CS212763B2 - Internal combustion engine - Google Patents

Description

Vynález . se týká spalovacího motoru, který má alespoň jeden pracovním pístem uzavřený hlavní spalovací prostor a zapalovací komůrku, spojenou toliko s tímto- hlavním spalovacím prostorem alespoň jedním přepouštěcím kanálem.

Zapalovací komůrka umožní spalovat v hlavním spalovacím prostoru i takové směsi paliva se vzduchem, které jsou velmi chudé, protože zapálení této směsi se uskuteční místo zapalovací jiskrou od zapalovací svíčky, jak je to obvyklé u běžných zážehových spalovacích motorů, plamenem, který vyšlehne ze spalovací komůrky do hlavního spalovacího prostoru. Tak se doosáhne i u extrémně chudých směsí rovnoměrného vznícení náplně.

Zapálení směsi, která je v zapalovací komůrce, se uskuteční známým způsobem zapalovací svíčkou. Aby se dosáhlo vznícení směsi, zajišťuje se u známých způsobů v zapalovací . komůrce bohatší směs, a to tak, že do chudé směsi, která proudí do zapalovací komůrky z hlavního spalovacího prostoru, se přídavně vstřikuje palivo. U tohoto způsobu, který se také někdy nazývá plnění vrstvením, může dojít ke špatné přípravě směsi, například tehdy, usazují-li se saze na vstřikovacím ventilu, -což způsobí příliš bohatou směs v oblasti zapalovací svíčky, která je příčinou poruch v zapalování nebo nedokonalého spalování a tím i zhoršení výkonu a ke zvětšení nežádoucích podílů ve výfukových plynech spalovacího motoru. Tento problém, který uvedené vrstvení způsobuje, se u obvyklého uspořádání vířivé komůrky ještě zhoršuje tečným prouděním v komůrce, které vytváří odstředivé síly, působící zejména na těžké kapky paliva ve směsi paliva se vzduchem. Totéž platí pro motory s rotačními písty, kde pro daný problém je jediný rozdíl ve srovnání s normálním pístovým motorem v tom, že hlavní spalovací prostor se otáčí s pístem.

Aby se čelilo uvedeným nevýhodám, je u jiného známého řešení spalovacího motoru tohoto typu uspořádána zapalovací cívka ve zvláštní komůrce, která bezprostředně sousedí se zapalovací komůrkou a do které proudí obohacená směs ze zapalovací komůrky kanály a potom se v ní zapaluje.

Hlavní nevýhoda tohoto uspořádání spočívá v tom, že hrozí nebezpečí ucpání poměrně tenkých kanálků mezi zapalovací komůrkou a zvláštní komůrkou sazemi a jinými úsadami. Mimoto se v zapalovací komůrce nevytváří vír, takže rychlost reakce náplně komůrky se ve srovnání s uspořádáním vířivé komůrky zmenšuje, což je nevýhodné pro přeměnu energie hlavní náplně. ·

Další nevýhoda uvedených uspořádání spočívá 'v tom, že jsou značně nákladná, protože vyžadují ústrojí pro přímé vstřikování paliva s odpovídajícím seřízením okamžiku vstřiku, okamžiku zapalování a polohy pístu spalovacího motoru.

Jsou rovněž známé spalovací motory se zapalovací 'komůrkou, u kterých se má dosáhnout vysokou kompresí a dobrým rozvířením relativně vysokého podílu celé náplně -co největšího výkonu. Tyto motory však mají zvláště tvrdý chod a relativně nepříznivé hodnoty škodlivých podílů ve spalinách. Vysoká komprese v hlavním spalovacím prostoru je příčinou vysoké teploty směsi, takže vzniká nebezpečí horkých -bodů, to je míst se zvláště vysokou teplotou, které způsobují samozápaly směsi paliva se vzduchem. Těmto samozápalům se má opět zabránit vírem ve spalovacím prostoru. Potom vedou vysoké komprese se silným šroubovým vírem hlavní náplně k tvrdému -chodu motoru, přičemž mimoto lze takovou směs, která má velkou turbulenci, mnohem obtížněji zapálit než směs s- malými - Eozměry víru. Snadnost zapálení směsi, požadavky na malé škodlivé podíly ve výfukových plynech, klidný chod, malý škodlivý prostor, velký výkon, malá spotřeba paliva atd. jsou komplexní požadavky, které z části mají rozpournou povahu, takže optimální určení těchto veličin je sice nutné, avšak velmi obtížné.

Vynález si proto klade za úkol vytvořit spalovací motor v úvodu uvedeného typu, u kterého by se umožnilo oddělené optimalisování procesů v zapalovací komůrce a v hlavním spalovacím - prostoru, přičemž zapalovací komůrka by byla od hlavního spalovacího prostoru oddělena, takže by se zapálení uskutečnilo nezávisle na procesech, které právě probíhají v hlavním spalovacím prostoru. Vliv zapalovací komůrky na procesy v hlavním spalovacím prostoru spočívá tedy nakonec toliko v tom, že zajistí rovnoměrnou a rychlou reakci hlavní náplně.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje spalovací motor, který má alespoň jeden pracovním pístem uzavřený hlavní spalovací prostor a zapalovací komůrku, spojenou toliko s tímto hlavním spalovacím prostorem alespoň jedním prepouštěcím kanálem, jehož podle vynálezu podstata spočívá v tom, že je vytvořen jako směs stlačující zážehový spalovací motor a alespoň jeden přepouštěcí kanál je současně ústrojí pro přívod provozní směsi pro zapalovací komůrku a odlehčovací kanál pro spaliny provozní směsi, přičemž přepouštěcí kanál vyúsťuje tečně v zapalovací komůrce, která je vytvořena jako rotačně souměrné těleso, a že zapalovací ústrojí je uspořádáno v té oblasti stěny zapalovací komůrky, která je v prodloužení přepouštěcího kanálu.

