RU2451806C2

RU2451806C2 - Method of operating ice with ignition plug

Info

Publication number: RU2451806C2
Application number: RU2007144535/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Кудрин (EE); Николай Кудрин
Original assignee: Николай Кудрин
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2012-05-27
Also published as: RU2007144535A; EE00661U1

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: in idling and at low load, to prepare fuel-air mix, portion of intake cold air is heated by exhaust gas and mixed with intake cold air. Proposed method is implemented in ICE with cold air pipeline 10 accommodating engine throttle 11 while hot air pipeline 12 accommodates throttle 13. Said hot air pipeline 12 is fitted in outlet pipeline 14. In the latter, cold air is heated by exhaust gases. The above arrangement allows improving filling of operating cylinders due to reduced throttling of intake pipeline.

EFFECT: higher efficiency in connecting and disconnecting cylinders.

1 dwg, 3 cl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к машиностроению, а точнее в изобретении рассматривается способ работы двигателя внутреннего сгорания со свечой зажигания.The invention relates to mechanical engineering, and more specifically, the invention considers a method of operating an internal combustion engine with a spark plug.

Уровень техникиState of the art

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (а.с. СССР №1470988, F02D 17/02, Ф.Ф.Дебердеев, опубл. 07.04.1989), в котором горячая смесь воздуха и топлива приготавливается в карбюраторе, и эта смесь подается по основному впускному каналу в основной цилиндр. С ростом нагрузки двигателя подключается к работе по меньшей мере один дополнительный цилиндр за счет средства изменения проходного сечения дополнительного впускного канала и в дополнительный цилиндр подается горячая смесь. Количество подаваемой смеси в дополнительном цилиндре поддерживают постоянным, а регулирование нагрузки производят за счет изменения количества смеси, подаваемой в основной цилиндр, причем это регулирование осуществляют посредством изменения проходного сечения основного впускного канала. Оба средства регулирования подключены к механизму управления двигателем, причем средство изменения проходного сечения дополнительного впускного канала выполнено с возможностью установки его в два фиксированных положения: положение полного закрытия или положение полного открытия. Изобретение позволяет увеличить экономичность двигателя, но недостатком этого способа является то, что при положении полного закрытия дополнительного впускного канала за средством регулирования возникает вакуум, который уменьшает кпд двигателя.A known method of operation of an internal combustion engine (AS USSR No. 1470988, F02D 17/02, F.F. Deberdeev, publ. 04/07/1989), in which a hot mixture of air and fuel is prepared in a carburetor, and this mixture is fed through the main inlet to the master cylinder. With an increase in engine load, at least one additional cylinder is connected to operation by means of changing the passage section of the additional inlet channel and a hot mixture is supplied to the additional cylinder. The amount of mixture supplied in the additional cylinder is kept constant, and the load is controlled by changing the amount of the mixture supplied to the main cylinder, and this regulation is carried out by changing the flow area of the main inlet channel. Both control means are connected to the engine control mechanism, and the means for changing the passage section of the additional inlet channel is configured to be installed in two fixed positions: the position of full closure or the position of full open. The invention allows to increase the efficiency of the engine, but the disadvantage of this method is that when the position of the complete closure of the additional inlet channel behind the control means there is a vacuum that reduces the efficiency of the engine.

Также известен способ работы двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами (а.с. СССР №1815377, F02D 17/02, Ф.Ф.Дебердеев, опубл. 15.05.1993), в котором подачу топливовоздушной смеси в цилиндрах регулируют в зависимости от нагрузки. При увеличении нагрузки осуществляют подачу топливовоздушной смеси в каждый отключенный цилиндр и при снижении нагрузки отключают часть цилиндров. Дополнительную подачу воздуха осуществляют, по меньшей мере, в отключаемые цилиндры и регулируют подачу воздуха при неизменном объеме воздуха, дополнительно подаваемого в цилиндр. Для осуществления изобретения канал впуска топливовоздушной смеси выполнен в виде неподвижного патрубка и установленного внутри его подпружиненного подвижного патрубка, причем подвижной патрубок перекрывает полностью подачу топливовоздушной смеси, и при этом в цилиндры впускается либо только воздух, который сжимается, расширяется и выпускается через выпускные клапаны, либо постоянно впускается небольшое количество топливовоздушной смеси, обеспечивая холостой ход. Из-за взаимодействия штока цилиндра и конической поверхности возможно регулировать нагрузки от холостого хода до наиболее экономичной нагрузки за счет изменения величины перемещения подвижного патрубка. Недостатком этого решения является сложная конструкция и технология изготовления.Also known is a method of operating an internal combustion engine with switchable cylinders (AS USSR No. 1815377, F02D 17/02, F.F. Deberdeev, publ. 05/15/1993), in which the flow of air-fuel mixture in the cylinders is regulated depending on the load. When the load increases, the air-fuel mixture is supplied to each disabled cylinder and, when the load is reduced, part of the cylinders is disconnected. An additional air supply is carried out, at least in turn-off cylinders and regulate the air supply with a constant volume of air, additionally supplied to the cylinder. To implement the invention, the air-fuel mixture inlet channel is made in the form of a stationary nozzle and a spring-mounted movable nozzle installed inside it, the movable nozzle completely shutting off the air-fuel mixture supply, and either only air is compressed into the cylinders, which is compressed, expanded and discharged through the exhaust valves, or a small amount of air-fuel mixture is constantly admitted, providing idling. Due to the interaction of the cylinder rod and the conical surface, it is possible to adjust the load from idle to the most economical load by changing the amount of movement of the movable pipe. The disadvantage of this solution is the complex design and manufacturing technology.

