RU2453717C2 - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453717C2 RU2453717C2 RU2010138868/06A RU2010138868A RU2453717C2 RU 2453717 C2 RU2453717 C2 RU 2453717C2 RU 2010138868/06 A RU2010138868/06 A RU 2010138868/06A RU 2010138868 A RU2010138868 A RU 2010138868A RU 2453717 C2 RU2453717 C2 RU 2453717C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- gearbox
- intake
- ice according
- cylinder
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 17
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 15
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 3
- SVONRAPFKPVNKG-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethyl acetate Chemical compound CCOCCOC(C)=O SVONRAPFKPVNKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области поршневых двигателей внутреннего сгорания. В тексте и на иллюстрациях (Фиг.1…Фиг.13) приняты следующие сокращения:The invention relates to the field of piston internal combustion engines. In the text and in the illustrations (Fig. 1 ... Fig. 13) the following abbreviations are adopted:
- ДВС - двигатель внутреннего сгорания,- ICE - internal combustion engine,
- Mmax - максимальный момент ДВС,- M max - the maximum moment of the internal combustion engine,
- Рmax - максимальная мощность ДВС,- P max - the maximum power of the internal combustion engine,
- КС - камера сгорания,- KS - combustion chamber,
- Vкс - объем камеры сгорания,- V cc - volume of the combustion chamber,
- ОГ - отработавшие (остаточные) газы,- exhaust gas - exhaust (residual) gases,
- ВпК - впускной клапан,- VPC - intake valve
- ВыК - выпускной клапан,- OFF - exhaust valve,
- РП - ресивер продувки,- RP - purge receiver,
- Vрп - объем РП,- V RP - volume RP,
- Ррп - давление в РП, атм,- R RP - pressure in RP, atm,
- ВМТ - верхняя мертвая точка поршня,- TDC - top dead center of the piston,
- НМТ - нижняя мертвая точка поршня,- BDC - the bottom dead center of the piston,
- ЭМЗ - электромагнитная заслонка,- EMZ - electromagnetic damper,
- КСУД - комплексная система управления ДВС,- KSUD - an integrated engine control system,
- СИФГ - система изменения фаз газораспределения,- SIFG - system for changing the valve timing,
- Vц - объем цилиндра,- V C - the volume of the cylinder,
- Pц - давление в цилиндре, атм.- P C - pressure in the cylinder, atm.
На круговых диаграммах фаз газораспределения:On the pie charts of the valve timing:
- угол открытия или закрытия клапанов отсчитывается по часовой стрелке, начиная от ВМТ начала такта впуска, в град. поворота коленчатого вала,- the opening or closing angle of the valves is counted clockwise, starting from the TDC of the beginning of the intake stroke, in degrees. crankshaft rotation
- толстые линии соответствуют закрытому состоянию клапанов, тонкие - открытому,- thick lines correspond to the closed state of the valves, thin lines to the open state,
- φ - углы между моментами открытия или закрытия клапанов,- φ are the angles between the moments of opening or closing of the valves,
- α - углы между ВМТ или НМТ и моментом открытия клапанов,- α - the angles between the TDC or BDC and the moment of opening of the valves,
- β - углы между ВМТ или НМТ и моментом закрытия клапанов.- β are the angles between TDC or BDC and the moment of valve closure.
Особенности работы различных типов ДВС рассматриваются на примере одноцилиндрового, четырехтактного бензинового ДВС с инжекторной системой питания.Features of the operation of various types of internal combustion engines are considered on the example of a single-cylinder, four-stroke gasoline internal combustion engine with an injection power system.
На иллюстрациях:In the illustrations:
- Фиг.1 - классический ДВС,- Figure 1 - classic ICE,
- Фиг.2 - круговая диаграмма фаз газораспределения ДВС Фиг.1,- Figure 2 is a pie chart of the timing of the internal combustion engine of Figure 1,
- Фиг.3 - ДВС с электромагнитным приводом клапанов,- Figure 3 - ICE with an electromagnetic valve actuator,
- Фиг.4 - диаграмма фаз газораспределения ДВС Фиг.3 на режимах частичной нагрузки.- Figure 4 is a phase diagram of the engine timing of Figure 3 in partial load modes.
- Фиг.5 - ДВС с ЭМЗ во впускном трубопроводе,- Figure 5 - ICE with EMZ in the intake manifold,
- Фиг.6 - диаграмма фаз газораспределения ДВС Фиг.5 в режиме частичных нагрузок,- Fig.6 is a phase diagram of the engine timing of Fig.5 in the partial load mode,
- Фиг.7 - ЭМЗ,- Fig.7 - EMZ,
- Фиг.8 - ЭМЗ с неортогональными перегородками,- Fig - EMZ with non-orthogonal partitions,
- Фиг.9 - ЭМЗ с цилиндрическими перегородками,- Fig.9 - EMZ with cylindrical partitions,
- Фиг.10 - диаграмма фаз газораспределения ДВС с ЭМЗ в режиме полной нагрузки,- Figure 10 is a phase diagram of the gas distribution of internal combustion engines with EMZ in full load mode,
- Фиг.11 - диаграмма фаз газораспределения ДВС с ЭМЗ в режиме принудительной продувки,- 11 is a phase diagram of the timing of the internal combustion engine with EMZ in the forced blow mode,
- Фиг.12 - ДВС с одной ЭМЗ на два цилиндра,- Fig - ICE with one EMZ on two cylinders,
- Фиг.13 - диаграмма фаз газораспределения ДВС с ЭМЗ в режиме вакуумного торможения.- Fig - phase diagram of the gas distribution engine with EMZ in the vacuum braking mode.
