндра 4 желательно для того, чтобы не допустить формирование избыточного давления в меньшем цилиндре 2 в начале такта впуска. Канал 26 для отработавших газов сообщен с впускным каналом 15 большего цилиндра 1 для рециркуляции любых не сгоревших углеводородов и окисей углерода. При отсутствии впускного клапана для меньшего цилиндра, как показано на фиг. 16, инжектор 20 топлива непосредственно сообщен с меньшим цилиндром 2, однако конструкции выпуска газов могут быть выбраны иными. Способ эксплуатации согласно настоящему изобретению каждого из представленных на прилагаемых чертежах разновидностей исполнения двигателя внутреннего сгораний согласно изобретению включает операцию введения во второй цилиндр 2 первого заранее заданного количества топлива в течение такта впуска и/или сжатия двигателя и подачи энергии зажигания в зону 9 горения после начала ингрессии и до окончания ингрессии для зажигания части поступившего при ингрессии топлива, тем самым повышая температуру и давление в зоне 9 горения до уровней, достаточных для зажигания остальной части топлива посредством воспламенения от сжатия. Способ согласно настоящему изобретению основывается на искровом зажигании для того, чтобы инициировать горение при всех режимах эксплуатации. Воспламенение от сжатия, запускаемое искрой, согласно изобретению, представляет собой процесс иного рода, чем искровое зажигание в обычном известном варианте, когда требуется применение почти однородной топливовоздушной смеси для того, чтобы обеспечить распространение 34 фронта пламени через эту смесь и которое достигается в обычных бензиновых двигателях с искровым зажиганием. В • заявленном способе воспламенение от 5 искры - это первый из процессов воспламенения, реализуемых в две стадии, а именно, искрового заж-игания и воспламенения от сжатия. Искровое зажигание на первой стадии только инициирует ло10 кализованное пламя на границе между поступающим топливом и воздухом в зоне горения. Это пламя может носить кратковременный характер и его распростри* нение внутрь заранее приготовленной топ15 ливовоздушной смеси, которая не существует на данный момент времени, маловероятно. Это искровое зажигание происходит до окончания процесса ингрессии, другими словами, в течение времени, кото20 рое необходимо на перенос топлива из малого цилиндра в зону горения через головку малого поршня и на смешивание его со всем тем воздухом, который требуется для его сгорания и который при25 сутствует в зоне горения. Стадия искрового зажигания - это процесс, сходный с зажиганием при помощи искры струи газообразного топлива на выходе струи в процессе ее смешивания с воздухом по 30 периферии струи. После начала процесса искрового зажигания под действием пламени давление и температура газа в зоне горения повышаются настолько, что это приводит к воспламенению от сжатия ос35 тальной части испарившегося топлива по мере его проникновения в зону горения под действием меньшего поршняи смешивания с большим количеством воздуха. Этот процесс носит название в описании 40 как воспламенение от сжатия, запускаемое искрой (ВСЗИ). Процессы смешивания И горения паров топлива с требуемым дополнительным количеством воздуха для завершения сгорания выходят за пределы 45 момента искрового зажигания. В обычном бензиновом двигателе с искровым зажиганием (БДИЗ) процесс смешивания топлива с воздухом почти полностью завершается до появления искры, 50 Более подробно работа двигателя внутреннего сгорания в соответствии с каждой из его вышеописанных разновидностей выполнения с использованием способа эксплуатации согпасно изобретению 55 происходит следующим образом. При работе в четырехтактном режиме двигателя по фиг. 4 в соответствии с настоящим изобретением воздух всасывается через впускной канал 15 воздухозаборного устройства при отсутствии эффек 35 26817 та дросселирования при номинальных условиях. Первое заранее заданное количество топлива впрыскивают при помощи инжектора 20 топлива в канал 18 устройства доступа. Впрыскивание топлива может осуществляться в любой момент времени, поскольку оно не может проникнуть в меньший цилиндр 2. В процессе такта сжатия давление в меньшем цилиндре 2 возрастает не так быстро, как давление в большем цилиндре 1, что частично обусловлено наличием объема мертвого пространства кольцевой канавки 12. К концу такта сжатия имеет место ингрессия и часть топлива поступает через кольцевой зазор 11 внутрь зоны горения. После начала ингрессии и желательно до момента достижения поршнями положения внутренней мертвой точки на свечу 21 зажигания подают напряжение разряда. В результате этого происходит первичное воспламенение искрой от свечи зажигания топливовоздушной смеси, которое приводит к повышению давления и температуры в зоне горения до степени, достаточной для самопроизвольного возгорания в результате воспламенения от сжатия остатка топяивовоздушной смеси, которая проникает через зазор 11. Это происходит и в том случае, если начальное пламя, вызванное искрой, не сможет достичь этого топлива. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан (на фиг. 4 не показан) большего цилиндра 1, что позволяет осуществить выпуск продуктов сгорания. При использовании обедненного топлива или в жаркий день для незначительного понижения притока воздуха в процессе такта впуска в качестве тонкой регулировки подачи воздуха для того, чтобы устранить возможность воспламенения от сжатия после ингрессии, но до появления искры, может использоваться дроссельная заслонка 23. Дроссельная заслонка 24, установленная в канале 18, может применяться как вспомогательное средство регулирования процесса ингрессии, хотя при наличии ВСЗИ такого регулирования обычно не требуется. При использовании для регулирования вентиляции меньшего цилиндра 2 с помощью схемы, представленной на фиг. 5, топливо впрыскивают во впускной канал 18 в любой момент времени, как уже упоминалось ранее в отношении фиг. 4. В выпускном канале 26, подсоединенном к впускному каналу 15 воздухозаборного устройства, питающего больший цилиндр 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 36 1 воздухом, улавливается различное не сгоревшее топливо, снижая тем самым выделение продуктов сгорания с выхлопными газами, а также обеспечивая рециркуляцию выхлопных газов, которая растет пропорционально нагрузке двигателя. При использовании схемы вентиляции меньшего цилиндра 2, представленной на фиг. 6, впрыскивание топлива осуществляется посредством инжектором 20 топлива непосредственно внутрь меньшего цилиндра сразу же в момент начала такта впуска. В процессе такта впуска воздух поступает в меньший цилиндр 2 через кольцевой зазор 11 вокруг головки 7 меньшего поршня 2. Насосные потери, обусловленные этим обстоятельством, незначительны, ориентировочно менее 0,1 бар, если площадь головки меньшего поршня составляет 10% от аналогичной площади большего цилиндра. Отработанные газы, покидающие меньший цилиндр 2 в процессе такта выпуска, могут быть с пользой направлены во впускной канал 15, точно также, как это описано для схемы вентиляции по фиг. 5. При использовании для вентиляции меньшего цилиндра 2 схемы, изображенной на фиг. 7, всасывание воздуха в меньший цилиндр осуществляется через впускной клапан 19. Инжектор 20 топлива, установленный перед впускным клапаном 18 в канале 19, предохраняется клапаном 19 от воздействия давлений и температур. Отработавшие газы выпускаются через зазор 11, больший цилиндр 3 и выпускной канал 17. При использовании схемы вентиляции меньшего цилиндра 2 согласно фиг. 8 единственный клапан 19 используется как в качестве впускного, так и выпускного клапана меньшего цилиндра 2. Перемещение газов в меньший цилиндр 2 и из него обеспечивается открытием клапана 19 дважды в течение одного цикла двигателя при работе в четырехтактном режиме, т.е. один раз в процессе такта выпуска и еще один раз в процессе такта впуска. Открытие клапана 19 в процессе такта выпуска обеспечивает свободный выход для отработавших газов, скопившихся над головкой 7 меньшего поршня 2. Подачу топлива осуществляют инжектором 20 вблизи клапана 19 во время такта впуска для того, чтобы не допустить вдувания топлива внутрь большего цилиндра в процессе такта выпуска. При использовании схемы вентиляции меньшего цилиндра по фиг. 9 впуск и выпуск отработанных газов осуществляется 37 26817 через впускной канал 15 и выпускной канал 17 большего цилиндра 1, при этом газы проходят между цилиндрами через кольцевой зазор 11 вокруг головки меньшего поршня. При работе двигателя, представленного на фиг. 10, нагретые отработавшие газы попадают в дополнительный объем 27 и при закрытом положении клапана 19 находятся под давлением, несколько превышающим атмосферное давление. Регулирование давления в дополнительном объеме может осуществляться за счет изменения величины этого объема в случае выполнения дополнительного объема регулируемым. Отработавшие газы, уловленные в дополнительном