[go: up one dir, main page]

WO2019160446A2 - Five-stroke operation method for internal combustion engine having split exhaust (variants), turbo-variator, turbo-engine (variants: turbo-piston engine, turbo-reactive engine) - Google Patents

Five-stroke operation method for internal combustion engine having split exhaust (variants), turbo-variator, turbo-engine (variants: turbo-piston engine, turbo-reactive engine) Download PDF

Info

Publication number
WO2019160446A2
WO2019160446A2 PCT/RU2019/000069 RU2019000069W WO2019160446A2 WO 2019160446 A2 WO2019160446 A2 WO 2019160446A2 RU 2019000069 W RU2019000069 W RU 2019000069W WO 2019160446 A2 WO2019160446 A2 WO 2019160446A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
engine
cycle
exhaust
wheel
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2019/000069
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2019160446A3 (en
Inventor
Виктор Миронович ГРИГОРЬЕВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2019160446A2 publication Critical patent/WO2019160446A2/en
Publication of WO2019160446A3 publication Critical patent/WO2019160446A3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B27/00Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues
    • F02B27/04Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues in exhaust systems only, e.g. for sucking-off combustion gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B35/00Engines characterised by provision of pumps for sucking combustion residues from cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/02Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion characterised by the arrangement of the combustion chamber in the chamber in the plant
    • F02C5/04Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion characterised by the arrangement of the combustion chamber in the chamber in the plant the combustion chambers being formed at least partly in the turbine rotor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Turbo engine (options - turbo piston engine, turbojet
  • the alleged group of inventions relates to mechanical engineering and can be applied in engines in general, in internal combustion engines, in hydraulic machines and engines, in hydraulic volume displacement machines, in machine parts.
  • the single general inventive concept of the alleged inventions is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in engines and during the movement of fluid flows, as well as in the simultaneous use of:
  • An integrated approach to the use and optimization of various categories of gas-dynamic and hydrodynamic energies can increase the degree of use of the energy of the working fluid for mechanical work and, accordingly, increase the power and efficiency of the engines.
  • a common drawback of the methods of operating an internal combustion engine known from the prior art is the incomplete cleaning of the cylinder after the exhaust stroke, especially in turbocharged engines due to the increased resistance of the cochle type turbine to the exhaust outlet.
  • they resort to a later (5 ° - 15 °) closing of the exhaust valve after the piston TDC (upper dead center) and earlier (5 ° - 10 °) opening the intake valve to the piston TDC .
  • a part of the exhaust gases can enter the intake manifold and, as a result, worsen the efficiency (efficiency) and engine power.
  • a common disadvantage of the known devices is the underutilization of the released energy during the expansion and compression of gases in engines, as well as in the absence of simultaneous use:
  • the inlet — is realized when the crank shaft crankshaft (PCC) is rotated from 0 to 180 °.
  • PCC crank shaft crankshaft
  • the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.
  • the combustion products remaining from the previous cycle which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the rarefaction created by the piston moving towards the BDC (bottom dead center).
  • the temperature Ta is affected by the heat exchange of a fresh charge with the engine elements that form the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to fuel evaporation.
  • special fuel assemblies high-frequency current
  • the temperature of the fresh charge in the cylinder also increases due to its mixing with hot residual gases.
  • Ta 320 ... 380 K.
  • the second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle ⁇ from 180 to 360 ° PKV (crankshaft rotation).
  • the third stroke of the engine expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the main share of the sub-channels of the fuel cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.
  • the known method does not provide a sufficiently complete release of the cylinders due to the residual pressure in the exhaust system created by the gas flows of the previous releases, and in turbocharged engines, the residual pressure in the exhaust manifold is also due to the increased resistance to the exhaust gases of the turbine with a coiled housing.
  • the technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in internal combustion engines.
  • the engine works, including the first cycle of the engine (intake), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust) (f from 540 to 720 ° PKV by opening the exhaust valve before arrival piston in NTM) add a fifth cycle - by dividing the exhaust gas cycle into the initial high-pressure gas exhaust cycle and immediately following the low-pressure gas exhaust cycle with gas discharge, respectively, through the high-pressure valve into the exhaust path and the high pressure gas and low pressure through the valve into the exhaust gas tract of low pressure.
  • FIG. 1 and 2 illustrate the principle of the method.
  • FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method
  • FIG. 2 shows a graph of the implementation of the proposed method.
  • the fourth exhaust stroke is performed at the value of rotation of the crankshaft by an angle b ⁇ (Fig. 2).
  • the gas pressure on the fourth step drops from 1-0.5 to 0.2-0.3 MPa. High pressure gases are routed to the high pressure gas exhaust path.
  • the fifth cycle of the release of low-pressure gases follows and the crankshaft rotates through an angle b2 (Fig. 2).
  • Low pressure gases are routed to the low pressure gas exhaust path.
  • the gas pressure at the fifth step in the proposed method can be lower by up to OD MPa than in the known methods. This is because the aerodynamic resistance to the release of gases in the proposed method is significantly lower than in the known methods.
  • the inlet — is realized by turning the crankshaft crank (PCB) from 0 to 180 °.
  • PCB crankshaft crank
  • the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.
  • the combustion products remaining from the previous cycle which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).
  • the temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel.
  • a special fuel assembly heating is sometimes used in the inlet pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases.
  • the second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle ⁇ from 180 to 360 °.
  • the third stroke of the engine expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the main share of the sub-channels of the fuel cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.
  • the known method has a significant drawback due to the joint opening of the inlet and outlet valves when changing the "exhaust - intake” cycles, due to which the exhaust gases partially enter the intake manifold.
  • the technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion and compression of gases in internal combustion engines by more thoroughly cleaning the cylinder after the exhaust stroke by separating the fourth cycle, which makes it possible to minimize the time period for the joint opening of the intake and exhaust valves.
  • Minimizing the time period for the joint opening of the intake and exhaust valves when changing the "exhaust - intake” cycles allows to improve the quality of the working fluid and, as a result, the degree of use of the working fluid energy for mechanical work and, accordingly, increase the power and efficiency of the internal combustion engine.
  • a five-stroke separate gas exhaust including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure.
  • a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases at the end of the cycle. This allows you to perform the angle of rotation of the crankshaft during the joint opening of the exhaust and intake valves between the exhaust stroke and the intake stroke as little as possible.
  • FIG. 1 and 3 illustrate the principle of the method.
  • FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method
  • FIG. 3 shows a graph of the implementation of the proposed method.
  • the fourth exhaust cycle is performed at the magnitude of the crankshaft rotation by the angle b ⁇ (Fig. 3).
  • the gas pressure on the fourth step drops from 1-0.5 to 0.2-0.3 MPa. High pressure gases are routed to the high pressure gas exhaust path.
  • the fifth cycle of the release of low-pressure gases follows and the crankshaft rotates through an angle b2 (Fig. 3).
  • Low pressure gases are routed to the low pressure gas exhaust path.
  • the gas pressure at the fifth step in the proposed method can be lower than in the known methods and reach up to 0.1 MPa. This is because the aerodynamic resistance to the release of gases in the proposed method is significantly lower than in the known methods.
  • the fifth stroke provides a reduction in pressure in the exhaust tract, and at the end of the exhaust stroke the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases occurs. This allows you to perform the angle of rotation of the Crankshaft during the joint opening of the exhaust and intake valves between the exhaust stroke and the intake stroke as little as possible.
  • the smallest possible angle / joint opening of the valves correlates with the dimensions of the thermal clearances between the valves and the valve followers.
  • the first cycle of the engine — the inlet — is realized by turning the crankshaft crank (PKV) from 0 to 180 °.
  • PSV crankshaft crank
  • the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since in order to better organize gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.
  • the combustion products remaining from the previous cycle which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).
  • the temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel.
  • a special fuel assembly heating is sometimes used in the intake pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases.
  • the second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle ⁇ from 180 to 360 °.
  • the third stroke of the engine expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the bulk of the fuel supplied to the cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.
  • the known method has a significant drawback due to the early opening of the exhaust valve at the end of the "release" cycle, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.
  • the opening angle of the opening of the exhaust valve can reach 60 degrees to BDC.
  • the pressure in the cylinder of the diesel engine can be about 1 MPa.
  • the technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in internal combustion engines by means of a later, up to 15 degrees compared to four-stroke engines-analogues, opening the exhaust valve of high pressure.
  • a five-stroke separate gas exhaust including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure.
  • a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases at the end of the cycle. This allows you to increase the angle of rotation of the crankshaft on the expansion stroke to 15 degrees relative to four-stroke engines-analogues.
  • FIG. 1 and 4 illustrate the principle of the method.
  • FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method
  • FIG. 4 shows a graph of the implementation of the proposed method.
  • the exhaust valve opens later, and the crankshaft is rotated during the stroke by the angle a ⁇ , receiving an increment of the stroke angle by W (Fig. 3), then the fourth release stroke is made with the rotation crankshaft at an angle b ⁇ (Fig. 4).
  • the gas pressure on the fourth step drops from 1-0.5 to 0.2-0.3 MPa. High pressure gases are routed to the high pressure gas exhaust path.
  • the fifth cycle of the release of low-pressure gases follows and the crankshaft rotates through an angle b2 (Fig. 4).
  • Low pressure gases are routed to the low pressure gas exhaust path.
  • the gas pressure at the fifth step in the proposed method can be lower than in the known methods and reach up to 0.1 MPa. This is because the gas-dynamic resistance to the release of gases in the proposed method is significantly lower than in the known methods.
  • the fifth stroke provides a reduction in pressure in the exhaust tract, and at the end of the exhaust stroke the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases occurs. This allows you to increase the angle of rotation of the crankshaft on the expansion stroke up to 15 degrees relative to four-stroke engines-analogues.
  • the four-stroke mode of operation of the internal combustion engine is the closest to the five-stroke separate combustion engine internal combustion engine operation method (Automotive engines: textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I . V. Alekseevi et al.]; Edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center “Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Baccalaureate ) .ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).
  • the first cycle of the engine — the inlet — is realized by turning the crankshaft crank (PKV) from 0 to 180 °.
  • PSV crankshaft crank
  • the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.
  • the combustion products remaining from the previous cycle which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).
  • the temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel.
  • a special fuel assembly heating is sometimes used in the intake pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases.
  • the second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle ⁇ from 180 to 360 °.
  • the third stroke of the engine expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the bulk of the fuel supplied to the cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.
  • the known method has a significant drawback due to the incomplete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the “release” stroke, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.
  • the technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion and compression of gases in internal combustion engines by dividing the exhaust gas cycle into the initial high pressure gas cycle and immediately following the low pressure gas cycle with gas exhaust, respectively, through a turbo engine a path for releasing high pressure gases and through a vacuum pump to a path for releasing low pressure gases.
  • a five-stroke separate gas exhaust including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure.
  • a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures the separation of the exhaust gas cycle into the initial high-pressure gas cycle and immediately following the low-gas cycle with gas discharge, respectively, through a turbo engine into the high-pressure gas channel and through the vacuum pump into the low-pressure gas exhaust path ..
  • This allows for more complete cleaning of the exhaust gases from the cylinders, which in turn allows the engine power spruce due to lower gas-dynamic resistance to the exit of exhaust gases when the piston moves from BDC to TDC.
  • FIG. 1 and 2 illustrate the principle of the method.
  • FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method
  • FIG. 4 shows a graph of the implementation of the proposed method.
  • the high-pressure exhaust valve opens with the direction of the high-pressure gases to the turbo engine, while the crankshaft rotates through angle b ⁇ (Fig. 2), performing the fourth cycle of the engine.
  • the gas pressure in the cylinder at the fourth cycle of the engine varies from 1 to 0.2 MPa and depends on the type and individual characteristics of the engine.
  • the fifth exhaust cycle begins with the opening of the exhaust valve and the direction of the exhaust gases to the vacuum pump, while the elbow rotates through angle b2 (Fig. 2), performing the fifth engine operation cycle.
  • the gas pressure in the cylinder at the fifth stroke of the engine is 0.1 MPa or lower and depends on the type and individual characteristics of the engine.
  • the fifth cycle reduces the pressure in the exhaust tract to atmospheric or lower, and at the end of the exhaust cycle the cylinder is most completely cleaned of exhaust gases. This allows for more complete cleaning of the cylinders from exhaust gases, which in turn makes it possible to increase engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exit of exhaust gases when the piston moves from BDC to TDC.
  • the combustion products remaining from the previous cycle which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to rarefaction created by the piston moving towards the bottom dead center (BDC).
  • the second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle ⁇ from 226 to 360 °.
  • the third stroke of the engine is expansion (f from 360 to 426 ° PKV).
  • the known method has a significant drawback due to the early opening of the exhaust valve, incomplete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the exhaust stroke, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.
  • the exhaust cycle is more than 90 degrees, at the time of completion of the exhaust cycle in a cylinder from another cylinder at the initial stage of the exhaust cycle, high-pressure gases are emitted into the manifold - thus, overpressure is constantly stored in the manifold. For this reason, the engine power drops, and to release the cylinders from the exhaust gases, they resort to closing the exhaust valve after passing the TDC with the intake valve open, which in turn also leads to the ingress of exhaust gases into the intake manifold, and deterioration of the quality of the working fluid.
  • the technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion and compression of gases in internal combustion engines by dividing the exhaust gas cycle into the initial high pressure gas cycle and immediately following the low pressure gas cycle followed by the transition from the gas cycle high pressure to the cycle of release of low pressure gases with gas distribution phases:
  • a five-stroke separate gas exhaust including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure.
  • a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures that the exhaust gas cycle is divided into the initial high-pressure gas cycle and immediately following the low-pressure gas cycle, followed by a transition from the high-pressure gas cycle to the low-pressure gas cycle with valve timing:
  • the inlet valve begins to open at an angle of 0-1 ° after the TDC, which ensures the almost complete absence of joint opening of the valves during the transition from the cycle ((outlet) to the “intake” cycle, since the end of closing the low-pressure exhaust valve occurs when the crank angle shaft 1-2 ° after TDC.
  • the value of the joint opening of the valves is affected by the amount of thermal clearance and its change during engine operation.
  • the inlet valve closes when the crankshaft angle of rotation is 20-30 ° after BDC. Actually, the opening angles are set Existence and closing of valves experimentally, testing the engine in different operating modes.
  • the high-pressure exhaust valve opens at an angle of 20-30 ° to the BDC, and the high-pressure gases are directed to a turbo engine or to the high-pressure gas outlet.
  • the high pressure valve closes at a crank angle of 10-20 ° after the BDC.
  • the pressure of high-pressure exhaust gases drops from 1.2 - 1.0 MPa at the beginning of the cycle of exhaust high-pressure gases to 0.2 - 0.1 MPa at the end of the cycle.
  • the low-pressure exhaust cycle Prior to the completion of the high-pressure exhaust cycle, the low-pressure exhaust cycle begins by opening the low-pressure exhaust valve. Pressure at an angle of 0-10 ° to the BDC, and low-pressure gases are directed to a vacuum pump or to the low-pressure gas outlet. Closing of the low pressure valve occurs at a crank angle of 1-2 ° after TDC. Low-pressure exhaust gas pressure drops from 0.2 - OD MPa at the beginning of the low-pressure exhaust cycle to OD - 0.05 MPa at the end of the cycle. The low pressure of the exhaust gases at the end of the fifth stroke provides a low gas-dynamic resistance to the piston when it moves from the BDC to the TDC, and also provides the most complete cleaning of the cylinders from exhaust gases at the end of the low-pressure exhaust cycle. In fact, they set the opening and closing angles of the valves empirically, testing the engine at different operating modes.
  • the fifth cycle reduces the pressure in the exhaust tract to atmospheric or lower, and at the end of the exhaust cycle the cylinder is most completely cleaned of exhaust gases. This allows for more complete cleaning of the cylinders from exhaust gases, which in turn makes it possible to increase engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exit of exhaust gases when the piston moves from BDC to TDC.
  • the four-stroke mode of operation of an internal combustion engine is the closest to the five-stroke separate combustion engine internal combustion engine operation method (Automotive engines: a textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I . V. Alekseevi et al.]; Edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center “Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Baccalaureate ) .ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).
  • the first cycle of the engine — inlet — is realized when the crank of the crankshaft (PCB) is rotated from 0 to 180 °.
  • PCB crank of the crankshaft
  • the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.
  • the combustion products remaining from the previous cycle which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).
  • the temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel.
  • a special fuel assembly heating in the inlet pipe is used either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases.
  • the second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle ⁇ from 180 to 360 °.
  • the third stroke of the engine expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the main share of the sub-channels of the fuel cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.
  • the known method has a significant drawback due to the incomplete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the “release” stroke, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.
  • the exhaust cycle is more than 90 degrees, at the time of completion of the exhaust cycle in a cylinder from another cylinder at the initial stage of the exhaust cycle, high-pressure gases are emitted into the manifold - thus, overpressure is constantly stored in the manifold. For this reason, the engine power drops, and to release the cylinders from the exhaust gases, they resort to closing the exhaust valve after passing the TDC with the intake valve open, which in turn also leads to the ingress of exhaust gases into the intake manifold, and deterioration of the quality of the working fluid.
  • the technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in internal combustion engines by dividing the exhaust cycle into the initial cycle of the release of high-pressure gases and the immediately following cycle of the release of low-pressure exhaust gases with the release of gases, respectively, through the turbo engine to the high-pressure gas discharge path and through the vacuum pump to the low-pressure gas exhaust path, and the turbocompressor is replaced by a turbovariator consisting of interlocked between of turbo engine cases, vacuum pump and compressor, made on the same axis of the turbo engine wheel, vacuum pump wheel and compressor wheel
  • a five-stroke separate gas exhaust including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure.
  • a fifth low-pressure gas cycle is created, thereby separating the exhaust gas cycle into the initial high-pressure gas cycle and immediately following the low-pressure gas cycle.
  • the gas-dynamic scheme of the engine operation includes a turbovariator, consisting of interlocked turbocharger bodies, a vacuum pump, a compressor and wheels made on the same axis: a turbo engine wheel, a vacuum pump wheel, and a compressor wheel. High pressure gases are released through a turbo engine. Low pressure gases are discharged through a vacuum pump. The working fluid is pumped into the cylinders by a compressor.
  • the high-pressure gas exhaust cycle ensures the gas supply to the turbo engine at a pressure of 1.0 - 0.2 MPa, which in turn allows the use of the most energy-saturated exhaust gases for the operation of the turbovariator.
  • the compressor supplies the working fluid to the engine cylinders.
  • Turbovariator allows you to increase engine power. For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, a drop in the average exhaust gas pressure of 0.05 MPa will allow you to get useful work:
  • the increase in power in the proposed method will be 15%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power.
  • FIG. 1 and 2 illustrate the principle of the method.
  • FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method
  • FIG. 2 shows a graph of the implementation of the proposed method.
  • the high-pressure exhaust valve opens with the direction of the high-pressure gases to the turbo engine (Fig. 5, Fig. 9) of the turbovariator, while the bent rotates at an angle b ⁇ (Fig. 2), performing the fourth cycle engine operation.
  • the gas pressure in the cylinder at the fourth cycle of the engine varies from 1 to 0.2 MPa and depends on the type and individual characteristics of the engine.
  • the fifth exhaust cycle begins with the exhaust valve opening and the exhaust gases being directed to the vacuum pump (Fig. 5, Fig. 9) of the turbovariator, while the elbow rotates through angle b2 (Fig. 2), performing the fifth engine cycle.
  • the gas pressure in the cylinder at the fifth stroke of the engine is OD MPa or lower and depends on the type and individual characteristics of the engine.
  • the turbovariator compressor provides the supply of the working fluid to the cylinders under excessive pressure.
  • the fifth cycle reduces the pressure in the exhaust tract to atmospheric or lower, and at the end of the exhaust cycle the cylinder is most completely cleaned of exhaust gases. This allows for more complete cleaning of the cylinders from exhaust gases, which in turn allows to increase engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exhaust gas output when the piston moves from BDC to TDC. 7. From the prior art, the device in the form of a turbovariator is not identified.
  • a turbocompressor (see, for example, RF patent 2172432 IPC F04D 27/00 F02B 37/00 dated 04.24.2000), comprising a housing with snug compressor and turbine elements, a rotor mounted on the axis with cantilever mounted workers inside the housing compressor and turbine wheels.
  • a turbine installed in a snail housing element is driven from the exhaust gases of the engine and rotates the compressor turbine.
  • the known device has a significant drawback - the device is not applicable for a five-stroke engine, because it does not provide the technical possibility of artificially lowering the pressure in the exhaust duct of the low-pressure manifold of a five-stroke engine.
  • the known device has a significant drawback also due to the increased resistance of the snug element of the turbine due to the counter-pressure generated by the rotation of the gases, which causes the cylinders to be incompletely released from exhaust gases at the end of the exhaust stroke, as a result, engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.
  • the technical result of the invention lies in the creation of a turbovariator for artificially reducing the pressure in the exhaust tract of the low pressure of the five-stroke engine.
  • turbocompressor consisting of turbine housings interlocked between each other and the compressor with the turbine wheels and compressor wheels mounted on it on the same axis
  • a turbovariator is made consisting of interlocked turbocharger, vacuum pump, and compressor housings. Inside the housing block, a turbo engine wheel, a vacuum pump wheel and a compressor wheel are mounted on the same axis.
  • the turbovariator is included in the gas-dynamic scheme of the five-stroke engine. High pressure gases (fourth cycle of exhaust) drive the turbo engine. Low-pressure gases (fifth cycle of exhaust) exit through a vacuum pump. The compressor pumps the working fluid into the cylinders.
  • the turbovariator allows you to increase engine power by a total of 40%: a) For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, an opening angle of opening the exhaust valve of 60 degrees, an increase in the angle of rotation of the crankshaft by 15 degrees will provide useful work with an average pressure of piston 1 MPa:
  • the increase in power in the proposed method will be 15%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power.
  • FIG. 5 and 9 illustrate a device diagram
  • the snail element 3 of the compressor housing and the compressor wheel 6 are not changed in the device.
  • the turbine is replaced by a turbo engine in that the snail element of the turbine housing is replaced by a turbo engine body 1, and the turbine wheel by a turbo engine wheel 4.
  • the input and output of exhaust gases occurs in the plane of rotation of the turbo engine.
  • the turbovariator is made according to the following layout scheme and consists of the following elements: Wheel 4 of a turbo engine, wheel 5 of a vacuum pump, wheel 6 of a compressor mounted on the same axis 7 in interlocked housing 1 of the turbo engine, housing 2 of the vacuum pump and housing 3 of the compressor.
  • FIG. 5 - 12 show the direction of gas movement during the turbo-variator operation according to two variants of the turbo engine scheme.
  • the design of the turbo engine is not critical for the turbovariator, but should provide an input and output of high pressure exhaust gases in the plane of rotation of the turbo engine wheel.
  • the device operates as follows (Fig. 5 - Fig. 12).
  • FIG. Figures 6 and 10-12 show cross-sectional options for a turbo engine.
  • the rotation of the turbocharger wheel 4 causes the rotation of the wheels 5 and the compressor wheels 6 mounted on the same axis 7
  • the vacuum pump and compressor are made according to the prior art in the form of a pair of wheel / clutch.
  • a common disadvantage of the known devices is the underutilization of the released energy during the expansion and compression of gases in engines, as well as in the absence of simultaneous use:
  • a turbine consisting of a turbine housing of the cochlea type, providing gas inlet tangentially to the wheel circumference and gas outlet from the central part of the body longitudinally to the axis of rotation of the wheel, made on the axis of the turbine wheel with radially arranged blades.
  • the known device has a significant drawback - the device is not applicable for a five-stroke engine, because it does not provide the technical possibility of artificially lowering the pressure in the exhaust tract of a low-pressure engine of a five-stroke engine.
  • the known device has a significant drawback also due to the increased resistance of the snail element of the turbine due to the backpressure created by the rotation of the gases, which is why this is happening! ' incomplete release of cylinders from exhaust gases at the end of the “release” stroke, as a result - engine power decreases, and fuel consumption increases unreasonably.
  • the technical result of the invention is to reduce the resistance of the turbo engine to the exhaust exhaust gas, which, if the proposed turbo engine is used in the gas distribution systems of four-stroke engines, allows for more complete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the exhaust stroke, and as a result, an increase in engine power and lower fuel consumption .
  • a turbo engine is made up of a housing 1 with at least one pair of gases sequentially arranged tangentially to the circumference of the wheel 4 of the nozzle inlet 8 and a gas outlet 9 connected to each other by rotary cavities 10 for gas reversal and with a turbo engine installed in the housing 1 wheel 4 of the cylinder-blade type, made in the form of a monolithic wheel with recesses 11 in the tangential direction from round to rectangular cross-section with a curved bottom, while the distances [a] me waiting for the nozzle inlet and diffuser output in the turbo engine housing exceed the size of the segment [b [wheel circumference in the place of its deepening.
  • the total relative position of the nozzle gas inlet, diffuser gas outlet, the configuration of the wheel recess and the mutual ratio of the distances between the nozzle inlet and the diffuser outlet in the turbo engine body creates a pseudo piston effect, making it possible to create a turbo engine variant in the form of a turbo piston engine.
  • the combination of the mutual arrangement of the nozzle inlet of gases, the diffuser outlet of gases, the configuration of the recess of the wheel and the relationship between the distances between the nozzle inlet and the diffuser outlet in the turbo engine housing provides the most complete use of the released energy:
  • Recesses of the monolithic wheel as an option perform a curved-drop-shaped cross-section with the direction of the tip of the drop back to the rotation of the wheel. This provides the best gas-dynamic characteristics during operation of the device as a whole.
  • the device operates as follows (Fig. 5 and 6).
  • the high-pressure exhaust gases enter the turbine engine housing 1 through a nozzle inlet 8, opposite which a diffuser outlet 9 is located tangentially to the wheel circumference.
  • the gases create pressure on the wheel 4 along a tangent line, since between the nozzle inlet 8 and diffuser output 9 has a pressure gradient.
  • gas fills the recess 11 of the monolithic wheel, creating pressure on it along the tangent line of the circumference of the wheel 4, which creates torque on the wheel axis and thus realizes the most complete use of the energy released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid or gas.
  • the kinetic energy of the working fluid is also used.
  • a common disadvantage of the known devices is the underutilization of the released energy during the expansion and compression of gases in engines, as well as in the absence of simultaneous use:
  • a turbine consisting of a turbine housing of the cochlea type, providing gas inlet tangentially to the wheel circumference and gas outlet from the central part of the body longitudinally to the axis of rotation of the wheel, made on axis of the turbine wheel with radially arranged blades.
  • the known device has a significant drawback - the device is not applicable for a five-stroke engine, because it does not provide the technical possibility of artificially lowering the pressure in the exhaust tract of a low-pressure engine of a five-stroke engine.
  • the known device has a significant drawback also due to the increased resistance of the snug element of the turbine due to the counter-pressure generated by the rotation of the gases, which causes the cylinders to be incompletely released from exhaust gases at the end of the exhaust stroke, as a result, engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.
  • the technical result of the invention is to reduce the resistance of the turbo engine to the exhaust exhaust gas, which, if the proposed turbo engine is used in the gas distribution systems of four-stroke engines, allows for more complete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the exhaust stroke, and as a result, an increase in engine power and lower fuel consumption .
  • a turbo engine is made up of a housing 1 with a reactive-blade type wheel 4 installed in it, with at least one cavity 12 made parallel to the plane of the wheel 4, communicating via at least one transition cylinder 13 with a width [s] with a working volume 14, formed by the blades 15 of the wheel 4, located on the circumference of the wheel and made in the form of plates bent back to rotation of the wheel of the wheel so that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase the appearance of the exit of gases from the cylinder.
  • FIG. 13 shows a variant of the conical design of the cylinder.
  • the conical design of the cylinder allows you to bend the plate of the blades at the greatest angles back to the rotation of the wheel.
  • the device operates as follows (Fig. 9 - 13).
  • High pressure exhaust gases enter the turbo engine housing 1 through the nozzle inlet 16.
  • the gases create pressure on the wheel 4 along a tangent line, since there is a pressure gradient between the nozzle inlet 16 and the transition cylinders 13. Initially, the gas transfers kinetic energy to the blades 15 of the wheel 4, creating pressure on it along the tangent line of the circle of the wheel 4, which creates torque on the wheel axis 7 and thus uses the kinetic energy of high-pressure gases.
  • the existing constant pressure gradient between the nozzle inlet 16, the working volume 14 and then the cavity 12 causes the movement of gases between the blades 15, made in the form of plates bent back to the rotation of the wheel so that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase in the direction of gas exit cylinder 13.
  • the movement of gases between the blades 15 causes them to expand due to a drop in their pressure, and if the area of the channels between the blades 15 does not increase or decreases in the direction
  • the motion of gases leads to an increase in their velocity, causing the effect of a jet nozzle at the exit of gases from the blades 15 of the wheel 4 to the cavity 12.
  • the blade plates 15 are bent to the greatest angles back to the rotation of the wheel and to the greatest extent reduce the cross-sectional area of the channels between the blades 15 in the direction of gas movement, which makes it possible to enhance the effect of the jet nozzle.
  • Training materials / Ter-Mkrtichyan, G.G. “Internal combustion engines with non-traditional working cycles” textbook, manual / G.G. Ter-Mkrtichyan. - M .: MAflHJSBN 978-5-7962-0202-9, UDC 621.43, LBC 31.365 /.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