Vzhledem k danému uspořádání zapalovací komůrky mimo hlavní spalovací prostor a vzhledem k tangenciálnímu vstupu do- zapalovací komůrky vytváří se v ní nejprve tzv. vír pevných tělísek, který postupně přechází do potenciálního víru, což zajišťuje nejoptimálnější promísení paliva se vzduchem. Tato homogenita není rušena tím, že by se přídavně střikovalo palivo, jako je to mu při vrstvení. V oblasti mezní vrstvy u stěny je rychlost směsi uvnitř tohoto víru malá a vznikají zejména jemné turbulentní výchylky, které jsou velmi blízko podélným rozměrům panující turbulence. K tomu přistupuje ta skutečnost, že v mezní vrstvě u stěny dochází vzhledem k odstředivým silám i při příznivé homogenitě k nepatrnému obohacení směsi paliva se vzduchem. A právě v této mezní vrstvě u stěny jsou uspořádány elektrody zapalovací svíčky, čímž se vytvoří ty nejlepší podmínky pro zažehnutí i velmi chudé směsi paliva se vzduchem. Zapalování v zapalovací komůrce se tedy , uskutečňuje odděleně od procesů v hlavním spalovacím prostoru, takže požadavky · na optimální vytvoření hlavního· spalovacího prostoru nejsou uspořádáním zapalovací komůrky nijak ovlivněny. Tak je možné spalovat i směsi, jejichž A, to je vzduchové číslo' jako hodnota udávající poměr skutečně přiváděného množství vzduchu k teoretické spotřebě vzduchu, má řádově hodnotu 1,6, zatímco normálně je hranice možnosti zapálení při A = 1,3. Hlavní příčinou špatné spalitelnosti chudých směsí je nehomogenita směsí, jakož i rychlost turbulence, to je velikosti víru v oblasti zapalovací svíčky.

Podle dalšího výhodného· vytvoření vynálezu má poměr obsahu hlavního spalovacího prostoru na konci kompresního zdvihu, tedy kompresního prostoru, vzhledem k obsahu zapalovací komůrky hodnotu větší než 5, svýhodou například mezi 10 až 25.

Poměrně malý obsah zapalovací komůrky má značné přednosti. Vzhledem k takto vzniknuvší nepatrné specifické povrchové ploše jsou poměrně malé i ztráty tepla přestupem a emise uhlovodíků. Z tohoto důvodu je pokud možno co nejkratší i přepouštěcí kanál . mezi zapalovací komůrkou a hlavním spalovacím prostorem. Jeho· délka je omezena použitými materiály a nebezpečím vznětů v horkých bodech. V malé zapalovací komůrce je i doba hoření poměrně krátká a tím je krátká · i · tzv. doba prodlevy zapálení v hlavní náplni, což je příznivé zejména při vysokých otáčkách motoru, protože směs v hlavním spalovacím prostoru se více nebo méně zapaluje od okraje. U motorů · s rotačním pístem je výhodná ta okolnost, že plamen, který vystupuje ze zapalovací komůrky do rotujícího hlavního spalovacího prostoru, působí po něm · svým šlehem· dostatečně dlouhou dobu, čímž se zajistí rychlé a spolehlivé zapálení hlavní náplně. U malé zapalovací komůrky je i vír malý ve srovnání s velkou zapalovací komůrkou a pochopitelně jsou i menší ztráty přestupu tepla do stěny. Mimoto je při menší šroubovici víru i vzrůst tlaku na počátku spalování menší, takže chod motoru je měkčí, což přináší malé mechanické ztráty a tím i zmenšení namáhání materiálu. Čím menší je zapalovací komůrka, tím· je také menší v ní se vytvářející potenciální vír. Potenciální vír Je opět složen z velkého počtu malých vírů, tzv. disperzních vírů, jejichž .rozměry jsou úměrné hlavnímu víru nebo potenciálnímu víru. Snadnost zapálení vírů však závisí na jejich velikosti. Čím menší jsou víry a čím mají jemnější zaoblení, tím homogennější je · směs a tím snáze lze tuto směs zapálit. V souvislosti s hmotovou a impulsovou výměnou panuje v malé zapalovací komůrce urovnanější proudění, zejména v oblasti stěn s jemně zaoblenými víry, což umožní snazší zapálení než ve větší zapalovací · komůrce. O posledně uvedené se opírá jeden z podstatných poznatků vynálezu.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu je poměr průřezu přepouštěcího kanálu k největšímu průřezu zapalovací komůrky v rovině rovnoběžné se vstupním otvorem přepouštěcího kanálu do zapalovací komůrky stanoven tak, že má hodnotu 0,1 až 0,4.

V rámci těchto konstrukčních rozměrů je zajištěno dostatečné oddělení zapalovací komůrky od hlavního spalovacího prostoru, které má zabránit vzájemnému nežádoucímu vlivu těchto spalovacích prostorů.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu je v ose souměrnosti zapalovací komůrky uspořádáno zapalovací komůrku prostupující vyplňovací tělísko.

V jádru víru jsou pohyby náplně zvláště nepatrné, · takže je největší nebezpečí samozápalu. V uvedeném případě může být spalovací komůrka vytvořena s výhodou kotoučovitě.

Podle dalšího· výhodného vytvoření vynálezu vedou ze spalovací komůrky do hlavního spalovacího prostoru přídavně mimo přepouštěcí kanál, který slouží k hlavnímu zapálení, ještě přídavné přepouštěcí kanály o malém průměru, které vyúsťují v místech tzv. horkých bodů. Tyto horké body totiž často bývají příčinou nepravidelného' spalování a klepání motoru. Uspořádáním přídavných přepouštěcích kanálů se dosáhne dřívějšího zapálení v oblasti horkých bodů a tím i dokonale kontrolovaného průběhu celého hlavního spalování.

Další výhodné vytvoření vynálezu spočívá v tom, že při použití většího počtu přepouštěcích kanálů a uspořádání těchto přepouštěcích kanálů mezi hlavním spalovacím prostorem a zapalovací komůrkou lze vytvořit v zapalovací komůrce alespoň dva vedle sebe uspořádané víry, které však mají opačný smysl · otáčení. V mezní oblasti mezi těmito víry se dosahuje zvláště vysoké turbulence a tím i rychlosti plamene. Příčinou jsou extrémně vysoké gradienty rychlosti mezi těmi víry. Rychlá, zvláště u motorů s vrstvenou náplní výhodná přeměna náplně vede ke zpožděným, pro výkon optimálním okamžikům zážehu, což zajišťuje velmi dobré přiblížení se k tzv. okamžitým procesům a tím i k malému sklonu motoru ke klepání. Geometrické poměry umožňují optimální volbu paprsků plamene směřujícího ze zapalovací komůrky do hlavního spalovacího prostoru, protože · pro· každý vír je k dispo212763 zici alespoň jeden přepouštěcí kanál, který může být uspořádán v různém směru.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu je zapalovací svíčka uspořádána horní hranou své střední elektrody v mezní vrstvě stěny víru paliva se vzduchem, a to v podstatě proti vyústění přepouštěcího kanálu do zapalovací komůrky. U uspořádání s vícenásobným· vírem je elektroda buď příslušně prodloužená nebo jsou upravena samostatná zapalovací místa.

Protože po zapálení má hořící směs snahu proudit do· středu zapalovací komůrky, prochází nespálená směs kolem zapalovací svíčky, takže se zajistí zvláště příznivě úplné zapálení veškeré směsi. Přitom zůstává jádro plamene na zapalovací svíčce, což působí příznivě na stabilitu zapalování a na rychlost reakce. Mimoto je u protisměrně se otáčejících · vírů jakož i v mezní vrstvě stěny a mezi víry k dispozici velký gradient rychlosti, což je rovněž výhodné pro začátek zapalování. Prodleva v zapálení, to je doba mezi přeskokem jiskry a mezi· rozšířením čela plamene, je dík vynálezu o mnoho kratší. Vzhledem k uvedenému a vzhledem ke značnému víru náplně je rychlost reakce v zapalovací komůrce s dvojnásobným vírem o mnoho vyšší než u obvyklých uspořádání zapalovacích komůrek.

Vzhledem ke strmému růstu tlaku je značně zdokonaleno přiblížení daného procesu procesu ideálnímu, to je okamžitému procesu zážehového motoru. Další výhoda spočívá v nepatrné závislosti okamžiku zážehu z hlediska optimálního výkonu na velikosti otáček a zatížení, . případně tlaku v sacím potrubí motoru.

Vzhledem k uspořádané, v podstatě úměrně k otáčkám se uskutečňující reakci náplně v zapalovací komůrce se dosahují rovněž příznivé podmínky zapalování a spalování v hlavním spalovacím prostoru, protože plamen vystupující ze zapalovací komůrky působí kladně na tyto procesy, aniž by kladl z hlediska zapalování rozhodující požadavky na uspořádání hlavního spalovacího prostoru. To platí zejména . u motorů s rotačními písty. S výhodou jsou velmi malé i cyklické výchylky, které vznikají při spalování chudé směsi v zapalovací komůrce a v hlavním spalovacím prostoru. Rovněž se podstatně sníží snaha motoru ke klepání při plném zatížení. Při uspořádání více přepouštěcích kanálů lze průběh zapálení v hlavním spalovacím prostoru srovnat s vícenásobným zapalováním, které zvyšuje rychlost reakce · náplně v hlavním spalovacím prostoru, což zdokonaluje účinnost. Nehledě k tomu, že část význaků vynálezu přináší podstatné výhody i u motorů s vrstvenou náplní, je hlavní nevýhoda motorů s vrstvenou náplní, totiž poměrně velký výstup uhlovodíků ve výfukových . plynech u motoru, který podle vynálezu pracuje s homogenní náplní, v podstatě překonána.

Motor se zapalovací komůrkou podle vynálezu má ve srovnání s motory s vrstvenou náplní výhody i pokud jde o výstup nežádoucích kysličníků dusíku, protože se u něj zabraňuje částečnému směšování hubeného a chudého podílu náplně, ke kterému dochází u motorů s vrstvenou náplní, kde dochází ke vzniku o něco nadstechiometrických složenin, jejichž spalování opět vede k extrémně vysokému vzniku podílů kysličníků dusíku.

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na několika příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí, přičemž z těchto uvedených příkladů provedení, stejně tak jako z definice předmětu vynálezu, lze poznat další znaky uspořádání podle vynálezu.

Na obr. 1 je schematicky znázorněna hlava zážehového spalovacího motoru podle vynálezu se zapalovací komůrkou uspořádanou přímo v hlavě válce, na obr. 2 je schematicky znázorněno .obdobné provedení se zapalovací komůrkou ve dvoudílné vložce, na obr. 3 je ve větším měřítku znázorněna schematicky vnitřní část vložky při pohledu z hlavního spalovacího· prostoru, na obr. 4 je vložka z obr. 3 znázorněna v řezu, na obr. 5 je vložka z obr. 3 znázorněna při · pohledu ze zapalovací komůrky, na obr. 6 je znázorněn řez vložkou jako na obr. 4, avšak bez přepážky mezi přepouštěcími kanály, na obr. 7 je znázorněn podélný řez dvoudílnou zapalovací komůrkou se dvěma rovnoběžnými tečně uspořádanými přepouštěcími kanály, který · je veden v rovině jednoho · z kanálů, na obr. 8 je znázorněn řez v rovině vyznačené čerchovanou čarou na obr. 7, obr. 9 znázorňuje rovněž zapalovací 'komůrku se dvěma přepouštěcími kanály, jejichž směry se však kříží, na obr. 10 je zapalovací komůrka se dvěma přepouštěcími kanály uspořádanými do· tvaru písmene V, na obr. 11 je znázorněn podélný řez hlavním spalovacím prostorem půlkulového tvaru, do· kterého zasahuje jednodílná vložka se zapalovací komůrkou a třemi přepouštěcími kanály, na obr. 12 je příčný řez téhož uspořádání, na obr. 13 je znázorněn podélný řez podle čerchované čáry z obr. 14, kde je schematicky vyznačen příčný řez. U tohoto uspořádání je jednodílná· vložka se zapalovací komůrkou upevněna v hlavě motoru bajonetovým uzávěrem a proti uvolnění je zajištěna šroubem, na obr. 15 je schematicky znázorněn příklad využití zapalovací komůrky podle vynálezu u motoru s rotačním pístem, přičemž zapalovací komůrka je opatřena jedním přepouštěcím kanálem a na obr. 16 je zobrazeno stejné uspořádání, avšak zapalovací komůrka má několik přepouštěcích kanálů.

Na obr. 1 a 2 jsou znázorněny výřezy ze spalovacího motoru, které ukazují možné uspořádání zapalovací komůrky 8 podle vynálezu. Ve válci 1 · motoru je uspořádán píst 2 motoru, který spolu s hlavou 3 válce 1 motoru vymezují hlavní spalovací prosto-r 4. Sacím potrubím 5 a sacím ventilem 6 (obojí na obr. 2 neznázorněno) prochází v průběhu sacího zdvihu pístu 2 motoru chudá směs paliva se vzduchem, která je dávkována neznázorněným ústrojím, do hlavního spalovacího prostoru 4. Při kompresním zdvihu pístu 2' motoru prochází potom část této chudé směsi paliva se vzduchem přepouštěcím kanálem 7 do zapalovací komůrky 8. Přepouštěcí kanál 7 vyúsťuje v zapalovací komůrce 8 tečně, takže se v zapalovací komůrce 8 vytváří vír s uspořádaným průběhem proudění. Mezní vrstva u stěny, která se ' vytváří v zapalovací komůrce 8 v oblasti stěny 9, je vedena kolem zapalovací . střední elektrody 10 zapalovací svíčky 11, čímž se směs paliva se vzduchem zapálí. Vzhledem k tomu, že rychlost mezní vrstvy na stěně 9 je jen malá, a vzhledem k tomu, že uspořádaný vír zajišťuje vytvoření absolutně homogenní směsi paliva se vzduchem a zbytkových plynů, je možné zapálení' směsí velmi chudých. Velmi malý objem zapalovací komůrky 8 ' přitom zajišťuje i to, že jsou mále i disperzní víry a malé víry, vytvářející hlavní vír, ' což · dále přispívá k příznivému zapalování. Vzhledem' k ' vlastnostem potenciálního víru, který se zde vytváří, mají snahu horké části, tedy právě zapálené části směsi paliva se vzduchem přecházet ke středu zapalovací komůrky 8, · což způsobuje, že dosud nezapálené podíly smělsi proudí ke stěnám 9 zapalovací · komůrky 8 a tím i do oblasti zapalovací střední elektrody 10 zapalovací svíčky 11. Vytváří · se tedy spirálový pohyb, · který je naznačen šipkami a který směřuje •od zapalovací svíčky 11 ke středu zapalovací komůrky 8. .I po zániku zapalovací jiskry se · uskutečňuje· další zapalování způsobené v .místě zapalování prodlevem plamene. K přídavnému · zapalování .· přispívá rozšiřující se spirálový plamen · při svém styku s nespálenými · plyny. Po zapálení směsi· se uskuteční přes přepouštěcí kanál 7 také zapálení · - stejně · chudé směsi paliva se vzduchem v hlavním · spalovacím prostoru 4. Mohutným zapalovacím plamenem z přepbuštěcího kanálu 7 · lze zapalovat extrémně chudé směsi až do hodnoty λ = 1,6, kde· λ je vzduchové číslo udávlající poměr skutečně přiváděného množství vzduchu k · teoretické spotřebě vzduchu.

Pi^c·· zachování uvedených výhod je nutné, aby byl objem zapalovací komůrky 8 v poměru k objemu hlavního spalovacího prostoru 4 při pístu · 2 v horní úvrati, tedy k objemu kompresního prostoru, pokud možno co nejmenší. Poměr objemu kompresního prostoru k objemu zapalovací komůrky 8 by měl mít hodnotu větší než 5. . Jako zvláště příznivá se ukázala hodnota tohoto poměru obsahů 10 až 20.

Zapalovací komůrka 8 může být -kulová, válcová nebo také, jak je to znázorněno na obr. 1 mít zvo-novitý tvar, který má plochou čelní stěnu 12, kterou prochází přepoustěcí kanál 7. Toto· zploštění způsobuje, že rychlost víření v oblasti zapalovací svíčky 11 se zmenšuje, čímž se usnadňuje· zapalo vací proces· vzhledem· k malé rychlosti proudění homogenní směsí.

Aby se dosáhlo vysoké výstupní rychlosti· horkých plynů ze zapalovací komůrky 8 do hlavního spalovacího prostoru 4, může se přepouštěcí kanál 7, jak je to znázorněno na obr. 1, ve směru k hlavnímu spalovacímu prostoru 4 rozšiřovat. Pokud se přepouštěcí kanál 7 u tohoto vytvoření uspořádá ve· tvaru Lavalovy trysky, lze· při velmi vysokých otáčkách motoru překročit , rychlost zvuku.

Vzhledem k tomu, že vír, který se vytváří ve střední oblasti zapalovací komůrky 8 má poměrně nepatrný pohyb náplně, vzniká u velkých kompresních poměrů nebezpečí samioizápalů v jádru tohoto víru. Takové sarnozápaly jsou však nežádoucí, protože znemožňují ovládat okamžik zážehu. Aby se vzniku těchto samozápalů zabránilo, je ve střední oblasti zapalovací komůrky 8 u příkladu provedení znázorněného na obr. 1 uspořádáno vyplňovací tělísko 18, které prochází od jedné stěny ke druhé a je souosé se stěnou víru. Uvedené vyplňovací tělísko 18 · je· výhodné nejen pro zapalovací komůrku 8 u motoru podle vynálezu, avšak obecně u všech zapalovacích nebo vírových komůrek, jaké se používají například i· u v úvodu popsaných, s vrstvením pracujících spalovacích motorů. Využití vyplňovacího tělíska 18 je zvláště vhodné u vířivých komůrek ve tvaru kotouče.

U příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 2, je na rozdíl od provedení podle obr. · 1, uspořádána spalovací komůrka 8 ve vložce 23, kt-erá je vytvořena z vnější části 13 a vnitřní části 14. Vnější část 13 je vytvořena · jako šroubová část, která pevně upíná vnitřní část 14 v hlavě 3 válce 1 · motoru. Ve · vnitřní části 14 je · uspořádán přepouštěcí kanál 7, který vytváří' spojení s hlavním spalovacím prostorem 4, a ve · vnější části 13 je uspořádána · zapalovací svíčka· 11. Vnější část 13 je stejně tak jako zapalovací svíčka 11 přístupná z vnějšku motoru. Aby se^' zabránilo nežádoucímu uvolnění vnější části 13, je· na vnější část 13 našroubována pojistná matice 15, která je pevně dotažitelná přes měděné · těsnění 16 proti hlavě 3 válce 1 motoru. Toto uspořádání lze .obměnit tak, že části 13 a 14 jsou navzájem svařeny. V takovém případě dosahuje závit až ke spalovacímu prostoru a je upraven na obvodu této jednotné části. Pro správné nastavení směru přepouštěcího kanálu 7 je z vnějšku na obvodu upravena značka.

Je známo, že uvnitř hlavního spalovacího prostoru 4 a to zejména na přechodech do hlavy 3 válce 1 motoru, se vytvářejí horké body. V podstatě jsou to místa, v nichž je pohyb paliva se vzduchem, poměrně· malý, například v uzavřených rozích, čímž často dochází k samjozápalům. Tyto samozápaly potom vedou- ke klepání motoru. Jak je patrno na obr. 2, lze vliv těchto horkých bo11 dů podstatně zmírnit uspořádáním přídavných přepouštěcích kanálů 17. Jednak se uspařádáním těchto přídavných přepouštěcích kanálů 17 dosáhne většího pohybu směsi paliva se vzduchem v uvedených uzavřených rozích, a jednak jsou tato místa volitelně zapalována plamenem, přiváděným ze zapalovací komůrky 8 těmito přídavnými pře pouštěními kanály 17. I pro tento případ platí, že přídavné přepouštěcí kanály 17 lze použít nejen, u spalovacího motoru podle tohoto vynálezu, ale obecně u spalovacích motorů, které pracují se zapalovací nebo vířivou komůrkou, tedy také u spalovacích motorů s vrstveným plněním.

Na obr. 3, 4 a. 5 je ye větším měřítku znázorněna vnitřní část 14 vložky, která má dva přepouštěcí kanály 7’, a to na obr. 3 při pohledu z hlavního spalovacího prostoru 4, na obr. 4 v řezu a na obr. 5 při pohledu ze zapalovací komůrky 8. Osy těchto přepouštěcích kanálů 7’ svírají navzájem úhel zhruba 90P. Využitím dvou přepouštěcích kanálů 7’ v odpovídajícím uspořádání se jednak zachovají dobré podmínky zapálení v zapalovací komůrce 8, zejména v oblasti zapalovací svíčky 11, a jednak se podstatně zdokonalí zapalování v hlavním spalovacím prostoru 4, protože dva svazky plamenů popsaného typu zachvátí poměrně velkou oblast kompresního prostoru, takže se podstatně zvýší rychlost reakce. To umožní podstatně snížit sklon motoru ke klepání a spalovat zvlášť chudé směsi paliva se vzduchem, čímž se dosáhne příznivého poměru mezi vznikem kysličníků dusíku a spotřebou paliva.

U příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 6, je vypuštěna přepážka uspořádaná mezi přepoiuštěcími kanály 7’, takže vznikne přepouštěcí kanál 7, který má srpovitý průřez. Řez odpovídá pohledu z obir.

4. Takové uspořádání může být výhodné zvláště u motorů s vysokým výkonem, protože v oblasti přepážek příkladů provedení znázorněných na obr. 3, 4 a 5 mohou vznik? nout samozápaly v horkých bodech.

Na obr. 7 až'10 jsou znázorněny zapalovací komůrky ft, u kterých uspořádání vždy dvou přepouštěcích kanálů 7’” se vytvářejí dva víry vedle sebe, které mají v podstatě shodnou osu. U příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 7 a 8, je upravená· válcová zapalovací komůrka 8, do které tečně vyúsťují dva navzájem rovnoběžně uspořádané přepouštěcí kanály 7”’. Přepouštěcí kanály 7’” přiléhají vždy, к jedné z čelních stěn zapalovací komůrky 8, takže se vytvářejí, jak je to patrno zejména na obr. 8, vedle sebe dva válcové víry, které se otáčejí, jak je to znázorněno na obr. 7 šipkami, v opačném směru. Tím se zajistí, že v mezní oblasti obou vírů vzniká zvláště velká a s jemným závitem pracující turbulence, čímž se dosáhne velké rychlosti zapalovacího plamene. Vzrůst rychlosti plamene, případně reakce, je důsledkem extrémně vysokých gradientů rychlosti mezi oběma víry, který také určuje turbulentní proměnné veličiny impulsu, hmoty a teploty. Rychlá reakce náplně vede ke zpožděným, nejvyšší výkon poskytujícím okamžikům zážehu, což vytváří dobré přiblížení Ideálnímu tzv. spalování při stálém objemu а к malému sklonu motoru ke klepání. Geometrické poměry umožňují optimální ovládání paprsků plamenů směřujících ze zapalovací komůrky 8 do hlavního spalovacího prostoru 4. Podle potřeby se mohou přepouštěcí kanály 7”’ křížit, tak jiak je to znázorněno na obr. 9, nebo mohou navzájem svírat ostrý úhel a být ve tvaru písmene V, jak je to znázorněno na obr. 10. Vytvoření dvou proti sobě se· otáčejících vírů v jedné zapalovací komůrce 8 není samozřejmě použitelné omezeně toliko u v úvodu popsaných spalovacích motorů, pracujících s homogenním prouděním, avšak je obecně výhodné u všech zapalovacích komůrek, a to zejména u takových, které pracují s vrstveným plněním, jakož 1 u dieselových motorů.

