RU2665763C1

RU2665763C1 - Internal combustion engine and method of control thereof

Info

Publication number: RU2665763C1
Application number: RU2017108867A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Сергеев
Original assignee: Александр Николаевич Сергеев
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-09-04

Abstract

FIELD: motors and pumps.SUBSTANCE: group of inventions relates to engine building and can be used, for example, in the manufacture of automobile engines. Essence of the invention is that the engine contains a working cylinder with a working piston, a compressor cylinder with a piston, a combustion chamber with a spark plug, exhaust ports in the head of the working cylinder and controllable valves mounted in them at the level of the top dead center of the working piston. In the working cylinder there are two rows of inlet ports, a diaphragm and an intake manifold for supplying fuel and air. In the power mode, the controllable valves are opened when the upper edge of the working piston reaches the inlet ports, the valves are kept open for a time when the upper edge of the working piston passes the inlet ports. After the valves are closed, the fuel is additionally supplied to the working cylinder through the intake manifold, when the working piston goes from the top dead center to the upper edge of the inlet ports, the fuel being supplied in an amount providing a formation in the volume of the working cylinder of the poor fuel-air mixture. When operating at idle, the device for supplying fuel to the collector of the working cylinder is switched off.EFFECT: technical result consists in higher engine efficiency.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено, например, при производстве автомобильных двигателей.The invention relates to engine building and can be applied, for example, in the manufacture of automobile engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, защищенный патентом РФ №2348819, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, форкамеру со свечой зажигания и камеру сгорания. Двигатель снабжен нагнетателем топливовоздушной смеси, выполненным в виде компрессорного цилиндра с поршнем. Компрессорный цилиндр снабжен каналами подачи топлива и воздуха, а также каналами подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, и устройством для подачи топлива, которое может быть установлено в верхней или нижней части компрессорного цилиндра. По одному из вариантов компрессорный цилиндр может быть снабжен двумя устройствами для подачи топлива, одно из которых расположено в нижней части компрессорного цилиндра и соединено с каналом подачи воздуха, а другое - в верхней его части, выше верхней мертвой точки компрессорного поршня. Между каналом подачи топлива и компрессорным цилиндром установлен обратный клапан. Двигатель снабжен одной или несколькими парами каналов подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, причем оси этих каналов направлены навстречу друг другу. Между каналами подачи топлива и воздуха и компрессорным цилиндром установлены обратные клапаны. При расположении устройства для подачи топлива в нижней части компрессорного цилиндра в канале подачи воздуха установлена дроссельная заслонка. Между ней и устройством для подачи топлива установлен датчик массового расхода воздуха, соединенный с контроллером, который соединен с устройством для подачи топлива.Known internal combustion engine, protected by RF patent No. 2348819, containing a working cylinder with a working piston, a prechamber with a spark plug and a combustion chamber. The engine is equipped with a supercharger of the air-fuel mixture, made in the form of a compressor cylinder with a piston. The compressor cylinder is equipped with channels for supplying fuel and air, as well as channels for supplying the air-fuel mixture to the combustion chamber, and a device for supplying fuel, which can be installed in the upper or lower part of the compressor cylinder. In one embodiment, the compressor cylinder can be equipped with two fuel supply devices, one of which is located at the bottom of the compressor cylinder and connected to the air supply channel, and the other at its upper part, above the top dead center of the compressor piston. A non-return valve is installed between the fuel supply channel and the compressor cylinder. The engine is equipped with one or more pairs of channels for supplying the air-fuel mixture to the combustion chamber, and the axes of these channels are directed towards each other. Check valves are installed between the fuel and air supply channels and the compressor cylinder. When the fuel supply device is located in the lower part of the compressor cylinder, a throttle valve is installed in the air supply channel. Between it and the fuel supply device, a mass air flow sensor is connected to the controller, which is connected to the fuel supply device.

Конструкция известного двигателя обеспечивает более полное сгорание топлива, что повышает его мощность, повышает стабильность работы и снижает токсичность выхлопных газов.The design of the known engine provides a more complete combustion of fuel, which increases its power, increases stability and reduces toxicity of exhaust gases.