Известен способ регулирования возвращения выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания (заявка США №2006247093, B60W 10/04, Сикстен Берглунд и др., опубл. 02.11.2006) для оптимизации количества расхода топлива и выхлопных газов. По этому способу электронные элементы управления управляют снабжением топливом в камеру сгорания двигателя и возвращением выхлопных газов из выхлопного коллектора во впускной канал. Во время работы двигателя элементы управления вычисляют сопротивление передачи и время до перемены хода и управляют клапанами, которые регулируют возвращение выхлопных газов за это время в поток, чтобы регулировать расход топлива и количество выхлопных газов во время перемены хода. Для реализации этого способа предусмотрен двигатель внутреннего сгорания с автоматической коробкой передач, управляемой посредством электронного управления, состоящее из двух частей: одна часть для управления двигателя, другая часть для управления коробки передач. Впускной канал камеры сгорания двигателя и выхлопной коллектор соединены между собой с каналом, через который выхлопные газы возвращают во впускной канал. В этом соединительном канале имеется клапан, посредством которого постоянно контролируется количество возвращенного выхлопного газа между нулем (клапан закрыт) и предопределенной максимальной величиной в единице времени. Недостатком этого решения является смешение поданного воздуха и выхлопного газа, так как попадание выхлопного газа в цилиндр причиняет в цилиндре засорение выхлопными газами.A known method of regulating the return of exhaust gases in an internal combustion engine (US application No. 2006247093, B60W 10/04, Sixten Berglund and others, publ. 02.11.2006) to optimize the amount of fuel and exhaust gases. In this method, electronic controls control the supply of fuel to the combustion chamber of the engine and the return of exhaust gases from the exhaust manifold to the inlet channel. While the engine is running, the controls calculate the transmission resistance and the time before the stroke change and control the valves that regulate the return of exhaust gases to the flow during this time, in order to control the fuel consumption and the amount of exhaust gas during the stroke change. To implement this method, an internal combustion engine with an automatic transmission controlled by electronic control is provided, consisting of two parts: one part for controlling the engine, another part for controlling the gearbox. The inlet channel of the engine combustion chamber and the exhaust manifold are interconnected with a channel through which exhaust gases are returned to the inlet channel. There is a valve in this connecting channel through which the amount of returned exhaust gas is constantly monitored between zero (valve closed) and a predetermined maximum value per unit time. The disadvantage of this solution is the mixing of the supplied air and exhaust gas, since the ingress of exhaust gas into the cylinder causes clogging of exhaust gases in the cylinder.

Наиболее близким по техническому существу к изобретению является известный способ работы двигателя внутреннего сгорания (патент RU 2013623, F02D 17/02, Ф.Ф.Дебердеев, опубл. 30.05.1994). Так как отключение цилиндров в любой момент ухудшает показатели двигателя, то во избежание такой временной неопределенности в части цилиндров при уменьшении нагрузки происходит отключение клапанов газораспределения во время такта выпуска отработавших газов при движении поршня к верхней мертвой точке. Для осуществления этого средство отключения клапанов подключают дополнительно к валу, связанному с распредвалом. Кулачки распредвала подключены к впускному и выпускному клапанам, которые в свою очередь соединены со средством отключения клапанов в виде переменного по длине толкателя с приводным рычагом. Недостатком этого способа является сложная конструкция средства отключения клапанов во время необходимого включения и отключения неработающих и работающих цилиндров при холостом ходе и при малых нагрузках на входе цилиндра за клапаном возникает вакуум, который снижает степень сжатия в цилиндре и уменьшает кпд двигателя.The closest in technical essence to the invention is a known method of operating an internal combustion engine (patent RU 2013623, F02D 17/02, F.F. Deberdeev, publ. 05/30/1994). Since turning off the cylinders at any time worsens the performance of the engine, in order to avoid such temporary uncertainty in the part of the cylinders when the load is reduced, the gas distribution valves are turned off during the exhaust cycle when the piston moves to top dead center. To accomplish this, the valve shutoff means is additionally connected to a shaft connected to the camshaft. The camshaft cams are connected to the inlet and outlet valves, which in turn are connected to the valve shut-off means in the form of a pusher variable in length along the drive lever. The disadvantage of this method is the complex design of the means of shutting off the valves during the necessary switching on and off of idle and working cylinders at idle and at small loads at the inlet of the cylinder, a vacuum arises behind the valve, which reduces the compression ratio in the cylinder and reduces engine efficiency.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

