RU161114U1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SUPPLY AND FORCED IGNITION - Google Patents

Abstract

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, содержащий по меньшей мере одну головку цилиндров с по меньшей мере тремя цилиндрами (1, 2, 3, 4), расположенными вдоль продольной оси головки цилиндров, причемкаждый цилиндр (1, 2, 3, 4) содержит выпускное отверстие, к которому подсоединена выхлопная линия (5, 5) для выпуска выхлопных газов через систему выпуска выхлопных газов, при этом выхлопные линии (5, 5) соединены с формированием общей выхлопной линии (6), образуя тем самым общий выхлопной коллектор (7),каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) оснащен впрыскивающим соплом для подачи топлива непосредственным впрыском, ипредусмотрен работающий от выхлопных газов турбонагнетатель, содержащий одноканальную турбину, расположенную в общей выхлопной линии (6), отличающийся тем, чтопо меньшей мере два цилиндра (1, 2, 3, 4) имеют разные степени сжатия ε, при этом степень сжатия εкоррелирует с длиной Δlлинии системы выпуска выхлопных газов между выпускным отверстием цилиндра (1, 2, 3, 4) и турбиной таким образом, что цилиндр (1, 2, 3, 4) с малой длиной Δlлинии имеет низкую степень сжатия ε.2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 1, отличающийся тем, что выхлопной коллектор (7) выполнен симметричным относительно центральной плоскости, перпендикулярной к продольной оси головки цилиндров.3. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 2, отличающийся тем, что содержит три цилиндра (1, 2, 3, 4) в ряд, образующих две группы, причем два внешних цилиндра (1, 2, 3, 4) образуют первую группу цилиндров (1, 2, 3, 4), имеющих степень сжатия ε, а единственный внутренний цилиндр (1, 2, 3, 4) образует вторую группу со степенью сжатия ε, где ε<ε.4. Двигатель внутреннего сгорания с наддуво1. An internal combustion engine with supercharging and positive ignition, comprising at least one cylinder head with at least three cylinders (1, 2, 3, 4) located along the longitudinal axis of the cylinder head, with each cylinder (1, 2, 3, 4) contains an exhaust port to which an exhaust line (5, 5) is connected for exhausting the exhaust gases through the exhaust system, while the exhaust lines (5, 5) are connected to form a common exhaust line (6), thereby forming a common exhaust manifold (7), each cylinder (1, 2, 3, 4) equipped with an injection nozzle for direct fuel injection, and an exhaust gas turbocharger is provided, comprising a single-channel turbine located in a common exhaust line (6), characterized in that at least two cylinders (1, 2, 3, 4) have different compression ratios ε, while the compression ratio ε correlates with the length Δl of the exhaust system between the cylinder outlet (1, 2, 3, 4) and the turbine so that the cylinder (1, 2, 3, 4) with a short length Δl of the line has a low degree compression ε.2. A supercharged and forced ignition internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the exhaust manifold (7) is symmetrical about a central plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head. 3. The supercharged internal combustion engine with positive ignition according to claim 2, characterized in that it contains three cylinders (1, 2, 3, 4) in a row, forming two groups, and two outer cylinders (1, 2, 3, 4) form the first group of cylinders (1, 2, 3, 4) having a compression ratio ε, and the only inner cylinder (1, 2, 3, 4) forms the second group with a compression ratio ε, where ε <ε.4. Naturally aspirated combustion engine

Description

Настоящая полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, содержащему по меньшей мере одну головку цилиндров с по меньшей мере тремя цилиндрами, расположенными вдоль продольной оси головки цилиндров, причемThe present utility model relates to a supercharged and forced ignition internal combustion engine comprising at least one cylinder head with at least three cylinders located along the longitudinal axis of the cylinder head, wherein

- каждый цилиндр содержит выпускное отверстие, к которому подсоединена выхлопная линия для выпуска выхлопных газов через систему выпуска выхлопных газов, при этом выхлопные линии соединяются с образованием общей выхлопной линии, образуя тем самым общий выхлопной коллектор,- each cylinder contains an outlet to which an exhaust line is connected to exhaust the exhaust gases through the exhaust system, the exhaust lines being connected to form a common exhaust line, thereby forming a common exhaust manifold,

- каждый цилиндр оснащен впрыскивающим соплом для подачи топлива непосредственным впрыском, и- each cylinder is equipped with an injection nozzle for direct fuel injection, and

- предусмотрен работающий от выхлопных газов турбонагнетатель, который содержит одноканальную турбину, расположенную в общей выхлопной линии.- An exhaust gas turbocharger is provided that includes a single-channel turbine located in a common exhaust line.

Двигатель внутреннего сгорания вышеуказанного типа применяется, например, в качестве автомобильного двигателя. В контексте настоящей полезной модели обозначение «двигатель внутреннего сгорания» охватывает двигатели с принудительным зажиганием, работающие по циклу Отто, а также гибридные двигатели внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, то есть двигатели внутреннего сгорания, использующие комбинированный процесс сгорания, и/или двигатели внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащие электрическую машину, которая может быть соединена в рамках привода с двигателем внутреннего сгорания и которая поглощает энергию двигателя внутреннего сгорания или выдает дополнительную энергию.An internal combustion engine of the above type is used, for example, as an automobile engine. In the context of this utility model, the designation “internal combustion engine” includes Otto-cycle positive-ignition engines, as well as positive-ignition hybrid internal combustion engines, that is, internal combustion engines using a combined combustion process and / or internal combustion engines with forced ignition, containing an electric machine that can be connected as part of the drive to an internal combustion engine and which absorbs the energy of the engine STUDIO combustion or provides additional energy.

Из уровня техники DE 102012204885 В3 известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров и по меньшей мере одну головку цилиндров; блок и головка соединены, образуя цилиндры, то есть камеры сгорания, для чего в головке цилиндров и в блоке цилиндров предусмотрены отверстия. Блок цилиндров в качестве верхней половины картера двигателя служит для размещения поршня и гильзы каждого цилиндра. Верхняя половина картера двигателя, образованная блоком цилиндров, дополнена поддоном картера, этот поддон может быть смонтирован на блоке цилиндров и выполняет функции нижней половины картера двигателя, при этом указанный поддон служит для сбора и сохранения моторного масла и является частью масляного контура. Для монтажа и опирания коленчатого вала в картере предусмотрены по меньшей мере два подшипника. Для передачи крутящего момента каждый поршень шарнирно соединен с коленчатым валом. Коленчатый вал, установленный в картере, поглощает усилия шатунов и преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала.In the prior art DE 102012204885 B3, an internal combustion engine is known comprising a cylinder block and at least one cylinder head; the block and the head are connected to form cylinders, that is, combustion chambers, for which openings are provided in the cylinder head and in the cylinder block. The cylinder block as the upper half of the crankcase serves to accommodate the piston and liner of each cylinder. The upper half of the engine crankcase formed by the cylinder block is supplemented with a crankcase pan, this pallet can be mounted on the cylinder block and acts as the lower half of the engine crankcase, while the specified pan serves to collect and store engine oil and is part of the oil circuit. At least two bearings are provided in the crankcase for mounting and supporting the crankshaft. To transmit torque, each piston is pivotally connected to the crankshaft. The crankshaft mounted in the crankcase absorbs the connecting rod forces and converts the reciprocating motion of the pistons into rotational motion of the crankshaft.

Головка цилиндров обычно служит для размещения приводов клапанов, требующихся для перезарядки. Для работы клапана, во-первых, предусматривается пружина клапана, предварительно нагружающая клапан в направлении положения закрытия, и, во-вторых, предусматривается привод клапана для открытия клапана с преодолением предварительного нагружающего усилия указанной пружины клапана. Механизм привода, требуемый для срабатывания клапана и содержащий сам клапан, называется приводом клапана. В процессе перезарядки вывод газообразных продуктов сгорания по выхлопной линии происходит через выпускное отверстие, а подача воздуха для смеси происходит через всасывающий патрубок и по меньшей мере одно впускное отверстие каждого цилиндра. В этой конструкции, по меньшей мере, части по меньшей мере одного всасывающего патрубка или по меньшей мере одной выхлопной линии каждого цилиндра встроены в головку цилиндров.The cylinder head typically serves to accommodate the valve actuators required for recharging. For the operation of the valve, firstly, a valve spring is provided that preloads the valve in the direction of the closing position, and secondly, a valve actuator is provided for opening the valve with overcoming the preloading force of said valve spring. The actuator mechanism required to actuate the valve and containing the valve itself is called a valve actuator. In the process of recharging, the output of gaseous products of combustion through the exhaust line occurs through the outlet, and the air for the mixture flows through the suction pipe and at least one inlet of each cylinder. In this design, at least parts of the at least one suction pipe or at least one exhaust line of each cylinder are integrated in the cylinder head.

Выхлопные линии по меньшей мере трех цилиндров обычно объединяют с образованием объединенной общей выхлопной линии; это также имеет место в двигателе внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели. Обычно, а также в контексте настоящей полезной модели, соединение выхлопных линий для формирования общей выхлопной линии обозначается как выхлопной коллектор.The exhaust lines of at least three cylinders are usually combined to form a combined common exhaust line; this also takes place in an internal combustion engine according to the present utility model. Typically, as well as in the context of a true utility model, connecting exhaust lines to form a common exhaust line is referred to as an exhaust manifold.

После общего выхлопного коллектора выхлопные газы для наддува двигателя внутреннего сгорания подаются в данном случае к одноканальной турбине турбонагнетателя, работающего от выхлопных газов, и, при необходимости, в одну или несколько систем дополнительной обработки выхлопных газов.After a common exhaust manifold, exhaust gases for boosting an internal combustion engine are supplied in this case to a single-channel turbine of a turbocharger operating from exhaust gases, and, if necessary, to one or several systems of additional processing of exhaust gases.

Преимущество турбонагнетателя, работающего от выхлопных газов, например, перед механическим нагнетателем, заключается в том, что между нагнетателем и двигателем внутреннего сгорания не имеется или не требуется механического соединения для передачи мощности. И если механический нагнетатель получает энергию, требуемую для его привода, целиком от двигателя внутреннего сгорания, снижая тем самым выходную мощность и, следовательно, негативно влияя на КПД, то турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов, использует энергию горячих выхлопных газов.An advantage of an exhaust gas turbocharger, for example, over a mechanical supercharger, is that there is no mechanical connection between the supercharger and the internal combustion engine to transmit power. And if a mechanical supercharger receives the energy required for its drive entirely from the internal combustion engine, thereby reducing the output power and, consequently, negatively affecting the efficiency, then the exhaust turbocharger uses the energy of hot exhaust gases.

Турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов, содержит компрессор, расположенный в системе всасывания, и турбину, расположенную в системе вывода выхлопных газов, причем компрессор и турбина расположены на одном валу. Поток горячих выхлопных газов подается на турбину через общую выхлопную линию, и газы расширяются в указанной турбине с выделением энергии, в результате чего вал приводится во вращение. Энергия, передаваемая потоком выхлопных газов турбине и, в конечном счете, валу, используется для привода компрессора, который тоже размещен на этом валу. Компрессор сжимает и выдает поступающий в него воздух для смеси, в результате чего обеспечивается наддув по меньшей мере трех цилиндров. Для воздуха смеси может быть предусмотрено устройство охлаждения, с помощью которого сжатый воздух наддува охлаждается перед поступлением в цилиндры.The exhaust gas turbocharger comprises a compressor located in the suction system and a turbine located in the exhaust system, the compressor and the turbine being located on the same shaft. A stream of hot exhaust gases is supplied to the turbine through a common exhaust line, and the gases expand in the specified turbine with the release of energy, as a result of which the shaft is rotated. The energy transmitted by the exhaust stream to the turbine and, ultimately, to the shaft, is used to drive the compressor, which is also located on this shaft. The compressor compresses and delivers the incoming air for the mixture, as a result of which at least three cylinders are pressurized. A cooling device may be provided for the mixture air, by means of which the pressurized pressurized air is cooled before entering the cylinders.

Наддув служит прежде всего для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания. При наддуве воздух, требуемый для процесса сгорания, сжимается, в результате чего в каждый цилиндр за один рабочий цикл может быть подана увеличенная масса воздуха. Таким образом, масса горючего и, следовательно, среднее давление могут быть увеличены. Наддув - подходящее средство для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания при сохранении неизменным рабочего объема или для снижения рабочего объема при сохранении той же мощности. В любом случае, наддув ведет к повышению объемной выходной мощности и удельной мощности. Таким образом, для тех же граничных условий транспортного средства, можно сдвинуть нагрузочный режим в сторону повышенных нагрузок, при которых удельное потребление горючего будет ниже.Supercharging is primarily used to increase the power of the internal combustion engine. When pressurized, the air required for the combustion process is compressed, as a result of which an increased mass of air can be supplied to each cylinder in one working cycle. Thus, the mass of fuel and, consequently, the average pressure can be increased. Supercharging is a suitable means to increase the power of an internal combustion engine while maintaining the working volume unchanged or to reduce the working volume while maintaining the same power. In any case, pressurization leads to an increase in volumetric output power and specific power. Thus, for the same boundary conditions of the vehicle, it is possible to shift the load mode in the direction of increased loads, at which the specific fuel consumption will be lower.

В случае рассматриваемого типа двигателей внутреннего сгорания с наддувом, в которых выхлопные линии головки цилиндров объединены с образованием одной общей выхлопной линии, образуя общий выхлопной коллектор, и в которых одноканальная турбина турбонагнетателя, работающего от выхлопных газов, расположена в указанной общей выхлопной линии, цилиндры после перезарядки содержат разные доли остаточного газа.In the case of the type of supercharged internal combustion engine in question, in which the exhaust lines of the cylinder head are combined to form one common exhaust line, forming a common exhaust manifold, and in which a single-channel exhaust turbocharger turbine is located in the specified common exhaust line, the cylinders after recharges contain different fractions of residual gas.

В случае головки цилиндров с четырьмя цилиндрами в ряд внутренние цилиндры содержат после перезарядки более высокая доля остаточного газа, чем два внешних цилиндра. На фиг. 1а и 1b показано это явление отдельно для низких оборотов двигателя n_mot=1200 об/мин (см. фиг. 1а) и для относительно высоких оборотов двигателя n_mot=6000 об/мин (см. фиг. 1b), где доля остаточного газа в процентах [%] от заряда свежей смеси цилиндра отложена по оси ординат, а номер цилиндра отложен по оси абсцисс.In the case of a cylinder head with four cylinders in a row, the inner cylinders contain, after recharging, a higher proportion of residual gas than the two outer cylinders. In FIG. 1a and 1b this phenomenon is shown separately for low engine speeds n _mot = 1200 rpm (see Fig. 1a) and for relatively high engine speeds n _mot = 6000 rpm (see Fig. 1b), where the fraction of residual gas as a percentage [%] of the charge of the fresh mixture of the cylinder is plotted along the ordinate, and the cylinder number is plotted along the abscissa.

Разные доли остаточного газа являются следствием явления динамической волны, возникающего в системе вывода выхлопных газов в процессе перезарядки. Удаление газообразных продуктов сгорания из цилиндров двигателя внутреннего сгорания в процессе перезарядки принципиально основано на двух разных механизмах. Когда выпускной клапан открывается вблизи нижней мертвой точки в начале перезарядки, газообразные продукты сгорания с высокой скоростью вытекают через выпускное отверстие в систему вывода выхлопных газов под действием высокого уровня давления, существующего в цилиндре в конце сгорания, и связанного с этим высокого перепада давлений между камерой сгорания и выхлопной линией. Указанный процесс истечения под действием давления сопровождается высоким пиком давления, который также называется предвыхлопным скачком и который распространяется по выхлопной линии со скоростью звука, при этом с увеличением пройденного расстояния в большей или меньшей степени происходит рассеивание, то есть падение, давления в результате трения.Different fractions of the residual gas are a consequence of the phenomenon of a dynamic wave that occurs in the exhaust system in the process of recharging. The removal of gaseous products of combustion from the cylinders of an internal combustion engine during the recharging process is fundamentally based on two different mechanisms. When the exhaust valve opens near bottom dead center at the beginning of the recharge, the gaseous products of combustion at high speed flow out through the outlet into the exhaust system under the action of the high pressure level existing in the cylinder at the end of the combustion and the associated high pressure differential between the combustion chamber and exhaust line. The specified process of expiration under the action of pressure is accompanied by a high pressure peak, which is also called the pre-exhaust jump and which propagates along the exhaust line at the speed of sound, while dispersion, i.e., a drop, of pressure as a result of friction occurs to a greater or lesser extent.

Давления в цилиндре и в выхлопной линии в процессе дальнейшей перезарядки выравниваются, поэтому газообразные продукты сгорания удаляются уже не под действием в первую очередь давления, а, скорее, выводятся в результате возвратно-поступательного движения поршня.The pressure in the cylinder and in the exhaust line during further recharging are equalized, so the gaseous products of combustion are no longer removed under the influence of primarily pressure, but rather are removed as a result of the reciprocating movement of the piston.

Явление динамической волны или флуктуаций давления в системе вывода выхлопных газов является причиной того, что цилиндры, которые работают со сдвигом в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания, могут влиять друг на друга, в частности - могут и мешать один другому в процессе перезарядки. Это может привести к снижению характеристики по крутящему моменту и падению номинальной мощности.The phenomenon of a dynamic wave or pressure fluctuations in the exhaust gas exhaust system is the reason that cylinders that work with shear in a multi-cylinder internal combustion engine can influence each other, in particular, they can interfere with each other during recharging. This can lead to a decrease in torque performance and a drop in rated power.

Волны давления, исходящие от цилиндра, распространяются не только в по меньшей мере одной выхлопной линии указанного цилиндра, но также по выхлопным линиям других цилиндров, и в частности, могут доходить до выпускного отверстия, имеющегося в конце соответствующей линии. При этом выхлопной газ, который уже был вытеснен или выведен в выхлопную линию в процессе перезарядки, может вернуться в цилиндр снова, и именно под действием волны давления, исходящей от другого цилиндра. В частности, оказалось нежелательным, чтобы к концу перезарядки в выпускном отверстии цилиндра было повышенное давление, или чтобы волна давления от другого цилиндра распространялась по выхлопной линии в направлении выпускного отверстия, так как это мешает удалению газообразных продуктов сгорания из указанного цилиндра. В указанной фазе перезарядки газообразные продукты сгорания выводятся в первую очередь благодаря возвратно-поступательному движению поршня. В отдельных случаях выхлопной газ, выходящий из одного цилиндра, может даже попасть в другой цилиндр до того, как выпускное отверстие последнего закроется. В связи с этим следует учитывать, что волны давления, распространяющиеся в системе выведения выхлопных газов, отражаются и накладываются друг на друга.Pressure waves emanating from the cylinder propagate not only in at least one exhaust line of said cylinder, but also along the exhaust lines of other cylinders, and in particular, can reach an outlet at the end of the corresponding line. In this case, the exhaust gas, which has already been displaced or removed into the exhaust line during the recharging process, can return to the cylinder again, and it is precisely under the influence of a pressure wave emanating from another cylinder. In particular, it turned out to be undesirable for there to be increased pressure in the cylinder outlet at the end of the recharge, or for a pressure wave from the other cylinder to propagate along the exhaust line in the direction of the outlet, as this interferes with the removal of gaseous combustion products from the cylinder. In the indicated recharge phase, the gaseous products of combustion are discharged primarily due to the reciprocating movement of the piston. In some cases, the exhaust gas exiting one cylinder may even enter the other cylinder before the outlet of the latter closes. In this regard, it should be borne in mind that pressure waves propagating in the exhaust system are reflected and superimposed on each other.

Выхлопной газ, находящийся в цилиндре, то есть доля выхлопного газа, остающегося в цилиндре, заметно влияет на режим детонации двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, причем риск детонационного сгорания растет с увеличением доли остаточного газа. Для того чтобы надежно предотвратить детонационное горение, цилиндры с относительно высокой долей остаточного газа работают с более поздним зажиганием, чем прочие цилиндры, то есть, чем цилиндры с относительно низкой долей остаточного газа; в результате более позднее начало сгорания топливовоздушной смеси приводит к меньшей силе воздействия газа на поршень и, таким образом, к уменьшению крутящего момента, который может быть передан. Разные, специфические для каждого цилиндра крутящие моменты приводят к крутильным колебаниям коленчатого вала, причем вибрации могут распространиться на остальную часть двигателя внутреннего сгорания и на транспортное средство.The exhaust gas in the cylinder, that is, the fraction of exhaust gas remaining in the cylinder, significantly affects the detonation mode of the internal combustion engine with positive ignition, and the risk of detonation combustion increases with increasing proportion of the residual gas. In order to reliably prevent detonation combustion, cylinders with a relatively high proportion of residual gas operate with a later ignition than other cylinders, that is, cylinders with a relatively low proportion of residual gas; as a result, the later start of combustion of the air-fuel mixture leads to a lower force of the gas acting on the piston and, thus, to a reduction in the torque that can be transmitted. Different torques specific to each cylinder lead to torsional vibrations of the crankshaft, and vibrations can propagate to the rest of the internal combustion engine and to the vehicle.