Aby se získalo lepší zapalování směsi paliva se vzduchem v zapalovací komůrce 8, je zapalovací komůrka 8 ve vnější části 13 a ve vnitřní části 14, jak je to patrno na obr. 7, isolována ye směru к hlavě 3 válce 1 motoru vzduchovým prostorem 10. Tento vzduchový prostor 19 je uspořádán zejména na stranách zapalovací komůrky 8, po kterých nebo podle kterých proudí nespálené plyny směsi paliva se vzduchem к zapalovací svíčce 11. Místo vzduchového prostoru 19 lze samozřejmě použít 1 jiný typ isolátoru.

Jak je patrno z. obr. 7 a 8, lze pro zapalování používat pouze jednu zapalovací svíčku 11, která má jen jednu zapalovací elektrodu 20, protože hmotu tvoří vlastní stěna zapalovací komůrky 8. Při dostatečně dlouhém . vytvoření zapalovací elektrody 20, jak je to znázorněno na obr. 8, lze zapalovat oba víry jednou zapalovací svíčkou 11. TIm_;, že není vytvořena druhá elektroda, to je vznikem zapalovací jiskry mezi zapalovací elektrodou 20 a stěnou zapalovací komůrky 8, se dosahuje .toho, že zapalovací jiskra velmi příznivě působí na směs paliva se vzduchem právě v oblasti mezní vrstvy u stěny.

Zapalování lze dále zdokonalit předběžnou ionisací uspořádáním dvou za sebou ve směru proudění směsi paliva se vzduchem uspořádaných zapalovacích elektrod 21, jak je to znázorněno na obr. 13. Zapalování se přitom uskutečňuje na obou dvojicích zapalovacích elektrod 21 buď současně nebo bezprostředně po sobě.

Obdobného účinku lze dosáhnout také tak, že se pro zapalování využije zapalovacího zařízení s poměrně dlouhou dobou zapalování a s vysokou energií, takže mezi elektrodami tonisované, případně aktivisované částice se dostanou po jednom oběhu

21276 13 ve víru opět mezi elektrody, to je v době, kdy je na nich stále ještě zapalovací jiskra.

Výhodná pro zapalování je i 'katalyticky účinná povrchová vrstva zapalovací komůrky 8. ' Lze ji vytvořit například vložkou z niklu,

Přepouštěcí kanál 7, 7\ 7”, 7”' má s výhodou kruhový nebo elipsovitý průřez. Pokud má zapalovací komůrka 8 pouze jeden hlavní ' vír, potom je u elipsovitého uspořádání přepouštěcího kanálu .7 hlavní osa elipsy s výhodou rovnoběžná s osou víru. V zásadě se ukázalo výhodné, aby miěl poměr celkového· průřezu přepouštěcího kanálu 7, nebo přepouštěcích kanálů 7' k průřezu zapalovací komůrky 8 hodnotu 0,1 až 0,4 s výhodou 0,15 až 0,3. Tak je možné zajistit spolehlivé oddělení a průchod zapalovací komůrky 8 do hlavního spalovacího prostoru 4, aniž by to ovlivňovalo funkci zapalování.

Zapalovací svíčka 11 je s výhodou uspořádána ' svými zapalovacími elektrodami 10, 21 při provedení -s jedním přepouštěcím kanálem' 7 v podstatě proti vyústění tohoto přepouštěcího kanálu 7, při provedení s - více přepouštěcími kanály 7' v podstatě proti ' středu na protější straně zapalovací komůrky 8 'uspořádaných vyústění přepouštěcích kanálů 7'. Aby bylo možné působit zejména na mezní vrstvu u stěny potenciálního víru, měla by zapalovací střední elektroda 10 zapalovací svíčky 11 zasahovat do zapalovací komůrky 8 pouze několik desetin milimetru, a to zejména tehdy, pokud bude stěna zapalovací komůrky 8 využita přímo jako ' uzemňovací hmota, jak bylo' výše popsáno. ' Pokud, jsou vytvořeny víry otáčející se v opačném smyslu a zapalování ' se uskutečňuje ve střední ' rovině mezi oběma víry, může střední ' zapalovací elektroda 20 vyčnívat ' i hlouběji do spalovacího 'prostoru' v zapalovací ' komůrce 8, aniž by došlo k nějakým ' -nevýhodám ' při' zapalování, protože proudění má charakter proudění v mezní vrstvě i v .tonuto 'prostoru. V každém případě ' ' se předpokládá, že v' místě zapálení je k dispozici uspořádané proudění s nízkou rychlostí a turbulencí s jemnou šroubovicí, což zajišťuje zapálení s minimální prodlevou a nežádoucím rozptylem. Mimoto zůstává u takového uspořádání po začátku zapálení plamen delší nebo kratší dobu na zapalovací svíčce 11, takže se zapalují i čerstvé části náplně, aniž by musela být na zapalovací svíčce 11 ještě jiskra. Vzhledem k příznivému a uspořádanému zapalování v zapalovací komůrce 8 je rychlost plamene v přepouštěcím kanálu 7 v podstatě úměrná počtu otáček, takže reakce náplně v hlavním spalovacím prostoru 4 je rovněž v podstatě synchronní s otáčkami motoru. Tím se dosáhne toho, že úhel zapalování, který je příznivý z hlediska výkonu, je jen nepatrně závislý na zatížení a počtu otáček. U vírů s protisměrnou rotací spočívá další výhoda v tom, že mají jen nepatrný sklon к samozápalům v oblasti dotyku, kde je značná turbulence. Mimo to se dosahuje zvláště příznivých podmínek rozprášení a odpaření paliva na stěnách ' ve spojení s rotací víru. Velmi příznivě se projevuje i dobré promísení paliva se vzduchem u protisměrně se otáčejících ' vírů. Další výhoda spočívá v uspořádání přepouštěcích kanálů 7, které umožňuje zasáhnout zapalovacím ' plamenem velkou oblast hlavního spalovacího prostoru 4 a tím zajistit rychlou reakci náplně.