The group of inventions relates to mechanical engineering and can be used in engines in general, internal combustion engines, hydraulic machines and engines, hydraulic positive displacement machines, and machine parts. The single general inventive concept of the proposed inventions consists in optimizing the energy released and used during gas expansion and compression processes in engines and during the movement of fluid streams, as well as in the simultaneous use of: the energy released during expansion and displacement by a working fluid in the form of a liquid and/or a gas; the kinetic energy of the working fluid; the reactive energy of the working fluid. This comprehensive approach to using and optimizing various categories of gas-dynamic and hydrodynamic energy makes it possible to increase the degree to which the energy of a working fluid is used for doing mechanical work and, thus, to increase engine power and energy efficiency by 20-40%.

Description

Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов (варианты)  The method of operation of the internal combustion engine five-stroke separate release of gases (options)

Турбовариатор  Turbovariator

Турбодвигатель (варианты - турбопоршневой двигатель, турбореактивный  Turbo engine (options - turbo piston engine, turbojet

двигатель)  engine)

Описание к заявке на изобретение Description of the application for invention

Предполагаемая группа изобретений относится к машиностроению и может быть применена в двигателях вообще, в двигателях внутреннего сгорания, в гидравлических машинах и двигателях, в гидравлических машинах объемного вытеснения, в деталях машин. The alleged group of inventions relates to mechanical engineering and can be applied in engines in general, in internal combustion engines, in hydraulic machines and engines, in hydraulic volume displacement machines, in machine parts.

Единый общий изобретательский замысел предполагаемых изобретений заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях и при движении потоков жидкостей, а также в одновременном использовании :  The single general inventive concept of the alleged inventions is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in engines and during the movement of fluid flows, as well as in the simultaneous use of:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Комплексный подход к использованию и оптимизации различных категорий газодинамических и гидродинамических энергий позволяет повысить степень использования энергии рабочего тела для совершения механической работы и соответственно повысить мощность и КПД двигателей.  An integrated approach to the use and optimization of various categories of gas-dynamic and hydrodynamic energies can increase the degree of use of the energy of the working fluid for mechanical work and, accordingly, increase the power and efficiency of the engines.

Уровень техники State of the art

Известны различные способы работы двигателя внутреннего сгорания, которые можно разделить: - простейший способ с устройством четырёхтактного цикла «впуск - сжатие - рабочий ход - выпуск», при этом между тактом выпуска и тактом впуска существует некоторый временной промежуток их взаимного наложения, что изложено в технической литературе, например httos ://infopedia.su/5x51 ee.html Руководстве по эксплуатации Ха 850.3902150 двигателей ЯМЗ-850.10ЯМЗ-8501.10 ОАО "АВТОДИЗЕЛЬ" (Ярославский моторный завод); There are various methods of operation of an internal combustion engine, which can be divided: - the simplest method with a four-stroke cycle “intake - compression - working stroke - release”, while between the exhaust stroke and the intake stroke there is a certain time interval for their overlapping, which is described in the technical literature, for example httos: //infopedia.su/5x51 ee.html Operation manual Xa 850.3902150 for YaMZ-850.10YaMZ-8501.10 engines of AUTODIESEL OJSC (Yaroslavl Motor Plant);

- усовершенствованные способы с применением турбонаддува, подачей в цилиндры предварительно сжатых компонентов топливной смеси, с использованием шеститактного цикла и пр., что изложено например : в учебных материалах ///// Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М.Г.Шатров, К.А.Морозов, И.В. Алексеев и др.] ; под ред. М. Г.Шатрова.— 3-е изд., испр. и доп.— М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5-4468-0186-2, ///// Тер-Мкртичьян, Г.Г. «Двигатели внутреннего сгорания с нетрадиционными рабочими циклами» учеб, пособие / Г.Г. Тер-Мкртичьян. - М.: МАДИДБВЫ 978-5-7962-0202-9, УДК 621.43, ББК 31.365 /.  - improved methods using turbocharging, feeding into the cylinders pre-compressed components of the fuel mixture, using a six-cycle cycle, etc., which is described for example: in educational materials ///// Automotive engines: a textbook for students. institutions of higher prof. education / [M.G. Shatrov, K.A. Morozov, I.V. Alekseev et al.]; under the editorship of M. G. Shatrova. — 3rd ed., Rev. and add. — M.: Academy Publishing Center, 2013. — 464 pp. — (Ser. Bachelor). ISBN 978-5-4468-0186-2, ///// Ter-Mkrtichyan, G.G. “Internal combustion engines with non-traditional working cycles” textbook, manual / G.G. Ter-Mkrtichyan. - M .: MADIDBVY 978-5-7962-0202-9, UDC 621.43, LBC 31.365 /.

Общим недостатком известных из уровня техники способов работы двигателя внутреннего сгорания является неполноценное очищение цилиндра после такта выпуска, особенно в двигателях с турбонаддувом ввиду повышенного сопротивления турбины улиткообразного типа выходу выхлопных газов. Для повышения степени очистки цилиндра после такта выпуска прибегают к более позднему (на 5° - 15°) закрытию выхлопного клапана после прохождения поршнем ВМТ (верхней мёртвой точки) и более раннему (на 5° - 10°) открытию впускного клапана до прохождения поршнем ВМТ. Но из-за совместного открытия клапанов часть выхлопных газов может попадать во впускной коллектор и вследствие этого ухудшать КПД (коэффициент полезного действия) и мощность двигателя.  A common drawback of the methods of operating an internal combustion engine known from the prior art is the incomplete cleaning of the cylinder after the exhaust stroke, especially in turbocharged engines due to the increased resistance of the cochle type turbine to the exhaust outlet. To increase the degree of cylinder cleaning after the exhaust stroke, they resort to a later (5 ° - 15 °) closing of the exhaust valve after the piston TDC (upper dead center) and earlier (5 ° - 10 °) opening the intake valve to the piston TDC . But due to the joint opening of the valves, a part of the exhaust gases can enter the intake manifold and, as a result, worsen the efficiency (efficiency) and engine power.

Известны различные способы работы двигателей турбинного типа, которые можно разделить:  There are various methods of operation of turbine type engines, which can be divided:

- турбины на принципе Тесла с подачей рабочего тела в направлении по касательной к окружности колеса турбины с переходом в процессе работы рабочего тела к центру вращения колеса турбины;  - turbines on the Tesla principle with the supply of the working fluid in a direction tangential to the circumference of the turbine wheel with the transition in the process of working fluid to the center of rotation of the turbine wheel;

- работающие по принципу водяного колеса с одновременным использованием кинетической, потенциальной энергий и выходом рабочего тела в процессе работы по направлению касательной линии к окружности колеса;  - working on the principle of a water wheel with the simultaneous use of kinetic, potential energies and the output of the working fluid during operation in the direction of the tangent line to the circumference of the wheel;

- турбины на принципе Лаваля с подачей рабочего тела продольно оси вращения колеса турбины.  - turbines based on the Laval principle with the supply of the working fluid longitudinally to the axis of rotation of the turbine wheel.

Известные способы работы двигателей турбинного типа изложены в технической и патентной литературе, например в учебном пособии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Кафедры ТГТД МГТУ «МАМИ» Б. Н. Давыдков В. Н. Каминский «Системы и агрегаты наддува транспортных двигателей» Учебное пособие для студентов специальностей 140501.65 «Двигатели внутреннего сгорания», 140503.65 «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели», патенте РФ 2016221 «Гидравлическая реактивная турбина». Known methods of operation of turbine-type engines are described in technical and patent literature, for example, in the textbook of the State educational institution of higher professional education of the Department of TSTD MSTU "MAMI" B. N. Davydkov V. N. Kaminsky "Systems and units of pressurization of transport engines" Study guide for students of specialties 140501.65 "Engines and internal combustion engines", 140503.65 “Gas turbine, steam turbine plants and engines”, RF patent 2016221 “Hydraulic jet turbine”.

Общим недостатком известных устройств является недоиспользование выделяемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях, а также в отсутствие одновременного использования :  A common disadvantage of the known devices is the underutilization of the released energy during the expansion and compression of gases in engines, as well as in the absence of simultaneous use:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

1) Наиболее близким к способу работы двигателя внутреннего сгорания пятитактному раздельного выпуска газов является четырёхтактный способ работы двигателя внутреннего сгорания (Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексееви др.] ; под ред. М. Г. Шатрова. — 3-е изд., испр. и доп. — М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5- 4468-0186-2 ) (стр. 23 - 25). 1) The closest to the method of operation of the internal combustion engine of a five-stroke separate gas release is the four-stroke method of operation of the internal combustion engine (Automotive engines: a textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I . V. Alekseevi et al.]; Edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center "Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Baccalaureate ) .ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).

Согласно известному способу - Первый такт работы двигателя— впуск— реализуется при повороте кривошипа коленчатого вала (ПКВ) от 0 до 180°. Применительно к рабочему циклу поршневого двигателя понятия «такт» и «процесс» не совпадают, поскольку для лучшей организации процессов газообмена впускные и выпускные клапаны открываются до начала соответствующих тактов и закрываются после их завершения.  According to the known method - the first cycle of the engine — the inlet — is realized when the crank shaft crankshaft (PCC) is rotated from 0 to 180 °. In relation to the working cycle of a piston engine, the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом происходит из- за разрежения, создаваемого поршнем, движущимся в сторону НМТ (нижней мертвой точки).  Before the start of the intake, the combustion products remaining from the previous cycle, which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the rarefaction created by the piston moving towards the BDC (bottom dead center).