объеме, содержат не сгоревшее топливо, которое скапливается над головкой 7 меньшего поршня 7. С помощью инжектора 20 топливо впрыскивают в этот уловленный газ там, где это показано на фиг. 10 или непосредственно в дополнительный объем, в случае соответствующей установки инжектора топлива. Синхронизацию впрыскивания топлива при этом могут задавать так, чтобы способствовать наилучшему процессу испарения топлива, поскольку этот процесс может наступить во время любой части этого цикла. При повторном открытии клапана 19 в процессе такта впуска, находящиеся в резервуаре 28 слегка сжатые газы, или газы, находящиеся в герметичном канале, если он используется вместо сосуда для образования дополнительного объема 27, впрыскиваются в меньший цилиндр 2 неся с собой топливо. Продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, способствуют испарению топлива, а также препятствуют образованию окисей азота, обеспечивая процесс "рециркуляции отработавшего газа", который является признанным методом регулирования выделения выхлопными газами NO,. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Давление уловленных отработавших газов в дополнительном объеме 27 зависит от скорости работы двигателя и на малых оборотах может оказаться недостаточным для обеспечения хорошего про- 50 цесса впуска, происходящего после процесса выпуска. Поэтому для устранения этого недостатка на малых оборотах двигателя или всякий раз, когда пиковое давление в дополнительном объеме 27 па- 55 дает ниже заданного знамения, объем 27 может подсоединяться к епускному каналу 15 путем открытия дополнительного клапана 29. При открытии клапана 29 отработавшие газы подаются во впускной ка 38 нал 15, соединенный с большим цилинд-* ром 1 для рециркуляции, а впускаемый воздух засасывается из впускного канала, питающего больший цилиндр. Управление работой дополнительного клапана 29 может осуществляться системой управления двигателем или он может рабо» тать автоматически под действием уровня давления в дополнительном объеме 27. Альтернативно принудительная подача воздуха в меньший цилиндр 2 может осуществляться с помощью вентилятора {или нагревателя) 30 аналогично схеме? приведенной на фиг. 15. В этом случае, в процессе такта впуска вентилятор 30 используется для создания принудительного потока воздуха под давлением, подаеаемого в меньший цилиндр а процессе такта впуска. Этот вентилятор может включаться по мере необходимости системой управления двигателем. Этот вентилятор может работать совместно с сосудом 36, если это требуется, путем установки клапана 37, который остается в закрытом положении в рабочем состоянии сосуда и открывается, когда вентилятор 30 необходим и включается в работу. Для специалистов в данной облает»! техники очевидно, что управление процессом впуска в меньший цилиндр 2 имеет самое важное значение, когда инжектор 20 топлива размещен позади впускного клапана 19. В этом случае обеспечивается защита инжектора топлива от давлений и температур процесса горения. Значение управления процессом впуска в меньший цилиндр менее важно, если инжектор 20 топлива установлен для непосредственной подачи топлива внутри меньшего цилиндра, как в случае, показанном на фиг. 6, так и для гибридной конструкции данного двигателя, показана ! ной на фиг. 10 и 12. Поэтому в двигателе по фиг. 6 процесс впуска является внутренним, т.е. воздух поступает в меньший цилиндр из большего цилиндра, куда ои входит через клапан 24. При эксплуатации дизельного гибрида на фиг. 11 используют два инжектора 20, 33 топлива. Инжектором 20 осуществляют впрыскивание малого количества топлива в меньший цилиндр 2 в процессе такта впуска и это топливо испаряется до. того как оно попадает в зону горения так, что оно может загореться от искры. После начала ингрессии и до ее окончания для зажигания топлива на свечу 21 зажигания подают электрическое напряжение для образования электрической искры, которая зажигает первое впрыснутое коли 39 26817 чество топлива. К концу такта сжатия инжектором 33 в зону горения впрыскивают под давлением второе заданное количество жидкого топлива. В результате воспламенения и сгорания первого заданного количества топлива, введенного через инжектор 20 топлива, происходит повышение давления и температуры в зоне горения, что позволяет массе второго заданного количества жидкого топлива, поданного через инжектор 33 топлива, воспламениться в результате воспламенения от сжатия. Таким образом, необходимая для