Na obr. 11 a 12 je znázorněn příklad provedení, u kterého má hlavní spalovací prostor 4 polokulový tvar a u něhož do tohoto prostoru zasahuje vložka 23. Aby se dosáhlo dobrého využití zapalovacího plamene, jsou zde' uspořádány tři přepouštěcí kanály 7””, které vyúsťují tečně do zapalovací komůrky 8', avšak jsou upraveny v podstatě radiálně k ose vložky 23.

U příkladu provedení, který je ' znázorněn na 'obr. 13 a 14 je vložka 23, ve které je uspořádána zapalovací komůrka ' 8, upevněna v hlavě 3' válce 1 motoru prostřednictvím bajonetového uzávěru 24 a proti uvolnění je zajištěna šroubem 25. Mimoto je u tohoto příkladu provedení ' znázorněno, jak lze odsazením zapalovací komůrky ' 8 vzhledem k hlavnímu ' spalovacímu prostoru '4 ' dosáhnout odděleně optimalisace. Aby se dosáhlo pro' zapalování výhodné homogenisace směsi paliva se vzduchem, vytváří se zde, jak je to znázorněno šipkou, v hlavním spalovacím prostoru 4 vír, který je '' přizpůsoben požadavkům zapalovací komůrky 8. U některých spalovacích prostorů může být výhodné, aby se vír vytvářel již v ' sacím potrubí 5 nebo na sacím ventilu 6 a potom se přiváděl do hlavního spalovacího' prostoru 4. U ' jiných spalovacích motorů se bude vír vyrábět teprve odpovídajícím tvarem hlavního spalovacího prostoru 4. V každém případě lze uskutečnit optimalisaci úpravy hlavního spalovacího prostoru 4 nezávisle na zapalovací komůrce 8 podle vynálezu. Kombinací hlavního spalovacího prostoru 4, ve kterém se připravuje plně homogenisovaná a ve značném uspořádaném pohybu náplně se pohybující směs paliva se vzduchem s dříve popsaným vytvořením zapalovací komůrky 8, které znamená ' opět optimalisaci vlastních možností zapalovací komůrky 8, lze dosáhnout optimálního provozu motoru. Zapalovací komůrku 8 podle vynálezu· lze obdobně využít i u motorů s rotačním pístem- 27.

Další výhodná možnost vzájemného' uspořádání zapalovací komůrky ' 8 hlavního spalovacího' prostoru 4 spočívá v tom, že se přepouštěcí 'kanál 7, případně střední směr přepouštěcích kanálů 7' směruje do· oblasti výfukového ventilu. Tak lze zcela spolehlivě potlačit klepání motoru, jehož původ zpravidla- bývá v této oblasti.

U příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 15 a 16, je zapalovací komůrka 8 podle vynálezu využita u motoru s rotač15 ním pístem 27, který se otáčí ve smyslu hodinových' ručiček. Na obou obrázcích zaujímá rotační píst 27 právě tu polohu, ve které se v zapalovací komůrce 8·. začíná zapálení, to je nepatrně před dosažením nejmenšího · kompresního prostoru. Před touto · polohou je zapalovací komůrka 8 spojena se zmenšujícím se spalovacím prostorem 28 rotačním pístem 27, takže využitím směru pohybu náplně v otáčejícím se hlavním spalovacím prostoru se přivádí přepouštěcím kanálem 7 směs paliva se vzduchem do zapalovací komůrky 8.

U příkladu provedení podle obr. 15 směřuje přepouštěcí kanál 7 v okamžiku zapálení proti směru délkového protažení spa-

Claims (28)

1. Spalovací motor, který má alespoň jeden pracovním pístem uzavřený hlavní spalovací prostor a zapalovací komůrku, spojenou toliko s tímto· hlavním spalovacím prostorem alespoň jedním· přepouštěcím kanálem, vyznačený tím, že je vytvořen jako směs · stlačující zážehový spalovací motor a alespoň jeden přepouštěcí kanál (7) je současně ústrojí pro přívod provozní směsi pro zapalovací komůrku (8) a odlehčovací kanál pro spaliny provozní směsi, přičetož přepouštěcí kanál (7) vyúsťuje tečně v zapalovací komůrce (8), která je vytvořena jako rotačně souměrné těleso, a že zapalovací ústrojí je uspořádáno v té oblasti stěny (9) zapalovací komůrky (8), která je v prodloužení přepouštěcího· kanálu (7).

2. Spalovací motor podle bodu 1, vyznače- ný · tím, že poměr obsahu hlavního· spalovacího · prostoru (4) na konci kompresního zdvihu, tedy kompresního prostoru, vzhledem k obsahu zapalovací komůrky · (8) · má hodnotu větší než 5, s výhodou například mezi 10 až 25. .

3. Spalovací motor podle bodu 1 nebo 2, vyznačený tím, že poměr průřezu přepouštěcfho kanálu (7) k největšímu průřezu zapalovací komůrky (8) v rovině rovnoběžné se vstupním otvorem přepouštěcího kanálu (7) do zapalovací komůrky (8) má hodnotu 0,1 Laž 0,4.

4. Spalovací motor podle jednoho z bodů 1 až 3, vyznačený tím, že zapalovací komůrka (& ) má v podstatě kulový tvar.

5. Spalovací motor podle jednoho z bodů 1 až 3, vyznačený tím, že zapalovací komůrka (8) má v podstatě válcový tvar, přičemž do zapalovací komůrky (8) vyúsťuje tečně k válcové stěně (9) alespoň jeden přepouštěcí kanál (7).

6. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že v ose souměrnosti zapalovací komůrky (8) je uspořádáno zapalovací komůrkou (8) prostupující vyplňovací tělísko (18).