Однако известный двигатель не обеспечивает стабильную работу на мощностном режиме и в режиме максимальной мощности, поскольку при увеличении количества топлива в компрессорном цилиндре образуется переобогащенная смесь, которая, попадая в камеру сгорания, в район электродов свечи зажигания, не может воспламениться. Это приводит к нарушениям стабильности работы двигателя на мощностном режиме и в режиме максимальной мощности и, как следствие, к снижению мощности двигателя, увеличенному расходу топлива и увеличению токсичности отработанных газов.However, the known engine does not provide stable operation in the power mode and in the maximum power mode, since with an increase in the amount of fuel in the compressor cylinder a re-enriched mixture is formed, which, falling into the combustion chamber, in the region of the electrodes of the spark plug, cannot ignite. This leads to violations of the stability of the engine at power mode and in maximum power mode and, as a consequence, to a decrease in engine power, increased fuel consumption and increased toxicity of exhaust gases.

Известен также двигатель внутреннего сгорания и способ управления им по патенту РФ №2438021, который принят за прототип.Also known is an internal combustion engine and its control method according to the patent of the Russian Federation No. 2438021, which is taken as a prototype.

Двигатель по прототипу содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем и компрессорный цилиндр с компрессорным поршнем, кинематически соединенный с рабочим поршнем, и камеру сгорания со свечой зажигания. Камера сгорания соединена каналом подачи топливовоздушной смеси через обратные клапаны с компрессорным цилиндром. В головке рабочего цилиндра вокруг камеры сгорания выполнен канал, соединенный с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра и радиальными каналами с полостью камеры сгорания. Двигатель снабжен также каналами для подачи воздуха и топлива и двумя устройствами для подачи топлива. Одно из них расположено в верхней части компрессорного цилиндра, а другое - во впускном канале подачи воздуха в камеру сгорания. Двигатель оснащен газораспределительным механизмом, впускным и выпускным клапанами, установленными на входах в камеру сгорания впускного и выпускного каналов, датчиком фаз и датчиком угла поворота коленчатого вала, соединенными с блоком управления двигателем, который соединен с акселератором, с устройствами для подачи топлива, с модулем управления дроссельной заслонкой, установленной в канале подачи воздуха в компрессорный цилиндр, и с датчиком массового расхода воздуха, установленным в этом канале. Топливовоздушную смесь подают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра. При больших нагрузках и в режиме максимальной мощности дополнительно подают топливовоздушную смесь в камеру сгорания из ее впускного канала, подавая в этот канал топливо. Впрыск топливовоздушной смеси в камеру сгорания из компрессорного цилиндра осуществляют на такте сжатия не позднее 10° поворота коленчатого вала рабочего поршня до верхней мертвой точки. Впуск топлива во впускной канал камеры сгорания через устройство для подачи топлива, расположенное в этом канале, производят во время такта наполнения рабочего цилиндра после закрытия выпускного клапана.The prototype engine comprises a working cylinder with a working piston and a compressor cylinder with a compressor piston kinematically connected to the working piston, and a combustion chamber with a spark plug. The combustion chamber is connected to the air-fuel mixture supply channel through check valves with a compressor cylinder. In the head of the working cylinder around the combustion chamber, a channel is made, connected to the channel for supplying the air-fuel mixture from the compressor cylinder and radial channels with the cavity of the combustion chamber. The engine is also equipped with channels for supplying air and fuel and two devices for supplying fuel. One of them is located in the upper part of the compressor cylinder, and the other in the inlet channel of the air supply to the combustion chamber. The engine is equipped with a gas distribution mechanism, intake and exhaust valves installed at the entrances to the combustion chamber of the intake and exhaust channels, a phase sensor and a crankshaft angle sensor connected to the engine control unit, which is connected to the accelerator, with fuel supply devices, and a control module a throttle valve installed in the air supply channel to the compressor cylinder, and with a mass air flow sensor installed in this channel. The air-fuel mixture is fed into the combustion chamber from the compressor cylinder. At high loads and in maximum power mode, an air-fuel mixture is additionally supplied to the combustion chamber from its inlet channel, supplying fuel to this channel. The air-fuel mixture is injected into the combustion chamber from the compressor cylinder on a compression stroke not later than 10 ° of the rotation of the crankshaft of the working piston to top dead center. The fuel inlet into the inlet channel of the combustion chamber through the fuel supply device located in this channel is produced during the cycle of filling the working cylinder after closing the exhaust valve.

Двигатель по прототипу и способ управления им обеспечивает стабильную работу на режимах холостого хода и частичных нагрузок в четырехтактном цикле.The prototype engine and its control method ensures stable operation at idle and partial loads in a four-cycle cycle.