зажигания топлива степень сжатия может быть снижена. Если во время эксплуатации двигателя на фиг. 11 на инжектор 20 подают другое более летучее топливо, такое как бензин, в то время как на инжектор 33 подают дизельное топливо, то это улучшает работу дизельного гибрида Мерритта, причем степень сжатия может быть снижена еще больше, например до значения 12:1 или 13:1 по сравнению с 24:1 и 18:1, которое нормально для обычных дизельных двигателей. Отличие эксплуатации дизельного гибрида Мерритта на фиг. 12 от эксплуатации аналогичного ему двигателя на фиг. 11 заключается в том, что в нем впрыскивание первого заданного количества летучего топлива (например, бензина) в процессе такта впуска инжектором 20 топлива осуществляют во впускной канал 18. Инжектором 33 аналогично как и при эксплуатации двигателя на фиг. 11 впрыскивают заданное количество дизельного топлива вблизи окончания такта сжатия. Так же как и при эксплуатации двигателя на фиг. 11 зажигание топлива происходит в результате протекания процесса ВСЗИ, то есть при запуске процесса зажигания с помощью искры и возможностью дальнейшего протекания этого процесса за счет воспламенения от сжатия. При работе еще одного дизельного гибрида Мерритта, представленного на фиг. 13 инжектором 20 дизельного топлива осуществляют на первом этапе впрыск топлива в меньший цилиндр 2 в процессе такта впуска, а затем этим же инжектором впрыскивают дополнительное количество топлива к концу такта сжатия. Инжектор 20 топлива снабжают дизельным топливом и степень сжатия двигателя может быть понижена, как это описано при рассмотрении фиг. 11. Представленный на фиг. 14 двигатель имеет способность работать со стехиометрической топливо воздушной смесью, 40 которую подают через один из двух впускных клапанов 14 или 19, или через оба, с тех пор как степень сжатия двигателя удерживается ниже значения, которое мо5 жет вызвать самопроизвольное воспламенение от сжатия. Регулирование подачи воздуха через впускные каналы 18 и 15 осуществляют дроссельными заслонками 24 и 34, соответственно. 10 Запуск и холостой ход двигателя фиг. 14 в режиме работы двигателя Мерритта может осуществляться подачей топлива на . инжектор 20, в то время как инжектор 35 остается в нерабочем состоянии, а зас15 лонка 34 открыта полностью. Работа этого двигателя при неполной нагрузке может продолжаться в режиме Мерритта, который способствует достижению более высокого термического КПД при неполной 20 нагрузке и холостом ходу по сравнению с известными на сегодняшний день обычными двигателями с искровым зажиганием, хотя и с использованием свечи 21 зажимания для обеспечения ВСЗИ-процессоы. 25 При работе в режиме Мерритта с отношением топливо/воздух более бедным» чем порог формирования окисей азота, двигатель при неполной нагрузке укладывается в установленные нормы по выделе30 нию продуктов сгорания с отработавшими газами, даже если любой трехступенчатый каталитический нейтрализатор испытывает воздействие свободного кислорода в потоке отработавших газов, тем не менее NOK 35 отсутствуют при этих условиях. Преимущество работы в режиме БДИЗ со стехиометрической топливовоздушной смесью и с трехступенчатым каталитическим нейтрализатором заключается в 40 достижении болеевысоких значений средних эффективных давлений торможения (СЭДТ), чем это возможно в режиме работы Мерритта, в частности, когда в последнем случае работа осуществляется при 45 неполной нагрузке с соотношением количества топлива к количеству воздуха нижэ порога образования NOX. Для автомобиля использование режима Мерритта рекомендовано при вождении в городских усло50 виях и скоростном движении по шоссе без нагрузки, в то время как режим бензинового двигателя с искровым зажиганием автоматически задается при условиях полной нагрузки. 55 Переключение с режима двигателя Мерритта в обычный режим двигателя с искровым зажиганием (БДИЗ) может быть полезным в условиях, близким к полным нагрузкам на двигатель, когда весь воздух, имеющийся в обоих цилиндрах 1 и 2, 41 26817 42 телями при условиях эксплуатации, где может оказаться необходимым для сжиБДИЗ-двигатели работают наиболее гания максимального кооличества топлиэффективно. Таким образом процесс комва. бинирования двигателя Мерритта, рабоВ этом случае система управления двигателем приводит в действие инжектор 5 тающего на ВСЗИ-принципе, обеспечивает создание двигателя, способного ра35, в то время как инжектор 20 находится ботать с повышенным термическим КПД в