Классический ДВС, несмотря на ряд недостатков, до сих пор широко применяется в промышленности и на транспорте. Такой ДВС, см. Фиг.1, в общем случае содержит цилиндр 1 с поршнем 2, ВпК 3, ВыК 4. Клапаны приводятся кулачками 5 распредвала 6. Поршень 2 через шатун 7 вращает коленчатый вал 8. Топливная форсунка и свеча зажигания условно не показаны. На Фиг.2 представлена диаграмма фаз газораспределения. ДВС показан в состоянии конца такта выпуска, поршень чуть не доходит до ВМТ.The classic ICE, despite a number of shortcomings, is still widely used in industry and transport. Such an internal combustion engine, see FIG. 1, generally comprises a
На малых оборотах и оборотах холостого хода выхлоп такого ДВС имеет высокую токсичность (высокий уровень CO, CH). Это связано с тем, что в конце такта выпуска инерция выхлопа на движении поршня вверх не велика, и он в значительной мере остается в КС в виде ОГ. В последующих тактах впуска ОГ смешивается со свежим зарядом и затрудняет его горение.At low and idle speeds, the exhaust of such an engine has high toxicity (high levels of CO, CH). This is due to the fact that at the end of the exhaust stroke the inertia of the exhaust on the upward movement of the piston is not large, and it largely remains in the CS in the form of exhaust gas. In subsequent intake strokes, the exhaust gas is mixed with a fresh charge and makes it difficult to burn.
Для снижения токсичности выхлопа по окончании такта выпуска стремятся как можно лучше продуть КС воздухом из впускного трубопровода по направлению от ВпК 3 к ВыК 4. Дело в том, что вблизи ВМТ во время перекрытия клапанов (угол φ34) есть некоторое время, когда давление во впускном трубопроводе больше, чем в выпускном, в это время происходит наиболее интенсивная продувка. Обозначим это время То.There is a time when the pressure to reduce the toxicity of the exhaust end of the exhaust stroke as a seek from the inlet conduit may be better to blow air toward the COP of 3 to OFF
По диаграмме, Фиг.2, обозначим момент начала этого времени (исчисляемый в град.) как α0.According to the diagram, Figure 2, we denote the moment of the beginning of this time (calculated in deg.) As α 0 .
Из диаграммы ясно, что если ВпК 3 открывается рано - α3>α0, то большой объем ОГ успевает выйти во впускную трубу через приоткрытый ВпК 3, при последующей продувке ОГ заходит назад в КС.It is clear from the diagram that if
Если α3<α0, то истечет время Т0, и продувка не происходит вообще. Для каждого конкретного режима работы ДВС есть свой α0, поэтому эффективность продувки различна на разных оборотах и при разных нагрузках классического ДВС. Хорошая продувка получается лишь в небольшом диапазоне частот вращения коленчатого вала (средние обороты - 2000-3000 1/мин) поскольку именно для этого режима устанавливаются эмпирически определенные усредненные величины углов фаз газораспределения α3, α4, β3, β4, φ34 и т.д.If α 3 <α 0 , then the time T 0 expires, and the purge does not occur at all. For each specific mode of operation of the internal combustion engine there is a α 0 , therefore, the purge efficiency is different at different speeds and at different loads of the classic internal combustion engine. Good purge is obtained only in a small range of crankshaft rotational speeds (average rpm - 2000-3000 1 / min) since it is for this regime that empirically determined average values of the valve timing angles α 3 , α 4 , β 3 , β 4 , φ 34 and etc.
С ростом оборотов ДВС время, когда ВпК 3 открыт полностью, падает, падает при этом величина свежего заряда, попадающего в цилиндр, и, как следствие - Мmax и Pmax, ДВС «не принимает» на высоких оборотах.With an increase in the speed of the internal combustion engine, the time when the
Для увеличения заряда на высоких оборотах ВпК 3 нужно начинать открывать как можно раньше до ВМТ, увеличивая угол α3 и, соответственно, увеличивая при этом перекрытие клапанов φ34. Однако при этом (см. Фиг.1) ОГ, находясь под повышенным давлением, начинают «выстреливать» во впускной трубопровод, затем они в увеличенном объеме забираются назад в цилиндр на такте впуска, и, начиная с некоторой величины α3, φ34, прирост свежего заряда прекращается. Как отмечено в /1/, «в большинстве случаев высокооборотные двигатели имеют более широкие фазы газораспределения, чем двигатели малооборотные».To increase the charge at
Таким образом, на низких, средних и высоких оборотах ДВС должен эксплуатироваться со своими конкретными углами фаз газораспределения, для получения минимальной токсичности и максимальной мощности и момента.Thus, at low, medium and high revolutions, the internal combustion engine must be operated with its specific gas distribution phase angles in order to obtain minimum toxicity and maximum power and torque.
В последнее время в автомобилестроении все шире применяются ДВС с «изменяемыми фазами газораспределения». Практически всеми известными фирмами - BMW, HONDA, … - разработаны свои варианты механических, электромеханических и т.д. систем (СИФГ). Изменения фаз газораспределения в широком диапазоне оборотов добиваются, как, например, отмечено в /2/, либо поворотом распредвала, либо с помощью дополнительных кулачков специального профиля, которые управляют уже несколькими впускными и несколькими выпускными клапанами одного цилиндра. На разных оборотах и нагрузках ДВС углы открытия (α3) впускных клапанов (как правило, разного диаметра) различны, различна и высота их подъема. Этим обеспечивается высокая эффективность продувки КС, достаточная степень турбулизации заряда воздуха на впуске, а к моменту начала движения поршня вниз на впуске - достаточное общее проходное сечение всех впускных клапанов для набора полного заряда цилиндра на высоких оборотах. Эффективность СИФГ на сегодняшний день такова, что, например, при токсичности по норме «Евро-3» такие ДВС имеют удельную мощность 125 л.с. на один литр объема без наддува /2/.Recently, in the automotive industry, ICE with "variable valve timing" has been increasingly used. Almost all well-known companies - BMW, HONDA, ... - developed their own versions of mechanical, electromechanical, etc. systems (CIFG). Changes in the valve timing over a wide range of revolutions are achieved, for example, as noted in / 2 /, either by turning the camshaft, or by using additional special-profile cams that control several intake and several exhaust valves of one cylinder. At different engine speeds and loads, the opening angles (α 3 ) of the intake valves (usually of different diameters) are different, and the height of their lift is different. This ensures a high efficiency of purging the compressor, a sufficient degree of turbulence of the air charge at the inlet, and by the time the piston starts moving downward at the inlet, a sufficient total flow area of all inlet valves is sufficient to gain full charge of the cylinder at high speeds. The effectiveness of SIFG today is such that, for example, with toxicity according to the Euro-3 standard, such ICEs have a specific power of 125 hp. per liter of naturally aspirated volume / 2 /.
Следует отметить, что чем эффективнее механическая СИФГ, тем она, естественно, сложнее (приходится управлять несколькими клапанами), дороже и более громоздка. В отдельных типах ДВС используют до пяти клапанов на цилиндр.It should be noted that the more effective the mechanical SIFG, the more difficult it is (it is necessary to control several valves), more expensive and more cumbersome. In some types of internal combustion engines, up to five valves per cylinder are used.
Дальнейшим шагом в части совершенствования, согласно также /2/, является применение электромагнитных приводов клапанов под управлением комплексной системы управления двигателем (КСУД).A further step in terms of improvement, according to / 2 /, is the use of electromagnetic valve actuators under the control of an integrated engine management system (ECC).
Такой ДВС (см. Фиг.3) содержит все компоненты классического ДВС по Фиг.1, но привод клапанов ВпК 3 и ВыК 4 осуществляется электромагнитами 9, 10 соответственно, под управлением КСУД 11.Such an internal combustion engine (see FIG. 3) contains all the components of the classical internal combustion engine of FIG. 1, but the valves of the
Исходными данными для КСУД являются широко известные параметры:The source data for the CSAC are the well-known parameters:
- Обороты - n,- Turnovers - n,
- Расход воздуха - VВ,- Air flow - V B
- Уровень CO или O2,- CO or O 2 level,
- Импульс «начало» - ТН,- Impulse "beginning" - T N ,
- Температура охлаждающей жидкости - ТОХЛ, и т.д.- Coolant temperature - T OHL , etc.
По этим данным КСУД определяет моменты открытия и закрытия ВпК 3, ВыК 4, открывает и закрывает топливную форсунку и т.д. При этом высота подъема клапанов, согласно /2/, максимально возможная и не регулируется, заряд цилиндра 1 на впуске определяется длительностью открытого состояния ВпК 3, питающая смесь на всех режимах одинакова и близка к стехиометрической. ДВС не имеет дроссельной заслонки. На Фиг.3 топливная форсунка и свеча условно не показаны.According to these data, the engine control system determines the moments of opening and closing of the
На режиме полной мощности ДВС работает как классический по диаграмме Фиг.2.At full power, the engine works as a classic in the diagram of Figure 2.
На режимах частичной нагрузки - по диаграмме Фиг.4, следующим образом.In partial load modes - according to the diagram of Figure 4, as follows.
ВпК 3 на такте впуска закрывается значительно раньше НМТ, например, в точке I. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ (угол β3) давление - Рц падает ниже атмосферного, возникает вакуумное торможение поршня, и ДВС тратит энергию на преодоление противомомента, но после НМТ на движении поршня вверх, на такте сжатия, до точки II (приблизительно симметричной точке I относительно НМТ), затраченная энергия возвращается назад (поршень втягивается). Таким образом, у ДВС нет насосных потерь на режимах частичной нагрузки. Насосные потери характерны для ДВС с дроссельной заслонкой.
Во всем диапазоне оборотов ДВС и во всем диапазоне нагрузок КСУД способна обеспечить оптимальные углы фаз газораспределения.Throughout the entire speed range of the internal combustion engine and in the entire load range, the engine control system is able to provide optimal valve timing angles.
Желание приводить клапаны электромагнитами возникло у конструкторов давно (по этому поводу есть и другие публикации), но реализовать его на практике в серийном ДВС стоит больших усилий. Дело в том, что везде применяемый кулачковый распредвал прост, дешев и надежен, кулачок не просто нажимает и отпускает шток клапана, он его «ведет», плавно нажимая (открывая) и плавно отпуская (закрывая), последнее очень важно - клапан закрывается без удара тарелки о седло.The desire to bring valves with electromagnets arose for a long time among designers (there are other publications on this subject), but putting it into practice in a serial engine is worth a lot of effort. The fact is that the camshaft used everywhere is simple, cheap and reliable, the cam does not just press and release the valve stem, it “leads” it by gently pressing (opening) and gently releasing (closing), the latter is very important - the valve closes without impact plates on the saddle.
При использовании привода клапана электромагнитом (далее - ЭМК - электромагнитный клапан), клапан можно быстро открыть (в отличие от кулачка), пустив в обмотку электромагнита большой ток, но его не просто быстро закрыть без удара (это отмечается в /2/), ток электромагнита уменьшается по специальной подпрограмме КСУД.When using a valve actuator with an electromagnet (hereinafter - EMC - an electromagnetic valve), the valve can be quickly opened (unlike the cam) by letting a large current flow into the electromagnet winding, but it is not easy to quickly close it without impact (this is noted in / 2 /), the current the electromagnet is reduced by a special sub-program of the CCMS.
Далее, отсутствие насосных потерь определено тем, что ЭМК имеет только два состояния - полностью открыт - полностью закрыт. Однако на ряде режимов частичной нагрузки ДВС желательно иметь возможность не полностью открывать ЭМК на впуске. Это вносит турбулентность, улучшает перемешивание воздуха и топлива, облегчает формирование послойного заряда при пуске холодного ДВС и работе на холостом ходу. Усилие открытия тарельчатого клапана определяется в основном усилием возвратных пружин и довольно велико (достигает 20 кг у ВпК 3, у ВыК 4 - еще больше), при использовании обычных материалов объем электромагнита привода одного клапана около 0.5 литра - он громоздок. Трудно также получить высокую частоту работы привода (50 Гц и выше). В целом электромагнитный привод клапанов на сегодняшний день очень дорог, сложен и не допускает частично открытых состояний.Further, the absence of pumping losses is determined by the fact that the EMC has only two states - fully open - completely closed. However, in a number of partial load modes of the internal combustion engine, it is desirable to be able to not fully open the EMC at the inlet. This introduces turbulence, improves the mixing of air and fuel, facilitates the formation of a layered charge when starting a cold ICE and idling. The force of opening a poppet valve is determined mainly by the force of the return springs and is quite large (
Цель изобретения - за счет незначительного изменения конструкции сделать возможным применение маломощных ЭМК.The purpose of the invention is due to a slight change in design to make possible the use of low-power EMC.
Для этого в части базовой используется классическая конструкция ДВС с кулачковым распредвалом, а во впускном трубопроводе на небольшом расстоянии перед впускным клапаном располагается дополнительный клапан-заслонка, приводимая электромагнитом (далее ЭМЗ). Заслонка легко открывается и закрывается (поднимаясь и опускаясь) без удара и обеспечивает изменение заряда цилиндра воздухом в широких пределах. Отметим, что из /3/ известно применение неуправляемого обратного клапана во впускном трубопроводе.To do this, in the base part, the classic ICE design with cam camshaft is used, and in the inlet pipe a short distance in front of the inlet valve is an additional damper valve driven by an electromagnet (hereinafter EMZ). The damper easily opens and closes (rising and lowering) without impact and provides a wide variation in the charge of the cylinder with air. Note that from / 3 / it is known the use of an uncontrolled check valve in the intake manifold.
ДВС (см. Фиг.5) содержит цилиндр 1 с поршнем 2, ВпК 3, ВыК 4. Последние приводятся кулачками 5 распредвала 6. Поршень 2 через шатун 7 вращает коленчатый вал 8. ЭМЗ 12 размещена перед ВпК 3 на небольшом расстоянии (например, 1…5 см), она являет собой сдвоенный лепестковый управляемый обратный клапан, который открывается и закрывается электромагнитом (ЭМ) под управлением КСУД 11, эта же система управляет топливной форсункой 13 и свечой 14.ICE (see Figure 5) contains a
ДВС показан в состоянии конца такта выпуска, поршень 2 чуть не доходит до ВМТ. Круговая диаграмма фаз газораспределения в режиме частичной нагрузки представлена на Фиг.6.ICE is shown at the end of the exhaust stroke, piston 2 almost reaches the TDC. A pie chart of the valve timing in partial load mode is shown in FIG. 6.
Рассмотрим подробнее конструкцию и работу ЭМЗ 12 (см. Фиг.7). Let us consider in more detail the design and operation of EMZ 12 (see Fig. 7).
Корпус клапана 13 монтируется во впускной трубопровод и содержит две поперечные перегородки 14, отстоящие друг от друга на небольшом расстоянии (l=0.5…3 мм). Перегородки имеют одинаковую соосную перфорацию с максимальной высотой элемента - h1 по вертикали. Между перегородками размещена легкая пластина - заслонка 15 толщиной S, с такой же перфорацией, как и у перегородок. Заслонка 15 с помощью тяги 16 может перемещаться вверх-вниз до полного перекрытия или совпадения своих перфораций с перфорациями перегородок. Тяга связана с двухполюсным цилиндрическим якорем 17 электромагнитов 18-19 и 20-21, где 18, 20 - магнитопроводы, а 19, 21 - катушки соответственно. Катушки электромагнитов включаются и обесточиваются через ключи 22, 23. Если включен электромагнит 18-19 и выключен - 20-21, якорь 17 и заслонка 15 занимают нижнее положение - клапан закрыт (отверстия перегородок 14 перекрыты заслонкой 15).The
Если включен электромагнит 20-21 и выключен - 18-19, якорь 17 и заслонка 15 перемещаются вверх - клапан открыт.If the electromagnet 20-21 is turned on and off - 18-19, the
В закрытом состоянии заслонка 15 ведет себя как обратный клапан как для потока воздуха слева-направо, так и для потока воздуха и ОГ справа-налево. При этом заслонка давлением газов прижимается либо к правой перегородке, либо к левой. Согласно Фиг.7 ЭМЗ 12 имеет два устойчивых положения (открыт-закрыт), легко сделать и промежуточные положения (см. Фиг.7, пунктир), увеличив количество электромагнитов и расположив их в других плоскостях вокруг якоря. Соответственно следует изменить величину смещения электромагнитов по высоте - h до величины h/2 при трех электромагнитах, h/3 - при четырех и т.д.In the closed state, the
Перфорация заслонки 15 и перегородок 14 может быть не регулярной и иметь отверстия и их группы неравной площади, это вызывает завихрение (турбулизацию) потока воздуха на впуске и улучшает карбюрацию рабочей смеси.The perforation of the
Важное значение имеет проходное сечение (расход) ЭМЗ 12. В связи с этим перегородки могут располагаться под углом к оси O-O1 впускной трубы (см. Фиг.8), состоять из нескольких частей, а также иметь криволинейную поверхность, например цилиндрическую (см. Фиг.9).The flow area (flow rate) of the
В такте выпуска (см. Фиг.6) открыт ВыК 4, а ВпК 3 и ЭМЗ 12 - закрыты, выхлоп выходит в выпускной коллектор. Не доходя до ВМТ начинает открываться ВпК 3, ЭМЗ 12 - закрыта. ОГ под избыточным давлением входят в объем между ВпК 3 и ЭМЗ 12 (далее этот объем - РП - ресивер продувки согласно /3/) и сжимают находящийся там воздух (показано пунктиром и точками).In the exhaust stroke (see Fig. 6), OFF 4 is open, and
По мере истечения ОГ их давление, Рог, падает, сжатый в РП воздух расширяется. приобретает скорость и вытесняет ОГ из РП назад в КС и далее, под действием эффекта эжекции, - в выпускной коллектор, при этом Рог падает ниже атмосферного. В этот момент (он может наступить как до ВМТ, так и после, в зависимости от оборотов и нагрузки ДВС) открывают ЭМЗ 12 (она открывается мгновенно и полностью), происходит продувка КС воздухом из впускного трубопровода в направлении от ВпК 3 к ВыК 4. Далее, при закрытом ВыК 4 и полностью открытых ЭМЗ 12 и ВпК 3 происходит заряд цилиндра. Фазы ВпК 3 и ВыК 4 неизменны. Угол α3 - начала открытия ВпК 3 выбран наиболее большим, так, чтобы к моменту ВМТ он был бы полностью открыт, этим обеспечивается максимальный заряд цилиндра на высоких оборотах.As the exhaust gas expires, their pressure, Pgr , drops, the air compressed in the RP expands. acquires speed and displaces the exhaust gas from the RP back to the CS and then, under the action of the ejection effect, into the exhaust manifold, while Pg falls below atmospheric. At this moment (it can occur both before the TDC and after, depending on the speed and load of the internal combustion engine), the
На режимах частичной нагрузки ДВС (см. Фиг.6) ЭМЗ 12 закрывается задолго до НМТ такта впуска (например, в положении III), этим обеспечивается частичный заряд, несмотря на то что ВпК 3 еще открыт. Далее, при продолжении движения поршня 2 вниз над ним создается некоторое разряжение, ДВС затрачивает энергию на преодоление противомомента. На движении поршня 2 вверх до положения IV потраченная энергия на преодоление противомомента возвращается (поршень втягивается в цилиндр).In the partial load modes of the internal combustion engine (see Fig. 6), the
Незадолго после НМТ такта впуска (начала такта сжатия) как у всех классических ДВС ВпК 3 закрывается (см. угол β3). Далее следуют такты: сжатие, рабочий ход, выпуск.Shortly after the BDC, the intake stroke (the beginning of the compression stroke), as with all classic ICEs, the
Следует отметить, что в продолжении угла φ3 в РП давление ниже атмосферного, в это время желательно кратковременно открыть ЭМЗ 12 и уравнять давление слева и справа от заслонки (см. Фиг.6 заштрихованный сектор φу). Сектор φу может располагаться в любом месте в пределах угла φ3 (см., например, секторы φу1, φу2).It should be noted that in the continuation of the angle φ 3 in the RP, the pressure is lower than atmospheric, at this time it is advisable to open
Таким образом, тарельчатые ВпК 3 и ВыК 4, находящиеся в цилиндре, работают как компрессионные (обеспечивают удержание рабочего тела при высоких давлениях и температурах), а управляемый - ЭМЗ 12, обеспечивает заряд цилиндра от минимального до полного, и, поскольку находится вне цилиндра, к нему не предъявляются высокие требования по сохранению компрессии при воздействии высоких давления и температуры. Перепад давления слева и справа от ЭМЗ около 0.5 атм. ЭМЗ 12 выполняется в виде легкой, тонкой заслонки, работает принципиально без ударов при открытии и закрытии, обеспечивает высокую частоту работы, поскольку масса заслонки мала, допускает промежуточные положения и управляется мощностью, на порядок меньшей, чем у прототипа. Ход заслонки вверх-вниз - единицы миллиметров.Thus, the disk-shaped
Следует отметить, что на режимах частичной нагрузки ДВС энергия, потраченная на преодоление противомомента на впуске, возвращается не полностью, величина «невозврата» без учета других потерь оценивается как отношение:It should be noted that in the partial load modes of the internal combustion engine, the energy spent on overcoming the torque at the inlet is not fully returned, the value of “non-return” without taking into account other losses is estimated as the ratio:
Q=Vрп/(Vрп+VЦ)Q = V rp / (V rp + V C )
и при минимальных нагрузках ДВС достигает 10%.and at minimum loads the internal combustion engine reaches 10%.
В режиме полной нагрузки ДВС работает как классический, максимальный заряд (см. Фиг.10) предполагает одновременное закрытие ВпК 3 и ЭМЗ 12 (или ВпК 3 закрывается раньше ЭМЗ 12). Момент β3 устанавливается положением кулачка и неизменен.In full load mode, the internal combustion engine works as a classic, the maximum charge (see Figure 10) involves the simultaneous closure of
В режиме полной нагрузки ДВС может работать с принудительной продувкой повышенного давления, как, например, ДВС /3/. Для этого изначально (см. Фиг.11) устанавливается, что ВпК 3 закрывается несколько позже момента набора полного заряда, а ЭМЗ 12 закрывается в момент набора полного заряда (β12), т.е. раньше ВпК 3. Между этими моментами образуется угол φ12,3. ДВС в этом режиме работает следующим образом.In full load mode, the internal combustion engine can work with forced blowing of high pressure, such as, for example, ICE / 3 /. For this, initially (see Fig. 11), it is established that
При положении поршня 2 чуть позже НМТ такта впуска, когда заряд цилиндра набран полностью, закрывается ЭМЗ 12, и начинается сжатие в объеме Vц+Vрп. При достижении повышенного давления, например, Рц=2 (это происходит через угол φ12,3), закрывается ВпК 3, продолжается сжатие в цилиндре, а в РП хранится воздух с давлением Ррп=2. Далее следуют такты рабочего хода и выпуска. В конце такта выпуска при закрытой ЭМЗ 12 открывается ВпК 3, и воздух из РП продувает КС на протяжении угла φ3,12 в направлении от ВпК 3 к ВыК 4. Повышенное давление продувки будет также наблюдаться в диапазоне углов 2β12 при частичной нагрузке после точки V. До этой точки Ррп<1 и, как отмечалось выше, после такта впуска нужно кратковременно открыть ЭМЗ 12, чтобы обеспечить φу (Фиг.6). Делать это или нет, решает КСУД 11 в зависимости от текущей величины угла φ12.When the position of the piston 2 is a bit later than the BDC of the intake stroke, when the cylinder charge is full, the
Следует отметить (см. Фиг.5), что объем Vpп, казалось бы, должен быть минимальным для снижения величины невозврата - Q. Но при низком Vpп мало воздуха на продувку КС после такта выпуска, и на ЭМЗ 12 усиливается негативное воздействие относительно высоких температур ОГ.It should be noted (see Figure 5) that the volume V pp should seem to be minimal in order to reduce the non-return value - Q. But at low V pp there is little air to purge the COP after the exhaust stroke, and the negative effect on the
Если сильно увеличить Vрп (например, до нескольких объемов КС, это соответствует росту размера L), то изначальный принцип изобретения потеряет смысл - нельзя будет обеспечить малый заряд, так как после раннего закрытия ЭМЗ 12 на малом заряде цилиндр все равно наберет полный заряд из РП через открытый ВпК 3. Конечно, для каждого конкретного ДВС есть свой оптимальный Vрп, который определяется эмпирически, но с среднем он сравним с объемом камеры сгорания:If V rp is greatly increased (for example, to several volumes of CS, this corresponds to an increase in size L), then the initial principle of the invention will lose its meaning - it will not be possible to provide a small charge, since after the early shutdown of
Запустить холодный ДВС на малом заряде, в особенности при отрицательных внешних температурах, проблематично, поскольку на малом заряде мало давление рабочей смеси в конце такта сжатия - мала ее температура - заряд плохо поджигается искрой. Во время холодного пуска желательно на короткое время давать полный заряд воздуха, формируя при этом послойную смесь с обогащением в районе свечи, эта задача возлагается на КСУД 11.To start a cold ICE at a low charge, especially at negative external temperatures, is problematic, since at a low charge the pressure of the working mixture at the end of the compression stroke is small - its temperature is low - the charge is poorly ignited by a spark. During a cold start, it is advisable for a short time to give a full charge of air, while forming a layer-by-layer mixture with enrichment in the area of the candle, this task is assigned to the
ЭМЗ предоставляет широкие возможности по управлению ДВС.EMZ provides ample opportunities for the management of internal combustion engines.
1. Она дает возможность значительно раньше открывать впускной клапан цилиндра и тем самым получать большие обороты и момент от ДВС.1. It makes it possible to open the inlet valve of the cylinder much earlier and thereby obtain high revolutions and torque from the engine.
2. В процессе продувки на протяжении угла перекрытия клапанов φ34 ЭМЗ из-за малой инерции может открываться и закрываться несколько раз. В многоцилиндровом ДВС в области открытого выпускного клапана наблюдаются гармонические колебания давления, обусловленные выхлопом из других цилиндров, а также из-за резонансных акустических явлений на отдельных участках выпускной системы. Эти колебания, соответственно, изменяют Рог. ЭМЗ открывают при Рог<1 и закрывают при Рог>1.2. During the purge process, over the valve overlap angle φ 34, the EMZ can open and close several times due to low inertia. In a multi-cylinder internal combustion engine in the area of the open exhaust valve, harmonic pressure fluctuations are observed due to exhaust from other cylinders, as well as due to resonant acoustic phenomena in individual sections of the exhaust system. These fluctuations, respectively, change POG . EMZ is opened at Pg <1 and closed at Pg > 1.
3. ДВС можно как и в /3/ эксплуатировать, полностью закрыв ЭМЗ. Это соответствует отключению цилиндра. Дополнительно возможна эксплуатация в режиме вакуумного торможения (см. Фиг.13). Здесь в такте впуска ЭМЗ закрыта (или приоткрыта) - происходит вакуумное торможение поршня (тем сильнее, чем меньше открыта заслонка). Перед НМТ такта впуска ЭМЗ открывают полностью - цилиндр заполняется воздухом атмосферного давления. После НМТ и закрытия ВпК 3 в цилиндре происходит сжатие воздуха, затем в такте рабочего хода - его расширение, в конце которого при открытом ВыК 4 воздух выходит в выпускную трубу и т.д. В этом режиме, соответственно, топливо не подается, тормозной эффект регулируется либо величиной открытия ЭМЗ, либо длительностью полностью закрытого состояния ЭМЗ за такт впуска.3. ICE can be operated as in / 3 /, completely covering the EMZ. This corresponds to turning off the cylinder. Additionally, operation in the vacuum braking mode is possible (see Fig. 13). Here, in the intake stroke, the EMZ is closed (or ajar) - the piston is decelerated by vacuum (the stronger the less the damper is open). Before the BDC, the EMZ intake stroke is fully opened - the cylinder is filled with atmospheric pressure air. After the BDC and closing of the
Режим вакуумного торможения может быть получен также многократным открыванием и закрыванием ЭМЗ в течение такта впуска.The vacuum braking mode can also be obtained by repeatedly opening and closing the EMF during the intake stroke.
4. В режиме частичной нагрузки ДВС, как и в прототипе /2/, может работать в режиме широтно-импульсной модуляции. При этом ЭМЗ полностью открывается на часть длительности такта впуска (насосных потерь нет).4. In the partial load mode, the internal combustion engine, as in the prototype / 2 /, can operate in pulse-width modulation mode. In this case, the EMF is fully open for a part of the intake stroke duration (no pumping losses).
Допускается режим работы с частично открытой ЭМЗ на всем такте впуска, как при работе с дроссельной заслонкой (максимальные насосные потери).A mode of operation with a partially open EMZ is allowed over the entire intake stroke, as when working with a throttle valve (maximum pump losses).
Допускается смешанный режим (небольшие насосные потери). Например, на такте впуска сначала ЭМЗ открыта полностью (насосные потери минимальны, топливо не подается), затем открыта частично (воздух поступает с повышенной турбулентностью, топливо подается, формируется стехиометрическая смесь), затем ЭМЗ полностью открыта (топливо не подается). Таким образом формируется послойная смесь при полном заряде цилиндра воздухом. Если на третьем этапе заслонка закрыта, сформируется послойная смесь с неполным зарядом воздуха. ЭМЗ за такт впуска может открываться полностью или частично несколько раз.Mixed mode is allowed (small pumping losses). For example, at the intake stroke, first the EMF is fully open (pump losses are minimal, fuel is not supplied), then partially open (air comes in with increased turbulence, fuel is supplied, a stoichiometric mixture is formed), then the EMZ is completely open (fuel is not supplied). Thus, a layer-by-layer mixture is formed when the cylinder is fully charged with air. If at the third stage the shutter is closed, a layered mixture with an incomplete charge of air is formed. EMZ per intake stroke can open fully or partially several times.
ЛитератураLiterature
1. В.А.Стуканов. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004, с.55.1. V.A. Stukanov. Fundamentals of the theory of automobile engines and automobiles: Textbook. - M .: FORUM: INFRA-M, 2004, p. 55.
2. А.Фомин и А.Воробьев-Обухов. Распредвал - на пенсию: Журнал "За рулем", №11, 1998.; прототип.2. A. Fomin and A. Vorobyov-Obukhov. Camshaft - retired: The magazine "Behind the Wheel", No. 11, 1998 .; prototype.
3. А.С. СССР №889878 кл. G02B 29/00.3. A.S. USSR No. 889878 class. G02B 29/00.
Claims (13)
электромагнита закрытого состояния КП,
электромагнита полностью открытого состояния КП,
электромагнита частично открытого состояния КП.3. ICE according to claim 1, characterized in that the common anchor of the electromagnets is cylindrical and has one or more distinct poles in the form of cylinders of larger diameter, which (poles) are positioned opposite the poles of the magnetic circuits of the corresponding included electromagnets:
closed-loop electromagnet,
an electromagnet of a fully open state of the gearbox,
partially open electromagnet KP.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010138868/06A RU2453717C2 (en) | 2010-09-22 | 2010-09-22 | Internal combustion engine |
PCT/RU2011/000619 WO2012030255A1 (en) | 2010-08-31 | 2011-08-16 | Internal combustion engine |
DE112011102873T DE112011102873T5 (en) | 2010-08-31 | 2011-08-16 | Verbrennugsmotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010138868/06A RU2453717C2 (en) | 2010-09-22 | 2010-09-22 | Internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010138868A RU2010138868A (en) | 2012-03-27 |
RU2453717C2 true RU2453717C2 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=46030555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010138868/06A RU2453717C2 (en) | 2010-08-31 | 2010-09-22 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2453717C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635169C1 (en) * | 2016-11-30 | 2017-11-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Профиль-ВК" | Gas exchange system of internal combustion engine cut-off cylinders |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4124012A (en) * | 1977-04-26 | 1978-11-07 | Fuller Jr Harold L | Fuel saving apparatus and spark plug therefor |
SU889878A1 (en) * | 1980-03-31 | 1981-12-15 | Коломенский Филиал Всесоюзного Заочного Политехнического Института | I.c.engine |
US4363302A (en) * | 1979-07-19 | 1982-12-14 | Klockner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft | Feed control by means of a flat slide valve |
RU2002080C1 (en) * | 1992-09-29 | 1993-10-30 | Владимир Михайлович Чудаков | Intake system for internal combustion engine |
US5718198A (en) * | 1997-01-16 | 1998-02-17 | Ford Global Technologies, Inc. | Slide throttle valve for an engine intake system |
RU2361093C2 (en) * | 2007-07-26 | 2009-07-10 | Александр Викторович Лаптев | Internal combustion engine |
-
2010
- 2010-09-22 RU RU2010138868/06A patent/RU2453717C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4124012A (en) * | 1977-04-26 | 1978-11-07 | Fuller Jr Harold L | Fuel saving apparatus and spark plug therefor |
US4363302A (en) * | 1979-07-19 | 1982-12-14 | Klockner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft | Feed control by means of a flat slide valve |
SU889878A1 (en) * | 1980-03-31 | 1981-12-15 | Коломенский Филиал Всесоюзного Заочного Политехнического Института | I.c.engine |
RU2002080C1 (en) * | 1992-09-29 | 1993-10-30 | Владимир Михайлович Чудаков | Intake system for internal combustion engine |
US5718198A (en) * | 1997-01-16 | 1998-02-17 | Ford Global Technologies, Inc. | Slide throttle valve for an engine intake system |
RU2361093C2 (en) * | 2007-07-26 | 2009-07-10 | Александр Викторович Лаптев | Internal combustion engine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635169C1 (en) * | 2016-11-30 | 2017-11-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Профиль-ВК" | Gas exchange system of internal combustion engine cut-off cylinders |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010138868A (en) | 2012-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9458741B2 (en) | Split cycle phase variable reciprocating piston spark ignition engine | |
US4878464A (en) | Pneumatic bistable electronic valve actuator | |
US7624709B2 (en) | Cao cycles of internal combustion engine with increased expansion ratio, constant-volume combustion, variable compression ratio, and cold start mechanism | |
US10371045B2 (en) | Free-piston engine | |
EP0670958A1 (en) | Method of operating an automotive type internal combustion engine | |
CN102472149A (en) | Split-cycle air hybrid engine with compressor deactivation | |
JPH05179986A (en) | Method of operating internal combustion engine | |
US9239003B1 (en) | Variable volume combustion chamber system | |
JP2007515582A (en) | Self-ignition timing control for combustion in a piston engine with prechamber compression ignition | |
WO1996017168A1 (en) | Internal combustion engine provided with a direct fuel injection system assisted by compressed air | |
JP2012219708A (en) | Variable compression ratio engine | |
WO2009099532A1 (en) | Internal combustion engines | |
CN110939506A (en) | Split type large expansion ratio engine | |
US8412441B1 (en) | Mixed cycle compression ignition engines and methods | |
US8833315B2 (en) | Crossover passage sizing for split-cycle engine | |
KR20130099979A (en) | Crossover passage sizing for split-cycle engine | |
CN105683527A (en) | Internal combustion engine | |
US20050039711A1 (en) | Internal combustion engine and working cycle | |
RU2453717C2 (en) | Internal combustion engine | |
WO1996001939A1 (en) | A restricted induction reciprocating piston type internal combustion engine | |
JP2012514159A (en) | Internal combustion engine with independent gas supply system without compression stroke | |
GB2402708A (en) | Selectable two-stroke/four-stroke lost-motion valve actuation system for i.c. engines | |
US20070234991A1 (en) | Method and apparatus for controlling engine valve timing | |
WO2012030255A1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2449147C1 (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 17-2012 FOR TAG: (73) |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200923 |