Однако конструкция двигателя по прототипу и способ управления им так же не обеспечивает стабильную работу на мощностном режиме. При увеличении количества топлива в компрессорном цилиндре образуется переобогащенная смесь, которая, попадая в камеру сгорания, в район электродов свечи зажигания, не может воспламениться. Это приводит к нарушениям стабильности работы двигателя на мощностном режиме и в режиме максимальной мощности и, как следствие, к снижению мощности двигателя, увеличенному расходу топлива и увеличению токсичности отработавших газов.However, the design of the engine according to the prototype and the method of controlling it also does not provide stable operation in power mode. With an increase in the amount of fuel in the compressor cylinder, a re-enriched mixture forms, which, falling into the combustion chamber, in the area of the electrodes of the spark plug, cannot ignite. This leads to violations of the stability of the engine at power mode and in maximum power mode and, as a result, to a decrease in engine power, increased fuel consumption and increased exhaust gas toxicity.

Техническим результатом предлагаемой конструкции двигателя и способа управления им является повышение мощности, уменьшение расхода топлива и снижение токсичности отработавших газов.The technical result of the proposed engine design and control method is to increase power, reduce fuel consumption and reduce exhaust emissions.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый двигатель содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем и компрессорный цилиндр с компрессорным поршнем, который кинематически связан с рабочим поршнем. Двигатель имеет камеру сгорания с форкамерой и со свечой зажигания. Вокруг камеры сгорания расположен кольцевой канал, соединенный радиальными каналами с камерой сгорания и с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра. Компрессорный и рабочий цилиндры снабжены устройствами для подачи топлива. В головке рабочего цилиндра расположены выпускные каналы и установленные в них управляемые клапаны.The essence of the invention lies in the fact that the proposed engine contains a working cylinder with a working piston and a compressor cylinder with a compressor piston, which is kinematically connected with the working piston. The engine has a combustion chamber with a prechamber and a spark plug. Around the combustion chamber is an annular channel connected by radial channels to the combustion chamber and to the channel for supplying the air-fuel mixture from the compressor cylinder. Compressor and working cylinders are equipped with fuel supply devices. In the head of the working cylinder there are exhaust channels and controlled valves installed in them.

В отличие от прототипа в нижней части рабочего цилиндра, на уровне нижней плоскости рабочего поршня, находящегося в нижней мертвой точке, на штоке рабочего поршня с возможностью движения этого штока, установлена полая диафрагма. В рабочем цилиндре, равномерно по его окружности, прорезаны два ряда впускных окон. Нижний ряд впускных окон выходит в полость диафрагмы, а верхний ряд расположен в средней части рабочего цилиндра так, что нижние кромки его окон совпадают с плоскостью верхнего торца рабочего поршня, находящегося в нижней мертвой точке. Окна верхнего ряда попарно соединены патрубками с находящимися под ними окнами нижнего ряда впускных окон. В нижней части рабочего цилиндра на уровне диафрагмы установлен впускной коллектор, соединенный с полостью диафрагмы через отверстие в стенке рабочего цилиндра. Во впускном коллекторе установлены датчик массового расхода воздуха, устройство для подачи топлива в рабочий цилиндр, а на входе впускного коллектора в рабочий цилиндр установлен обратный клапан. Управляемые клапаны установлены в выпускных каналах на уровне верхней мертвой точки рабочего поршня и соединены с автономными устройствами их перемещения.Unlike the prototype, in the lower part of the working cylinder, at the bottom plane of the working piston located at bottom dead center, a hollow diaphragm is installed on the piston rod with the possibility of movement of this rod. In the working cylinder, two rows of inlet windows are cut evenly around its circumference. The lower row of inlet windows extends into the cavity of the diaphragm, and the upper row is located in the middle of the working cylinder so that the lower edges of its windows coincide with the plane of the upper end of the working piston located at bottom dead center. The windows of the upper row are connected in pairs with nozzles with the windows of the lower row of inlet windows located under them. In the lower part of the working cylinder, at the level of the diaphragm, an inlet manifold is mounted, connected to the cavity of the diaphragm through an opening in the wall of the working cylinder. A mass air flow sensor, a device for supplying fuel to the working cylinder are installed in the intake manifold, and a check valve is installed at the inlet of the intake manifold to the working cylinder. Controlled valves are installed in the exhaust channels at the top dead center of the working piston and are connected to autonomous devices for their movement.

Способ управления предлагаемым двигателем в отличие от способа управления двигателем по прототипу заключается в том, что на мощностном режиме работы двигателя управляемые клапаны открывают, когда верхняя кромка рабочего поршня подходит к верхним кромкам впускных окон рабочего цилиндра. При этом положение поршня определяют по сигналу датчика его положения. Управляемые клапаны выдерживают открытыми в течение времени, когда верхняя кромка рабочего поршня проходит верхние впускные окна. После закрытия управляемых клапанов дополнительно подают топливо в рабочий цилиндр через впускной коллектор и встроенное в него устройство для подачи топлива в период, когда рабочий поршень идет от верхней мертвой точки до верхней кромки впускных окон. При этом топливо подают в количестве, обеспечивающем образование в объеме рабочего цилиндра бедной топливовоздушной смеси. При работе на холостом ходу устройство для подачи топлива во впускной коллектор рабочего цилиндра отключают.The control method of the proposed engine, in contrast to the prototype engine control method, consists in the fact that in the power mode of the engine, the controlled valves are opened when the upper edge of the working piston approaches the upper edges of the inlet windows of the working cylinder. In this case, the position of the piston is determined by the signal of its position sensor. Controlled valves are kept open for a time when the upper edge of the working piston passes through the upper inlet windows. After the controlled valves are closed, fuel is additionally supplied to the working cylinder through the intake manifold and the fuel supply device built into it during the period when the working piston goes from the top dead center to the top edge of the inlet windows. In this case, the fuel is supplied in an amount ensuring the formation of a lean air-fuel mixture in the volume of the working cylinder. When idling, the device for supplying fuel to the intake manifold of the working cylinder is turned off.

Конструкция предлагаемого двигателя обеспечивает возможность осуществления предлагаемого способа управления двигателем, что позволяет по сравнению с прототипом повысить мощность двигателя при уменьшении расхода топлива и снижении токсичности отработавших газов. Это достигается за счет изменения состава топливовоздушной смеси: в районе электрода свечи зажигания формируется относительно богатая смесь, поступающая из компрессорного цилиндра, которая хорошо зажигается, а в объеме рабочего цилиндра формируется бедная смесь, которая поджигается пламенем горящей богатой смеси из камеры сгорания.The design of the proposed engine provides the possibility of implementing the proposed method of engine control, which allows, compared with the prototype, to increase engine power while reducing fuel consumption and reducing toxicity of exhaust gases. This is achieved by changing the composition of the air-fuel mixture: in the region of the electrode of the spark plug, a relatively rich mixture is formed, coming from the compressor cylinder, which is well ignited, and a poor mixture is formed in the volume of the working cylinder, which is ignited by the flame of the burning rich mixture from the combustion chamber.

Конструкция предлагаемого двигателя и способ управления им иллюстрируются чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого двигателя с компрессорным цилиндром, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1, а на фиг 4 - сечение В-В на фиг. 2.The design of the proposed engine and its control method are illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed engine with a compressor cylinder, FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1, in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1, and FIG. 4 is a section BB in FIG. 2.

Предлагаемый двигатель содержит рабочий цилиндр 1 с рабочим поршнем 2 (фиг. 1, 2 и 4), компрессорный цилиндр 13 (фиг. 2), установленный на основании 16, и компрессорный поршень 19, который кинематически связан через штоки 3 и 28 с рабочим поршнем 2. В головке 4 рабочего цилиндра 2 размещена камера сгорания 5 и форкамера 6 со свечой зажигания 7. Вокруг камеры сгорания 5 расположен кольцевой канал 22, соединенный несколькими парами радиальных каналов 10 с камерой сгорания 5 и, через обратный клапан 23, монтированный во вкладыше 24, с каналом 26 подачи топливовоздушной смеси из полости 8 компрессорного цилиндра 13. Топливо подается в компрессорный цилиндр 13 от устройства для подачи топлива 12, через канал 14, выполненный в головке 29 компрессорного цилиндра 13, и через лепестковый обратный клапан 27, предохраняющий от выхода топливовоздушной смеси через устройство 12 при повышении давления в компрессорном цилиндре 13. Для подачи воздуха в полость 8 компрессорного цилиндра 13 предусмотрен канал 11, имеющий выход в атмосферу (фиг. 3), и канал 15, который соединен через лепестковый клапан 30 с полостью 8 компрессорного цилиндра 13. У входа в канал 11 расположен датчик массового расхода воздуха 41. При достижении в полости 8 требуемой степени сжатия топливовоздушная смесь через канал 17 и клапан отсечки 18, пружина 20 которого, удерживаемая крышкой 21, при этом сожмется, поступит через канал 9 в канал 26, теплоизолированный оболочкой 25. Далее через лепестковый клапан 23, кольцевой канал 22 и радиальные каналы 10 топливовоздушная смесь поступит в камеру сгорания 5.The proposed engine comprises a working cylinder 1 with a working piston 2 (Fig. 1, 2 and 4), a compressor cylinder 13 (Fig. 2) mounted on the base 16, and a compressor piston 19, which is kinematically connected through the rods 3 and 28 with the working piston 2. In the head 4 of the working cylinder 2 there is a combustion chamber 5 and a pre-chamber 6 with a spark plug 7. Around the combustion chamber 5 there is an annular channel 22 connected by several pairs of radial channels 10 to the combustion chamber 5 and through a check valve 23 mounted in the insert 24 with air supply channel 26 mixture from the cavity 8 of the compressor cylinder 13. Fuel is supplied to the compressor cylinder 13 from the fuel supply device 12, through the channel 14 made in the head 29 of the compressor cylinder 13, and through the flap check valve 27, which prevents the air-fuel mixture from escaping through the device 12 when increasing the pressure in the compressor cylinder 13. To supply air to the cavity 8 of the compressor cylinder 13, a channel 11 is provided having an outlet to the atmosphere (FIG. 3), and a channel 15, which is connected through a flap valve 30 to the cavity 8 of the compressor cylinder 13. At the entrance to the channel 11 there is a mass air flow sensor 41. When the desired compression ratio is reached in the cavity 8, the air-fuel mixture through the channel 17 and the shutoff valve 18, the spring 20 of which, held by the cover 21, is compressed, will enter through the channel 9 into the channel 26, insulated by the shell 25. Then through the flap valve 23, the annular channel 22 and the radial channels 10, the air-fuel mixture will enter the combustion chamber 5.

В нижней части рабочего цилиндра 1 установлена полая диафрагма 39. При этом предусмотрена возможность возвратно-поступательного движения штока 3 относительно диафрагмы 39. Для обеспечения герметичности в контакте штока 3 с диафрагмой 39 установлены уплотнения 38. В рабочем цилиндре, равномерно по его окружности, прорезаны два ряда впускных окон 31 и 45. Нижний ряд впускных окон 45 выходит в полость 44 диафрагмы 39, а верхний ряд впускных окон 31 расположен в средней части рабочего цилиндра 1 так, что нижние кромки его окон 31 совпадают с плоскостью верхнего торца рабочего поршня 2, находящегося в нижней мертвой точке. Впускные окна 31 верхнего ряда попарно соединены патрубками 43 (фиг. 4) с находящимися под ними впускными окнами 45 нижнего ряда. На уровне диафрагмы 39 на рабочем цилиндре 1 установлен впускной коллектор 34 (фиг. 2), соединенный с полостью 44 диафрагмы 39 через отверстие в стенке рабочего цилиндра 1. На входе впускного коллектора 34 установлен датчик массового расхода воздуха 37, за ним - устройство 36 для подачи топлива в рабочий цилиндр 1. На выходе впускного коллектора 34 в полость 44 диафрагмы 39 и в рабочий цилиндр 1 установлен обратный клапан 35.In the lower part of the working cylinder 1, a hollow diaphragm 39 is installed. At the same time, the reciprocating movement of the rod 3 relative to the diaphragm 39 is provided. To ensure tightness, seals 38 are installed in the contact of the rod 3 with the diaphragm 39. Two slots are cut in the working cylinder uniformly around its circumference a row of inlet windows 31 and 45. The lower row of inlet windows 45 extends into the cavity 44 of the diaphragm 39, and the upper row of inlet windows 31 is located in the middle of the working cylinder 1 so that the lower edges of its windows 31 coincide with the plane of the top end of the working piston 2, located at bottom dead center. The inlet windows 31 of the upper row are connected in pairs by nozzles 43 (Fig. 4) with the inlet windows 45 of the lower row below them. At the level of the diaphragm 39, an intake manifold 34 is installed on the working cylinder 1 (Fig. 2), connected to the cavity 44 of the diaphragm 39 through an opening in the wall of the working cylinder 1. At the inlet of the intake manifold 34, a mass air flow sensor 37 is installed, followed by a device 36 for supplying fuel to the working cylinder 1. At the outlet of the intake manifold 34, a check valve 35 is installed in the cavity 44 of the diaphragm 39 and in the working cylinder 1.

Расположенные в головке 4 рабочего цилиндра 1 управляемые клапаны 32 установлены в выпускных каналах 40 на уровне верхней мертвой точки рабочего поршня 2 и соединены с автономными устройствами их перемещения.Located in the head 4 of the working cylinder 1, the controlled valves 32 are installed in the exhaust channels 40 at the level of the top dead center of the working piston 2 and are connected to stand-alone devices for moving them.

Предлагаемый способ управления двигателем осуществляется следующим образом. После того как в компрессорном цилиндре 13 произойдет подготовка топливовоздушной смеси и она поступит в камеру сгорания 5, топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания 7 и начинается рабочий ход поршня 2 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Когда верхняя кромка рабочего поршня 2 подходит к верхним кромкам впускных окон 31 рабочего цилиндра 1, с помощью автономных устройств 33 открывают управляемые клапаны 32. Устройства 33 могут представлять собой любые известные электромагнитные или электромеханические приводы для возвратно-поступательного перемещения. Отработавшие газы через выпускные каналы 40 выходят в атмосферу - начинается прямоточная продувка рабочего цилиндра 1. Аэродинамическое сопротивление потоку газов по сравнению с прототипом при этом уменьшается, что способствует более полному удалению отработавших газов и уменьшает вероятность смешивания их остатков с топливовоздушной смесью. Положение рабочего поршня 2 для начала и конца прямоточной продувки определяют по сигналу датчика его положения, например датчика Холла, который может быть расположен на коленчатом валу двигателя любым известным способом. Управляемые клапаны выдерживают открытыми в течение времени, когда верхняя кромка рабочего поршня 2 проходит впускные окна 31.The proposed engine control method is as follows. After the preparation of the air-fuel mixture in the compressor cylinder 13 and it enters the combustion chamber 5, the air-fuel mixture is ignited by a spark from the spark plug 7 and the piston stroke 2 begins from top dead center to bottom dead center. When the upper edge of the working piston 2 approaches the upper edges of the inlet windows 31 of the working cylinder 1, controlled valves 32 are opened using autonomous devices 33. The devices 33 can be any known electromagnetic or electromechanical actuators for reciprocating movement. The exhaust gases through the exhaust ducts 40 enter the atmosphere - a direct-flow purge of the working cylinder 1 begins. Aerodynamic resistance to gas flow is reduced compared to the prototype, which contributes to a more complete removal of exhaust gases and reduces the likelihood of mixing their residues with the air-fuel mixture. The position of the working piston 2 for the beginning and end of the straight-through purge is determined by the signal of its position sensor, for example, a Hall sensor, which can be located on the crankshaft of the engine by any known method. The controlled valves are kept open during the time when the upper edge of the working piston 2 passes through the inlet windows 31.

Подпоршневое пространство рабочего цилиндра 2 отделено от механизмов двигателя диафрагмой 39. Кроме того, диафрагма 39 с помощью уплотнений 38 штока 3 исключает попадание масла в подпоршневое пространство. Все это позволяет использовать подпоршневое пространство 46 как компрессор. При рабочем ходе рабочего поршня 2 к нижней мертвой точке обратный клапан 35 во впускном коллекторе 34 под давлением газа закрывается, воздух в подпоршневом пространстве 36 сжимается. Управляемые клапаны 32 выдерживают открытыми в течение времени, когда верхняя кромка рабочего поршня 2 проходит впускные окна 31. В течение этого времени рабочий поршень 2, продолжая движение к нижней мертвой точке, открывает впускные окна 31. Свежий воздушный заряд за счет разницы давлений в надпоршневом пространстве 47 рабочего цилиндра 1 и в подпоршневом пространстве 46 перетекает в надпоршневое пространство 47, дополнительно очищая его от продуктов горения, и наполняет его чистым воздухом. Затем управляемые клапаны 32 закрывают. В это время рабочий поршень 2 начинает движение к верхней мертвой точке. При этом в подпоршневом пространстве 46 возникает разряжение, обратный клапан 35 открывается под давлением атмосферного воздуха, который всасывается в подпоршневое пространство 46. При мощностном режиме работы после закрытия управляемых клапанов 32 подают топливо через устройство 36 во впускной коллектор 34. Топливо в смеси с воздухом поступает в полость 44 диафрагмы 39, откуда через окна 45, полость 42 патрубка 43 и окна 31 всасывается в надпоршневое пространство 47 рабочего цилиндра 1. Топливо подают в количестве, обеспечивающем образование в объеме рабочего цилиндра бедной топливовоздушной смеси. Для этого используют сигнал от датчика массового объема воздуха 37, установленного на входе коллектора 34. В зависимости от величины этого сигнала регулируют подачу топлива через устройство 36 так, чтобы получать требуемую концентрацию топлива в топливовоздушной смеси, поступающей в надпоршневое пространство 47.The under-piston space of the working cylinder 2 is separated from the engine mechanisms by the diaphragm 39. In addition, the diaphragm 39 by means of the seals 38 of the rod 3 prevents oil from entering the under-piston space. All this allows the use of the piston space 46 as a compressor. When the working stroke of the working piston 2 to bottom dead center, the check valve 35 in the intake manifold 34 closes under gas pressure, the air in the sub-piston space 36 is compressed. The controlled valves 32 are kept open during the time when the upper edge of the working piston 2 passes through the inlet ports 31. During this time, the working piston 2, continuing to move to the bottom dead center, opens the inlet ports 31. Fresh air charge due to the pressure difference in the over-piston space 47 of the working cylinder 1 and in the under-piston space 46 flows into the over-piston space 47, further purifying it of combustion products, and fills it with clean air. Then, the controlled valves 32 are closed. At this time, the working piston 2 begins to move to top dead center. In this case, a rarefaction occurs in the sub-piston space 46, the non-return valve 35 opens under atmospheric air pressure, which is sucked into the sub-piston space 46. When the power operation mode is closed, the controlled valves 32 are fed through the device 36 to the intake manifold 34. The fuel is mixed with air into the cavity 44 of the diaphragm 39, from where through the window 45, the cavity 42 of the pipe 43 and the window 31 is sucked into the over-piston space 47 of the working cylinder 1. Fuel is supplied in an amount that provides education in volume e slave cylinder of a poor air-fuel mixture. To do this, use the signal from the mass air volume sensor 37 installed at the inlet of the manifold 34. Depending on the magnitude of this signal, the fuel supply through the device 36 is regulated so as to obtain the required concentration of fuel in the air-fuel mixture entering the over-piston space 47.

Состав топливовоздушной смеси, поступающий в камеру сгорания 5, подготавливают в компрессорном цилиндре 13 так же, как и по прототипу. Момент ограничения подачи топлива в компрессорный цилиндр 13 через устройство 12 для подачи топлива определяют по максимально допустимому обогащению топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре. Анализируя сигнал от датчика 41 массового расхода воздуха, определяют количество топлива, необходимого для получения максимально допустимого его количества. При этом готовится топливовоздушная смесь, достаточно богатая для того, чтобы бесперебойно зажигаться от искрового разряда свечи 7 зажигания, но не образующая капельной фазы в районе электрода свечи 7. Это обеспечивает стабильную работу двигателя. Таким образом при работе предлагаемого двигателя топливовоздушная смесь, подготовляющаяся в компрессорном цилиндре 13, будет иметь постоянный состав при всех режимах работы двигателя, что позволяет отказаться от дроссельной заслонки. Это упрощает конструкцию двигателя и облегчает управление им.The composition of the air-fuel mixture entering the combustion chamber 5 is prepared in the compressor cylinder 13 in the same way as in the prototype. The moment of restriction of fuel supply to the compressor cylinder 13 through the fuel supply device 12 is determined by the maximum allowable enrichment of the air-fuel mixture in the compressor cylinder. Analyzing the signal from the sensor 41 of the mass flow of air, determine the amount of fuel required to obtain the maximum allowable amount. At the same time, a fuel-air mixture is prepared that is rich enough to ignite continuously from the spark discharge of the spark plug 7, but does not form a droplet phase in the vicinity of the electrode of spark plug 7. This ensures stable engine operation. Thus, when the proposed engine is in operation, the air-fuel mixture prepared in the compressor cylinder 13 will have a constant composition under all engine operating modes, which eliminates the throttle. This simplifies and simplifies engine design.