либо в нерабочем режиме, либо функциошироком диапазоне рабочих нагрузок по нирует с уменьшенным количеством топсравнению с теми, которые в настоящее лива. Предварительно подготовленная топливовоздушная смесь, поступающая че- 10 время достигнуты для известных бензинорез впускной клапан 14, может быть стевых двигателей с искровым зажиганием хиометрической по составу, способствуя или дизельных двигателей. работе свечи 21 зажигания, которая согРабота двигателя на фиг. 15 в режи* ласно изобретению должна постоянно наме Мерритта (сегрегированном режиме) ходиться в рабочем состоянии, легко восп- 15 обеспечивается путем использования соламенять смесь под контролем системы суда 37, клапана 32 и вентилятора 30, как управления двигателем. это описано со ссылкой на фиг. 10. Одним из требований для работы в Процесс перехода от полной нагрузки БДИЗ-режиме является поддержание тела к частичной нагрузке можно выполнить постепенно дросселем 34, который при- 20 малого поршня 2 при достаточно низкой меняется для перехода-от режима полной температуре для того, чтобы избежать нагрузки в режим резинового двигателя с преждевременного зажигания горючей теп* искровым зажиганием, пока инжектор 20 ловоздушной смеси, подаваемой под гополностью не возьмет на себя подачу топловку 7 в не сегрегированном режиме лива, в этот момент дроссельная заслон- 25 или БДИЗ-режиме. Для этого требуется ка 34 может быть открыта полностью охлаждение небольшого участка основания 6 поршня, например, путем направлеВ таком комбинированном способе ния маспяной струи на это основание чеэксплуатации обеспечивается возможность рез поршневой палец. Если такое охлажприменения способа искрового зажигания в режиме двигателя Мерритта соглас- 30 дение необходимо, то температура головно настоящему изобретению для того, чтоки 7 может оказаться недостаточной для бы добиться использования воздуха, тем испарения всего топлива, подаваемого в самым повысив характеристику выходной меньший цилиндр в процессе сегрегиромощности при полной нагрузке, в то же ванного режима. 8 таком случае, улавливремя сохраняя высокие потенциальные 35 вание отработавших газов в сосуде 37 возможности термического КПД двигатеявляется дополнительным средством в каля Мерритта при неполной нагрузке и на честве компенсации. холостом ходу. При работе двигателя на фиг. 16, являющегося добавочным вариантом на фиг. Главной целью при работе в режиме БДИЗ является возможность обеспечения 40 15, отсутствие впускного клапана может лучшего использования воздуха по сравоказаться целесообразным для меньшего нению с использованием сегрегированцилиндра 2, поскольку для всасывания ного режима. Это приводит к повышенвоздуха из большего цилиндра 1, когда ным значениям среднего эффективного поршни находятся в положении внешней давления (СЭД) и вмходной мощности. 45 мертвой точки, требуется создание час Поэтому, сегрегированный режим приготичного вакуума, а также для того, чтоб .t ден для работы двигателя с неполной нагизбежать утечки избытка топлива, подарузкой или при среднем эффективном давваемого в больший цилиндр 1. Канал 26 лении с неполной нагрузкой, в то же вредля отработавших газов и выпускной кламя обеспечивая при работе высокий тер- 50 пан 25 для меньшего цилиндра 2 не допусмический КПД двигателя. Обычные БДИЗкают формирование избыточного давления двигатели работают со значительно снив меньшем цилиндре 2 в начале такта впусженным термическим КПД при среднем ка. Сообщение каналов 26 для отработав-, эффективном давлении с неполной нагших газов с впускным каналом 15 большерузкой на двигатель, В то же время ре- 55 го цилиндра 1 обеспечивает рециркуляцию жим БДИЗ обеспечивает возможность для любых не сгоревших углеводородов и окитого же двигателя Мерритта добиться тасей углерода. При отсутствии впускного клаких значений среднего эффективного давпана, как показано на фиг. 16, инжектор 20 ления при полной нагрузке, которые сотоплива впрыскивает топливо непосредстпоставимы с обычными искровыми двигавенно в меньший цилиндр 2. 26817 12 21 Фиг. 3 • Фиг. 1 Фиг. 4 Фиг. 8 Фиг 7 12 Фиг. 9 J 14 26817 27 33 14 Фиг. 10 Фиг. 12 Фиг. 11 Фиг. 13 26817 36 24 Фиг. 14 35 36 Фиг. 15 3 26817 Фиг. 16 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О Обручар Замовлення 531 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл , 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 УА,., _268171„ пі, С І УКРАЇНА ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО т