PL10165B1 - . I ^^ , "SI U^ Silnik wybuchowy z dodatkowa komora sprezania i sposób jego pracy. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu pracy oraz samego silnika wybuchowego, wyrózniajacego sie zastosowaniem dodat¬ kowej czyli pomocniczej komory spreza¬ nia, laczonej z cylindrem zapomoca kana¬ lu sterowanego zaworem, przyczem na po¬ czatku suwu sprezczego dawka podlega sprezaniu tlokiem w samym tylko cylin¬ drze, poczem cisnienie w tymze podnosi sie wskutek naplywu gazu z komory pomocni¬ czej, i dalej juz ogólny ladunek cylindra i komory pomocniczej ulega sprezaniu, wskutek ruchu tloka, a pod koniec tegoz suwu sprezczego, sprezaniu podlega tylko zawartosc cylindra. W mysl wynalazku mozna równiez stosowac srodki do chlo¬ dzenia mieszanki w komorze pomocniczej.

Rysunek wyobraza schematycznie ma¬ szyne jednocylindrowa, wykonana w mysl wynalazku niniejszego.

Silnik, stanowiacy przedmiot wynalaz¬ ku niniejszego, nalezy do typu silników o zaworach umieszczonych w glowicy cylin¬ dra, lecz oprócz zwyklych czesci, nie wy¬ magajacych wyjasnien, a oznaczonych na rysunku liczbami 1 — 11 i zwyklych za¬ worów: wlotowego 13 i wydechowego 14, posiada jeszcze zawór 12, rozrzadzajacy polaczeniem pomiedzy cylindrem roboczym 1 i kanalem 15, prowadzacym do pomocni¬ czej komory sprezania 16 o objetosci sta¬ lej. Kanal 15 ma jedna scianke wspólna z kanalem wlotowym i przez scianke te prze¬ chodzi trzon zaworu 12. Urzadzenie to ma na celu skierowanie gazów, które moglyby uchodzic naokolo rzeczonego trzonut bez-posrednie do,kmalu wlotowego zamiast u- chodzenia z silnika nazewnatrz. Komora poiridcnicza /6*posiada plaszcz wodjiy, po¬ dobnie jak sam cylinder i jego glowica, a oprócz tego ochladzaja fa dodatkowo ka¬ naly poprzeczne 17, przechodzace przez nia i komunikujace sie koncami swemi z wnetrzem plaszcza wodnego. Silnik zao¬ patrzony jest ponadto w zwykle urzadze¬ nie zaplonowe, jak np. w swiece, oraz w dowolny karburator dostarczajacy mie¬ szanke wybuchowa.

Silnik opisany powyzej moze wykazac stosunek sprezania 10 do 1, lub 8 do 1, przyczem objetosc jego komory dodatko¬ wej równa sie w przyblizeniu czynnej ob¬ jetosci cylindra. (Proporcje te nie byly przestrzegane przy wykonywaniu rysunku, gdyz jest on rysunkiem jedynie schema¬ tycznym) .

Silnik pracuje w sposób nastepujacy.

Podczas suwu ssawczego, czyli przy po¬ suwaniu sie tloka ku dolowi, zawory 12 i 14 sa zamkniete i odpowiednia dawka mie¬ szanki wybuchowej zpstaje wessana do cy¬ lindra. Gdy tlok 6 podczas suwu tego do¬ chodzi do dolnego punktu martwego lub znajduje sie wpoblizu tegoz (w przypadku silników szybkobieznych nieco ponizej), za¬ myka sie zawór wlotowy 13. Wkrótce po zamknieciu zaworu 13, a mianowicie od 5 do 20 stopni po rozpoczeciu sie suwu sprez¬ czego tloka, otwiera sie zawór 12, prowa¬ dzacy do komory pomocniczej i pozostaje otwarty az do chwili dojscia tloka do lub poza punkt srodkowy suwu sprezczego. Za¬ wór 12 zamyka sie wiec w chwili, gdy tlok dochodzi do punktu, przypadajacego po¬ miedzy przyblizonym srodkiem suwu tlo¬ ka i punktem, w którym nastepuje zaplon, w kazdym razie jednak na kilka stopni przed zaplonem. Tlok dochodzi do konca swego suwu sprezania i odbywa sie zaplon mieszanki, a nastepnie rozpoczyna sie suw roboczy w taki sam sposób, jak to ma miej¬ sce w silnikach czterosuwowych, przyczem wszystkie zawory sa zamkniete. W chwili lub przed samem dojsciem tldta do dolne¬ go punktu martwego suwu roboczego otwie¬ ra sie zawór wydechowy 14 i pozostaje o- twarty przez caly suw wydechowy. Na tern konczy sie cykl dzialania silnika.