В связи с перезарядкой многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания проблемы возникают, в частности, при низких оборотах двигателей; если в процессе перекрытия клапана, при котором выпускной клапан еще не закрыт, когда впускной клапан открыт, выхлопной газ должен быть, с принятием потерь продувки, по существу, выведен продувкой из цилиндра (см. также фиг. 1а и 1b).In connection with the recharging of a multi-cylinder internal combustion engine, problems arise, in particular, at low engine speeds; if during the valve shut-off process, in which the exhaust valve is not yet closed when the intake valve is open, the exhaust gas must, with accepting purge losses, be essentially removed by purging from the cylinder (see also Figs. 1a and 1b).

Взаимному влиянию цилиндров в процессе перезарядки можно противодействовать с помощью цилиндров с выхлопными линиями одинаковой длины, вводя сложную, занимающую большой объем систему выведения выхлопных газов, или с помощью выхлопных линий отдельных цилиндров, на большем расстоянии проводимых раздельно друг от друга.The mutual influence of the cylinders during the recharging process can be counteracted by using cylinders with exhaust lines of the same length, introducing a complex, large-volume exhaust gas removal system, or by using exhaust lines of individual cylinders, at a greater distance, carried out separately from each other.

Однако по многим причинам предпочтительно создавать короткие выхлопные линии и, по существу, встраивать выхлопной коллектор, по меньшей мере, в одну головку цилиндров, то есть в максимально возможной степени осуществлять соединение выхлопных линий с образованием общей выхлопной линии уже в головке цилиндров.However, for many reasons, it is preferable to create short exhaust lines and essentially integrate the exhaust manifold into at least one cylinder head, that is, as far as possible to connect the exhaust lines to form a common exhaust line already in the cylinder head.

Это дает более компактную конструкцию двигателя внутреннего сгорания и позволяет плотно вписать узел привода как одно целое в отсек двигателя. Далее, это обеспечивает экономию при изготовлении и сборке, а также снижение веса двигателя внутреннего сгорания, в частности, в случае полного встраивания выхлопного коллектора в головку цилиндров.This gives a more compact design of the internal combustion engine and allows you to tightly fit the drive unit as a whole in the engine compartment. Further, this provides savings in the manufacture and assembly, as well as a reduction in the weight of the internal combustion engine, in particular in the case of a complete integration of the exhaust manifold into the cylinder head.

Далее, по существу, встраивание соединения выхлопных линий может иметь преимущества в плане размещения и эксплуатации системы дополнительной обработки выхлопных газов, предусмотренной после коллектора. Путь горячих выхлопных газов до различных систем дополнительной обработки выхлопных газов должен быть как можно более коротким, чтобы выхлопные газы имели малое время на охлаждение и системы дополнительной обработки выхлопных газов достигали рабочей температуры или температуры запуска как можно быстрее, в частности, после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.Further, essentially embedding the exhaust line connection may have advantages in terms of placement and operation of an exhaust after-treatment system provided after the manifold. The path of the hot exhaust gases to the various exhaust after-treatment systems should be as short as possible, so that the exhaust gases have a short cooling time and the exhaust after-treatment systems reach the operating temperature or start temperature as quickly as possible, in particular after the cold start of the internal engine combustion.

В связи с этим желательно минимизировать термическую инерцию части выхлопных линий между выпускным отверстием цилиндра и системой дополнительной обработки выхлопных газов; это может быть достигнуто снижением массы и длины указанной части. В этом плане может быть выгодно, по существу, встраивать выхлопной коллектор в головку цилиндров.In this regard, it is desirable to minimize the thermal inertia of a portion of the exhaust lines between the cylinder outlet and the exhaust after-treatment system; this can be achieved by reducing the weight and length of the specified part. In this regard, it may be advantageous to substantially integrate the exhaust manifold into the cylinder head.

В случае наддува двигателей внутреннего сгорания с помощью турбонагнетателя, работающего от выхлопных газов, как в двигателе внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели, требуется располагать турбину как можно ближе к выходу, то есть вблизи от выпускных отверстий цилиндров, чтобы можно было оптимально использовать энтальпию горячих выхлопных газов, которая в значительной мере определяется давлением и температурой выхлопных газов, и чтобы обеспечить быстрый отклик турбонагнетателя. В такой конструкции термическая инерция и объем части линии от выпускных отверстий цилиндров до турбины также должны быть минимизированы, поэтому здесь, в свою очередь, выгодно, по существу, встраивать выхлопной коллектор в головку цилиндров.In the case of pressurization of internal combustion engines using an exhaust gas turbocharger, as in an internal combustion engine according to the present utility model, it is required to position the turbine as close to the outlet as possible, i.e. close to the exhaust openings of the cylinders, so that the enthalpy of hot exhaust can be optimally used gases, which is largely determined by the pressure and temperature of the exhaust gases, and to provide a quick response of the turbocharger. In this design, the thermal inertia and the volume of the part of the line from the exhaust openings of the cylinders to the turbine should also be minimized, therefore, here, in turn, it is advantageous to essentially integrate the exhaust manifold into the cylinder head.

По существу, встраивание выхлопного коллектора в головку цилиндров и, вообще, укорочение выхлопных линий усугубляет проблему взаимовлияния цилиндров в процессе перезарядки, в частности, вышеуказанную проблему остаточного газа, для которой характерны, помимо прочего, разные доли остаточного газа в цилиндрах, что требует разного времени зажигания и, таким образом, создает различия крутящих моментов, приводя к крутильным колебаниям коленчатого вала.Essentially, embedding the exhaust manifold in the cylinder head and generally shortening the exhaust lines aggravates the problem of the mutual influence of the cylinders during the recharging process, in particular, the aforementioned problem of the residual gas, which is characterized, inter alia, by different fractions of the residual gas in the cylinders, which requires different times ignition and, thus, creates differences in torques, leading to torsional vibrations of the crankshaft.

Взаимное влияние цилиндров в процессе перезарядки, в принципе, может быть также предотвращено с помощью объединения цилиндров в группы, при котором выхлопные линии цилиндров каждой группы цилиндров объединяют с формированием соответствующей общей выхлопной линии, образуя тем самым выхлопной коллектор, и общие выхлопные линии подсоединяют к многоканальной турбине так, что в каждом случае одна общая выхлопная линия соединена с одним каналом многоканальной турбины.The mutual influence of the cylinders during the recharging process, in principle, can also be prevented by combining the cylinders into groups, in which the exhaust lines of the cylinders of each group of cylinders are combined with the formation of the corresponding common exhaust line, thereby forming the exhaust manifold, and the common exhaust lines are connected to the multi-channel the turbine so that in each case one common exhaust line is connected to one channel of the multi-channel turbine.

При этом группы цилиндров, предпочтительно, должны располагаться так, чтобы цилиндры группы оказывали минимально возможное негативное воздействие друг на друга из-за явления динамической волны в выхлопных линиях. С этой целью для головки цилиндров, содержащей четыре цилиндра в ряд, предпочтительно в каждом случае объединить с формированием группы цилиндров по два цилиндра с интервалом зажигания 360° по углу поворота кривошипа, чтобы цилиндры группы имели максимально возможный термодинамический сдвиг. Так, например, если зажигание в цилиндрах запускается в порядке 1 - 2 - 4 - 3 или в порядке 1 - 3 - 4 -2, предпочтительно объединить внешние цилиндры с формированием первой группы и объединить внутренние цилиндры с формированием второй группы.In this case, the groups of cylinders should preferably be positioned so that the cylinders of the group have the minimum possible negative impact on each other due to the phenomenon of a dynamic wave in the exhaust lines. For this purpose, for a cylinder head containing four cylinders in a row, it is preferable in each case to form two cylinders with the formation of a group of cylinders with an ignition interval of 360 ° along the crank angle so that the cylinders of the group have the greatest possible thermodynamic shift. So, for example, if the ignition in the cylinders is started in the order 1 - 2 - 4 - 3 or in the order 1 - 3 - 4 -2, it is preferable to combine the external cylinders with the formation of the first group and combine the internal cylinders with the formation of the second group.

Многоканальная турбина, например, двухканальная турбина в виде двухпоточной турбины или турбины со сдвоенным потоком, значительно дороже, чем одноканальная турбина, применяемая в двигателе внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели.A multi-channel turbine, for example, a two-channel turbine in the form of a dual-flow turbine or a dual-flow turbine, is much more expensive than a single-channel turbine used in an internal combustion engine according to the present utility model.

Исходя из вышеизложенного, задача настоящей полезной модели заключается в том, чтобы предложить недорогой и усовершенствованный в плане решения проблемы остаточного газа двигатель внутреннего сгорания согласно преамбуле пункта 1 формулы полезной модели.Based on the foregoing, the objective of this utility model is to offer an inexpensive and improved in terms of solving the problem of residual gas internal combustion engine according to the preamble of paragraph 1 of the utility model formula.

Следующая задача настоящей полезной модели заключается в том, чтобы предложить способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания такого типа.The next task of this utility model is to propose a method of operating an internal combustion engine of this type.

Решение первой задачи достигается предложением двигателя внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, содержащего по меньшей мере одну головку цилиндров с по меньшей мере тремя цилиндрами, расположенными вдоль продольной оси головки цилиндров, причемThe solution to the first problem is achieved by proposing a supercharged and forced ignition internal combustion engine comprising at least one cylinder head with at least three cylinders located along the longitudinal axis of the cylinder head,

- каждый цилиндр содержит выпускное отверстие, к которому подсоединена выхлопная линия для выпуска выхлопных газов через систему выпуска выхлопных газов, при этом выхлопные линии соединяются с формированием общей выхлопной линии, образуя тем самым общий выхлопной коллектор,- each cylinder contains an outlet to which an exhaust line is connected for exhausting the exhaust gases through the exhaust system, the exhaust lines being connected to form a common exhaust line, thereby forming a common exhaust manifold,

- каждый цилиндр оснащен впрыскивающим соплом для подачи топлива непосредственным впрыском, и- each cylinder is equipped with an injection nozzle for direct fuel injection, and

- предусмотрен работающий от выхлопных газов турбонагнетатель, который содержит одноканальную турбину, расположенную в общей выхлопной линии, причем этот двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что- an exhaust gas turbocharger is provided which comprises a single-channel turbine located in a common exhaust line, this internal combustion engine being characterized in that

- по меньшей мере, два цилиндра имеют разные степени сжатия ε_i, при этом степень сжатия ε_i таким образом коррелирует с длиной Δl_i линии системы выпуска выхлопных газов от выпускного отверстия цилиндра до турбины, что цилиндр с малой длиной Δl_i линии имеет низкую степень сжатия ε_i.- at least two cylinders have different degrees of compression ε _i , while the degree of compression ε _i thus correlates with the length Δl _{i of} the exhaust system line from the cylinder outlet to the turbine, so that the cylinder with a short line length Δl _i has a low degree compression ε _i .

Цилиндры двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели работают с разными степенями сжатия ε_i, причем степень сжатия ε_i выбирается в соответствии с долей остаточного газа, сохранившегося в соответствующем цилиндре. Конкретно, согласно настоящей полезной модели цилиндры, содержащие, благодаря малому расстоянию от выхода цилиндра до турбины, относительно высокую долю остаточного газа после перезарядки и поэтому более подверженные риску развития детонационного сгорания, работают с низкой степенью сжатия ε_low. Напротив, цилиндры, содержащие относительно низкую долю остаточного газа, поскольку в их случае расстояние от выхода цилиндра до турбины больше, менее склонны к детонации и поэтому могут работать с высокой степенью сжатия ε_high.The cylinders of an internal combustion engine according to the present utility model operate with different compression ratios ε _i , and the compression ratio ε _i is selected in accordance with the fraction of residual gas stored in the corresponding cylinder. Specifically, according to the present utility model, cylinders containing, due to the small distance from the cylinder exit to the turbine, have a relatively high fraction of residual gas after recharging and are therefore more at risk of developing detonation combustion, operate with a low compression ratio ε _low . On the contrary, cylinders containing a relatively low fraction of residual gas, since in their case the distance from the cylinder exit to the turbine are larger, less prone to detonation, and therefore can operate with a high compression ratio ε _high .

В случае головки цилиндров с четырьмя цилиндрами в ряд, внутренние цилиндры, благодаря коротким путям выхлопных газов, содержат более высокую долю остаточного газа после перезарядки, чем два внешних цилиндра, так что согласно настоящей полезной модели для внутренних цилиндров задается низкая степень сжатия ε_low, а для внешних цилиндров задается высокая степень сжатия ε_high.In the case of a cylinder head with four cylinders in a row, the inner cylinders, due to the short exhaust paths, contain a higher proportion of residual gas after recharging than the two outer cylinders, so that according to the present utility model, a low compression ratio ε _{low is set} , and for external cylinders, a high compression ratio ε _high is specified.

Расстояние, рассматриваемое как относящееся к настоящей полезной модели, между выходом цилиндра до одноканальной, в данном случае называется специфической для цилиндра длиной Δl_i линии системы выпуска выхлопных газов между выпускным отверстием цилиндра и турбиной. Подход к решению согласно п. 1 настоящей полезной модели непосредственно не связан с долей остаточного газа, действительно относящейся к этому случаю; вместо этого он связан с конструктивными особенностями или особенностями изготовления специфической для цилиндра линии длиной Δl_i, которая причинно связана с долей остаточного газа. Предполагается, что доля остаточного газа коррелирует, хотя и не строго, с специфической для цилиндра длиной Δl_i линии.The distance, considered as related to the present utility model, between the cylinder outlet to a single-channel, in this case is called the cylinder-specific line Δl _{i of} the exhaust system of the exhaust gas between the cylinder outlet and the turbine. The approach to the solution in accordance with Clause 1 of this utility model is not directly related to the fraction of residual gas actually related to this case; instead, it is associated with design features or manufacturing features of a cylinder-specific line of length Δl _i , which is causally related to the fraction of residual gas. It is assumed that the fraction of residual gas correlates, although not strictly, with the cylinder-specific line length Δl _i .

В двигателе внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели не делается попыток уравнять доли остаточного газа цилиндров, то есть выровнять во всех цилиндрах специфические для каждого цилиндра доли остаточного газа. Скорее, предлагается компенсировать различия долей остаточного газа, варьируя конструктивные особенности, в частности - степень сжатия ε_i, или предлагается противодействовать эффектам, происходящим из-за разных долей остаточного газа, используя разные степени сжатия ε_i.According to the present utility model, no attempts are made in the internal combustion engine to equalize the shares of the residual gas of the cylinders, that is, to equalize in all the cylinders the specific shares of the residual gas for each cylinder. Rather, it is proposed to compensate for differences in the shares of the residual gas by varying the design features, in particular, the compression ratio ε _i , or it is proposed to counteract the effects that occur due to different proportions of the residual gas using different compression ratios ε _i .

Таким образом, цилиндры многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели имеют благодаря наличию коллектора разные доли остаточного газа и, вообще, по-прежнему эксплуатируются или должны по-прежнему эксплуатироваться с разным временем зажигания t_ignition,i. Однако близкие по величине силы воздействия газа на специфические для каждого цилиндра поршни приводят к близости величин специфических для каждого цилиндра крутящих моментов, так что крутильные колебания коленчатого вала и связанные с ними вибрации снижаются. В связи с этим следует также учесть, что специфическая для цилиндра доля остаточного газа влияет на скорость сгорания.Thus, the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine according to the present utility model have, due to the presence of a collector, different proportions of residual gas and, in general, are still in operation or should still be operated with different ignition times t _{ignition, i} . However, close in magnitude forces of gas influence on the pistons specific for each cylinder lead to the closeness of the magnitudes of the specific moments for each cylinder, so that the torsional vibrations of the crankshaft and the associated vibrations are reduced. In this regard, it should also be taken into account that the cylinder-specific fraction of residual gas affects the combustion rate.

В качестве двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели предлагается недорогой и усовершенствованный в плане решения проблемы остаточного газа двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием. Таким образом, достигается решение первой задачи настоящей полезной модели.According to this utility model, an inexpensive and improved supercharged and forced-ignition internal combustion engine is proposed as an internal combustion engine according to the present utility model. Thus, the solution to the first problem of the present utility model is achieved.

Согласно настоящей полезной модели каждый цилиндр оснащен впрыскивающим соплом для подачи топлива непосредственным впрыском. Непосредственный впрыск подходит для осуществления послойной зарядки камеры сгорания и, таким образом, представляет собой возможное средство дедросселирования в двигателе, работающем по циклу Отто, или в рабочем процессе двигателя, работающего по циклу Отто. Непосредственный впрыск позволяет в определенных пределах осуществлять качественную регулировку двигателя, работающего по циклу Отто, поскольку топливовоздушная смесь может быть в значительной степени обеднена. Составление смеси происходит непосредственным впрыском топлива в цилиндр или в воздух наддува, находящийся в цилиндрах, а не внешним смесеобразованием, при котором топливо вводится во всасываемый воздух в тракте всасывания.According to the present utility model, each cylinder is equipped with an injection nozzle for supplying fuel by direct injection. Direct injection is suitable for charging the combustion chamber in layers and, thus, is a possible means of de-throttling in an Otto cycle engine or in the working process of an Otto cycle engine. Direct injection allows, within certain limits, to carry out high-quality adjustment of the engine operating according to the Otto cycle, since the air-fuel mixture can be significantly depleted. The composition of the mixture occurs by direct injection of fuel into the cylinder or into the boost air located in the cylinders, and not by external mixture formation, in which the fuel is introduced into the intake air in the suction path.

Двигатель внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели содержит по меньшей мере три цилиндра. Вообще, двигатель внутреннего сгорания должен содержать три или более трех цилиндров для того, чтобы выхлопные линии по меньшей мере двух цилиндров имели разную длину до турбины.The internal combustion engine according to the present utility model comprises at least three cylinders. In general, an internal combustion engine must comprise three or more than three cylinders so that the exhaust lines of at least two cylinders have different lengths to the turbine.

Далее вместе с зависимыми пунктами формулы полезной модели будут раскрыты предпочтительные варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием.Next, along with the dependent claims of the utility model, preferred embodiments of a supercharged and forced ignition internal combustion engine will be disclosed.

Предпочтительны такие варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых выхлопной коллектор выполнен симметричным относительно центральной плоскости, перпендикулярной к продольной оси головки цилиндров.Such embodiments of a supercharged and forced ignition internal combustion engine are preferred in which the exhaust manifold is symmetrical about a central plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head.

Симметричная конструкция коллектора, которая является традиционной, приводит к тому, что три или более трех цилиндров, расположенные вдоль продольной оси головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели, имеют выхлопные линии разной длины до турбины.The symmetrical design of the collector, which is traditional, leads to the fact that three or more than three cylinders located along the longitudinal axis of the cylinder head of the internal combustion engine according to the present utility model have exhaust lines of different lengths to the turbine.

Если несколько цилиндров расположены по продольной оси головки цилиндров, то есть - в ряд, то имеется по меньшей мере один внутренний цилиндр, который расположен в центральной плоскости или вблизи от нее, и по меньшей мере два внешних цилиндра, которые находятся дальше от центральной плоскости, причем объединенная общая выхлопная линия расположена в центральной плоскости.If several cylinders are located along the longitudinal axis of the cylinder head, that is, in a row, then there is at least one inner cylinder that is located in or near the central plane, and at least two outer cylinders that are further from the central plane, moreover, the combined common exhaust line is located in the Central plane.

Поэтому, даже в случае двигателей внутреннего сгорания с тремя цилиндрами в ряд, предпочтительны варианты осуществления, в которых три цилиндра образуют две группы, причем два внешних цилиндра образуют первую группу цилиндров, имеющих степень сжатия ε₁, а единственный внутренний цилиндр образует вторую группу со степенью сжатия ε₂, где ε₂<ε₁.Therefore, even in the case of internal combustion engines with three cylinders in a row, embodiments are preferred in which three cylinders form two groups, with two outer cylinders forming a first group of cylinders having a compression ratio ε ₁ , and a single inner cylinder forming a second group with a degree compression ε ₂ , where ε ₂ <ε ₁ .

По вышеуказанным причинам в случае двигателей внутреннего сгорания с четырьмя цилиндрами в ряд предпочтительны варианты осуществления, в которых четыре цилиндра образуют две группы, причем два внешних цилиндра образуют первую группу цилиндров, имеющих степень сжатия ε₁, а два внутренних цилиндра образуют вторую группу цилиндров, имеющих степень сжатия ε₂, где ε₂<ε₁.For the above reasons, in the case of internal combustion engines with four cylinders in a row, preferred embodiments are those in which four cylinders form two groups, with two outer cylinders forming a first group of cylinders having a compression ratio of ε ₁ , and two inner cylinders forming a second group of cylinders having compression ratio ε ₂ , where ε ₂ <ε ₁ .

В связи с этим в случае двигателей внутреннего сгорания с пятью цилиндрами в ряд предпочтительны варианты осуществления, в которых пять цилиндров образуют три группы, а именно:In this regard, in the case of internal combustion engines with five cylinders in a row, embodiments are preferred in which five cylinders form three groups, namely:

- два внешних цилиндра образуют первую группу цилиндров, имеющих степень сжатия ε₁,- two outer cylinders form the first group of cylinders having a compression ratio ε ₁ ,

- единственный внутренний цилиндр образует третью группу со степенью сжатия ε₃, где ε₃<ε₁, и- a single inner cylinder forms a third group with a compression ratio of ε ₃ , where ε ₃ <ε ₁ , and

- два цилиндра, расположенные между внешними и внутренним цилиндрами, образуют вторую группу цилиндров, имеющих степень сжатия ε₂, где ε₃<ε₂<ε₁.- two cylinders located between the outer and inner cylinders form a second group of cylinders having a compression ratio of ε ₂ , where ε ₃ <ε ₂ <ε ₁ .

Предпочтительны варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере два цилиндра с разными степенями сжатия ε_i различаются объемами цилиндров V_i, причем по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет степень сжатия ε₁ и объем цилиндра V₁, а по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет степень сжатия ε₂ и объем цилиндра V₂, где ε₂<ε₁ и V₂>V₁.Preferred embodiments of supercharged and forced ignition internal combustion engines in which at least two cylinders with different compression ratios ε _i differ in cylinder volumes V _i , wherein at least one cylinder of the first group has compression ratio ε ₁ and cylinder volume V ₁ , and at least one cylinder of the second group has a compression ratio of ε ₂ and a cylinder volume of V ₂ , where ε ₂ <ε ₁ and V ₂ > V ₁ .

В случае двигателей внутреннего сгорания, в которых каждый цилиндр содержит камеру сгорания, образованную совместно поршневой головкой специфического для цилиндра поршня, гильзой цилиндра и по меньшей мере одной головкой цилиндров в качестве крышки камеры сгорания, предпочтительны варианты осуществления, в которых разные объемы цилиндров V_i реализованы посредством геометрических различий специфических для каждого цилиндра крышек камер сгорания.In the case of internal combustion engines in which each cylinder comprises a combustion chamber formed jointly by the piston head of a cylinder-specific piston, a cylinder liner and at least one cylinder head as a cover of the combustion chamber, embodiments in which different cylinder volumes V _{i are} implemented are preferred by means of geometrical differences specific to each cylinder of the covers of the combustion chambers.

В случае двигателей внутреннего сгорания, в которых каждый цилиндр содержит камеру сгорания, образованную совместно поршневой головкой специфического для цилиндра поршня, гильзой цилиндра и головкой цилиндров в качестве крышки камеры сгорания, предпочтительны также варианты осуществления, в которых разные объемы цилиндров V_i реализованы посредством геометрических различий специфических для каждого цилиндра поршней.In the case of internal combustion engines in which each cylinder comprises a combustion chamber formed jointly by the piston head of a cylinder-specific piston, the cylinder liner and the cylinder head as a cover of the combustion chamber, embodiments in which different cylinder volumes V _{i are} realized by geometric differences are also preferred specific for each cylinder pistons.

Изменение объема цилиндра V_i и, таким образом, степени сжатия ε₁ с помощью разных поршней - это средство, с помощью которого двигатели внутреннего сгорания могут быть модернизированы уже на рынке, в том смысле, что указанные двигатели внутреннего сгорания могут быть без больших затрат модифицированы и превращены в двигатели внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели.Changing the cylinder volume V _i and, thus, the compression ratio ε ₁ using different pistons is a means by which internal combustion engines can be upgraded already on the market, in the sense that these internal combustion engines can be modified without significant costs and turned into internal combustion engines according to the present utility model.

В связи с этим предпочтительны варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых геометрические различия между специфическими для каждого цилиндра поршнями являются различиями формы углубления, предусмотренного в головке поршня.In this regard, embodiments of supercharged and forced ignition internal combustion engines are preferred in which the geometric differences between the pistons specific to each cylinder are differences in the shape of the recess provided in the piston head.

Часто углубление, предусмотренное в поршне, не может быть изменено произвольно, поскольку это углубление служит, в первую очередь, для движения заряда и, таким образом, для образования смеси в камере сгорания.Often the recess provided in the piston cannot be changed arbitrarily, since this recess primarily serves to charge movement and, thus, to form a mixture in the combustion chamber.

В связи с этим предпочтительны также варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых геометрические различия между специфическими для каждого цилиндра поршнями являются различиями в высоте поршней.In this regard, embodiments of supercharged and forced ignition internal combustion engines are also preferred, in which the geometric differences between the pistons specific to each cylinder are differences in the height of the pistons.

Высота поршня определяется как расстояние вдоль продольной оси поршня от головки поршня до поршневого пальца. Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и смонтирован в поршне, в отверстии, центральная ось которого используется как линия отсчета для определения высоты поршня.The height of the piston is defined as the distance along the longitudinal axis of the piston from the piston head to the piston pin. The piston pin is used to swivel the piston with the connecting rod and is mounted in the piston in the hole, the central axis of which is used as a reference line to determine the height of the piston.

В связи с этим предпочтительны также варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых геометрические различия между специфическими для каждого цилиндра поршнями являются различиями в диаметре поршней.In this regard, embodiments of supercharged and forced-ignition internal combustion engines are also preferred, in which the geometric differences between the pistons specific to each cylinder are differences in the diameter of the pistons.

Предпочтительны варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых каждый цилиндр оснащен запальной свечой для осуществления принудительного зажигания. Запальная свеча это устройство зажигания для надежной выдачи искры зажигания, которое, кроме того, имеет требуемую долговечность и, кроме того, является недорогим. Тем не менее для осуществления принудительного зажигания возможно также использование других устройств зажигания.Embodiments of supercharged and forced ignition internal combustion engines are preferred, in which each cylinder is equipped with a spark plug for performing forced ignition. A spark plug is an ignition device for reliably delivering an ignition spark, which, in addition, has the required durability and, moreover, is inexpensive. However, for the implementation of forced ignition, it is also possible to use other ignition devices.

Одна из возможностей оптимизации процесса сгорания в двигателе, работающем по циклу Отто, состоит в использовании, по меньшей мере, частично регулируемого клапанного привода. В отличие от традиционных приводов клапанов, в которых как подъем клапанов, так и моменты открытия/закрытия не регулируются, в регулируемых клапанных приводах эти параметры, влияющие на процесс сгорания и, тем самым, на расход топлива, могут быть в большей или меньшей степени изменены. Заметная экономия топлива может быть получена даже при использовании лишь частично регулируемых клапанных приводов. Если времена закрытия и подъема впускного клапана могут быть изменены, то уже одно это делает возможным регулирование нагрузки без дросселирования, а значит, и без потерь. В этом случае воздух заряда или масса смеси, которые текут в камеру сгорания в процессе всасывания, регулируются не с помощью дроссельной заслонки, а, скорее, длительностями подъема впускного клапана и открытия впускного клапана.One way to optimize the combustion process in an Otto cycle engine is to use an at least partially adjustable valve actuator. Unlike traditional valve actuators, in which both valve lift and opening / closing times are not adjustable, in adjustable valve actuators these parameters affecting the combustion process and, thereby, fuel consumption can be changed to a greater or lesser extent . Significant fuel savings can be achieved even with only partially adjustable valve actuators. If the closing and lifting times of the intake valve can be changed, then this alone makes it possible to regulate the load without throttling, and therefore without loss. In this case, the charge air or the mass of the mixture that flows into the combustion chamber during the suction process is not controlled by the throttle, but rather by the duration of the intake valve lifting and opening of the intake valve.

Поэтому предпочтительны также варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых предусмотрен, по меньшей мере один, по меньшей мере, частично регулируемый клапанный привод.Therefore, embodiments of supercharged and forced-ignition internal combustion engines are also preferred, in which at least one at least partially adjustable valve actuator is provided.

Предпочтительны варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых каждый цилиндр содержит два выпускных отверстия. В ходе вывода выхлопных газов в процессе перезарядки главная задача - как можно быстрее открыть максимально возможные сечения потока, чтобы обеспечить эффективный вывод выхлопных газов, по этой причине предпочтительно предусмотреть более одного выпускного отверстия.Embodiments of supercharged and forced ignition internal combustion engines in which each cylinder comprises two exhaust openings are preferred. In the course of exhaust gas discharge during the recharging process, the main task is to open the maximum possible flow cross-sections as quickly as possible in order to ensure efficient exhaust gas removal, for this reason it is preferable to provide more than one outlet.

Предпочтительны варианты осуществления двигателей внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в которых предусмотрены два работающих от выхлопных газов турбонагнетателя, содержащие турбины различного размера.Embodiments of supercharged and forced ignition internal combustion engines are preferred, in which two exhaust turbochargers are provided that comprise turbines of various sizes.

В случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом и с одним работающим от выхлопных газов турбонагнетателем для всех цилиндров головки цилиндров, как в двигателе внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели, наблюдается падение крутящего момента, если не достигнуты определенные обороты. Указанное падение крутящего момента станет понятно, если принять во внимание, что коэффициент давления заряда зависит от коэффициента давления турбины. Так, например, если обороты двигателя снижены, это приводит к меньшему потоку выхлопных газов и, соответственно, к меньшему коэффициенту давления турбины. В результате снижаются обороты двигателя и соответственно уменьшается коэффициент давления заряда, что равносильно падению крутящего момента.In the case of supercharged internal combustion engines and with one exhaust turbocharger for all cylinders of the cylinder head, as in an internal combustion engine according to the present utility model, a torque drop is observed if certain speeds are not achieved. The indicated drop in torque will become clear if we take into account that the charge pressure coefficient depends on the turbine pressure coefficient. So, for example, if the engine speed is reduced, this leads to a smaller stream of exhaust gases and, accordingly, to a lower pressure coefficient of the turbine. As a result, the engine speed is reduced and, accordingly, the charge pressure coefficient decreases, which is equivalent to a drop in torque.

Характеристики по крутящему моменту двигателя внутреннего сгорания с наддувом могут быть улучшены параллельным или последовательным соединением нескольких турбонагнетателей, при необходимости - в сочетании с механическим зарядным агрегатом.The torque characteristics of a supercharged internal combustion engine can be improved by parallel or serial connection of several turbochargers, if necessary in combination with a mechanical charging unit.

Двигатель внутреннего сгорания в рассматриваемом варианте осуществления содержит два турбонагнетателя, расположенных последовательно. Посредством последовательного соединения двух работающих от выхлопных газов турбонагнетателей, из которых один турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов, служит ступенью высокого давления и один турбонагнетатель, работающий от выхлопных газов, служит ступенью низкого давления, карта характеристик объединенного компрессора может быть с выгодой расширена, в частности, как в направлении уменьшенных расходов компрессора, так и в направлении увеличенных расходов компрессора.The internal combustion engine in the present embodiment comprises two turbochargers arranged in series. By connecting two exhaust gas turbochargers in series, of which one exhaust gas turbocharger serves as a high pressure stage and one exhaust gas turbocharger serves as a low pressure stage, the characteristics map of the combined compressor can be expanded to advantage, in particular , both in the direction of reduced compressor costs, and in the direction of increased compressor costs.

В частности, в работающем от выхлопных газов турбонагнетателе, который служит ступенью высокого давления, граница помпажа может быть сдвинута в направлении меньших расходов компрессора, в результате чего могут быть получены высокие коэффициенты давления заряда даже при малых расходах компрессора, что значительно улучшает характеристики по крутящему моменту в диапазоне низких неполных загрузок. Это достигается путем создания турбины высокого давления для малых расходов выхлопных газов и путем обеспечения обводной линии, по которой, при возрастании расхода выхлопных газов, возрастающее количество выхлопных газов проводится мимо турбины высокого давления. Для этого обводная линия ответвляется от системы выведения выхлопных газов до турбины высокого давления и снова вливается в систему вывода выхлопных газов после турбины высокого давления и до турбины низкого давления, при этом в обводной линии размещен отсечный элемент для управления расходом выхлопных газов, проводимых мимо турбины высокого давления.In particular, in an exhaust-driven turbocharger that serves as a high-pressure stage, the surge boundary can be shifted towards lower compressor flow rates, as a result of which high charge pressure coefficients can be obtained even at low compressor flow rates, which greatly improves torque performance in the range of low incomplete downloads. This is achieved by creating a high pressure turbine for low exhaust gas flow rates and by providing a bypass line along which, with increasing exhaust gas flow, an increasing amount of exhaust gas is drawn past the high pressure turbine. To do this, the bypass line branches from the exhaust system to the high pressure turbine and again flows into the exhaust system after the high pressure turbine and to the low pressure turbine, while a bypass element is installed in the bypass line to control the flow of exhaust gases passed by the high turbine pressure.

Два соединенных последовательно турбонагнетателя, работающих от выхлопных газов, обеспечивают дополнительные преимущества. Энергия, подводимая посредством наддува, может быть еще более увеличена. Далее, по отношению к аналогичному двигателю внутреннего сгорания с одноступенчатым наддувом отклик двигателя внутреннего сгорания с таким наддувом значительно улучшается, в частности, в диапазоне низких неполных загрузок. Причина этого в том, что относительно малая ступень высокого давления менее инертна, чем относительно большой работающий от выхлопных газов турбонагнетатель, применяемый для одноступенчатого наддува, поскольку ротор работающего от выхлопных газов турбонагнетателя уменьшенных размеров можно быстрее разогнать и замедлить.Two exhaust gas turbochargers connected in series provide additional benefits. The energy supplied by boost can be further increased. Further, in relation to a similar single-stage supercharged internal combustion engine, the response of the supercharged internal combustion engine is significantly improved, in particular in the low partial load range. The reason for this is that a relatively small high-pressure stage is less inert than a relatively large exhaust gas turbocharger used for single-stage pressurization, since the rotor of a smaller exhaust turbocharger can be accelerated and slowed down faster.

Решение второй задачи настоящей полезной модели, а именно предложения способа эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием раскрытого выше типа, достигается в способе, согласно которому цилиндры с разными степенями сжатия ε_i эксплуатируются с разным временем зажигания t_ignition,i.The solution to the second problem of the present utility model, namely the proposal of a method of operating an internal combustion engine with pressurization and positive ignition of the type disclosed above, is achieved in the method according to which cylinders with different compression ratios ε _{i are} operated with different ignition times t _{ignition, i} .

То, что было сказано в отношении двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели, применимо также к способу согласно настоящей полезной модели, по причине чего здесь делается общая отсылка к сказанному выше в отношении двигателя внутреннего сгорания. Для разных двигателей внутреннего сгорания отчасти требуются разные варианты способа.What has been said with respect to the internal combustion engine according to the present utility model also applies to the method according to the present utility model, for which reason a general reference is made here to the above with respect to the internal combustion engine. Different internal combustion engines partly require different variants of the method.

Предпочтительны варианты способа, в которых зажигание в цилиндре с высокой степенью сжатия ε_high осуществляется позже, чем в цилиндре с низкой степенью сжатия ε_low.Variants of the method are preferred in which ignition in a cylinder with a high compression ratio ε _{high is} carried out later than in a cylinder with a low compression ratio ε _low .

Для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, в котором каждый цилиндр содержит камеру сгорания, ограниченную, помимо прочего, специфическим для цилиндра поршнем, причем каждый поршень шарнирно соединен с коленчатым валом для передачи крутящего момента, предпочтительны варианты способа, в которых разные времена зажигания t_ignition,i скоординированы друг с другом так, чтобы специфические для каждого цилиндра крутящие моменты, передаваемые поршнями на коленчатый вал, были как можно более одинаковыми.For the operation of a supercharged and forced ignition internal combustion engine in which each cylinder comprises a combustion chamber limited, inter alia, by a cylinder-specific piston, each piston being pivotally connected to the crankshaft for transmitting torque, process variants in which different times are preferred ignition t _{ignition, i are} coordinated with each other so that each cylinder-specific torque transmitted by the pistons to the crankshaft is as uniform as possible and.

Предпочтительны варианты осуществления способа, в которых по меньшей мере два цилиндра работают с разными отношениями А количества воздуха к количеству топлива. Для того чтобы надежно предотвратить детонационное горение, может потребоваться обогащение смеси (λ<1), если имеет место повышенная склонность к детонации, то есть, в частности, при высоких нагрузках и высоких температурах. Это может потребоваться, в частности, в цилиндрах с высокой степенью сжатия ε_i. В этом случае впрыскивается больше топлива, чем может быть действительно сожжено с подаваемым количеством воздуха, при этом избыточное топливо также нагревается и испаряется, так что температура в цилиндре падает. Такой подход обоснованно считается нежелательным с энергетической точки зрения, в частности - в плане расхода топлива двигателя внутреннего сгорания и в плане загрязняющих выбросов, но тем не менее целесообразным или допустимым для предотвращения детонации и защиты элементов конструкции.Process embodiments are preferred in which at least two cylinders operate with different ratios A of the amount of air to the amount of fuel. In order to reliably prevent detonation combustion, enrichment of the mixture (λ <1) may be necessary if there is an increased tendency to detonation, that is, in particular, at high loads and high temperatures. This may be required, in particular, in cylinders with a high compression ratio ε _i . In this case, more fuel is injected than can actually be burned with the supplied amount of air, while the excess fuel is also heated and evaporated, so that the temperature in the cylinder drops. Such an approach is justifiably considered undesirable from an energy point of view, in particular in terms of fuel consumption of an internal combustion engine and in terms of polluting emissions, but nevertheless appropriate or permissible to prevent detonation and protect structural elements.

В этом случае предпочтительны варианты осуществления способа, в которых отношение λ количества воздуха к количеству топлива снижено посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива. Отношение λ количества воздуха к количеству топлива, в принципе, может также быть снижено путем снижения массы подаваемого воздуха. Однако недостаток такого подхода заключается в том, что снижение массы воздуха принципиально связано с потерей мощности. Поэтому в рассматриваемом варианте осуществления предпочтительным средством для снижения отношения λ количества воздуха к количеству топлива является увеличение количества впрыскиваемого топлива.In this case, preferred embodiments of the method in which the ratio λ of the amount of air to the amount of fuel is reduced by increasing the amount of injected fuel. The ratio λ of the amount of air to the amount of fuel, in principle, can also be reduced by reducing the mass of the supplied air. However, the disadvantage of this approach is that the reduction in air mass is fundamentally associated with a loss of power. Therefore, in the present embodiment, the preferred means for reducing the ratio λ of the amount of air to the amount of fuel is to increase the amount of fuel injected.

В случае, когда каждый цилиндр работающего по циклу Отто двигателя с непосредственным впрыском оснащен инжектором для впрыска топлива, инжекторы управляются индивидуально регулятором работы двигателя, а отношение λ количества воздуха к количеству топлива устанавливается с помощью количества впрыскиваемого топлива. Для установки количества подаваемого воздуха - и, тем самым, нагрузки - в системе всасывания предусмотрена дроссельная заслонка, которая также управляется и/или регулируется регулятором работы двигателя. Таким образом, цилиндры могут беспроблемно эксплуатироваться и с разными отношениями количества воздуха к количеству топлива.In the case when each cylinder of the Otto cycle direct injection engine is equipped with an injector for fuel injection, the injectors are individually controlled by the engine operation regulator, and the ratio of the amount of air to the amount of fuel is set using the amount of injected fuel. To set the amount of air supplied - and thus the load - a throttle valve is provided in the suction system, which is also controlled and / or regulated by the engine operation regulator. Thus, the cylinders can be operated without problems and with different ratios of the amount of air to the amount of fuel.

Однако предпочтительны также варианты осуществления способа, в которых по меньшей мере три цилиндра работают стехиометрически. Стехиометрическая работа имеет значительные преимущества в плане дополнительной обработки выхлопных газов и использования трехходового каталитического дожигателя выхлопных газов, который в двигателе, работающем по циклу Отто, требует стехиометрической работы (λ=1) в узких границах.However, process embodiments are also preferred in which at least three cylinders operate stoichiometrically. Stoichiometric operation has significant advantages in terms of additional exhaust gas treatment and the use of a three-way catalytic exhaust gas afterburner, which requires stoichiometric work (λ = 1) within narrow boundaries in an engine operating according to the Otto cycle.

Общее отношение количества воздуха к количеству топлива, релевантное для трехходового каталитического дожигателя выхлопных газов, определяется суммарными массами воздуха заряда и расходами топлива, подаваемого ко всем цилиндрам головки цилиндров, так что, в принципе, обогащение смеси одного цилиндра может быть компенсировано обеднением смеси другого цилиндра.The total ratio of air to fuel, relevant for a three-way catalytic exhaust gas afterburner, is determined by the total masses of charge air and the fuel consumption supplied to all cylinders of the cylinder head, so that, in principle, the enrichment of the mixture of one cylinder can be compensated by the lean mixture of the other cylinder.

Ниже настоящее полезная модель будет раскрыто подробнее на основе фиг. 1а и 1b и на основе варианта осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием согласно фиг. 2, на которых:Below, a present utility model will be disclosed in more detail based on FIG. 1a and 1b, and based on an embodiment of a supercharged and positive ignition internal combustion engine according to FIG. 2 on which:

на фиг. 1а графически показана доля остаточного газа для оборотов двигателя n_mot=1200 об/мин; по оси ординат отложен процентная доля [%] заряда свежей смеси цилиндра, а по оси абсцисс - номер цилиндра,in FIG. 1a graphically shows the fraction of residual gas for engine revolutions n _mot = 1200 rpm; the ordinate axis represents the percentage [%] of the charge of the fresh mixture of the cylinder, and the abscissa represents the cylinder number,

На фиг. 1b графически показана доля остаточного газа для оборотов двигателя n_mot=6000 об/мин; по оси ординат отложена процентная доля [%] заряда свежей смеси цилиндра, а по оси абсцисс - номер цилиндра, иIn FIG. 1b graphically shows the fraction of residual gas for engine revolutions n _mot = 6000 rpm; the ordinate axis represents the percentage [%] of the charge of the fresh mixture of the cylinder, and the abscissa represents the cylinder number, and

на фиг. 2 схематически показаны цилиндры вместе с выхлопным коллектором согласно первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.in FIG. 2 shows schematically cylinders together with an exhaust manifold according to a first embodiment of a positive ignition internal combustion engine.

Фиг. 1а и 1b уже были объяснены при обсуждении уровня техники.FIG. 1a and 1b have already been explained in the discussion of the prior art.

На фиг. 2 вместе с выхлопным коллектором 7 схематически показаны четыре цилиндра 1, 2, 3, 4 двигателя с принудительным зажиганием и четырьмя цилиндрами в ряд.In FIG. 2 together with the exhaust manifold 7 schematically shows four cylinders 1, 2, 3, 4 of the engine with positive ignition and four cylinders in a row.

Выхлопные линии 5₁, 5₂ четырех цилиндров 1, 2, 3, 4, которые расположены в ряд, то есть вдоль продольной оси головки цилиндров, объединены с получением общей выхлопной линии 6, образуя тем самым общий выхлопной коллектор 7, причем выхлопной коллектор 7 выполнен симметричным относительно центральной плоскости, перпендикулярной к продольной оси головки цилиндров, так что общая выхлопная линия 6 лежит в указанной центральной плоскости.The exhaust lines 5 ₁ , 5 _{2 of} four cylinders 1, 2, 3, 4, which are arranged in a row, that is, along the longitudinal axis of the cylinder head, are combined to form a common exhaust line 6, thereby forming a common exhaust manifold 7, and the exhaust manifold 7 made symmetrical with respect to the central plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head, so that the common exhaust line 6 lies in the specified central plane.

Поэтому для каждого цилиндра 1, 2, 3, 4 пути выхлопных газов от соответствующего выхода цилиндра до турбины (не показано), расположенной в общей выхлопной линии 6, не равны по длине.Therefore, for each cylinder 1, 2, 3, 4, the exhaust gas paths from the corresponding cylinder exit to the turbine (not shown) located in the common exhaust line 6 are not equal in length.

В данном случае, скорее, выхлопные линии 5₁ двух внешних цилиндров 1, 4, которые образуют первую группу, имеют большую длину Δl₁ линии, чем выхлопные линии 5₂ двух внутренних цилиндров 2, 3, которые образуют вторую группу и имеют малую длину Δl₂ линии. В результате внутренние цилиндры 2, 3 содержат большую долю остаточного газа после перезарядки, чем два внешних цилиндра 1, 4.In this case, rather, the exhaust lines 5 _{1 of the} two outer cylinders 1, 4, which form the first group, have a greater length Δl _{1 of the} line than the exhaust lines 5 _{2 of the} two inner cylinders 2, 3, which form the second group and have a small length Δl ₂ lines. As a result, the inner cylinders 2, 3 contain a larger fraction of the residual gas after recharging than the two outer cylinders 1, 4.

Эффекту, возникающему от разных долей остаточного газа, конкретно - изменению крутящего момента от цилиндров 1, 4 к цилиндрам 2, 3, противодействуют за счет использования разных степеней сжатия ε_i. Два внешних цилиндра 1, 4 первой группы настраивают на степень сжатия ε₁, а два внутренних цилиндра 2, 3 второй группы настраивают на степень сжатия ε₂, где ε₂<ε₁.The effect arising from different fractions of the residual gas, specifically, the change in torque from cylinders 1, 4 to cylinders 2, 3, is counteracted by using different compression ratios ε _i . The two outer cylinders 1, 4 of the first group are set to the compression ratio ε ₁ , and the two inner cylinders 2, 3 of the second group are set to the compression ratio ε ₂ , where ε ₂ <ε ₁ .

То есть, цилиндры 2, 3 с малой длиной Δl₂ линии настраивают на низкую степень сжатия ε₂=ε_low, а цилиндры 1,4 с длинными выхлопными линиями 5₁ или большой длиной Δl₁ линий настраивают на высокую степень сжатия ε₁=ε_high. В этом отношении длина Δl_i линии коррелирует со степенью сжатия Δ_i.That is, cylinders 2, 3 with a short length Δl _{2 of the} line set to a low compression ratio ε ₂ = ε _low , and cylinders 1,4 with long exhaust lines 5 ₁ or a long length Δl _{1 of the} line set to a high compression ratio ε ₁ = ε _high . In this regard, the line length Δl _i correlates with the compression ratio Δ _i .

На схеме, показанной на фиг. 2, поршни 1а, 2а первого и второго цилиндров 1, 2 находятся в нижней мертвой точке, а поршни 3а, 4а третьего и четвертого цилиндров 3, 4 находятся в верхней мертвой точке.In the circuit shown in FIG. 2, the pistons 1a, 2a of the first and second cylinders 1, 2 are at bottom dead center, and the pistons 3a, 4a of the third and fourth cylinders 3, 4 are at top dead center.

Две группы цилиндров в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, имеют разные объемы цилиндров V_i, причем внешние цилиндры 1, 4 имеют объем цилиндра V₁, а внутренние цилиндры 2, 3 имеют объем цилиндра V₂, где V₂>V₁.Two groups of cylinders in the embodiment shown in FIG. 2 have different cylinder volumes V _i , with the outer cylinders 1, 4 having a cylinder volume V ₁ , and the inner cylinders 2, 3 have a cylinder volume V ₂ , where V ₂ > V ₁ .

В данном случае разные объемы цилиндров V_i реализованы за счет геометрических различий поршней, специфических для каждого из цилиндров 1а, 2а, 3а, 4а, конкретно - за счет разных диаметров поршней.In this case, different volumes of cylinders V _{i are} realized due to the geometric differences of the pistons specific for each of the cylinders 1a, 2a, 3a, 4a, specifically due to different diameters of the pistons.

Перечень обозначенийNotation list

1 Первый цилиндр1 first cylinder

1а Поршень первого цилиндра1a piston of the first cylinder

2 Второй цилиндр2 second cylinder

2а Поршень второго цилиндра2a piston of the second cylinder

3 Третий цилиндр3 Third cylinder

3а Поршень третьего цилиндра3a piston of the third cylinder

4 Четвертый цилиндр4 fourth cylinder

4а Поршень четвертого цилиндра4a Fourth cylinder piston

5₁ Выхлопная линия цилиндра первой группы цилиндров5 ₁ exhaust line of the cylinder of the first group of cylinders

5₂ Выхлопная линия цилиндра второй группы цилиндров5 ₂ The exhaust line of the cylinder of the second group of cylinders

6 Общая выхлопная линия6 General exhaust line

7 Выхлопной коллектор7 exhaust manifold

ε_i Степень сжатия цилиндра или группы цилиндровε _{i The} compression ratio of a cylinder or group of cylinders

ε₁ Степень сжатия первой группы цилиндровε _{1 The} compression ratio of the first group of cylinders

ε₂ Степень сжатия второй группы цилиндровε _{2 The} compression ratio of the second group of cylinders

ε₃ Степень сжатия третьей группы цилиндровε _{3 the} compression ratio of the third group of cylinders

ε_highh Высокая степень сжатияε _highh High compression

ε_kw Низкая степень сжатияε _kw Low compression

Δl_i Длина линии системы выпуска выхлопных газов между выпускнымΔl _i Line length of the exhaust system between the exhaust

отверстием цилиндра и одноканальной турбинойcylinder bore and single-channel turbine