Давление в конце такта впуска для безнаддувного двигателя внутреннего сгорания = 0,08 ... 0,09 МПа  Pressure at the end of the intake stroke for a naturally aspirated internal combustion engine = 0.08 ... 0.09 MPa

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение вследствие испарения топлива Для повышения полноты испарения иногда используется специальный подогрев ТВС (ток высокой частоты) во впускном трубопроводе либо горячей жидкостью из системы охлаждения, либо отработавшими газами). Температура свежего заряда в цилиндре увеличивается также вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами. На режиме номинальной мощности в двигателе с искровым зажиганием превалирует подогрев свежего заряда, и Та = 320 ... 380 К.  The temperature Ta is affected by the heat exchange of a fresh charge with the engine elements that form the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to fuel evaporation. To increase the completeness of evaporation, special fuel assemblies (high-frequency current) are sometimes used in the intake pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases). The temperature of the fresh charge in the cylinder also increases due to its mixing with hot residual gases. At rated power mode in a spark ignition engine, fresh charge heating prevails, and Ta = 320 ... 380 K.

Чем больше уровень газодинамических потерь, выше подогрев свежего заряда, больше количество продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре двигателя от предыдущего цикла, тем меньше свежего заряда поместится в нем к концу процесса впуска. The greater the level of gas-dynamic losses, the higher the heating of the fresh charge, the greater the amount of combustion products remaining in the engine cylinder from the previous cycle, the less fresh charge will fit in it by the end of the intake process.

Второй такт работы двигателя— сжатие— осуществляется при повороте кривошипа на угол ф от 180 до 360° ПКВ (поворот коленчатого вала).  The second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle φ from 180 to 360 ° PKV (crankshaft rotation).

Третий такт работы двигателя— расширение (ф от 360 до540° ПКВ)— включает в себя сгорание основной доли поданногов цилиндр топлива, расширение рабочего тела и выполнение полезной работы.  The third stroke of the engine — expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the main share of the sub-channels of the fuel cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.

В рабочем цикле работы получают несколько меньше из-за раннего открытия выпускного клапана доприхода поршня в НМТ.  In the work cycle, they get a little less due to the early opening of the exhaust valve of the additional arrival of the piston in the BDC.

Четвертый такт работы двигателя— выпуск (ф от 540 до720° ПКВ) — осуществляется при давлении г = 0,105 ... 0,12 МПа, зависящем от уровня газодинамических потерь в выпускной системе.  The fourth cycle of the engine — exhaust (f from 540 to 720 ° PKV) —is carried out at a pressure of r = 0.105 ... 0.12 MPa, which depends on the level of gas-dynamic losses in the exhaust system.

Известный способ не обеспечивает достаточно полное освобождение цилиндров из-за остаточного давления в выпускной системе, создаваемого газовыми потоками предыдущих выпусков, а в двигателях с турбонаддувом - остаточное давление в выпускном коллекторе обусловлено ещё и повышенным сопротивлением выходу отработанных газов турбины с улиткообразным корпусом. The known method does not provide a sufficiently complete release of the cylinders due to the residual pressure in the exhaust system created by the gas flows of the previous releases, and in turbocharged engines, the residual pressure in the exhaust manifold is also due to the increased resistance to the exhaust gases of the turbine with a coiled housing.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях внутреннего сгорания. The technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in internal combustion engines.

Оптимизация позволяет повысить степень использования энергии рабочего тела для совершения механической работы и соответственно повысить мощность и КПД двигателя внутреннего сгорания.  Optimization allows you to increase the degree of use of the energy of the working fluid for mechanical work and, accordingly, increase the power and efficiency of the internal combustion engine.

Технический результат достигается следующим.  The technical result is achieved as follows.

В способ работы двигателя, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск) (ф от 540 до 720° ПКВ соткрытием выпускного клапана до прихода поршня в НТМ) добавляют пятый такт - путём разделения такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с выпуском газов соответственно через клапан высокого давления в тракт выпуска газов высокого давления и через клапан низкого давления в тракт выпуска газов низкого давления.  In the way the engine works, including the first cycle of the engine (intake), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust) (f from 540 to 720 ° PKV by opening the exhaust valve before arrival piston in NTM) add a fifth cycle - by dividing the exhaust gas cycle into the initial high-pressure gas exhaust cycle and immediately following the low-pressure gas exhaust cycle with gas discharge, respectively, through the high-pressure valve into the exhaust path and the high pressure gas and low pressure through the valve into the exhaust gas tract of low pressure.

На фиг. 1 и 2 проиллюстрирован принцип осуществления способа. На фиг. 1 изображён график осуществления известного способа, а на фиг. 2 изображён график осуществления предлагаемого способа.  In FIG. 1 and 2 illustrate the principle of the method. In FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method, and in FIG. 2 shows a graph of the implementation of the proposed method.

Отличие предлагаемого способа от известных в следующем.  The difference of the proposed method from the known in the following.

После такта расширения и поворота коленчатого вала на угол а (фиг. 1 и 2) и начала открытия выпускного клапана совершается четвёртый такт выпуска при величине поворота коленчатого вала на угол bΐ (фиг. 2). Давление газов на четвёртом такте падает с 1-0,5 до 0, 2-0,3 МПа. Газы высокого давления направляются в тракт выпуска газов высокого давления. After the expansion stroke and rotation of the crankshaft at an angle a (Figs. 1 and 2) and the beginning of the opening of the exhaust valve, the fourth exhaust stroke is performed at the value of rotation of the crankshaft by an angle bΐ (Fig. 2). The gas pressure on the fourth step drops from 1-0.5 to 0.2-0.3 MPa. High pressure gases are routed to the high pressure gas exhaust path.

Непосредственно за четвёртым тактом следует пятый такт выпуска газов низкого давления и происходит поворот коленчатого вала на угол b2 (фиг. 2). Газы низкого давления направляются в тракт выпуска газов низкого давления. Давление газов на пятом такте в предлагаемом способе может быть ниже на величину до ОД МПа, чем в известных способах. Это объясняется тем, что аэродинамическое сопротивление выпуску газов в предлагаемом способе значительно ниже, чем в известных способах.  Directly after the fourth cycle, the fifth cycle of the release of low-pressure gases follows and the crankshaft rotates through an angle b2 (Fig. 2). Low pressure gases are routed to the low pressure gas exhaust path. The gas pressure at the fifth step in the proposed method can be lower by up to OD MPa than in the known methods. This is because the aerodynamic resistance to the release of gases in the proposed method is significantly lower than in the known methods.

Четвёртый и пятый такт следуют непосредственно один за другим, но из-за времени, требуемого на открытие и закрытие выпускных клапанов, устанавливают некоторый угол поворота коленчатого вала у, при котором оба выпускных клапана открыты совместно.  The fourth and fifth cycles follow directly one after another, but because of the time required to open and close the exhaust valves, a certain angle of rotation of the crankshaft is set at which both exhaust valves are open together.

2) Наиболее близким к способу работы двигателя внутреннего сгорания пятитактному раздельного выпуска газов является четырёхтактный способ работы двигателя внутреннего сгорания (Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексееви др.] ; под ред. М. Г. Шатрова. — 3-е изд., испр. и доп. — М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5- 4468-0186-2 ) (стр. 23 - 25). 2) The four-stroke mode of operation of the internal combustion engine is the closest to the method of operation of an internal combustion engine of a five-stroke separate gas release (Automotive engines: textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I . V. Alekseevi et al.]; Edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center "Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Baccalaureate ) .ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).

Согласно известному способу - Первый такт работы двигателя— впуск— реализуется приповороте кривошипа коленчатого вала (ПКВ) от 0 до 180°,. Применительно к рабочему циклу поршневого двигателя понятия «такт» и «процесс» не совпадают, поскольку для лучшей организации процессов газообмена впускные и выпускные клапаны открываются до начала соответствующих тактов и закрываются после их завершения.  According to the known method - the first cycle of the engine — the inlet — is realized by turning the crankshaft crank (PCB) from 0 to 180 °. In relation to the working cycle of a piston engine, the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом происходит из- за разрежения, создаваемого поршнем, движущимся в сторону нижней мертвой точки (НМТ).  Before the start of the intake, the combustion products remaining from the previous cycle, which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).

Давление в конце такта впуска для безнаддувного двигателя внутреннего сгорания = 0,08 ... 0,09 МПа.  Pressure at the end of the intake stroke for a naturally aspirated internal combustion engine = 0.08 ... 0.09 MPa.

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камерусгорания, и его охлаждение вследствие испарения топлива. Дляповышения полноты испарения иногда используется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе либо горячей жидкостью из системы охлаждения, либо отработавшими газами. Температура свежего заряда в цилиндре увеличивается также вследствиеперемешивания его с горячими остаточными газами. На режименоминальной мощности в двигателе с искровым зажиганием превалирует подогрев свежего заряда, и Та = 320 ... 380 К. The temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel. To increase the fullness of evaporation, a special fuel assembly heating is sometimes used in the inlet pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases. The temperature of the fresh charge in the cylinder also increases due to its mixing with hot residual gases. At rated power in a spark ignition engine, fresh charge heating prevails, and Ta = 320 ... 380 K.

Чем больше уровень газодинамических потерь, выше подогрев свежего заряда, больше количество продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре двигателя от предыдущего цикла, тем меньше свежего заряда поместится в нем к концу процесса впуска.  The greater the level of gas-dynamic losses, the higher the heating of the fresh charge, the greater the amount of combustion products remaining in the engine cylinder from the previous cycle, the less fresh charge will fit in it by the end of the intake process.

Второй такт работы двигателя— сжатие— осуществляется при повороте кривошипа на угол ф от 180 до 360°.  The second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle φ from 180 to 360 °.

Третий такт работы двигателя— расширение (ф от 360 до 540° ПКВ)— включает в себя сгорание основной доли поданногов цилиндр топлива, расширение рабочего тела и выполнение полезной работы.  The third stroke of the engine — expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the main share of the sub-channels of the fuel cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.

В рабочем цикле работы получают несколько меньше из-за раннего открытия выпускного клапана доприхода поршня в НМТ.  In the work cycle, they get a little less due to the early opening of the exhaust valve of the additional arrival of the piston in the BDC.

Четвертый такт работы двигателя— выпуск (ф от 540 до720° ПКВ) — осуществляется при давлении рг = 0,105 ... 0,12 МПа, зависящем от уровня газодинамических потерь в выпускной системе.  The fourth cycle of engine operation — exhaust (f from 540 to 720 ° PKV) —is carried out at a pressure pg = 0.105 ... 0.12 MPa, which depends on the level of gas-dynamic losses in the exhaust system.

Известный способ имеет существенный недостаток из-за совместного открытия впускного и выпускного клапанов при смене тактов «выпуск - впуск», из- за чего выхлопные газы частично поступают во впускной коллектор. The known method has a significant drawback due to the joint opening of the inlet and outlet valves when changing the "exhaust - intake" cycles, due to which the exhaust gases partially enter the intake manifold.

На карбюраторных двигателях этот недостаток проявляется в виде вспышек во входном коллекторе («чихания в карбюратор»), в виде нагара на внутренней поверхности впускного коллектора, в виде нагара на поверхностях газового тракта карбюратора. На дизельных двигателях - в виде нагара на внутренней поверхности впускного коллектора.  On carburetor engines, this drawback manifests itself in the form of flashes in the intake manifold (“sneezing into the carburetor”), in the form of soot on the inner surface of the intake manifold, in the form of soot on the surfaces of the carburetor gas path. On diesel engines - in the form of soot on the inner surface of the intake manifold.

Смешивание выхлопных газов с рабочей смесью и/или свежим воздухом приводит к падению мощности двигателя. Наиболее выраженно описанный недостаток проявляется в многоцилиндровых двигателях с турбонадцувом, где прибегают к наибольшему углу совместного открытия клапанов.  Mixing exhaust gases with the working mixture and / or fresh air leads to a drop in engine power. The most pronounced drawback is manifested in turbocharged multi-cylinder engines, where they resort to the largest angle of joint opening of the valves.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях внутреннего сгорания путём более полноценного очищения цилиндра после такта выпуска разделением четвёртого такта, что обеспечивает возможность минимизации периода времени совместного открытия впускного и выпускного клапанов. The technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion and compression of gases in internal combustion engines by more thoroughly cleaning the cylinder after the exhaust stroke by separating the fourth cycle, which makes it possible to minimize the time period for the joint opening of the intake and exhaust valves.

Минимизации периода времени совместного открытия впускного и выпускного клапанов при смене тактов «выпуск - впуск» позволяет повысить качество рабочего тела и как следствие, степень использования энергии рабочего тела для совершения механической работы и соответственно повысить мощность и КПД двигателя внутреннего сгорания.  Minimizing the time period for the joint opening of the intake and exhaust valves when changing the "exhaust - intake" cycles allows to improve the quality of the working fluid and, as a result, the degree of use of the working fluid energy for mechanical work and, accordingly, increase the power and efficiency of the internal combustion engine.

Технический результат достигается следующим. В способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), включают разделение четвертого такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления. Таким образом создают пятый такт выпуска газов низкого давления, чем обеспечивают наиболее полную очистку цилиндра от выхлопных газов в конце такта выпуска. Это позволяет выполнить угол поворота коленчатого вала в период совместного открытия выпускного и впускного клапанов между тактом выпуска и тактом впуска минимально возможным. The technical result is achieved as follows. In the method of operation of an internal combustion engine, a five-stroke separate gas exhaust, including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure. In this way, a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases at the end of the cycle. This allows you to perform the angle of rotation of the crankshaft during the joint opening of the exhaust and intake valves between the exhaust stroke and the intake stroke as little as possible.

На фиг. 1 и 3 проиллюстрирован принцип осуществления способа. На фиг. 1 изображён график осуществления известного способа, а на фиг. 3 изображён график осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 and 3 illustrate the principle of the method. In FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method, and in FIG. 3 shows a graph of the implementation of the proposed method.

Отличие предлагаемого способа от известных в следующем.  The difference of the proposed method from the known in the following.

После такта расширения и поворота коленчатого вала на угол ctl (фиг. 3) и начала открытия выпускного клапана совершается четвёртый такт выпуска при величине поворота коленчатого вала на угол bΐ (фиг. 3). Давление газов на четвёртом такте падает с 1-0,5 до 0, 2-0,3 МПа. Газы высокого давления направляются в тракт выпуска газов высокого давления.  After the expansion stroke and the rotation of the crankshaft by the angle ctl (Fig. 3) and the beginning of the opening of the exhaust valve, the fourth exhaust cycle is performed at the magnitude of the crankshaft rotation by the angle bΐ (Fig. 3). The gas pressure on the fourth step drops from 1-0.5 to 0.2-0.3 MPa. High pressure gases are routed to the high pressure gas exhaust path.

Непосредственно за четвёртым тактом следует пятый такт выпуска газов низкого давления и происходит поворот коленчатого вала на угол b2 (фиг. 3). Газы низкого давления направляются в тракт выпуска газов низкого давления. Давление газов на пятом такте в предлагаемом способе может быть ниже, чем в известных способах и достигать до 0,1 МПа. Это объясняется тем, что аэродинамическое сопротивление выпуску газов в предлагаемом способе значительно ниже, чем в известных способах.  Directly after the fourth cycle, the fifth cycle of the release of low-pressure gases follows and the crankshaft rotates through an angle b2 (Fig. 3). Low pressure gases are routed to the low pressure gas exhaust path. The gas pressure at the fifth step in the proposed method can be lower than in the known methods and reach up to 0.1 MPa. This is because the aerodynamic resistance to the release of gases in the proposed method is significantly lower than in the known methods.

Таким образом, пятый такт обеспечивает снижение давления в выпускном тракте, а в конце такта выпуска происходит наиболее полное очищение цилиндра от выхлопных газов. Это позволяет выполнить угол поворота Коленчатого вала в период совместного открытия выпускного и впускного клапанов между тактом выпуска и тактом впуска минимально возможным.  Thus, the fifth stroke provides a reduction in pressure in the exhaust tract, and at the end of the exhaust stroke the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases occurs. This allows you to perform the angle of rotation of the Crankshaft during the joint opening of the exhaust and intake valves between the exhaust stroke and the intake stroke as little as possible.

Некоторый остаточный угол / совместного открытия клапанов объясняется наличием тепловых зазоров между клапанами и толкателями клапанов.  Some residual angle / joint opening of the valves is explained by the presence of thermal gaps between the valves and the valve followers.

Минимально возможный угол / совместного открытия клапанов коррелирует с размерами тепловых зазоров между клапанами и толкателями клапанов.  The smallest possible angle / joint opening of the valves correlates with the dimensions of the thermal clearances between the valves and the valve followers.

3) Наиболее близким к способу работы двигателя внутреннего сгорания пятитактному раздельного выпуска газов является четырёхтактный способ работы двигателя внутреннего сгорания (Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексееви др.] ; под ред. М. Г. Шатрова. — 3-е изд., испр. и доп. — М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5- 4468-0186-2 ) (стр. 23 - 25). 3) The closest to the method of operation of the internal combustion engine of the five-stroke separate gas release is the four-stroke method of operation internal combustion engine (Automobile engines: a textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I. V. Alekseevi et al.]; edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center "Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Bachelor). ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).

Согласно известному способу - Первый такт работы двигателя— впуск— реализуется приповороте кривошипа коленчатого вала (ПКВ) от 0 до 180°. Применительно к рабочему циклу поршневого двигателя понятия «такт» и «процесс» не совпадают, поскольку для лучшейорганизации процессов газообмена впускные и выпускные клапаны открываются до начала соответствующих тактов и закрываются после их завершения.  According to the known method — the first cycle of the engine — the inlet — is realized by turning the crankshaft crank (PKV) from 0 to 180 °. In relation to the working cycle of a piston engine, the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since in order to better organize gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом происходит из- за разрежения, создаваемого поршнем, движущимся в сторону нижней мертвой точки (НМТ).  Before the start of the intake, the combustion products remaining from the previous cycle, which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).

Давление в конце такта впуска для безнадцувного двигателя внутреннего сгорания = 0,08 ... 0,09 МПа  Pressure at the end of the intake stroke for a cylinderless internal combustion engine = 0.08 ... 0.09 MPa

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение вследствие испарения топлива. Для повышения полноты испарения иногда используется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе либо горячей жидкостьюиз системы охлаждения, либо отработавшими газами. Температура свежего заряда в цилиндре увеличивается также вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами. На режиме номинальной мощности в двигателе с искровым зажиганием превалирует подогрев свежего заряда, и Та = 320 ... 380 К.  The temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel. To increase the completeness of evaporation, a special fuel assembly heating is sometimes used in the intake pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases. The temperature of the fresh charge in the cylinder also increases due to its mixing with hot residual gases. At rated power mode in a spark ignition engine, fresh charge heating prevails, and Ta = 320 ... 380 K.

Чем больше уровень газодинамических потерь, выше подогрев свежего заряда, больше количество продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре двигателя от предыдущего цикла, тем меньшесвежего заряда поместится в нем к концу процесса впуска  The greater the level of gas-dynamic losses, the higher the heating of the fresh charge, the greater the amount of combustion products remaining in the engine cylinder from the previous cycle, the less fresh charge will fit in it by the end of the intake process

Второй такт работы двигателя— сжатие— осуществляется при повороте кривошипа на угол ф от 180 до 360°.  The second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle φ from 180 to 360 °.

Третий такт работы двигателя— расширение (ф от 360 до540° ПКВ)— включает в себя сгорание основной доли поданного в цилиндр топлива, расширение рабочего тела и выполнение полезной работы.  The third stroke of the engine — expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the bulk of the fuel supplied to the cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.

В рабочем цикле работы получают несколько меньше из-за раннего открытия выпускного клапана доприхода поршня в НМТ.  In the work cycle, they get a little less due to the early opening of the exhaust valve of the additional arrival of the piston in the BDC.

Четвертый такт работы двигателя— выпуск (ф от 540 до720° ПКВ)— осуществляется при давлении рг = 0,105 ... 0,12 МПа, зависящем от уровня газодинамических потерь в выпускной системе. Известный способ имеет существенный недостаток из-за раннего открытия выпускного клапана при завершении такта «выпуск», из-за чего мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается. The fourth cycle of engine operation — exhaust (f from 540 to 720 ° PKV) —is carried out at a pressure pg = 0.105 ... 0.12 MPa, which depends on the level of gas-dynamic losses in the exhaust system. The known method has a significant drawback due to the early opening of the exhaust valve at the end of the "release" cycle, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.

Но это необходимо в известном уровне техники из-за необходимости наиболее полного освобождения цилиндров от отработанных газов. Так, на многоцилиндровых двигателях угол опережения открытия выпускного клапана может достигать 60 градусов до НМТ. В это время давление в цилиндре дизельного двигателя может составлять около 1 МПа.  But this is necessary in the prior art because of the need for the most complete release of cylinders from exhaust gases. So, on multi-cylinder engines, the opening angle of the opening of the exhaust valve can reach 60 degrees to BDC. At this time, the pressure in the cylinder of the diesel engine can be about 1 MPa.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях внутреннего сгорания путём более позднего, до 15 градусов по сравнению с четырёхтактными двигателями-аналогами, открытию выпускного клапана высокого давления. The technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in internal combustion engines by means of a later, up to 15 degrees compared to four-stroke engines-analogues, opening the exhaust valve of high pressure.

Технический результат достигается следующим.  The technical result is achieved as follows.

В способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), включают разделение четвёртого такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления. Таким образом создают пятый такт выпуска газов низкого давления, чем обеспечивают наиболее полную очистку цилиндра от выхлопных газов в конце такта выпуска. Это позволяет увеличить угол поворота коленчатого вала на такте расширения до 15 градусов относительно четырёхтактных двигателей- аналогов.  In the method of operation of an internal combustion engine, a five-stroke separate gas exhaust, including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure. In this way, a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases at the end of the cycle. This allows you to increase the angle of rotation of the crankshaft on the expansion stroke to 15 degrees relative to four-stroke engines-analogues.

Например, для двигателя с рабочим ходом 150 мм, диаметром поршня 150 мм, углом опережения открытия выпускного клапана 60 градусов увеличение угла поворота коленчатого вала на 15 градусов позволит получить полезную работу при среднем давлении на поршень 1 МПа:  For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, an angle of advancing the opening of the exhaust valve of 60 degrees, an increase in the angle of rotation of the crankshaft by 15 degrees will provide useful work with an average pressure on the piston of 1 MPa:

(sin 45° - sin 60°) * 0,075м * 3,14*(0,075м)2 * 1 000 000 Па = 211 Дж (sin 45 ° - sin 60 °) * 0.075m * 3.14 * (0.075m) 2 * 1,000,000 Pa = 211 J

где:  Where:

0,075м - радиус вращения коленчатого вала,  0,075m - radius of rotation of the crankshaft,

3,14*(0,075м)2 площадь поршня, 3.14 * (0.075m) 2 piston area,

(sin 45° - sin 60°) * 0,075м приращение рабочего хода.  (sin 45 ° - sin 60 °) * 0.075m increment of the working stroke.

При числе цилиндров 12 и оборотах двигателя 40 об/с (2400 об/мин) прирост мощности составит :  With the number of cylinders 12 and engine speed 40 r / s (2400 r / min), the increase in power will be:

12 цилиндров * 20 рабочих ходов в секунду * 211 Дж = 50 кВт. Если мощность двигателя-аналога составляла 200 кВт, то прирост мощности в предлагаемом способе составит 25 %. Или на эту же величину снизится расход топлива при эксплуатации двигателя на прежней мощности. 12 cylinders * 20 working strokes per second * 211 J = 50 kW. If the power of the analog engine was 200 kW, then the increase in power in the proposed method will be 25%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power.

На фиг. 1 и 4 проиллюстрирован принцип осуществления способа. На фиг. 1 изображён график осуществления известного способа, а на фиг. 4 изображён график осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 and 4 illustrate the principle of the method. In FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method, and in FIG. 4 shows a graph of the implementation of the proposed method.

Отличие предлагаемого способа от известных в следующем.  The difference of the proposed method from the known in the following.

После такта расширения и поворота коленчатого вала на угол а происходит более позднее открытие выпускного клапана, и коленчатый вал проворачивается при рабочем ходе на угол aΐ, получая приращение угла рабочего хода на величину W (фиг. 3), далее совершается четвёртый такт выпуска при величине поворота коленчатого вала на угол bΐ (фиг. 4). Давление газов на четвёртом такте падает с 1-0,5 до 0, 2-0,3 МПа. Газы высокого давления направляются в тракт выпуска газов высокого давления.  After the expansion stroke and the rotation of the crankshaft by angle a, the exhaust valve opens later, and the crankshaft is rotated during the stroke by the angle aΐ, receiving an increment of the stroke angle by W (Fig. 3), then the fourth release stroke is made with the rotation crankshaft at an angle bΐ (Fig. 4). The gas pressure on the fourth step drops from 1-0.5 to 0.2-0.3 MPa. High pressure gases are routed to the high pressure gas exhaust path.

Непосредственно за четвёртым тактом следует пятый такт выпуска газов низкого давления и происходит поворот коленчатого вала на угол b2 (фиг. 4). Газы низкого давления направляются в тракт выпуска газов низкого давления. Давление газов на пятом такте в предлагаемом способе может быть ниже, чем в известных способах и достигать до 0,1 МПа. Это объясняется тем, что газодинамическое сопротивление выпуску газов в предлагаемом способе значительно ниже, чем в известных способах.  Directly after the fourth cycle, the fifth cycle of the release of low-pressure gases follows and the crankshaft rotates through an angle b2 (Fig. 4). Low pressure gases are routed to the low pressure gas exhaust path. The gas pressure at the fifth step in the proposed method can be lower than in the known methods and reach up to 0.1 MPa. This is because the gas-dynamic resistance to the release of gases in the proposed method is significantly lower than in the known methods.

Таким образом, пятый такт обеспечивает снижение давления в выпускном тракте, а в конце такта выпуска происходит наиболее полное очищение цилиндра от выхлопных газов. Это позволяет увеличить угол поворота коленчатого вала на такте расширения до 15 градусов относительно четырёхтактных двигателей-аналогов.  Thus, the fifth stroke provides a reduction in pressure in the exhaust tract, and at the end of the exhaust stroke the most complete cleaning of the cylinder from exhaust gases occurs. This allows you to increase the angle of rotation of the crankshaft on the expansion stroke up to 15 degrees relative to four-stroke engines-analogues.

4) Наиболее близким к способу работы двигателя внутреннего сгорания пятитактному раздельного выпуска газов является четырёхтактный способ работы двигателя внутреннего сгорания (Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексееви др.] ; под ред. М. Г. Шатрова. — 3-е изд., испр. и доп. — М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5- 4468-0186-2 ) (стр. 23 - 25). 4) The four-stroke mode of operation of the internal combustion engine is the closest to the five-stroke separate combustion engine internal combustion engine operation method (Automotive engines: textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I . V. Alekseevi et al.]; Edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center "Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Baccalaureate ) .ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).

Согласно известному способу - Первый такт работы двигателя— впуск— реализуется приповороте кривошипа коленчатого вала (ПКВ) от 0 до 180°. Применительно к рабочему циклу поршневого двигателя понятия «такт» и «процесс» не совпадают, поскольку для лучшей организации процессов газообмена впускные и выпускные клапаны открываются до начала соответствующих тактов и закрываются после их завершения. Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом происходит из- за разрежения, создаваемого поршнем, движущимся в сторону нижней мертвой точки (НМТ). According to the known method — the first cycle of the engine — the inlet — is realized by turning the crankshaft crank (PKV) from 0 to 180 °. In relation to the working cycle of a piston engine, the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion. Before the start of the intake, the combustion products remaining from the previous cycle, which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).

Давление в конце такта впуска для безнаддувного двигателя внутреннего сгорания = 0,08 ... 0,09 МПа.  Pressure at the end of the intake stroke for a naturally aspirated internal combustion engine = 0.08 ... 0.09 MPa.

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение вследствие испарения топлива. Для повышения полноты испарения иногда используется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе либо горячей жидкостьюиз системы охлаждения, либо отработавшими газами. Температура свежего заряда в цилиндре увеличивается также вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами. На режиме номинальной мощности в двигателе с искровым зажиганием превалирует подогрев свежего заряда, и Та = 320 ... 380 К.  The temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel. To increase the completeness of evaporation, a special fuel assembly heating is sometimes used in the intake pipe either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases. The temperature of the fresh charge in the cylinder also increases due to its mixing with hot residual gases. At rated power mode in a spark ignition engine, fresh charge heating prevails, and Ta = 320 ... 380 K.

Чем больше уровень газодинамических потерь, выше подогрев свежего заряда, больше количество продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре двигателя от предыдущего цикла, тем меньше свежего заряда поместится в нем к концу процесса впуска.  The greater the level of gas-dynamic losses, the higher the heating of the fresh charge, the greater the amount of combustion products remaining in the engine cylinder from the previous cycle, the less fresh charge will fit in it by the end of the intake process.

Второй такт работы двигателя— сжатие— осуществляется при повороте кривошипа на угол ф от 180 до 360°.  The second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle φ from 180 to 360 °.

Третий такт работы двигателя— расширение (ф от 360 до540° ПКВ)— включает в себя сгорание основной доли поданного в цилиндр топлива, расширение рабочего тела и выполнение полезной работы.  The third stroke of the engine — expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the bulk of the fuel supplied to the cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.

В рабочем цикле работы получают несколько меньше из-за раннего открытия выпускного клапана доприхода поршня в НМТ.  In the work cycle, they get a little less due to the early opening of the exhaust valve of the additional arrival of the piston in the BDC.

Четвертый такт работы двигателя— выпуск (ф от 540 до720° ПКВ) — осуществляется при давлении рг = 0,105 ... 0,12 МПа, зависящем от уровня газодинамических потерь в выпускной системе.  The fourth cycle of engine operation — exhaust (f from 540 to 720 ° PKV) —is carried out at a pressure pg = 0.105 ... 0.12 MPa, which depends on the level of gas-dynamic losses in the exhaust system.

Известный способ имеет существенный недостаток из-за неполного освобождения цилиндров от отработанных газов при завершении такта «выпуск», из-за чего мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается. The known method has a significant drawback due to the incomplete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the “release” stroke, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.

Неполное освобождение цилиндров от отработанных газов вызвано газодинамическим сопротивлением в выпускном тракте двигателя. Это сопротивление увеличивается с ростом числа цилиндров, особенно в V-образных двигателях с одной выхлопной трубой и/или общим турбокомпрессором при объединении выпускных каналов цилиндров посредством коллектора.  Incomplete release of cylinders from exhaust gases is caused by gas-dynamic resistance in the exhaust tract of the engine. This resistance increases with the number of cylinders, especially in V-engines with one exhaust pipe and / or a common turbocharger when combining the exhaust channels of the cylinders through a manifold.

Так как такт выпуска составляет более 90 градусов, то в момент завершения такта выпуска в каком-либо цилиндре из другого цилиндра на начальной стадии такта выпуска в коллектор выбрасываются газы высокого давления - таким образом в коллекторе постоянно сохраняется избыточное давление. По этой причине падает мощность двигателя, а для освобождения цилиндров от отработанных газов прибегают к закрытию выпускного клапана после прохождения ВМТ при открытом впускном клапане, что в свою очередь также ведёт к попаданию отработанных газов во впускной коллектор, ухудшению качества рабочего тела. Since the exhaust cycle is more than 90 degrees, at the time of completion of the exhaust cycle in a cylinder from another cylinder at the initial stage of the exhaust cycle, high pressure gases are emitted into the manifold - thus overpressure is constantly maintained in the manifold. For this reason, the engine power drops, and to release the cylinders from the exhaust gases, they resort to closing the exhaust valve after passing the TDC with the intake valve open, which in turn also leads to the ingress of exhaust gases into the intake manifold, and deterioration of the quality of the working fluid.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях внутреннего сгорания путём разделения такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с выпуском газов соответственно через турбодвигатель в тракт выпуска газов высокого давления и через вакуумный насос в тракт выпуска газов низкого давления. The technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion and compression of gases in internal combustion engines by dividing the exhaust gas cycle into the initial high pressure gas cycle and immediately following the low pressure gas cycle with gas exhaust, respectively, through a turbo engine a path for releasing high pressure gases and through a vacuum pump to a path for releasing low pressure gases.

Технический результат достигается следующим.  The technical result is achieved as follows.

В способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), включают разделение четвёртого такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления. Таким образом создают пятый такт выпуска газов низкого давления, чем обеспечивают разделение такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с выпуском газов соответственно через турбодвигатель в тракт выпуска газов высокого давления и через вакуумный насос в тракт выпуска газов низкого давления.. Это позволяет обеспечить более полную очистку цилиндров от отработанных газов, что в свою очередь позволяет поднять мощность двигателя за счёт меньшего газодинамического сопротивления выходу отработанных газов при движении поршня от НМТ к ВМТ.  In the method of operation of an internal combustion engine, a five-stroke separate gas exhaust, including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure. In this way, a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures the separation of the exhaust gas cycle into the initial high-pressure gas cycle and immediately following the low-gas cycle with gas discharge, respectively, through a turbo engine into the high-pressure gas channel and through the vacuum pump into the low-pressure gas exhaust path .. This allows for more complete cleaning of the exhaust gases from the cylinders, which in turn allows the engine power spruce due to lower gas-dynamic resistance to the exit of exhaust gases when the piston moves from BDC to TDC.

Например, для двигателя с рабочим ходом 150 мм, диаметром поршня 150 мм, падение среднего давления выпуска отработанных газов на 0,05 МПа позволит получить полезную работу:  For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, a drop in the average exhaust gas pressure of 0.05 MPa will allow you to get useful work:

0,150м * 3,14*(0,075м)2 * 50 000 Па = 132Дж 0.150m * 3.14 * (0.075m) 2 * 50,000 Pa = 132 J

где:  Where:

0,150м - ход поршня,  0,150m - piston stroke,

3,14*(0,075м)2 площадь поршня. 3.14 * (0.075m) 2 piston area.

При числе цилиндров 12 и оборотах двигателя 40 об/с (2400 об/мин) прирост мощности составит :  With the number of cylinders 12 and engine speed 40 r / s (2400 r / min), the increase in power will be:

12 цилиндров * 20 рабочих ходов в секунду * 132 Дж = 30 кВт. Если мощность двигателя-аналога составляла 200 кВт, то прирост мощности в предлагаемом способе составит 15 %. Или на эту же величину снизится расход топлива при эксплуатации двигателя на прежней мощности. 12 cylinders * 20 working strokes per second * 132 J = 30 kW. If the power of the analog engine was 200 kW, then the increase in power in the proposed method will be 15%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power.

На фиг. 1 и 2 проиллюстрирован принцип осуществления способа. На фиг. 1 изображён график осуществления известного способа, а на фиг. 4 изображён график осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 and 2 illustrate the principle of the method. In FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method, and in FIG. 4 shows a graph of the implementation of the proposed method.

Отличие предлагаемого способа от известных в следующем.  The difference of the proposed method from the known in the following.

После такта расширения и поворота коленчатого вала на угол а происходит открытие выпускного клапана высокого давления с направлением газов высокого давления в турбодвигатель, при этом коленовал поворачивается на угол bΐ (фиг. 2), выполняя четвёртый такт работы двигателя. Давление газов в цилиндре на четвёртом такте работы двигателя колеблется от 1 до 0,2 МПа и зависит от типа и индивидуальных характеристик двигателя.  After the expansion stroke and the rotation of the crankshaft by angle a, the high-pressure exhaust valve opens with the direction of the high-pressure gases to the turbo engine, while the crankshaft rotates through angle bΐ (Fig. 2), performing the fourth cycle of the engine. The gas pressure in the cylinder at the fourth cycle of the engine varies from 1 to 0.2 MPa and depends on the type and individual characteristics of the engine.

До завершения четвёртого такта выпуска начинается пятый такт выпуска с открытием выпускного клапана и направлением выпускных газов в вакуумный насос, при этом коленовал поворачивается на угол b2 (фиг. 2), выполняя пятый такт работы двигателя. Давление газов в цилиндре на пятом такте работы двигателя составляет 0,1 МПа или ниже и зависит от типа и индивидуальных характеристик двигателя.  Until the fourth exhaust cycle is completed, the fifth exhaust cycle begins with the opening of the exhaust valve and the direction of the exhaust gases to the vacuum pump, while the elbow rotates through angle b2 (Fig. 2), performing the fifth engine operation cycle. The gas pressure in the cylinder at the fifth stroke of the engine is 0.1 MPa or lower and depends on the type and individual characteristics of the engine.

Таким образом, пятый такт обеспечивает снижение давления в выпускном тракте до уровня атмосферного или ниже, а в конце такта выпуска происходит наиболее полное очищение цилиндра от выхлопных газов. Это позволяет обеспечить более полную очистку цилиндров от отработанных газов, что в свою очередь позволяет поднять мощность двигателя за счёт меньшего газодинамического сопротивления выходу отработанных газов при движении поршня от НМТ к ВМТ.  Thus, the fifth cycle reduces the pressure in the exhaust tract to atmospheric or lower, and at the end of the exhaust cycle the cylinder is most completely cleaned of exhaust gases. This allows for more complete cleaning of the cylinders from exhaust gases, which in turn makes it possible to increase engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exit of exhaust gases when the piston moves from BDC to TDC.

5) Наиболее близким к способу работы двигателя внутреннего сгорания пятитактному раздельного выпуска газов является четырёхтактный способ работы двигателя внутреннего сгорания ЯМЗ-850.10, ЯМЗ-850.10-01, ЯМЗ-8501.105) The four-stroke method of operation of the internal combustion engine YaMZ-850.10, YaMZ-850.10-01, YaMZ-8501.10 is the closest to the method of operation of the internal combustion engine of a five-stroke separate gas release

Ярославского моторного завода ОАО "АВТОДИЗЕЛЬ" (Руководство по эксплуатации 850.3902150 РЭ). Yaroslavl Motor Plant OJSC "AUTODIESEL" (Operating Instructions 850.3902150 RE).

Согласно известному способу - Первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск) с фазами газораспределения:  According to the known method - the first cycle of the engine (intake), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust) with gas distribution phases:

- впускные клапаны - открытие 10° до ВМТ, закрытие 46° после НМТ;  - inlet valves - opening 10 ° to TDC, closing 46 ° after BDC;

- выпускные клапаны - открытие 66° до НМТ, закрытие 10° после ВМТ.  - exhaust valves - opening 66 ° to BDC, closing 10 ° after TDC.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежимзарядом происходит из-за разрежения, создаваемого поршнем, движущимся в сторону нижней мертвой точки (НМТ). Before the start of the intake, the combustion products remaining from the previous cycle, which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to rarefaction created by the piston moving towards the bottom dead center (BDC).