Предлагаемая конструкция двигателя и способ управления им позволяют увеличить эффективность продувки рабочего цилиндра 1 и обеспечить расслоение двух зарядов топливовоздушной смеси, создавая богатую смесь в районе электрода свечи зажигания и бедную смесь в объеме рабочего цилиндра. В процессе работы предлагаемого двигателя относительно богатая топливовоздушная смесь в районе электрода свечи 7 поджигается и своим пламенем легко поджигает бедную топливовоздушную смесь, сформированную в надпоршневом пространстве 47 рабочего цилиндра 1. При этом происходит практически полное сгорание смеси в объеме рабочего цилиндра 1, что обеспечивает повышение мощности двигателя, уменьшает расход топлива и снижает токсичность отработавших газов. Отсутствие детонации топлива при повышенной степени сжатия топливовоздушной смеси в рабочем цилиндре 1 обеспечивается за счет того, что при большей части хода рабочего поршня 2 к верхней мертвой точке сжимается только атмосферный воздух. При работе двигателя на холостом ходу устройство 36 для подачи топлива отключают.The proposed engine design and control method allows to increase the purge efficiency of the working cylinder 1 and to ensure stratification of two charges of the air-fuel mixture, creating a rich mixture in the region of the spark plug electrode and a lean mixture in the volume of the working cylinder. In the process of operation of the proposed engine, a relatively rich air-fuel mixture in the area of the electrode of the candle 7 is ignited and its flame easily ignites the poor air-fuel mixture formed in the over-piston space 47 of the working cylinder 1. At the same time, the mixture is almost completely burned in the volume of the working cylinder 1, which increases the power engine, reduces fuel consumption and reduces exhaust emissions. The absence of fuel detonation with an increased degree of compression of the air-fuel mixture in the working cylinder 1 is ensured by the fact that with most of the stroke of the working piston 2, only atmospheric air is compressed to the top dead center. When the engine is idling, the fuel supply device 36 is turned off.

Таким образом предлагаемый двигатель и способ управления им обеспечивают достижение технического эффекта, заключающегося в повышении мощности, уменьшении расхода топлива и снижении токсичности отработавших газов. Двигатель и способ управления им могут быть осуществлены с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемый двигатель и способ управления им обладают промышленной применимостью.Thus, the proposed engine and its control method ensure the achievement of a technical effect, which consists in increasing power, reducing fuel consumption and reducing toxicity of exhaust gases. The engine and its control method can be carried out using means known in the art. Therefore, the proposed engine and its control method have industrial applicability.

Claims

1. An internal combustion engine comprising a working cylinder with a working piston, a compressor cylinder with a compressor piston that is kinematically connected to the working piston, a combustion chamber with a prechamber and a spark plug, an annular channel around the combustion chamber connected by radial channels to the combustion chamber and to the supply channels air-fuel mixture from the compressor cylinder, the device for supplying fuel to the compressor and working cylinders, as well as the output channels in the cylinder head and installed in them are controlled e valves, characterized in that a hollow diaphragm is installed in the lower part of the working cylinder with the possibility of reciprocating movement of the rod relative to it, two rows of inlet windows are cut in the working cylinder evenly around its circumference, the lower row of inlet windows extends into the diaphragm cavity, and the upper row is located in the middle of the working cylinder so that the lower edges of its windows coincide with the plane of the upper end of the working piston located at bottom dead center, and the windows of the upper row are paired with nozzles and with the windows of the lower row of inlet windows located under them, in the lower part of the working cylinder at the level of the diaphragm there is an intake manifold connected to the cavity of the diaphragm through an opening in the wall of the working cylinder, a mass air flow sensor, a device for supplying fuel to a working cylinder, and a check valve is installed at the outlet of the intake manifold to the working cylinder, controlled valves are installed in the exhaust channels at the level of the top dead center of the working piston and connected s with autonomous devices to move them.

2. The engine control method according to claim 1, characterized in that the controlled valves are opened in the engine power mode when the upper edge of the working piston approaches the upper edges of the upper inlet windows of the working cylinder, and the position of the piston is determined by the signal of its position sensor, controlled valves keep open during the time when the upper edge of the working piston passes the upper inlet windows, after closing the controlled valves, fuel is additionally supplied to the working cylinder through the intake manifold a torus and a device for supplying fuel built into it during the period when the working piston goes from the top dead center to the upper edge of the inlet windows, and the fuel is supplied in an amount that ensures the formation of a poor air-fuel mixture in the volume of the working cylinder, and when idling, the device for fuel supply to the intake manifold is turned off.