При подключении и отключении цилиндров происходит резкое уменьшение и увеличение мощности двигателя, а это приводит к неустойчивой работе двигателя с несколькими цилиндрами. Чтобы уменьшить резкие скачки мощности при отключении и выключении цилиндров, обычно прикрывают дроссельную заслонку на входном трубопроводе. Это приводит к образованию вакуума за входной дроссельной заслонкой, что приводит к снижению степени сжатия в цилиндрах и к уменьшению кпд двигателя. Предложенное решение устраняет этот недостаток. Целью изобретения является повышение степени сжатия в цилиндрах двигателя со свечой зажигания при его работе на холостом ходу и при малых нагрузках. Поставленная цель достигается путем нагрева части входного воздуха энергией выхлопных газов и смешением нагретого таким образом воздуха с холодным входным воздухом. Горячий воздух имеет меньшую массу, чем холодный воздух, и в горячем воздухе меньше кислорода. Благодаря смешению холодного и горячего воздуха изменяется количество кислорода во входной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, и мощность двигателя изменяется плавно. Поэтому насколько открывается дроссельная заслонка с горячим воздухом, настолько закрывается дроссельная заслонка с холодным воздухом. В результате на входе в цилиндры не возникает вакуум при работе двигателя на холостом ходу и при малых нагрузках, сохраняя степень сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах на таком же уровне, какой образуется в цилиндрах двигателя при максимальной нагрузке. Этим достигается максимальный кпд двигателя на всех режимах работы.When connecting and disconnecting cylinders, there is a sharp decrease and increase in engine power, and this leads to unstable operation of the engine with several cylinders. To reduce power surges when turning the cylinders off and on, they usually cover the throttle on the inlet pipe. This leads to the formation of vacuum behind the inlet throttle, which leads to a decrease in the degree of compression in the cylinders and to a decrease in the efficiency of the engine. The proposed solution eliminates this drawback. The aim of the invention is to increase the degree of compression in the cylinders of the engine with the spark plug when it is idling and at low loads. This goal is achieved by heating part of the inlet air with the energy of the exhaust gases and mixing the thus heated air with cold inlet air. Hot air has less mass than cold air, and there is less oxygen in hot air. By mixing cold and hot air, the amount of oxygen in the inlet mixture supplied to the engine cylinders changes, and the engine power changes smoothly. Therefore, as far as the hot air throttle opens, the cold air throttle closes. As a result, a vacuum does not occur at the inlet to the cylinders when the engine is idling and at low loads, while maintaining the compression ratio of the air-fuel mixture in the cylinders at the same level that is formed in the engine cylinders at maximum load. This achieves maximum engine efficiency in all operating modes.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 изображена схема двигателя внутреннего сгорания со свечой зажигания.Figure 1 shows a diagram of an internal combustion engine with a spark plug.

Детальное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Предложенный способ осуществляется посредством двигателя внутреннего сгорания со свечой зажигания, причем двигатель содержит цилиндр 1, имеющий поршень 2, связанный с валом 3, впускной 4 и выпускной 5 клапаны, свечу зажигания 6, форсунку впрыска топлива 7, термодатчик 8, фильтр 9 для очистки входного воздуха, трубопровод холодного воздуха 10 с установленной в нем первой дроссельной заслонкой 11, трубопровод для горячего воздуха 12 с установленной в нем второй дроссельной заслонкой 13, выходной трубопровод 14 с пропущенным через него трубопроводом горячего воздуха 12, педаль управления двигателем 15, электронный блок управления 16, датчик хода 17 педали управления двигателем 15.The proposed method is carried out by means of an internal combustion engine with an spark plug, the engine comprising a cylinder 1 having a piston 2 connected to the shaft 3, intake 4 and exhaust 5 valves, a spark plug 6, a fuel injection nozzle 7, a temperature sensor 8, a filter 9 for cleaning the input air, cold air pipe 10 with the first throttle valve 11 installed therein, hot air pipe 12 with the second throttle valve 13 installed therein, outlet pipe 14 with the pipe passed through it hot air 12, the engine control pedal 15, the electronic control unit 16, the stroke sensor 17 of the engine control pedal 15.

На холостом ходе двигателя дроссельная заслонка 13 открыта, а дроссельная заслонка 11 закрыта. В цилиндр 1 через впускной клапан 4 подается горячий воздух, нагретый энергией выхлопных газов в выходном трубопроводе 14. В горячем воздухе, пропущенном в цилиндр 1, мало кислорода, из-за чего мощность двигателя снижается за счет малого процесса сжигания, снижаются обороты двигателя до предельно допустимых, электронный блок 16 выдает сигнал на открытие дроссельной заслонки 11. Через открытую дроссельную заслонку 11 впускают холодный воздух из фильтра очистки входного воздуха 9 и трубопровода 10, холодный воздух смешивается с горячим воздухом из трубопровода 12, и смесь холодного и горячего воздуха подается через впускной клапан 4 в цилиндр 1 двигателя. Электронный блок управления 16 отрабатывает сигналы о количестве оборотов вала 3 двигателя и измеряет температуру массы воздуха с помощью термодатчика 8. В результате впрыскивается большее количество топлива с помощью форсунки 7. В цилиндре 1 сгорает больше топлива, растет мощность двигателя и увеличивается количество оборотов двигателя. Электронный блок управления 16 реагирует и закрывает дроссельную заслонку 11. Обороты двигателя уменьшаются, пока не нажмут на педали управления двигателем 15.At idle, the throttle valve 13 is open, and the throttle valve 11 is closed. Hot air heated by the energy of exhaust gases in the outlet pipe 14 is supplied to cylinder 1 through the intake valve 4. There is little oxygen in the hot air passed into cylinder 1, because of which the engine power is reduced due to the small combustion process, the engine speed is reduced to the maximum permissible, the electronic unit 16 gives a signal to open the throttle valve 11. Through the open throttle valve 11, cold air is admitted from the inlet filter 9 and the pipe 10, the cold air is mixed with hot air and h line 12, and a mixture of cold and hot air is fed through the inlet valve 4 into the cylinder 1 of the engine. The electronic control unit 16 processes the signals about the number of revolutions of the engine shaft 3 and measures the temperature of the air mass using the temperature sensor 8. As a result, more fuel is injected using the nozzle 7. In cylinder 1, more fuel is burned, engine power is increased and the number of engine revolutions is increased. The electronic control unit 16 responds and closes the throttle 11. The engine speed is reduced until they depress the engine control pedals 15.

При малых нагрузках двигателя нажимают на педаль управления двигателем 15. Датчик хода 17 педали управления дает сигнал на электронный блок управления 16, который открывает дроссельную заслонку 11 и закрывает дроссельную заслонку 13. В цилиндр 1 поступает холодный воздух с большим содержанием кислорода, электронный блок управления 16 увеличивает подачу топлива через форсунку 7. Мощность двигателя увеличивается, обороты двигателя растут до величины, определяемой датчиком хода 17 педали управления 15. Чем больше ход педали управления 15, тем больше обороты двигателя. Каждому положению педали управления 15 соответствуют в памяти электронного блока управления 16 свои величины.At low engine loads, press the engine control pedal 15. The travel sensor 17 of the control pedal gives a signal to the electronic control unit 16, which opens the throttle valve 11 and closes the throttle valve 13. Cold air with a high oxygen content enters cylinder 1, the electronic control unit 16 increases the fuel supply through the nozzle 7. The engine power increases, the engine speed rises to a value determined by the stroke sensor 17 of the control pedal 15. The greater the stroke of the control pedal 15, the greater engine speed. Each position of the control pedal 15 corresponds in the memory of the electronic control unit 16 with its own values.