Давление в конце такта впуска для безнадцувного двигателя внутреннего сгорания = 0> 118 МПа. Pressure at the end of the intake stroke for a non-gasless internal combustion engine = 0 > 118 MPa.

Второй такт работы двигателя— сжатие— осуществляется при повороте кривошипа на угол ф от 226 до 360°.  The second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle φ from 226 to 360 °.

Третий такт работы двигателя— расширение (ф от 360 до 426° ПКВ).  The third stroke of the engine is expansion (f from 360 to 426 ° PKV).

В рабочем цикле работы получают несколько меньше из-за раннего открытия выпускного клапана доприхода поршня в НМТ.  In the work cycle, they get a little less due to the early opening of the exhaust valve of the additional arrival of the piston in the BDC.

Четвертый такт работы двигателя— выпуск (ф от 426 до730° ПКВ) — осуществляется при давлении рг = 1,0 ... 0,12 МПа,зависящем от уровня газодинамических потерь в выпускной системе.  The fourth cycle of engine operation — exhaust (f from 426 to 730 ° PKV) —is carried out at a pressure pg = 1.0 ... 0.12 MPa, which depends on the level of gas-dynamic losses in the exhaust system.

Известный способ имеет существенный недостаток из-за раннего открытия выпускного клапана, неполного освобождения цилиндров от отработанных газов при завершении такта «выпуск», из-за чего мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается. The known method has a significant drawback due to the early opening of the exhaust valve, incomplete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the exhaust stroke, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.

Неполное освобождение цилиндров от отработанных газов вызвано газодинамическим сопротивлением в выпускном тракте двигателя.  Incomplete release of cylinders from exhaust gases is caused by gas-dynamic resistance in the exhaust tract of the engine.

Так как такт выпуска составляет более 90 градусов, то в момент завершения такта выпуска в каком-либо цилиндре из другого цилиндра на начальной стадии такта выпуска в коллектор выбрасываются газы высокого давления - таким образом в коллекторе постоянно сохраняется избыточное давление. По этой причине падает мощность двигателя, а для освобождения цилиндров от отработанных газов прибегают к закрытию выпускного клапана после прохождения ВМТ при открытом впускном клапане, что в свою очередь также ведёт к попаданию отработанных газов во впускной коллектор, ухудшению качества рабочего тела.  Since the exhaust cycle is more than 90 degrees, at the time of completion of the exhaust cycle in a cylinder from another cylinder at the initial stage of the exhaust cycle, high-pressure gases are emitted into the manifold - thus, overpressure is constantly stored in the manifold. For this reason, the engine power drops, and to release the cylinders from the exhaust gases, they resort to closing the exhaust valve after passing the TDC with the intake valve open, which in turn also leads to the ingress of exhaust gases into the intake manifold, and deterioration of the quality of the working fluid.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях внутреннего сгорания путём разделения такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления с фазами газораспределения: The technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion and compression of gases in internal combustion engines by dividing the exhaust gas cycle into the initial high pressure gas cycle and immediately following the low pressure gas cycle followed by the transition from the gas cycle high pressure to the cycle of release of low pressure gases with gas distribution phases:

- впускные клапаны - открытие 0-1° после ВМТ, закрытие 20-30° после НМТ; - inlet valves - opening 0-1 ° after TDC, closing 20-30 ° after BDC;

- выпускные клапаны высокого давления - открытие 20-30° до НМТ, закрытие 10-20° после НМТ; - high pressure exhaust valves - opening 20-30 ° to the BDC, closing 10-20 ° after the BDC;

- выпускные клапаны низкого давления - открытие 0-10° до НМТ, закрытие 1- 2° после ВМТ.  - low pressure exhaust valves - opening 0-10 ° to BDC, closing 1-2 ° after TDC.

Технический результат достигается следующим. В способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), включают разделение четвёртого такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления. Таким образом создают пятый такт выпуска газов низкого давления, чем обеспечивают разделение такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления с фазами газораспределения: The technical result is achieved as follows. In the method of operation of an internal combustion engine, a five-stroke separate gas exhaust, including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure. In this way, a fifth low-pressure gas cycle is created, which ensures that the exhaust gas cycle is divided into the initial high-pressure gas cycle and immediately following the low-pressure gas cycle, followed by a transition from the high-pressure gas cycle to the low-pressure gas cycle with valve timing:

- впускные клапаны - открытие 0-1° после ВМТ, закрытие 20-30° после НМТ; - inlet valves - opening 0-1 ° after TDC, closing 20-30 ° after BDC;

- выпускные клапаны высокого давления - открытие 20-30° до НМТ, закрытие 10-20° после НМТ ; - high pressure exhaust valves - opening 20-30 ° to the BDC, closing 10-20 ° after the BDC;

- выпускные клапаны низкого давления - открытие 0-10° до НМТ, закрытие 1- 2° после ВМТ. Это позволяет увеличить рабочий ход поршня, снизить газодинамическое сопротивление отработанных газов на выходе их из цилиндров, обеспечить более полную очистку цилиндров от отработанных газов, что в совокупности позволяет поднять мощность двигателя.  - low pressure exhaust valves - opening 0-10 ° to BDC, closing 1-2 ° after TDC. This allows you to increase the piston stroke, reduce the gas-dynamic resistance of the exhaust gases at the outlet of the cylinders, to provide a more complete cleaning of the cylinders of exhaust gases, which together allows you to increase engine power.

Отличие предлагаемого способа от известного в следующем. The difference of the proposed method from the known in the following.

Впускной клапан начинает открываться при угле 0-1° после ВМТ, что обеспечивает практически полное отсутствие совместного открытия клапанов при переходе от такта ((выпуск» к такту «впуск», т. к. окончание закрытия выпускного клапана низкого давления происходит при угле поворота коленчатого вала 1-2° после ВМТ. На величину совместного открытия клапанов влияет величина теплового зазора и его изменение в процессе работы двигателя. Впускной клапан закрывается при угле поворота коленчатого вала 20-30° после НМТ. Фактически устанавливают углы открытия и закрытия клапанов опытным путём, испытывая двигатель на разных режимах работы.  The inlet valve begins to open at an angle of 0-1 ° after the TDC, which ensures the almost complete absence of joint opening of the valves during the transition from the cycle ((outlet) to the “intake” cycle, since the end of closing the low-pressure exhaust valve occurs when the crank angle shaft 1-2 ° after TDC. The value of the joint opening of the valves is affected by the amount of thermal clearance and its change during engine operation. The inlet valve closes when the crankshaft angle of rotation is 20-30 ° after BDC. Actually, the opening angles are set Existence and closing of valves experimentally, testing the engine in different operating modes.

Далее происходит такт сжатия до угла поворота коленчатого вала 360°.  Next, there is a compression stroke to the angle of rotation of the crankshaft 360 °.

При рабочем ходе выпускной клапан высокого давления открываетсяпри угле 20-30° до НМТ, а газы высокого давления направляются на турбодвигатель или в тракт выпуска газов высокого давления. Закрытие клапана высокого давления происходит при угле поворота коленчатого вала 10-20° после НМТ. Давление выхлопных газов высокого давления падает с 1,2 - 1,0 МПа при начале такта выпускавыхлопных газов высокого давления до 0,2 - 0,1 МПа в конце такта.  During the stroke, the high-pressure exhaust valve opens at an angle of 20-30 ° to the BDC, and the high-pressure gases are directed to a turbo engine or to the high-pressure gas outlet. The high pressure valve closes at a crank angle of 10-20 ° after the BDC. The pressure of high-pressure exhaust gases drops from 1.2 - 1.0 MPa at the beginning of the cycle of exhaust high-pressure gases to 0.2 - 0.1 MPa at the end of the cycle.

До завершения такта выпуска газов высокого давления начинается такт выпуска выхлопных газов низкого давления открытием выпускного клапана низкого давления при угле 0-10° до НМТ, а газы низкого давления направляются на вакуумный насос или в тракт выпуска газов низкого давления. Закрытие клапана низкого давления происходит при угле поворота коленчатого вала 1-2° после ВМТ. Давление выхлопных газов низкого давления падает с 0,2 - ОД МПа при начале такта выпускавыхлопных газов низкого давления до ОД - 0,05 МПа в конце такта. Низкое давление выхлопных газов в конце пятого такта обеспечивает низкое газодинамическое сопротивление поршню при его движении от НМТ к ВМТ, а также обеспечивает наиболее полное очищение цилиндров от выхлопных газов в конце такта выпуска выхлопных газов низкого давления. Фактически устанавливают углы открытия и закрытия клапанов опытным путём, испытывая двигатель на разных режимах работы. Prior to the completion of the high-pressure exhaust cycle, the low-pressure exhaust cycle begins by opening the low-pressure exhaust valve. pressure at an angle of 0-10 ° to the BDC, and low-pressure gases are directed to a vacuum pump or to the low-pressure gas outlet. Closing of the low pressure valve occurs at a crank angle of 1-2 ° after TDC. Low-pressure exhaust gas pressure drops from 0.2 - OD MPa at the beginning of the low-pressure exhaust cycle to OD - 0.05 MPa at the end of the cycle. The low pressure of the exhaust gases at the end of the fifth stroke provides a low gas-dynamic resistance to the piston when it moves from the BDC to the TDC, and also provides the most complete cleaning of the cylinders from exhaust gases at the end of the low-pressure exhaust cycle. In fact, they set the opening and closing angles of the valves empirically, testing the engine at different operating modes.

Таким образом, пятый такт обеспечивает снижение давления в выпускном тракте до уровня атмосферного или ниже, а в конце такта выпуска происходит наиболее полное очищение цилиндра от выхлопных газов. Это позволяет обеспечить более полную очистку цилиндров от отработанных газов, что в свою очередь позволяет поднять мощность двигателя за счёт меньшего газодинамического сопротивления выходу отработанных газов при движении поршня от НМТ к ВМТ.  Thus, the fifth cycle reduces the pressure in the exhaust tract to atmospheric or lower, and at the end of the exhaust cycle the cylinder is most completely cleaned of exhaust gases. This allows for more complete cleaning of the cylinders from exhaust gases, which in turn makes it possible to increase engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exit of exhaust gases when the piston moves from BDC to TDC.

6. Наиболее близким к способу работы двигателя внутреннего сгорания пятитактному раздельного выпуска газов является четырёхтактный способ работы двигателя внутреннего сгорания (Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексееви др.] ; под ред. М. Г. Шатрова. — 3-е изд., испр. и доп. — М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5- 4468-0186-2 ) (стр. 23 - 25). 6. The four-stroke mode of operation of an internal combustion engine is the closest to the five-stroke separate combustion engine internal combustion engine operation method (Automotive engines: a textbook for student institutions of higher education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I . V. Alekseevi et al.]; Edited by M. G. Shatrov. - 3rd ed., Rev. And add. - M.: Publishing Center "Academy", 2013.— 464 pp. - (Ser. Baccalaureate ) .ISBN 978-5- 4468-0186-2) (p. 23 - 25).

Согласно известному способу - Первый такт работы двигателя— впуск— - реализуется при повороте кривошипа коленчатого вала (ПКВ) от 0 до 180°,. Применительно к рабочему циклу поршневого двигателя понятия «такт» и «процесс» не совпадают, поскольку для лучшей организации процессов газообмена впускные и выпускные клапаны открываются до начала соответствующих тактов и закрываются после их завершения.  According to the known method - the first cycle of the engine — inlet — is realized when the crank of the crankshaft (PCB) is rotated from 0 to 180 °. In relation to the working cycle of a piston engine, the concepts of “cycle” and “process” do not coincide, since for better organization of gas exchange processes, the inlet and outlet valves open before the start of the corresponding cycles and close after their completion.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом происходит из- за разрежения, создаваемого поршнем, движущимся в сторону нижней мертвой точки (НМТ).  Before the start of the intake, the combustion products remaining from the previous cycle, which are called residual gases, are located in the volume of the combustion chamber Vc. Filling the cylinder with a fresh charge is due to the vacuum created by the piston moving toward the bottom dead center (BDC).

Давление в конце такта впуска для безнаддувного двигателя внутреннего сгорания = 0,08 ... 0,09 МПа.  Pressure at the end of the intake stroke for a naturally aspirated internal combustion engine = 0.08 ... 0.09 MPa.

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение вследствие испарения топлива. Для повышения полноты испарения иногда используется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе либо горячей жидкостьюиз системы охлаждения, либо отработавшими газами. Температура свежего заряда в цилиндре увеличивается также вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами. На режиме номинальной мощности в двигателе с искровым зажиганием превалирует подогрев свежего заряда, и Та = 320 ... 380 К. The temperature Ta is affected by the heat exchange of the fresh charge with the engine elements forming the intake system and the combustion chamber, and its cooling due to the evaporation of the fuel. To increase evaporation, sometimes A special fuel assembly heating in the inlet pipe is used either with hot liquid from the cooling system or with exhaust gases. The temperature of the fresh charge in the cylinder also increases due to its mixing with hot residual gases. At rated power mode in a spark ignition engine, fresh charge heating prevails, and Ta = 320 ... 380 K.

Чем больше уровень газодинамических потерь, выше подогрев свежего заряда, больше количество продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре двигателя от предыдущего цикла, тем меньше свежего заряда поместится в нем к концу процесса впуска.  The greater the level of gas-dynamic losses, the higher the heating of the fresh charge, the greater the amount of combustion products remaining in the engine cylinder from the previous cycle, the less fresh charge will fit in it by the end of the intake process.

Второй такт работы двигателя— сжатие— осуществляется при повороте кривошипа на угол ф от 180 до 360°.  The second cycle of the engine — compression — is performed when the crank is rotated through an angle φ from 180 to 360 °.

Третий такт работы двигателя— расширение (ф от 360 до540° ПКВ)— включает в себя сгорание основной доли поданногов цилиндр топлива, расширение рабочего тела и выполнение полезной работы.  The third stroke of the engine — expansion (f from 360 to 540 ° PKV) —includes the combustion of the main share of the sub-channels of the fuel cylinder, the expansion of the working fluid, and the performance of useful work.

В рабочем цикле работы получают несколько меньше из-за раннего открытия выпускного клапана до прихода поршня в НМТ.  In the work cycle, jobs get slightly less due to the early opening of the exhaust valve before the piston arrives at the BDC.

Четвертый такт работы двигателя— выпуск (ф от 540 до720° ПКВ) — осуществляется при давлении рг = 0,105 ... 0,12 МПа, зависящем от уровня газодинамических потерь в выпускной системе.  The fourth cycle of engine operation — exhaust (f from 540 to 720 ° PKV) —is carried out at a pressure pg = 0.105 ... 0.12 MPa, which depends on the level of gas-dynamic losses in the exhaust system.

Известный способ имеет существенный недостаток из-за неполного освобождения цилиндров от отработанных газов при завершении такта «выпуск», из-за чего мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается. The known method has a significant drawback due to the incomplete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the “release” stroke, due to which the engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.

Неполное освобождение цилиндров от отработанных газов вызвано газодинамическим сопротивлением в выпускном тракте двигателя. Это сопротивление увеличивается с ростом числа цилиндров, особенно в V-образных двигателях с одной выхлопной трубой и/или общим турбокомпрессором при объединении выпускных каналов цилиндров посредством коллектора.  Incomplete release of cylinders from exhaust gases is caused by gas-dynamic resistance in the exhaust tract of the engine. This resistance increases with the number of cylinders, especially in V-engines with one exhaust pipe and / or a common turbocharger when combining the exhaust channels of the cylinders through a manifold.

Так как такт выпуска составляет более 90 градусов, то в момент завершения такта выпуска в каком-либо цилиндре из другого цилиндра на начальной стадии такта выпуска в коллектор выбрасываются газы высокого давления - таким образом в коллекторе постоянно сохраняется избыточное давление. По этой причине падает мощность двигателя, а для освобождения цилиндров от отработанных газов прибегают к закрытию выпускного клапана после прохождения ВМТ при открытом впускном клапане, что в свою очередь также ведёт к попаданию отработанных газов во впускной коллектор, ухудшению качества рабочего тела.  Since the exhaust cycle is more than 90 degrees, at the time of completion of the exhaust cycle in a cylinder from another cylinder at the initial stage of the exhaust cycle, high-pressure gases are emitted into the manifold - thus, overpressure is constantly stored in the manifold. For this reason, the engine power drops, and to release the cylinders from the exhaust gases, they resort to closing the exhaust valve after passing the TDC with the intake valve open, which in turn also leads to the ingress of exhaust gases into the intake manifold, and deterioration of the quality of the working fluid.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации выделяемой и используемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях внутреннего сгорания путём разделения такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска выхлопных газов низкого давления с выпуском газов соответственно через турбодвигатель в тракт выпуска газов высокого давления и через вакуумный насос в тракт выпуска газов низкого давления, а турбокомпрессор заменен на турбовариатор, состоящий из сблокированных между собой корпусов турбодвигателя, вакуумного насоса и компрессора, выполненных на одной оси колеса турбодвигателя, колеса вакуумного насоса и колеса компрессораThe technical result of the invention is to optimize the released and used energy in the processes of expansion-compression of gases in internal combustion engines by dividing the exhaust cycle into the initial cycle of the release of high-pressure gases and the immediately following cycle of the release of low-pressure exhaust gases with the release of gases, respectively, through the turbo engine to the high-pressure gas discharge path and through the vacuum pump to the low-pressure gas exhaust path, and the turbocompressor is replaced by a turbovariator consisting of interlocked between of turbo engine cases, vacuum pump and compressor, made on the same axis of the turbo engine wheel, vacuum pump wheel and compressor wheel

Технический результат достигается следующим. The technical result is achieved as follows.

В способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), включают разделение четвёртого такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления. Таким образом создают пятый такт выпуска газов низкого давления, чем обеспечивают разделение такта выпуска выхлопных газов на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления. В газодинамическую схему работы двигателя включают турбовариатор, состоящий состоящий из сблокированных между собой корпусов турбодвигателя, вакуумного насоса, компрессора и выполненных на одной оси колёс: колесо турбодвигателя, колесо вакуумного насоса и колесо компрессора. Газы высокого давления выпускают через турбодвигатель. Газы низкого давления выпускают через вакуумный насос. Рабочее тело в цилиндры нагнетают компрессором.  In the method of operation of an internal combustion engine, a five-stroke separate gas exhaust, including a first engine cycle (intake), a second engine cycle (compression), a third engine cycle (expansion), a fourth engine cycle (exhaust), includes a fourth exhaust cycle gases to the initial cycle of the release of high pressure gases and immediately following it the cycle of the release of low pressure gases with the subsequent transition from the cycle of the release of high pressure gases to the cycle of the release of low gas pressure. In this way, a fifth low-pressure gas cycle is created, thereby separating the exhaust gas cycle into the initial high-pressure gas cycle and immediately following the low-pressure gas cycle. The gas-dynamic scheme of the engine operation includes a turbovariator, consisting of interlocked turbocharger bodies, a vacuum pump, a compressor and wheels made on the same axis: a turbo engine wheel, a vacuum pump wheel, and a compressor wheel. High pressure gases are released through a turbo engine. Low pressure gases are discharged through a vacuum pump. The working fluid is pumped into the cylinders by a compressor.

Такт выпуска газов высокого давления обеспечивает подачу газов в турбодвигатель при давлении 1,0 - 0,2 МПа, что в свою очередь позволяет использовать наиболее энергонасыщенные выхлопные газы для работы турбовариатора.  The high-pressure gas exhaust cycle ensures the gas supply to the turbo engine at a pressure of 1.0 - 0.2 MPa, which in turn allows the use of the most energy-saturated exhaust gases for the operation of the turbovariator.

Такт выпуска газов низкого давления через вакуумный насос позволяет:  The cycle of the release of low pressure gases through a vacuum pump allows you to:

разгрузить тракт выпуска газов высокого давления от малоэнергосодержахцих газов низкого давления, чем повысить эффективность работы турбовариатора;  Relieve the high-pressure gas exhaust path from low-energy low-pressure gases, thereby increasing the efficiency of the turbovariator;

- искусственно понизить давление в тракте выпуска газов низкого давления, что позволяет обеспечить более полную очистку цилиндров от отработанных газов, что в свою очередь позволяет поднять мощность двигателя за счёт меньшего газодинамического сопротивления выходу отработанных газов при движении поршня от НМТ к ВМТ.  - artificially lower the pressure in the low-pressure gas exhaust path, which allows for more complete cleaning of the exhaust gas from the cylinders, which in turn allows increasing engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exhaust gas output when the piston moves from BDC to TDC.

Компрессор обеспечивает подачу рабочего тела в цилиндры двигателя.  The compressor supplies the working fluid to the engine cylinders.

Турбовариатор позволяет повысить мощность двигателя. Например, для двигателя с рабочим ходом 150 мм, диаметром поршня 150 мм, падение среднего давления выпуска отработанных газов на 0,05 МПа позволит получить полезную работу: Turbovariator allows you to increase engine power. For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, a drop in the average exhaust gas pressure of 0.05 MPa will allow you to get useful work:

0,150м * 3,14*(0,075м)2 * 50 000 Па = 132 Дж 0.150m * 3.14 * (0.075m) 2 * 50,000 Pa = 132 J

где:  Where:

0, 150м - ход поршня,  0, 150m - piston stroke,

3,14*(0, 075м)2 площадь поршня. 3.14 * (0, 075m) 2 piston area.

При числе цилиндров 12 и оборотах двигателя 40 об/с (2400 об/мин) прирост мощности составит :  With the number of cylinders 12 and engine speed 40 r / s (2400 r / min), the increase in power will be:

12 цилиндров * 20 рабочих ходов в секунду * 132 Дж = 30 кВт.  12 cylinders * 20 working strokes per second * 132 J = 30 kW.

Если мощность двигателя-аналога составляла 200 кВт, то прирост мощности в предлагаемом способе составит 15 %. Или на эту же величину снизится расход топлива при эксплуатации двигателя на прежней мощности.  If the power of the analog engine was 200 kW, then the increase in power in the proposed method will be 15%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power.

На фиг. 1 и 2 проиллюстрирован принцип осуществления способа. На фиг. 1 изображён график осуществления известного способа, а на фиг. 2 изображён график осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 and 2 illustrate the principle of the method. In FIG. 1 shows a graph of the implementation of the known method, and in FIG. 2 shows a graph of the implementation of the proposed method.

Отличие предлагаемого способа от известных в следующем.  The difference of the proposed method from the known in the following.

После такта расширения и поворота коленчатого вала на угол а происходит открытие выпускного клапана высокого давления с направлением газов высокого давления в турбодвигатель (фиг. 5, фиг. 9) турбовариатора, при этом коленовал поворачивается на угол bΐ (фиг. 2), выполняя четвёртый такт работы двигателя. Давление газов в цилиндре на четвёртом такте работы двигателя колеблется от 1 до 0,2 МПа и зависит от типа и индивидуальных характеристик двигателя.  After the expansion stroke and rotation of the crankshaft by angle a, the high-pressure exhaust valve opens with the direction of the high-pressure gases to the turbo engine (Fig. 5, Fig. 9) of the turbovariator, while the bent rotates at an angle bΐ (Fig. 2), performing the fourth cycle engine operation. The gas pressure in the cylinder at the fourth cycle of the engine varies from 1 to 0.2 MPa and depends on the type and individual characteristics of the engine.

До завершения четвёртого такта выпуска начинается пятый такт выпуска с открытием выпускного клапана и направлением выпускных газов в вакуумный насос (фиг. 5, фиг. 9) турбовариатора, при этом коленовал поворачивается на угол b2 (фиг. 2), выполняя пятый такт работы двигателя. Давление газов в цилиндре на пятом такте работы двигателя составляет ОД МПа или ниже и зависит от типа и индивидуальных характеристик двигателя.  Until the fourth exhaust cycle is completed, the fifth exhaust cycle begins with the exhaust valve opening and the exhaust gases being directed to the vacuum pump (Fig. 5, Fig. 9) of the turbovariator, while the elbow rotates through angle b2 (Fig. 2), performing the fifth engine cycle. The gas pressure in the cylinder at the fifth stroke of the engine is OD MPa or lower and depends on the type and individual characteristics of the engine.

Компрессор турбовариатора обеспечивает подачу рабочего тела в цилиндры под избыточным давлением.  The turbovariator compressor provides the supply of the working fluid to the cylinders under excessive pressure.

Таким образом, пятый такт обеспечивает снижение давления в выпускном тракте до уровня атмосферного или ниже, а в конце такта выпуска происходит наиболее полное очищение цилиндра от выхлопных газов. Это позволяет обеспечить более полную очистку цилиндров от отработанных газов, что в свою очередь позволяет поднять мощность двигателя за счёт меньшего газодинамического сопротивления выходу отработщшых газов при движении поршня от НМТ к ВМТ. 7. Из известного уровня техники устройство в виде турбовариатора не выявлено. Thus, the fifth cycle reduces the pressure in the exhaust tract to atmospheric or lower, and at the end of the exhaust cycle the cylinder is most completely cleaned of exhaust gases. This allows for more complete cleaning of the cylinders from exhaust gases, which in turn allows to increase engine power due to lower gas-dynamic resistance to the exhaust gas output when the piston moves from BDC to TDC. 7. From the prior art, the device in the form of a turbovariator is not identified.

Наиболее близким к турбовариатору является турбокомпрессор (см. например, патент РФ 2172432 МПК F04D 27/00 F02B 37/00 от 24.04.2000 г.), содержащий корпус с улиточными элементами компрессора и турбины, внутри корпуса установлен ротор на оси с консольно установленными рабочими колёсами компрессора и турбины.  Closest to the turbovariator is a turbocompressor (see, for example, RF patent 2172432 IPC F04D 27/00 F02B 37/00 dated 04.24.2000), comprising a housing with snug compressor and turbine elements, a rotor mounted on the axis with cantilever mounted workers inside the housing compressor and turbine wheels.

Согласно известному устройству установленная в улиточном элементе корпуса турбина приводится во вращение от выхлопных газов двигателя и вращает турбину компрессора.  According to a known device, a turbine installed in a snail housing element is driven from the exhaust gases of the engine and rotates the compressor turbine.

Известное устройство имеет существенный недостаток - устройство не применимо для пятитактного двигателя, т. к. не обеспечивается техническая возможность искусственного понижения давления в выпускном тракте коллектора низкого давления пятитактного двигателя. The known device has a significant drawback - the device is not applicable for a five-stroke engine, because it does not provide the technical possibility of artificially lowering the pressure in the exhaust duct of the low-pressure manifold of a five-stroke engine.

Известное устройство имеет существенный недостаток также вследствие повышенного сопротивления улиточного элемента турбины за счёт создаваемого вращением газов противодавления, из-за чего происходит неполное освобождение цилиндров от отработанных газов при завершении такта "выпуск", как следствие - мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается.  The known device has a significant drawback also due to the increased resistance of the snug element of the turbine due to the counter-pressure generated by the rotation of the gases, which causes the cylinders to be incompletely released from exhaust gases at the end of the exhaust stroke, as a result, engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.

Технический результат изобретения заключается в создании турбовариатора для искусственного снижения давления в выпускном тракте низкого давления пятитактного двигателя. The technical result of the invention lies in the creation of a turbovariator for artificially reducing the pressure in the exhaust tract of the low pressure of the five-stroke engine.

Технический результат достигается следующим.  The technical result is achieved as follows.

На основе конструкции турбокомпрессора, состоящего из сблокированных между собой корпусов турбины и компрессора с установленными в нём на одной оси колеса турбины и колеса компрессора, выполнен турбовариатор, состоящий из сблокированных между собой корпусов турбодвигателя, вакуумного насоса и компрессора. Внутри блока корпусов установлены на одной оси колесо турбодвигателя, колесо вакуумного насоса и колесо компрессора.  Based on the design of the turbocompressor, consisting of turbine housings interlocked between each other and the compressor with the turbine wheels and compressor wheels mounted on it on the same axis, a turbovariator is made consisting of interlocked turbocharger, vacuum pump, and compressor housings. Inside the housing block, a turbo engine wheel, a vacuum pump wheel and a compressor wheel are mounted on the same axis.

Турбовариатор включают в газодинамическую схему работы пятитактного двигателя. Газы высокого давления (четвёртого такта выпуска) приводят во ращение турбодвигатель. Газы низкого давления (пятого такта выпуска) выходят через вакуумный насос. Компрессор нагнетает рабочее тело в цилиндры.  The turbovariator is included in the gas-dynamic scheme of the five-stroke engine. High pressure gases (fourth cycle of exhaust) drive the turbo engine. Low-pressure gases (fifth cycle of exhaust) exit through a vacuum pump. The compressor pumps the working fluid into the cylinders.

Турбовариатор позволяет повысить мощность двигателя суммарно на 40 % : а) Например, для двигателя с рабочим ходом 150 мм, диаметром поршня 150 мм, углом опережения открытия выпускного клапана 60 градусов увеличение угла поворота коленчатого вала на 15 градусов позволит получить полезную работу при среднем давлении на поршень 1 МПа :  The turbovariator allows you to increase engine power by a total of 40%: a) For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, an opening angle of opening the exhaust valve of 60 degrees, an increase in the angle of rotation of the crankshaft by 15 degrees will provide useful work with an average pressure of piston 1 MPa:

(sin 45° - sin 60°) * 0,075м * 3 ,14*(0,075м)2 * 1 000 000 Па = 211 Дж где: (sin 45 ° - sin 60 °) * 0.075m * 3, 14 * (0.075m) 2 * 1,000,000 Pa = 211 J Where:

0,075м - радиус вращения кривошипа коленчатого вала,  0,075m - the radius of rotation of the crankshaft,

3,14*(0,075м)2 площадь поршня, 3.14 * (0.075m) 2 piston area,

(sin 45° - sin 60°) * 0,075м - приращение рабочего хода.  (sin 45 ° - sin 60 °) * 0,075m - increment of the working stroke.

При числе цилиндров 12 и оборотах двигателя 40 об/с (2400 об/мин) прирост мощности составит :  With the number of cylinders 12 and engine speed 40 r / s (2400 r / min), the increase in power will be:

12 цилиндров * 20 рабочих ходов в секунду * 211 Дж = 50 кВт.  12 cylinders * 20 working strokes per second * 211 J = 50 kW.

Если мощность двигателя-аналога составляла 200 кВт, то прирост мощности в предлагаемом способе составит 25 %. Или на эту же величину снизится расход топлива при эксплуатации двигателя на прежней мощности. б) Например, для двигателя с рабочим ходом 150 мм, диаметром поршня 150 мм, падение среднего давления выпуска отработанных газов на 0,05 МПа позволит получить полезную работу :  If the power of the analog engine was 200 kW, then the increase in power in the proposed method will be 25%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power. b) For example, for an engine with a stroke of 150 mm, a piston diameter of 150 mm, a drop in the average exhaust gas pressure of 0.05 MPa will allow you to get useful work:

0,150м * 3,14*(0,075м)2 * 50 000 Па = 132 Дж 0.150m * 3.14 * (0.075m) 2 * 50,000 Pa = 132 J

где:  Where:

0, 150м - ход поршня,  0, 150m - piston stroke,

3, 14*(0,075м)2 площадь поршня, 3, 14 * (0.075m) 2 piston area,

При числе цилиндров 12 и оборотах двигателя 40 об/с (2400 об/мин) прирост мощности составит :  With the number of cylinders 12 and engine speed 40 r / s (2400 r / min), the increase in power will be:

12 цилиндров * 20 рабочих ходов в секунду * 132 Дж = 30 кВт.  12 cylinders * 20 working strokes per second * 132 J = 30 kW.

Если мощность двигателя-аналога составляла 200 кВт, то прирост мощности в предлагаемом способе составит 15 %. Или на эту же величину снизится расход топлива при эксплуатации двигателя на прежней мощности.  If the power of the analog engine was 200 kW, then the increase in power in the proposed method will be 15%. Or the fuel consumption will decrease by the same amount when the engine is operated at the same power.

На фиг. 5 и 9 проиллюстрирована схема устройства In FIG. 5 and 9 illustrate a device diagram

Улиточный элемент 3 корпуса компрессора и колесо компрессора 6 не изменены по устройству.  The snail element 3 of the compressor housing and the compressor wheel 6 are not changed in the device.

Отличие предлагаемого устройства от известных в следующем.  The difference between the proposed device from the known in the following.

Турбина заменена на турбодвигатель тем, что улиточный элемент корпуса турбины заменен на корпус 1 турбодвигателя, а колесо турбины на колесо 4 турбодвигателя. Вход и выход выхлопных газов происходит в плоскости вращения турбодвигателя. Это позволяет прежде всего разместить по двум сторонам от турбодвигателя компрессор и вакуумный насос, поскольку вход и выход газов в турбодвигатель и из турбодвигателя происходят в плоскости вращения колеса турбодвигателя, а с двух сторон от корпуса турбодвигателя появляется возможность установки двух корпусов, для компрессора и вакуумного насоса.  The turbine is replaced by a turbo engine in that the snail element of the turbine housing is replaced by a turbo engine body 1, and the turbine wheel by a turbo engine wheel 4. The input and output of exhaust gases occurs in the plane of rotation of the turbo engine. This allows, first of all, to place a compressor and a vacuum pump on both sides of the turbo engine, since the gas in and out of the turbo engine and from the turbo engine are in the plane of rotation of the turbo engine wheel, and on both sides of the turbo engine there is the possibility of installing two housings, for the compressor and the vacuum pump .

Турбовариатор выполнен по следующей компоновочной схеме и состоит из элементов : Колесо 4 турбодвигателя, колесо 5 вакуумного насоса, колесо 6 компрессора установлены на одной оси 7 в сблокированных между собой корпусе 1 турбодвигателя, корпусе 2 вакуумного насоса и корпусе 3 компрессора. На фиг. 5 - 12 отображены направления движения газов при раооте турбовариатора по двум вариантам схемы турбодвигателя. The turbovariator is made according to the following layout scheme and consists of the following elements: Wheel 4 of a turbo engine, wheel 5 of a vacuum pump, wheel 6 of a compressor mounted on the same axis 7 in interlocked housing 1 of the turbo engine, housing 2 of the vacuum pump and housing 3 of the compressor. In FIG. 5 - 12 show the direction of gas movement during the turbo-variator operation according to two variants of the turbo engine scheme.

Конструктивная схема турбодвигателя не имеет принципиального значения для турбовариатора, но должна обеспечить вход и выход отработавших газов высокого давления в плоскости вращения колеса турбодвигателя.  The design of the turbo engine is not critical for the turbovariator, but should provide an input and output of high pressure exhaust gases in the plane of rotation of the turbo engine wheel.

Устройство работает следующим образом (фиг. 5 - фиг. 12). The device operates as follows (Fig. 5 - Fig. 12).

Выхлопные газы высокого давления, образующиеся на четвёртом такте выпуска, поступают при давлении 1,0 - 0,2 МПа в корпус турбодвигателя 1 и приводят во вращение колесо 4 турбодвигателя. На фиг. 6 и 10-12 показаны варианты турбодвигателя в разрезе.  High-pressure exhaust gases generated on the fourth cycle of the exhaust flow at a pressure of 1.0 - 0.2 MPa into the housing of the turbo engine 1 and drive the wheel 4 of the turbo engine. In FIG. Figures 6 and 10-12 show cross-sectional options for a turbo engine.

Вращение колеса 4 турбодвигателя вызывает вращение установленных с ним на одной оси 7 колеса 5 и колеса 6 компрессора  The rotation of the turbocharger wheel 4 causes the rotation of the wheels 5 and the compressor wheels 6 mounted on the same axis 7

Вакуумный насос и компрессор выполнены по известному уровню техники в виде пар колесо/улигка.  The vacuum pump and compressor are made according to the prior art in the form of a pair of wheel / clutch.

Расположение мест впуска и выпуска газов высокого давления в плоскости вращения колеса турбодвигателя (фиг. 6 и фиг. 10-12) позволяет присоединить с двух сторон к корпусу 4 турбодвигателя корпус 5 вакуумного насоса и корпус 6 компрессора.  The location of the inlet and outlet of high pressure gases in the plane of rotation of the turbo engine wheel (Fig. 6 and Fig. 10-12) allows you to connect the vacuum pump case 5 and the compressor case 6 to the turbo engine casing 4 from two sides.

При вращении колеса 5 вакуумного насоса в тракте выпуска газов низкого давления на участке между выпускными клапанами цилиндров и вакуумным насосом создаётся разрежение, что способствует лучшей очистке цилиндров от отработанных газов при завершении такта "выпуск", повышению мощности двигателя внутреннего сгорания, снижению расхода топлива.  When the wheel 5 of the vacuum pump is rotated, a vacuum is created in the section between the exhaust valves of the cylinders and the vacuum pump, which contributes to better cleaning of the exhaust gas from the cylinders at the end of the exhaust stroke, increase the power of the internal combustion engine, and reduce fuel consumption.

8. В известном уровне техники широко распространены турбины, где вход отработанных газов происходит в плоскости вращения колеса в улиткообразный корпус турбины, а выход газов происходит перпендикулярно оси вращения турбины из средней части корпуса (http :/www. turbolader. шЛ . 8. In the prior art, turbines are widespread, where the exhaust gas enters in the plane of rotation of the wheel into the coiled turbine casing, and the gas escapes perpendicular to the axis of rotation of the turbine from the middle part of the casing (http: / www. Turbolader.

Общим недостатком известных устройств является недоиспользование выделяемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях, а также в отсутствии одновременного использования :  A common disadvantage of the known devices is the underutilization of the released energy during the expansion and compression of gases in engines, as well as in the absence of simultaneous use:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Наиболее близким к устройством (патент РФ s 2172432) из известного ровня техники к заявляемому турбодвигателю является турбина, состоящая и корпуса турбины типа улитки, обеспечивающего вход газов по касательной к окружности колеса и выход газов из центральной части корпуса продольно оси вращения колеса, выполненного на оси колеса турбины с расположенными в в радиальном направлении лопатками. Closest to the device (RF patent s 2172432) from a well-known level of technology to the claimed turbo engine is a turbine, consisting of a turbine housing of the cochlea type, providing gas inlet tangentially to the wheel circumference and gas outlet from the central part of the body longitudinally to the axis of rotation of the wheel, made on the axis of the turbine wheel with radially arranged blades.

Известное устройство имеет существенный недостаток - устройство не применимо для пятитактного двигателя, т. к. не обеспечивается техническая возможность искусственного понижения давления в выпускном тракте двигателя низкого давления пятитактного двигателя. The known device has a significant drawback - the device is not applicable for a five-stroke engine, because it does not provide the technical possibility of artificially lowering the pressure in the exhaust tract of a low-pressure engine of a five-stroke engine.

Известное устройство имеет существенный недостаток также вследствие повышенного сопротивления улиточного элемента турбины за счёт создаваемого вращением газов противодавления, из-за чего происходи!' неполное освобождение цилиндров от отработанных газов при завершении такта "выпуск", как следствие - мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается.  The known device has a significant drawback also due to the increased resistance of the snail element of the turbine due to the backpressure created by the rotation of the gases, which is why this is happening! ' incomplete release of cylinders from exhaust gases at the end of the “release” stroke, as a result - engine power decreases, and fuel consumption increases unreasonably.

Технический результат изобретения заключается в наиболее полном использовании выделяемой энергии : The technical result of the invention is the most complete use of the released energy:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Также техническим результатом изобретения является снижение сопротивления турбодвигателя выходу отработанных выхлопных газов, что в случае использования предлагаемого турбодвигателя в системах газораспределения четырёхтактных двигателей позволяет осуществлять более полное освобождение цилиндров от отработанных газов при завершении такта "выпуск", как следствие - повышение мощности двигателя и снижение расхода топлива.  Also the technical result of the invention is to reduce the resistance of the turbo engine to the exhaust exhaust gas, which, if the proposed turbo engine is used in the gas distribution systems of four-stroke engines, allows for more complete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the exhaust stroke, and as a result, an increase in engine power and lower fuel consumption .

Технический результат достигается следующим (фиг. 5 и 6).  The technical result is achieved as follows (Fig. 5 and 6).

На основе конструкции турбины выполнен турбодвигатель, состоящий из корпуса 1 с не менее чем одной парой последовательно расположенных по касательной к окружности колеса 4 соплового входа 8 и диффузорного выхода 9 газов, соединённых между собой поворотными полостями 10 для разворота газов и с установленным в корпусе 1 турбодвигателя колесом 4 цилиндро-лопаточного типа, выполненного в виде монолитного колеса с углублениями 11 в тангенциальном направлении от круглого до прямоугольного сечения с криволинейным днищем, при этом расстояния [а] между сопловым входом и диффузорным выходом в корпусе турбодвигателя превышают размер сегмента [Ъ[ окружности колеса в месте его углубления.  Based on the design of the turbine, a turbo engine is made up of a housing 1 with at least one pair of gases sequentially arranged tangentially to the circumference of the wheel 4 of the nozzle inlet 8 and a gas outlet 9 connected to each other by rotary cavities 10 for gas reversal and with a turbo engine installed in the housing 1 wheel 4 of the cylinder-blade type, made in the form of a monolithic wheel with recesses 11 in the tangential direction from round to rectangular cross-section with a curved bottom, while the distances [a] me waiting for the nozzle inlet and diffuser output in the turbo engine housing exceed the size of the segment [b [wheel circumference in the place of its deepening.

Совокупное взаиморасположение соплового входа газов, диффузорного выхода газов, конфигурация углубления колеса и взаимное соотношение расстояний между сопловым входом и диффузорным выходом в корпусе турбодвигателя создаёт эффект псевдопоршня, обеспечивая возможность создания варианта турбодвигателя в виде турбопоршневого двигателя. Совокупность взаимного расположения соплового входа газов, диффузорного выхода газов, конфигурация углубления колеса и взаимное соотношение расстояний между сопловым входом и диффузорным выходом в корпусе турбодвигателя обеспечивает наиболее полное использование выделяемой энергии : The total relative position of the nozzle gas inlet, diffuser gas outlet, the configuration of the wheel recess and the mutual ratio of the distances between the nozzle inlet and the diffuser outlet in the turbo engine body creates a pseudo piston effect, making it possible to create a turbo engine variant in the form of a turbo piston engine. The combination of the mutual arrangement of the nozzle inlet of gases, the diffuser outlet of gases, the configuration of the recess of the wheel and the relationship between the distances between the nozzle inlet and the diffuser outlet in the turbo engine housing provides the most complete use of the released energy:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Углубления монолитного колеса в качестве варианта выполняют изогнуто- каплевидного сечения с направлением острия капли обратно вращению колеса. Это обеспечивает наилучшие газодинамические характеристики при работе устройства в целом.  Recesses of the monolithic wheel as an option perform a curved-drop-shaped cross-section with the direction of the tip of the drop back to the rotation of the wheel. This provides the best gas-dynamic characteristics during operation of the device as a whole.

Устройство работает следующим образом (фиг. 5 и 6).  The device operates as follows (Fig. 5 and 6).

В корпус 1 турбодвигателя поступают выхлопные газы высокого давления (фиг. 6) через сопловой вход 8, напротив которого по касательной к окружности колеса расположен диффузорный выход 9. Газы создают давление на колесо 4 по касательной линии, т. к. между сопловым входом 8 и диффузорным выходом 9 имеется градиент давления. Первоначально газ наполняет углубление 11 монолитного колеса, создавая на него давление вдоль касательной линии окружности колеса 4, чем создаётся крутящий момент на ось колеса и таким образом реализуется наиболее полное использование энергии, выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости или газа. А с началом вращения колеса 4 по мере удаления углубления 11 от соплового входа 8, происходит совершение работы газом, описываемое в физике как произведение силы на расстояние. Таким образом создаётся эффект псевдопоршня Последовательное расположение углублений 11 позволяет создавать постоянное давление вдоль касательной линии колеса 4 при его вращении и добиться технического результата в виде создания турбопоршневого двигателя.  The high-pressure exhaust gases (Fig. 6) enter the turbine engine housing 1 through a nozzle inlet 8, opposite which a diffuser outlet 9 is located tangentially to the wheel circumference. The gases create pressure on the wheel 4 along a tangent line, since between the nozzle inlet 8 and diffuser output 9 has a pressure gradient. Initially, gas fills the recess 11 of the monolithic wheel, creating pressure on it along the tangent line of the circumference of the wheel 4, which creates torque on the wheel axis and thus realizes the most complete use of the energy released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid or gas. And with the beginning of rotation of the wheel 4 with the removal of the recess 11 from the nozzle inlet 8, there is a gas operation, described in physics as a product of force and distance. This creates the effect of a pseudo piston. The sequential arrangement of the recesses 11 allows you to create a constant pressure along the tangent line of the wheel 4 during its rotation and to achieve a technical result in the form of a turbo-piston engine.

С началом вращения колеса 4 прорвавшиеся сквозь неплотности в сопряжениях на первом участке газы и первично отработанные газы поступают в диффузорный выход 9, разворачиваются снова воль касательной линии колеса 4 и поступают на последующие псевдопрошни. После прохождения всех участков псевдопоршней газы высокого давления выпускаются из корпуса турбодвигателя 1.  With the beginning of rotation of the wheel 4, the gases and primary exhaust gases, which break through the leaks in the mates in the first section, enter the diffuser outlet 9, the wheel 4 again turns around the tangent line and goes to subsequent pseudo-requests. After passing all sections of the pseudo-piston, high-pressure gases are discharged from the turbo engine housing 1.

При работе в номинальном режиме также используется кинетическая энергия рабочего тела  When working in nominal mode, the kinetic energy of the working fluid is also used.

При положении углубления 11, соответствующему началу открытия полости в сторону диффузорного выхода 9, создаётся реактивный эффект от выхода рабочего тела из углубления.  When the position of the recess 11, corresponding to the beginning of the opening of the cavity towards the diffuser outlet 9, a reactive effect is created from the exit of the working fluid from the recess.

Таким образом, обеспечивается наиболее полное использование выделяемой энергии : - выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа; Thus, the most complete use of the released energy is ensured: - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Также обеспечивается применение в газораспределительной схеме пятитактного двигателя, снижение сопротивления турбодвигателя выходу отработанных выхлопных газов.  It also ensures the use of a five-stroke engine in the gas distribution scheme, reducing the resistance of the turbo engine to the exhaust exhaust.

9. В известном уровне техники широко распространены турбины, где вход отработанных газов происходит в плоскости вращения колеса в улиткообразный корпус турбины, а выход газов происходит перпендикулярно оси вращения турбины из средней части корпуса (bttp./www.turbolader.ruA. 9. In the prior art, turbines are widespread, where the exhaust gas enters in the plane of rotation of the wheel into the coiled turbine casing, and the gas escapes perpendicular to the axis of rotation of the turbine from the middle part of the casing (bttp./www.turbolader.ruA.

Общим недостатком известных устройств является недоиспользование выделяемой энергии при процессах расширения-сжатия газов в двигателях, а также в отсутствии одновременного использования :  A common disadvantage of the known devices is the underutilization of the released energy during the expansion and compression of gases in engines, as well as in the absence of simultaneous use:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Наиболее близким к устройством (патент РФ Х° 2519541) из известного ровня техники к заявляемому турбодвигателю является турбина, состоящая и корпуса турбины типа улитки, обеспечивающего вход газов по касательной к окружности колеса и выход газов из центральной части корпуса продольно оси вращения колеса, выполненного на оси колеса турбины с расположенными в в радиальном направлении лопатками.  Closest to the device (RF patent X ° 2519541) from a well-known level of technology to the claimed turbo engine is a turbine, consisting of a turbine housing of the cochlea type, providing gas inlet tangentially to the wheel circumference and gas outlet from the central part of the body longitudinally to the axis of rotation of the wheel, made on axis of the turbine wheel with radially arranged blades.

Известное устройство имеет существенный недостаток - устройство не применимо для пятитактного двигателя, т. к. не обеспечивается техническая возможность искусственного понижения давления в выпускном тракте двигателя низкого давления пятитактного двигателя. The known device has a significant drawback - the device is not applicable for a five-stroke engine, because it does not provide the technical possibility of artificially lowering the pressure in the exhaust tract of a low-pressure engine of a five-stroke engine.

Известное устройство имеет существенный недостаток также вследствие повышенного сопротивления улиточного элемента турбины за счёт создаваемого вращением газов противодавления, из-за чего происходит неполное освобождение цилиндров от отработанных газов при завершении такта "выпуск", как следствие - мощность двигателя падает, а расход топлива необоснованно увеличивается.  The known device has a significant drawback also due to the increased resistance of the snug element of the turbine due to the counter-pressure generated by the rotation of the gases, which causes the cylinders to be incompletely released from exhaust gases at the end of the exhaust stroke, as a result, engine power decreases and fuel consumption unreasonably increases.

Технический результат изобретения заключается в наиболее полном использовании выделяемой энергии : The technical result of the invention is the most complete use of the released energy:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела; - реактивной энергии рабочего тела. - kinetic energy of the working fluid; - reactive energy of the working fluid.

Также техническим результатом изобретения является снижение сопротивления турбодвигателя выходу отработанных выхлопных газов, что в случае использования предлагаемого турбодвигателя в системах газораспределения четырёхтактных двигателей позволяет осуществлять более полное освобождение цилиндров от отработанных газов при завершении такта "выпуск”, как следствие - повышение мощности двигателя и снижение расхода топлива.  Also the technical result of the invention is to reduce the resistance of the turbo engine to the exhaust exhaust gas, which, if the proposed turbo engine is used in the gas distribution systems of four-stroke engines, allows for more complete release of the cylinders from the exhaust gases at the end of the exhaust stroke, and as a result, an increase in engine power and lower fuel consumption .

Технический результат достигается следующим (фиг. 9 - 12).  The technical result is achieved as follows (Fig. 9 - 12).

На основе конструкции турбины выполнен турбодвигатель, состоящий из корпуса 1 с установленным в нём колесом 4 реактивно-лопаточного типа, с не менее чем одной выполненной параллельно плоскости колеса 4 полостью 12, сообщающейся через не менее чем один переходной цилиндр 13 шириной [с] с рабочим объёмом 14, образованным лопатками 15 колеса 4, расположенными на окружности колеса и выполненными в виде отогнутых назад вращению колеса пластин таким образом, что площадь сечения между лопатками в перпендикулярной им плоскости не увеличивается в направлении выхода газов из цилиндра.  Based on the design of the turbine, a turbo engine is made up of a housing 1 with a reactive-blade type wheel 4 installed in it, with at least one cavity 12 made parallel to the plane of the wheel 4, communicating via at least one transition cylinder 13 with a width [s] with a working volume 14, formed by the blades 15 of the wheel 4, located on the circumference of the wheel and made in the form of plates bent back to rotation of the wheel of the wheel so that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase the appearance of the exit of gases from the cylinder.

На фиг. 13 отображён вариант конического исполнения цилиндра.  In FIG. 13 shows a variant of the conical design of the cylinder.

Коническое исполнение цилиндра позволяет отгибать пластины лопаток на наибольшие углы назад вращению колеса.  The conical design of the cylinder allows you to bend the plate of the blades at the greatest angles back to the rotation of the wheel.

Совокупное взаиморасположение корпуса с установленным в нём колесом реактивно-лопаточного типа, с не менее чем однойи выполненной параллельно плоскости колеса полостью, сообщающейся через не менее чем один переходной цилиндр с рабочим объёмом, образованным лопатками колеса, расположенными на окружности колеса и выполненными в виде отогнутых назад вращению колеса пластин таким образом, что площадь сечения между лопатками в перпендикулярной им плоскости не увеличивается в направлении выхода газов из цилиндра, создаёт эффект реактивного сопла между лопатками в месте выхода газов из цилиндра, обеспечивая возможность создания варианта турбодвигателя в виде турбореактивного двигателя. The total relative position of the casing with a jet-blade type wheel installed in it, with at least one cavity parallel to the plane of the wheel communicating through at least one transition cylinder with a displacement formed by the wheel blades located on the circumference of the wheel and made in the form of bent back rotation of the plate wheel in such a way that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase in the direction of gas exit from the cylinder, it creates a reactive effect of the nozzle blades in place between the gas outlet from the cylinder, providing a possibility of creating variants of turbo a turbojet.

Совокупное взаиморасположение корпуса с установленным в нём колесом реактивно-лопаточного типа, с не менее чем одной и выполненной параллельно плоскости колеса полостью, сообщающейся через не менее чем один переходной цилиндр с рабочим объёмом, образованным лопатками колеса, расположенными на окружности колеса и выполненными в виде отогнутых назад вращению колеса пластин таким образом, что площадь сечения между лопатками в перпендикулярной им плоскости не увеличивается в направлении выхода газов из цилиндра, создаёт эффект реактивного сопла между лопатками в месте выхода газов из цилиндра обеспечивает наиболее полное использование выделяемой энергии :  The total relative position of the casing with a jet-blade type wheel installed in it, with at least one cavity made parallel to the plane of the wheel, communicating through at least one transition cylinder with a working volume formed by the wheel blades located on the wheel circumference and made in the form of bent back to the rotation of the plate wheel in such a way that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase in the direction of gas exit from the cylinder, it creates a reactive effect th nozzle between the blades in the place of gas exit from the cylinder provides the most complete use of the released energy:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа; - кинетической энергии рабочего тела; - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas; - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Устройство работает следующим образом (фиг. 9 - 13).  The device operates as follows (Fig. 9 - 13).

В корпус 1 турбодвигателя поступают выхлопные газы высокого давления (фиг. 10) через сопловой вход 16. Газы создают давление на колесо 4 по касательной линии, т. к. между сопловым входом 16 и переходными цилиндрами 13 имеется градиент давления. Первоначально газ передаёт кинетическую энергию на лопатки 15 колеса 4, создавая на него давление вдоль касательной линии окружности колеса 4, чем создаётся крутящий момент на ось 7 колеса и таким образом реализуется использование кинетической энергии газов высокого давления.  High pressure exhaust gases (FIG. 10) enter the turbo engine housing 1 through the nozzle inlet 16. The gases create pressure on the wheel 4 along a tangent line, since there is a pressure gradient between the nozzle inlet 16 and the transition cylinders 13. Initially, the gas transfers kinetic energy to the blades 15 of the wheel 4, creating pressure on it along the tangent line of the circle of the wheel 4, which creates torque on the wheel axis 7 and thus uses the kinetic energy of high-pressure gases.

Существующий постоянный градиент давления между сопловым входом 16, рабочим объёмом 14 и далее полостью 12 вызывает движение газов между лопатками 15, выполненными в виде отогнутых назад вращению колеса пластин таким образом, что площадь сечения между лопатками в перпендикулярной им плоскости не увеличивается в направлении выхода газов из цилиндра 13. Движение газов между лопатками 15 вызывает их расширение вследствие падения их давления, а при не увеличивающейся площади или уменьшающейся площади сечения каналов между лопатками 15 в направлении движения газов приводит к росту их скорости, вызывая эффект реактивного сопла в месте выхода газов с лопаток 15 колеса 4 в полость 12.  The existing constant pressure gradient between the nozzle inlet 16, the working volume 14 and then the cavity 12 causes the movement of gases between the blades 15, made in the form of plates bent back to the rotation of the wheel so that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase in the direction of gas exit cylinder 13. The movement of gases between the blades 15 causes them to expand due to a drop in their pressure, and if the area of the channels between the blades 15 does not increase or decreases in the direction The motion of gases leads to an increase in their velocity, causing the effect of a jet nozzle at the exit of gases from the blades 15 of the wheel 4 to the cavity 12.

При варианте конического исполнения цилиндра (фиг. 13) пластины лопаток 15 отогнуты на наибольшие углы назад вращению колеса и наибольшим образом уменьшают площадь сечения каналов между лопатками 15 в направлении движения газов, что позволяет усилить эффект реактивного сопла.  In the embodiment of the conical design of the cylinder (Fig. 13), the blade plates 15 are bent to the greatest angles back to the rotation of the wheel and to the greatest extent reduce the cross-sectional area of the channels between the blades 15 in the direction of gas movement, which makes it possible to enhance the effect of the jet nozzle.

Таким образом, обеспечивается наиболее полное использование выделяемой энергии :  Thus, the most complete use of the released energy is ensured:

- выделяемой при расширении и вытеснении энергии рабочим телом в виде жидкости и/или газа;  - released during the expansion and displacement of energy by the working fluid in the form of a liquid and / or gas;

- кинетической энергии рабочего тела;  - kinetic energy of the working fluid;

- реактивной энергии рабочего тела.  - reactive energy of the working fluid.

Также обеспечивается применение в газораспределительной схеме пятитактного двигателя, снижение сопротивления турбодвигателя выходу отработанных выхлопных газов. Источники информации, принятые во внимание It also ensures the use of a five-stroke engine in the gas distribution scheme, reducing the resistance of the turbo engine to the exhaust exhaust. Sources of information taken into account

1. Автомобильные двигатели : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / [М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексееви др.] ; под ред. М. Г. Шатрова.— 3-е изд., испр. и доп.— М. : Издательский центр «Академия», 2013.— 464 с.— (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5-4468-0186-2 ) (с р. 23 - 25). 1. Car engines: a textbook for students. institutions of higher prof. education / [M. G. Shatrov, K. A. Morozov, I.V. Alekseevi et al.]; under the editorship of M. G. Shatrova. — 3rd ed., Rev. and add. — M.: Academy Publishing Center, 2013. — 464 pp. — (Ser. Bachelor). ISBN 978-5-4468-0186-2) (p. 23 - 25).