°C А Угол поворота кривошипа в градусах° C A Crank angle in degrees

λ Отношение количества воздуха к количеству топливаλ The ratio of air to fuel

n Обороты двигателя внутреннего сгоранияn Revolutions of the internal combustion engine

t_ignition,i Время зажигания цилиндраt _{ignition, i} Cylinder ignition time

V_i Объем цилиндраV _i cylinder volume

V₁ Объем цилиндра первой группы цилиндровV _{1 the} volume of the cylinder of the first group of cylinders

V₂ Объем цилиндра второй группы активируемых цилиндровV _{2 the} volume of the cylinder of the second group of activated cylinders

Claims (13)

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием, содержащий по меньшей мере одну головку цилиндров с по меньшей мере тремя цилиндрами (1, 2, 3, 4), расположенными вдоль продольной оси головки цилиндров, причем1. An internal combustion engine with supercharging and positive ignition, comprising at least one cylinder head with at least three cylinders (1, 2, 3, 4) located along the longitudinal axis of the cylinder head, каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) содержит выпускное отверстие, к которому подсоединена выхлопная линия (5₁, 5₂) для выпуска выхлопных газов через систему выпуска выхлопных газов, при этом выхлопные линии (5₁, 5₂) соединены с формированием общей выхлопной линии (6), образуя тем самым общий выхлопной коллектор (7),each cylinder (1, 2, 3, 4) contains an outlet to which an exhaust line (5 ₁ , 5 ₂ ) is connected for exhausting the exhaust gases through the exhaust system, while the exhaust lines (5 ₁ , 5 ₂ ) are connected to the formation of a common exhaust line (6), thereby forming a common exhaust manifold (7), каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) оснащен впрыскивающим соплом для подачи топлива непосредственным впрыском, иeach cylinder (1, 2, 3, 4) is equipped with an injection nozzle for direct fuel injection, and предусмотрен работающий от выхлопных газов турбонагнетатель, содержащий одноканальную турбину, расположенную в общей выхлопной линии (6), отличающийся тем, чтоA turbocharger operating from exhaust gases is provided, comprising a single-channel turbine located in a common exhaust line (6), characterized in that по меньшей мере два цилиндра (1, 2, 3, 4) имеют разные степени сжатия ε_i, при этом степень сжатия ε_i коррелирует с длиной Δl_i линии системы выпуска выхлопных газов между выпускным отверстием цилиндра (1, 2, 3, 4) и турбиной таким образом, что цилиндр (1, 2, 3, 4) с малой длиной Δl_i линии имеет низкую степень сжатия ε_i.at least two cylinders (1, 2, 3, 4) have different compression ratios ε _i , while the compression ratio ε _i correlates with the length Δl _{i of} the exhaust system line between the cylinder outlet (1, 2, 3, 4) and a turbine such that the cylinder (1, 2, 3, 4) with a short line length Δl _i has a low compression ratio ε _i . 2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 1, отличающийся тем, что выхлопной коллектор (7) выполнен симметричным относительно центральной плоскости, перпендикулярной к продольной оси головки цилиндров.2. A supercharged and forced ignition internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the exhaust manifold (7) is symmetrical about a central plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head. 3. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 2, отличающийся тем, что содержит три цилиндра (1, 2, 3, 4) в ряд, образующих две группы, причем два внешних цилиндра (1, 2, 3, 4) образуют первую группу цилиндров (1, 2, 3, 4), имеющих степень сжатия ε₁, а единственный внутренний цилиндр (1, 2, 3, 4) образует вторую группу со степенью сжатия ε₂, где ε₂<ε₁.3. The supercharged internal combustion engine with forced ignition according to claim 2, characterized in that it contains three cylinders (1, 2, 3, 4) in a row, forming two groups, with two external cylinders (1, 2, 3, 4 ) form the first group of cylinders (1, 2, 3, 4) having a compression ratio ε ₁ , and the only inner cylinder (1, 2, 3, 4) forms a second group with a compression ratio ε ₂ , where ε ₂ <ε ₁ . 4. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 2, отличающийся тем, что содержит четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) в ряд, образующих две группы, причем два внешних цилиндра (1, 4) образуют первую группу цилиндров (1, 4), имеющих степень сжатия ε₁, а два внутренних цилиндра (2, 3) образуют вторую группу и имеют степень сжатия ε₂, где ε₂<ε₁.4. The supercharged internal combustion engine with forced ignition according to claim 2, characterized in that it contains four cylinders (1, 2, 3, 4) in a row, forming two groups, and the two outer cylinders (1, 4) form the first group cylinders (1, 4) having a compression ratio ε ₁ , and two inner cylinders (2, 3) form the second group and have a compression ratio ε ₂ , where ε ₂ <ε ₁ . 5. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 2, отличающийся тем, что содержит пять цилиндров (1, 2, 3, 4) в ряд, образующих три группы, причем два внешних цилиндра (1, 2, 3, 4) образуют первую группу цилиндров (1, 2, 3, 4), имеющих степень сжатия ε₁,5. The supercharged internal combustion engine with forced ignition according to claim 2, characterized in that it contains five cylinders (1, 2, 3, 4) in a row, forming three groups, with two external cylinders (1, 2, 3, 4 ) form the first group of cylinders (1, 2, 3, 4) having a compression ratio ε ₁ , один внутренний цилиндр (1, 2, 3, 4) образует третью группу и имеет степень сжатия ε₃, где ε₃<ε₁, иone inner cylinder (1, 2, 3, 4) forms a third group and has a compression ratio of ε ₃ , where ε ₃ <ε ₁ , and два цилиндра (1, 2, 3, 4), расположенные между внешними цилиндрами (1, 2, 3, 4) и внутренним цилиндром (1, 2, 3, 4), образуют вторую группу цилиндров (1, 2, 3, 4), имеющих степень сжатия ε₂, где ε₃<ε₂<ε₁.two cylinders (1, 2, 3, 4) located between the outer cylinders (1, 2, 3, 4) and the inner cylinder (1, 2, 3, 4) form the second group of cylinders (1, 2, 3, 4 ), having a compression ratio ε ₂ , where ε ₃ <ε ₂ <ε ₁ . 6. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что по меньшей мере два цилиндра (1, 2, 3, 4) с разными степенями сжатия ε_i различаются объемами цилиндров V_i, причем по меньшей мере один цилиндр (1, 2, 3, 4) первой группы имеет степень сжатия ε₁ и объем цилиндра V₁, а по меньшей мере один цилиндр (1, 2, 3, 4) второй группы имеет степень сжатия ε₂ и объем цилиндра V₂, где ε₂<ε₁ и V₂>V₁.6. The supercharged internal combustion engine with positive ignition according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that at least two cylinders (1, 2, 3, 4) with different compression ratios ε _i differ in cylinder volumes V _i , and at least one cylinder (1, 2, 3, 4) of the first group has a compression ratio ε ₁ and cylinder volume V ₁ , and at least one cylinder (1, 2, 3, 4) of the second group has a compression ratio ε ₂ and cylinder volume V ₂ , where ε ₂ <ε ₁ and V ₂ > V ₁ . 7. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 6, отличающийся тем, что каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) двигателя содержит камеру сгорания, образованную совместно поршневой головкой специфического для цилиндра поршня (1а, 2а, 3а, 4а), гильзой цилиндра и головкой цилиндров в качестве крышки камеры сгорания, причем разные объемы цилиндров V_i реализованы посредством геометрических различий специфических для каждого цилиндра крышек камер сгорания.7. A supercharged and forced ignition internal combustion engine according to claim 6, characterized in that each cylinder (1, 2, 3, 4) of the engine comprises a combustion chamber formed jointly by the piston head of a cylinder-specific piston (1a, 2a, 3a, 4a), with a cylinder liner and a cylinder head as the cover of the combustion chamber, the different volumes of the cylinders V _{i being} realized by means of geometrical differences of the caps of the combustion chambers specific for each cylinder. 8. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 6, отличающийся тем, что каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) двигателя содержит камеру сгорания, образованную совместно поршневой головкой специфического для цилиндра поршня (1а, 2а, 3а, 4а), гильзой цилиндра и головкой цилиндров в качестве крышки камеры сгорания, причем разные объемы цилиндров V_i реализованы посредством геометрических различий специфических для каждого цилиндра поршней (1а, 2а, 3а, 4а).8. An internal combustion engine with supercharging and positive ignition according to claim 6, characterized in that each cylinder (1, 2, 3, 4) of the engine comprises a combustion chamber formed jointly by the piston head of a cylinder-specific piston (1a, 2a, 3a, 4a), a cylinder liner and a cylinder head as a cover of the combustion chamber, the different volumes of the cylinders V _{i being} realized by means of geometrical differences of the pistons specific to each cylinder (1a, 2a, 3a, 4a). 9. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 8, отличающийся тем, что геометрические различия между специфическими для каждого цилиндра поршнями (1а, 2а, 3а, 4а) являются различиями в форме углубления, предусмотренного в головке поршня.9. A supercharged and forced ignition internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the geometric differences between the pistons specific to each cylinder (1a, 2a, 3a, 4a) are differences in the shape of the recess provided in the piston head. 10. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по п. 8 или 9, отличающийся тем, что геометрические различия между специфическими для каждого цилиндра поршнями (1а, 2а, 3а, 4а) являются различиями в высоте поршня.10. The supercharged internal combustion engine with forced ignition according to claim 8 or 9, characterized in that the geometric differences between the pistons specific to each cylinder (1a, 2a, 3a, 4a) are differences in the height of the piston. 11. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по любому из пп. 1-5, 7-9, отличающийся тем, что каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) оснащен запальной свечой для осуществления принудительного зажигания.11. The supercharged internal combustion engine with positive ignition according to any one of paragraphs. 1-5, 7-9, characterized in that each cylinder (1, 2, 3, 4) is equipped with a spark plug for the implementation of positive ignition. 12. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по любому из пп. 1-5, 7-9, отличающийся тем, что каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) содержит два выпускных отверстия.12. An internal combustion engine with supercharging and positive ignition according to any one of paragraphs. 1-5, 7-9, characterized in that each cylinder (1, 2, 3, 4) contains two outlet openings. 13. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и принудительным зажиганием по любому из пп. 1-5, 7-9, отличающийся тем, что предусмотрены два работающих от выхлопных газов турбонагнетателя с турбинами разного размера.

13. The supercharged internal combustion engine with positive ignition according to any one of paragraphs. 1-5, 7-9, characterized in that two turbochargers operating from exhaust gases with turbines of different sizes are provided.

Images