7. Spalovací motor podle bodu 6, vyzna lovacího prostoru 28. Tím dojde k Intenzivnímu promísení ze zapalovací komůrky 8 vystupujících plynů s hlavní náplní, která se otáčí proti tomuto· proudu plynů, přičemž tato hlavní náplň přijde do styku s plamenem. To vše vede k výhodně · rychlé a rovnoměrné reakci směsi v hlavním spalovacím prostoru.

U· příkladu provedení podle obr. 16 je upraveno několik přepouštěcích kanálů 7”', aby se dosáhlo několikanásobného zapálení, což je pro motor s rotačním · pístem 27 zvláště výhodné, protože již jeho· povahou je dán poměrně nepříznivý tvar spalovacího prostoru a nepříznivý pohyb náplně.

vynalezu čený tím, že vyplňovací tělísko· (18) je · válcové.

8. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že přepouštěcí kanál (7) je ve směru k hlavnímu spalovacímu prostoru (4) rozšířen ve tvaru Lavalovy trysky.

9. Spalovací motor podle jednoho · z předcházejících bodů, vyznačený tím, že· přepouštěcí kanál (7) směřuje ve směru výfukového ventilu spalovacího motoru.

10. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že má alespoň dva přepouštěcí kanály.

11. Spalovací motor podle bodu 10, vyznačený tím, že přepouštěcí kanál (7) ležící ve směru výfukového ventilu má větší průřez než druhý, jinak směřující přídavný přepouštěcí kanál (17.).

12. Spalovací motor podle · bodu 10 nebo · 11, vyznačený tím, že, · střední osy obou přepouštěcích kanálů · (7') svírají úhel 70° až · 120°, s výhodou· · zhruba · 90°, který je otevřen ve · směru k hlavnímu spalovacímu prostoru (4).

13. Spalovací motor podle bodu 11, vyznačený tím, že jeden z přepouštěcích kanálů (17) směřuje k tak zvaným horkým bodům · v hlavním spalovacím prostoru (4).

14. Spalovací motor podle jednoho z bodů 10 až 13, vyznačený tím, že dva· přepouštěcí kanály (7”’) vyúsťují do zapalovací komůrky (8) v rovině kolmé vzhledem k ose rotačně souměrné zapalovací komůrky (8) a směřující na protilehlé stěny (9) zapalovací komůrky (8).

115:. Spalovací motor podle bodu 11, vyznačený tím, že přepouštěcí kanály (7”’j jsou uspořádány ve všech směrech navzájem rovnoběžně.

16. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že zapalovací ústrojí, vytvořené jako zapalovací svíčka (11), · je uspořádáno zhruba proti vyústění přepouštěcího kanálu (7) do zapalovací komůrky (8) a při více přepouštěcích kanálech zhruba proti středu jejich vyústění do zapalovací komůrky . (8).

17. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že zapalovací ústrojí, vytvořené jako zapalovací svíčka . (11), je· uspořádáno horní hranou své střední elektrody (10) v rovině stěny (9) zapalovací komůrky (8).

18. Spalovací motor podle jednoho z bodů 1 až 16, vyznačený tím, že stěna zapalovací komůrky (8) tvoří uzemňovací elektrodu.

19. Spalovací motor podle bodu 18, vyznačený tím, že zapalovací elektroda (20) je uspořádána v podstatě rovnoběžně se stěnou (9) zapalovací komůrky (8) a rovnoběžně s osou rotačně souměrné zapalovací komůrky . (8).

20. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že zapalovací komůrka (8) má katalyticky účinnou povrchovou vrstvu.

21. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že zapalovací komůrka (8) je uspořádána alespoň zčásti ve stěně hlavního spalovacího prostoru (4) a je ve směru k chlazeným částem stěny hlavního spalovacího prostoru (4) tepelně izolována.

22. Spalovací motor podle bodu 21, vyznačený tím, že mezi vnitřní stěnou zapalovací kotnůrky (8) a přilehlou stěnou hlavního spalovacího, prostoru (4) je uspořádán nejméně jeden izolační vzduchový prostor (19).

23. Spalovací motor podle bodu 22, vyznačený tím, že má izolovanou zejména· tu část stěny (9) spalovací komůrky (8), která je ve směru proudění směsi vstupující přepouštěcími kanály upravena mezi . vstupem přepouštěcích kanálů a zapalovací svíčkou (1'1).

24. Spalovací motor podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačený tím, že· zapalovací komůrka· (8) je upravena ve vložce (23), která je· uspořádána s výhodou vyměnitelně ve válci (1) motoru nebo v hlavě (3) válce (1) motoru a v níž je uložena zapalovací svíčka· (11) a uspořádán přepoustěcí kanál (7).

25. Spalovací motor podle bodu 24, vyznačený tím, že vložka (23) je vytvořena vnější částí (13) a vnitřní částí (14) vložky (23), z nichž vnitřní část (14), přivrácená k hlavnímu spalovacímu prostoru (4), obsahuje přepouštěcí kanál (7) a vnější část (13), přístupná z vnějšku, zapalovací svíčku (11).

26. Spalovací motor podle bodu 24 nebo 25, vyznačený tím, že vnější část (13) vložky je alespoň z části opatřena závitem.

27. Spalovací motor podle bodu 26, vyznačený tím, že na části závitu vnější části (13) vložky (23), která vyčnívá z motoru, je uspořádána pojistná matice (15).

28í··. Spalovací motor podle bodu 24 nebo 25, vyznačený tím, že vložka (23) je na motoru upevněna bajonetovým uzávěrem (24).

29. Spalovací motor podle jednoho· z bodů 24 alž 28, vyznačený tím, že vložka (23) zasahuje do hlavního spalovacího· prostoru (4) , má válcovou zapalovací komůrku (8), jejíž osa je kolmá k jí obklopující stěně hlavního spalovacího prostoru (4), a že přepouštěcí kanál (7””) nebo přepouštěcí kanály (7””) leží v rovině v podstatě kolmá k ose zapalovací komůrky (8).