2. Руководстве по эксплуатации Ка 850.3902150 двигателей ЯМЗ-850.10, ЯМЗ- 8501.10 ОАО "АВТОДИЗЕЛЬ" (Ярославский моторный завод).  2. The operation manual for Ka 850.3902150 engines YaMZ-850.10, YaMZ-8501.10 JSC "AUTODIESEL" (Yaroslavl Motor Plant).

3. Руководстве по эксплуатации двигателей внутреннего сгорания ЯМЗ- 3. The manual for the operation of internal combustion engines YaMZ-

850.10, ЯМЗ-850.10-01 Ярославского моторного завода ОАО "АВТОДИЗЕЛЬ"850.10, YaMZ-850.10-01 of the Yaroslavl Motor Plant of AUTODIESEL OJSC

(Руководство по эксплуатации 850.3902150 РЭ). (Operating Instructions 850.3902150 OM).

4. Учебное пособие Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Кафедры ТГТД МГТУ «МАМИ» Б. Н. Давыдков В. Н. Каминский «Системы и агрегаты наддува транспортных двигателей» Учебное пособие для студентов специальностей 140501.65 «Двигатели внутреннего сгорания», 140503.65 «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели», патенте РФ 2016221 «Гидравлическая реактивная турбина».  4. Textbook of the State educational institution of higher professional education of the Department of TSTD MSTU "MAMI" B. N. Davydkov V. N. Kaminsky "Systems and units of pressurization of transport engines" Textbook for students of specialties 140501.65 "Internal combustion engines", 140503.65 "Gas turbine, steam turbine plants and engines ”, RF patent 2016221“ Hydraulic jet turbine ”.

5. Учебные материалы : / Тер-Мкртичьян, Г.Г. «Двигатели внутреннего сгорания с нетрадиционными рабочими циклами» учеб, пособие / Г.Г. Тер- Мкртичьян. - М.: MAflHJSBN 978-5-7962-0202-9, УДК 621.43, ББК 31.365 /.  5. Training materials: / Ter-Mkrtichyan, G.G. “Internal combustion engines with non-traditional working cycles” textbook, manual / G.G. Ter-Mkrtichyan. - M .: MAflHJSBN 978-5-7962-0202-9, UDC 621.43, LBC 31.365 /.

http:/www.turbolader.ru/  http: /www.turbolader.ru/

htn:/www.turbolader.ru/  htn: /www.turbolader.ru/

https://infopedia.su/5x51 ee.html  https://infopedia.su/5x51 ee.html

Ил. 4. Fig. four.

Независимых п. ф. 12  Independent p. 12

Claims

Формула изобретения Claim 1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), отличающийся тем, что такт выпуска выхлопных газов разделён на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с выпуском газов соответственно через клапан высокого давления в тракт выпуска газов высокого давления и через клапан низкого давления в тракт выпуска газов низкого давления. 1. The method of operation of an internal combustion engine is a five-stroke separate gas exhaust, including a first cycle of engine operation (intake), a second cycle of engine operation (compression), a third cycle of engine operation (expansion), fourth cycle of engine operation (exhaust), characterized in that exhaust gas is divided into the initial cycle of the release of high pressure gases and the immediately following cycle of the release of low pressure gases with the release of gases, respectively, through the high pressure valve into the high gas outlet Lenia and through a low pressure valve in the exhaust of low pressure gas path. 2. Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), отличающийся тем, что такт выпуска выхлопных газов разделён на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления таким образом, что угол поворота коленчатого вала в период совместного открытия выпускного и впускного клапанов между тактом выпуска и тактом впуска выполняют минимально возможным. 2. The method of operation of the internal combustion engine is a five-stroke separate gas exhaust, including the first cycle of the engine (intake), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust), characterized in that exhaust gas emission is divided into the initial high-pressure gas exhaust cycle and immediately following the low-pressure gas exhaust cycle with the subsequent transition from the high-pressure gas exhaust cycle to the low-gas exhaust cycle so that the angle of rotation of the crankshaft during the joint opening of the exhaust and intake valves between the exhaust stroke and the intake stroke is as low as possible. 3. Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), отличающийся тем, что такт выпуска выхлопных газов разделён на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления таким образом, что угол поворота коленчатого вала на такте расширения увеличивают до 15 градусов относительно четырёхтактных двигателей-аналогов. 3. The method of operation of the internal combustion engine is a five-stroke separate gas exhaust, including the first cycle of the engine (intake), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust), characterized in that exhaust gas emission is divided into the initial high-pressure gas exhaust cycle and immediately following the low-pressure gas exhaust cycle with the subsequent transition from the high-pressure gas exhaust cycle to the low-gas exhaust cycle phenomena in such a way that the angle of rotation of the crankshaft at the expansion stroke is increased to 15 degrees relative to four-stroke engines-analogues. 4. Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), 4. The method of operation of the internal combustion engine is a five-cycle separate gas release, including the first cycle of the engine (intake), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust), 29  29th ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) отличающийся тем, что такт выпуска выхлопных газов разделён на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с выпуском газов соответственно через турбодвигатель в тракт выпуска газов высокого давления и через вакуумный насос в тракт выпуска газов низкого давления. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) characterized in that the exhaust gas exhaust cycle is divided into the initial high pressure gas exhaust cycle and immediately following the low pressure gas exhaust cycle with gas exhaust, respectively, through a turbo engine to the high pressure gas exhaust path and through a vacuum pump to the low pressure gas exhaust path. 5. Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск) с фазами газораспределения: 5. The method of operation of the internal combustion engine is a five-cycle separate gas exhaust, including the first cycle of the engine (inlet), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust) with gas distribution phases: - впускные клапаны - открытие 10° до ВМТ, закрытие 46° после НМТ; - inlet valves - opening 10 ° to TDC, closing 46 ° after BDC; - выпускные клапаны - открытие 66° до НМТ, закрытие 10° после ВМТ, отличающийся тем, что такт выпуска выхлопных газов разделён на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с последующим переходом от такта выпуска газов высокого давления к такту выпуска газов низкого давления с фазами газораспределения: - exhaust valves - opening 66 ° to BDC, closing 10 ° after TDC, characterized in that the exhaust cycle is divided into the initial high pressure gas cycle and the immediately following low pressure gas cycle followed by a transition from the high gas cycle pressure to the cycle of the release of low-pressure gases with gas distribution phases: - впускные клапаны - открытие 0-1° после ВМТ, закрытие 20-30° после - inlet valves - opening 0-1 ° after TDC, closing 20-30 ° after НМТ; NMT; - выпускные клапаны высокого давления - открытие 20-30° до НМТ, закрытие 10-20° после НМТ;  - high pressure exhaust valves - opening 20-30 ° to the BDC, closing 10-20 ° after the BDC; - выпускные клапаны низкого давления - открытие 0-10° до НМТ, закрытие 1-2° после ВМТ.  - low pressure exhaust valves - opening 0-10 ° to BDC, closing 1-2 ° after TDC. 6. Способ работы двигателя внутреннего сгорания пятитактный раздельного выпуска газов, включающий первый такт работы двигателя (впуск), второй такт работы двигателя (сжатие), третий такт работы двигателя (расширение), четвертый такт работы двигателя (выпуск), с впуском и выпуском газов через турбокомпрессор, состоящий из сблокированных между собой корпусов турбины и компрессора, выполненных на одной оси колеса турбины и колеса компрессора, отличающийся тем, что такт выпуска выхлопных газов разделён на первоначальный такт выпуска газов высокого давления и непосредственно следующий за ним такт выпуска газов низкого давления с выпуском газов соответственно через турбодвигатель в тракт выпуска газов высокого давления и через вакуумный насос в тракт выпуска газов низкого давления, а турбокомпрессор заменён на турбовариатор, состоящий из сблокированных между собой корпусов турбодвигателя, вакуумного насоса и компрессора, зо 6. The method of operation of the internal combustion engine is a five-cycle separate gas release, including the first cycle of the engine (inlet), the second cycle of the engine (compression), the third cycle of the engine (expansion), the fourth cycle of the engine (exhaust), with gas inlet and outlet through a turbocompressor, consisting of interlocked turbine and compressor housings, made on the same axis of the turbine wheel and compressor wheel, characterized in that the exhaust cycle is divided into the initial exhaust cycle pressure and immediately following it the low-pressure gas discharge cycle with the gas discharge, respectively, through the turbo engine to the high-pressure gas discharge path and through the vacuum pump to the low-pressure gas exhaust path, and the turbocompressor is replaced by a turbovariator consisting of interlocked turbo engine casings, vacuum pump and compressor ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) выполненных на одной оси колеса турбодвигателя, колеса вакуумного насоса и колеса компрессора. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) made on one axis of the turbine engine wheel, vacuum pump wheel and compressor wheel. 7. Турбовариатор, состоящий из сблокированных между собой корпусов турбины и компрессора с установленными в нём на одной оси колеса турбины и колеса компрессора, отличающийся тем, на основе конструкции турбокомпрессора выполнен турбовариатор, состоящий из сблокированных между собой корпусов турбодвигателя, вакуумного насоса и компрессора, выполненных на одной оси колеса турбодвигателя, колеса вакуумного насоса и колеса компрессора. 7. Turbo-variator, consisting of interlocked turbine and compressor housings with turbine wheels and compressor wheels mounted on it on the same axis, characterized in that, based on the design of the turbocompressor, a turbovariator is made consisting of interlocked turbo-engine, vacuum pump and compressor housings made on one axis of the turbo engine wheel, vacuum pump wheel and compressor wheel. 8. Турбопоршневой двигатель, состоящий из корпуса турбины типа улитки, обеспечивающего вход газов по касательной к окружности колеса и выход газов из центральной части корпуса продольно оси вращения колеса, выполненного на оси колеса турбины с расположенными в радиальном направлении лопатками, отличающийся тем, на основе конструкции турбины выполнен турбодвигатель, состоящий из корпуса с не менее чем одной парой последовательно расположенных по касательной к окружности колеса соплового входа и диффузорного выхода газов, соединённых между собой поворотными полостями и с установленным в корпусе турбодвигателя колесом цилиндро-лопаточного типа, выполненного в виде монолитного колеса с углублениями в тангенциальном направлении от круглого до прямоугольного сечения с криволинейным днищем, при этом расстояния между сопловым входом и диффузорным выходом в корпусе турбодвигателя превышают размер сегмента окружности колеса в месте углубления, а такое совокупное взаиморасположение соплового входа газов, диффузорного выхода газов, конфигурации углубления колеса и взаимное соотношение расстояний между сопловым входом и диффузорным выходом в корпусе турбодвигателя создаёт эффект псевдопоршня, обеспечивая возможность создания варианта турбодвигателя в виде турбопоршневого двигателя.. 8. Turbo-piston engine, consisting of a turbine casing of the cochlea type, providing gas inlet tangentially to the wheel circumference and gas outlet from the central part of the casing longitudinally to the axis of rotation of the wheel, made on the axis of the turbine wheel with radially arranged blades, characterized in that on the basis of design a turbine engine is made up of a turbine, consisting of a housing with at least one pair of consecutively arranged tangentially to the circumference of the wheel of the nozzle inlet and diffuser outlet of gases connected to I am waiting for myself with rotary cavities and with a cylinder-blade type wheel mounted in the turbo engine case, made in the form of a monolithic wheel with recesses in the tangential direction from round to rectangular section with a curved bottom, while the distances between the nozzle inlet and the diffuser outlet in the turbo engine case exceed the segment size the circumference of the wheel in the place of the recess, and such a cumulative relative position of the nozzle inlet of gases, diffuser exit of gases, the configuration of the recess of the wheel and The ratio of the distances between the nozzle inlet and the diffuser output in the turbo engine housing creates a pseudo piston effect, making it possible to create a turbo engine variant in the form of a turbo piston engine .. 9. Турбореактивный двигатель, состоящий из корпуса турбины типа улитки, обеспечивающего вход газов по касательной к окружности колеса и выход газов из центральной части корпуса продольно оси вращения колеса, выполненного на оси колеса турбины с расположенными в радиальном направлении лопатками, отличающийся тем, на основе конструкции турбины выполнен турбодвигатель, состоящий из корпуса с установленным в нём колесом реактивно-лопаточного типа, с не менее чем одной выполненной параллельно плоскости колеса полостью, сообщающейся через переходной цилиндр с рабочим объёмом, образованным лопатками колеса, 9. A turbojet engine consisting of a turbine casing of the cochlea type, providing gas inlet tangentially to the wheel circumference and gas outlet from the central part of the casing longitudinally to the axis of rotation of the wheel, made on the axis of the turbine wheel with radially arranged blades, characterized in that based on the design a turbine engine is made up of a turbine, consisting of a housing with a jet-blade type wheel installed in it, with at least one cavity parallel to the plane of the wheel, communicating through transition cylinder with displacement formed by the blades of the wheel, 31 31 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) расположенными на окружности колеса и выполненными в виде отогнутых назад вращению колеса пластин таким образом, что площадь сечения между лопатками в перпендикулярной им плоскости не увеличивается в направлении выхода газов из цилиндра, а такое совокупное взаиморасположение корпуса с установленным в нём колесом реактивно- лопаточного типа, с не менее чем одной выполненной параллельно плоскости колеса полостью, сообщающейся через не менее чем один переходной цилиндр с рабочим объёмом, образованным лопатками колеса, расположенными на окружности колеса и выполненными в виде отогнутых назад вращению колеса пластин таким образом, что площадь сечения между лопатками в перпендикулярной им плоскости не увеличивается в направлении выхода газов из цилиндра, создаёт эффект реактивного сопла между лопатками в месте выхода газов из цилиндра, обеспечивая возможность создания варианта турбодвигателя в виде турбореактивного двигателя. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) located on the circumference of the wheel and made in the form of plates bent backward to the rotation of the wheel of the wheel in such a way that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase in the direction of gas exit from the cylinder, but such a cumulative relative position of the casing with the jet-blade type wheel installed in it, with at least one cavity made parallel to the plane of the wheel communicating through at least one transition cylinder with a working volume formed by wheel blades located on the circumference of the wheel and made in the form of plates bent backward to the rotation of the wheel of the wheel so that the cross-sectional area between the blades in the plane perpendicular to them does not increase in the direction of gas exit from the cylinder, creates the effect of a jet nozzle between the blades at the place of gas exit from the cylinder, making it possible to create a turbo engine variant in the form of a turbojet engine. 10. Турбопоршневой двигатель по п. 8, отличающийся тем, что углубления монолитного колеса выполняют изогнуто-каплевидного сечения с направлением острия капли обратно вращению колеса. 10. Turbo-piston engine according to claim 8, characterized in that the recesses of the monolithic wheel perform a curved-drop-shaped cross section with the direction of the tip of the drop back to the rotation of the wheel. 11. Турбореактивный двигатель по п. 9, отличающийся тем, что переходной цилиндр может быть выполнен коническим, а пластины лопаток отогнуты на наибольшие углы назад вращению колеса и наибольшим образом уменьшают площадь сечения каналов между лопатками в направлении движения газов. 11. The turbojet engine according to claim 9, characterized in that the transition cylinder can be made conical, and the blade plates are bent to the greatest angles back to the rotation of the wheel and to the greatest extent reduce the cross-sectional area of the channels between the blades in the direction of gas movement. 12. Способ по п. 2, отличающийся тем, что минимально возможный угол совместного открытия клапанов коррелирует с размерами тепловых зазоров между клапанами и толкателями клапанов. 12. The method according to p. 2, characterized in that the minimum possible angle of joint opening of the valves correlates with the size of the thermal gaps between the valves and the valve followers. 32 32 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)  SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2019/000069 2018-02-05 2019-02-05 Five-stroke operation method for internal combustion engine having split exhaust (variants), turbo-variator, turbo-engine (variants: turbo-piston engine, turbo-reactive engine) Ceased WO2019160446A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104240 2018-02-05
RU2018104240A RU2718465C2 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Operating method of internal combustion engine of five-stroke separate gas exhaust, turbo-engine and turbine (embodiments)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2019160446A2 true WO2019160446A2 (en) 2019-08-22
WO2019160446A3 WO2019160446A3 (en) 2019-11-14

Family

ID=67586511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000069 Ceased WO2019160446A2 (en) 2018-02-05 2019-02-05 Five-stroke operation method for internal combustion engine having split exhaust (variants), turbo-variator, turbo-engine (variants: turbo-piston engine, turbo-reactive engine)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2718465C2 (en)
WO (1) WO2019160446A2 (en)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6062178A (en) * 1998-05-20 2000-05-16 Southwest Research Institute Method of operating uni-flow two-cycle engine during reduced load conditions
SE514969C2 (en) * 1999-09-15 2001-05-21 Saab Automobile Internal combustion engine
US20050188675A1 (en) * 2003-03-21 2005-09-01 Chou Jung K. Rotary engine
RU2347923C2 (en) * 2006-09-28 2009-02-27 Виталий Иванович Коминов Gas turbine engine (versions)
RU2387851C2 (en) * 2008-06-16 2010-04-27 Курнайкин Вячеслав Валентинович Prechamber rotary ice
GB2457326B (en) * 2008-10-17 2010-01-06 Univ Loughborough An exhaust arrangement for an internal combustion engine
RU2465469C2 (en) * 2011-02-09 2012-10-27 Николай Александрович Волгин Internal combustion engine
WO2013166257A2 (en) * 2012-05-02 2013-11-07 Cobb Matthew Improved structures, functions and methods regarding internal combustion engines
US9080523B1 (en) * 2014-01-16 2015-07-14 Ford Global Technologies, Llc Method to improve blowthrough via split exhaust
MA37081B1 (en) * 2014-05-28 2016-07-29 Abdelilah Lafkih Aerodynamic and mechanical devices for extracting exhaust gases

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018104240A3 (en) 2019-08-06
RU2718465C2 (en) 2020-04-08
RU2018104240A (en) 2019-08-06
WO2019160446A3 (en) 2019-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4856463A (en) Variable-cycle reciprocating internal combustion engine
US3941104A (en) Multiple turbocharger apparatus and system
CN201474768U (en) Internal combustion engine with cylinder cover and turbine
CN101818692B (en) Intake and exhaust systems for supercharged internal combustion engine
JP4387411B2 (en) Turbo compressor system for an internal combustion engine having two in-line turbo units with a coaxial rotation axis
JP2018053895A (en) System and method for energy recovery from exhaust gas
RU2606464C2 (en) Internal combustion engine with four cylinders located in row and operation method thereof
US4873825A (en) Positive displacement engine compounded with a gas turbine engine
JP2598060B2 (en) Method for controlling the working cycle of an internal combustion engine and its implementation
CN204419348U (en) Two-stage turbocharger system and explosive motor
WO2005068804A1 (en) A two-stroke compression ignition engine
CN110552781B (en) A control method of a throttle-free intake supercharged direct injection hydrogen rotor machine
JPH02501941A (en) Variable cycle reciprocating internal combustion engine
US12398670B2 (en) Rotating internal combustion engine
WO2019160446A2 (en) Five-stroke operation method for internal combustion engine having split exhaust (variants), turbo-variator, turbo-engine (variants: turbo-piston engine, turbo-reactive engine)
US11073079B2 (en) Method for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine
US6481206B1 (en) Compound cycle internal combustion engine
RU2792503C1 (en) Combined power plant system
RU151787U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU160738U1 (en) TURBOCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE
CN104806345B (en) An electric gas distribution device for an engine
US11698022B1 (en) Modified cycle two-stroke engine
RU153135U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU153145U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
CN120798515A (en) Exhaust supercharging and releasing system of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19754899

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19754899

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2