Достигнув необходимой величины оборотов для данного положения педали управления 15, электронный блок управления приоткрывает дроссельную заслонку 13 и прикрывает настолько же дроссельную заслонку 11. Благодаря этому давление на входе впускного клапана 4 не меняется, сохраняется степень сжатия топливовоздушной смеси в цилиндре 1 при любых малых нагрузках от холостого хода до максимальной мощности двигателя, а следовательно, двигатель постоянно работает с высоким кпд, соответствующим для данной степени сжатия топливовоздушной смеси. Использование этого способа уменьшает расход топлива на 15-20% при езде в городском режиме.Having reached the required speed for a given position of the control pedal 15, the electronic control unit opens the throttle 13 and covers the same throttle 11. Due to this, the pressure at the inlet of the inlet valve 4 does not change, the compression ratio of the air-fuel mixture in cylinder 1 is maintained at any light load idling to maximum engine power, and therefore, the engine is constantly working with high efficiency, appropriate for a given compression ratio of the air-fuel mixture. Using this method reduces fuel consumption by 15-20% when driving in urban mode.

Claims

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания со свечой зажигания, который осуществляется в двигателе внутренного сгорания, содержащем цилиндр 1, имеющем поршень 2, связанный с валом 3, впускной клапан 4 и выпускной клапан 5, свечу зажигания 6, форсунку 7, термодатчик 8, фильтр 9, трубопровод холодного воздуха 10, с установленной в нем первой дроссельной заслонкой 11, трубопровод для горячего воздуха 12, с установленной в нем второй дроссельной заслонкой 13, выходной трубопровод 14, педаль 15, электронный блок управления 16, способ работы двигателя внутреннего сгорания со свечой зажигания заключается в приготовлении топливовоздушной смеси, проведении впуска, сжатия, сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя и выпуска отработанных газов, отличающийся тем, что при холостом ходе и малых нагрузках двигателя при приготовлении топливовоздушной смеси часть входного холодного воздуха нагревают энергией выхлопных газов, и нагретый таким образом воздух смешивают с входным холодным воздухом, причем трубопровод горячего воздуха 12 помещен в выходной трубопровод 14.1. The method of operation of an internal combustion engine with an spark plug, which is carried out in an internal combustion engine containing a cylinder 1 having a piston 2 connected to a shaft 3, an intake valve 4 and an exhaust valve 5, an spark plug 6, an atomizer 7, a temperature sensor 8, a filter 9, a cold air pipe 10, with a first throttle valve 11 installed therein, a hot air pipe 12, with a second throttle valve 13 installed therein, an output pipe 14, a pedal 15, an electronic control unit 16, an internal engine operation method combustion with a spark plug consists in preparing a fuel-air mixture, conducting inlet, compression, combustion of a fuel-air mixture in the engine cylinders and exhaust gas discharge, characterized in that during idling and low engine loads when preparing a fuel-air mixture, part of the cold air inlet is heated with exhaust gas energy and the air thus heated is mixed with the inlet cold air, the hot air line 12 being placed in the outlet line 14.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при холостом ходе двигателя открывают вторую дроссельную заслонку 13 и закрывают первую дроссельную заслонку 11, в цилиндр 1 подают горячий воздух, подогретый выхлопными газами, и посредством электронного блока управления 16 дают сигнал для открытия первой дроссельной заслонки 11, причем горячий воздух смешивают с холодным воздухом, и смешанный воздух подают в цилиндр 1, и при увеличении количества оборотов двигателя закрывают первую дроссельную заслонку 11 посредством электронного блока управления 16.2. The method according to claim 1, characterized in that when the engine is idling, the second throttle valve 13 is opened and the first throttle valve 11 is closed, hot air heated by the exhaust gases is fed into the cylinder 1, and by means of the electronic control unit 16 they give a signal to open the first throttle valve 11, wherein hot air is mixed with cold air, and mixed air is supplied to cylinder 1, and when the engine speed is increased, the first throttle valve 11 is closed by means of an electronic control unit 16.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при малых нагрузках двигателя нажимают на педаль управления двигателем 15, в результате чего дают сигнал на электронный блок управления 16, посредством которого открывают первую дроссельную заслонку 11 и закрывают вторую дроссельную заслонку 13, в цилиндр 1 подают холодный воздух, и при увеличении количества оборотов двигателя до необходимой величины приоткрывают вторую дроссельную заслонку 13 и прикрывают настолько же первую дроссельную заслонку 11 посредством электронного блока управления 16, сохраняя степень сжатия воздуха в цилиндрах на малых оборотах. 3. The method according to claim 1, characterized in that, at low engine loads, press the engine control pedal 15, as a result of which they give a signal to the electronic control unit 16, by means of which the first throttle valve 11 is opened and the second throttle valve 13 is closed into the cylinder 1 serves cold air, and when the number of engine revolutions increases to the required value, the second throttle valve 13 is opened and the first throttle valve 11 is also covered by the electronic control unit 16, keeping the heat of air compression in the cylinders at low speeds.