Przy puszczaniu w ruch silnika komo¬ ra pomocnicza 16 zawiera badzto powie¬ trze badz mieszanke wybuchowa pod cisnie¬ niem w przyblizeniu atmosferycznem. Pod¬ czas opisajaegp powyzej pierwszego suwu sprezczego, pewna porcja mieszanki zosta¬ je wtloczoma przez tlok poprzez otwarty zawór 12 do komory 16 o objetosci stalej i zostaje tam uwieziona pod pewnem cisnie¬ niem z chwila zamkniecia sie tego zaworu.

W ciagu nastepujacych potem suwów: ro¬ boczego, wydechowego i ssawczego dawka sprezonej mieszanki, zawarta w komorze pomocniczej 16, ochladza sie wskutek ze¬ tkniecia ze sciankami plaszcza wodnego i z dodatkowa powierzchnia chlodzaca rurek 17. Chlodzenie to wywoluje oczywiscie pe¬ wien spadek cisnienia w komorze 16. Z chwila otwarcia sie zaworu 12, podczas na¬ stepnego suwu sprezczego, czesc ochlodzo¬ nej mieszanki w komorze 16 uchodzi zpo- wrotem do cylindra 1 i miesza sie tu z daw¬ ka mieszanki wybuchowej zassana ostatnio, wytwarzajac prawie momentalnie jednako¬ we cisnienie powyzej atmosferycznego w komorze 16 i cylindrze 1. Podczas dalsze¬ go suwu sprezania mieszanka odplywa zpowrotem z cylindra 1 do komory 16, a w wyniku tego drugiego zkolei suwu spreza¬ nia, dawka uwieziona w komorze 16 posia¬ dac bedzie cisnienie wyzsze, anizeli podczas suwu pierwszego. Proces powyzszy trwa przez kilka pierwszych cyklów dzialania silnika, az wreszcie silnik osiaga* zrówno¬ wazone, czyli normalne warunki dzialania i wówczas pracuje wedlug cyklu nastepu¬ jacego: po otwarciu zaworu 12, uwieziona i ochlodzona mieszanka w komorze pomoc¬ niczej pod cisnieniem od 5 do 10 atmosfer — 2 —(zaleznie- od chwil otwarcia i zamykania sie zaworu 12 i od skutecznosci chlodzace¬ go dzialania tej komory), wchodzi do cy¬ lindra 1 i zapelnia go dawka mieszanki o cisnieniu okolo dwu i pól do pieciu atmo¬ sfer i o temperaturze np. 100°C. Podczas dalszego sprezania, az do chwili zamknie¬ cia sie zaworu 12% ladunek cylindra i la¬ dunek komory pomocniczej ulegaja spreza¬ niu jednoczesnemu. Po zamknieciu zaworu przelotowego 12, tlok odbywa pozostala czesc swego suwu przed zaplonem w takich samych warunkach, jak to ma miejsce w zwyklych silnikach spalinowych, a miano¬ wicie sprezanie jest praktycznie biorac prawie adjabatyczne. Nalezy jednak za¬ znaczyc, ze gdy zawór 12 komory pomoc¬ niczej jest otwarty, ochlodzona mieszanka z komory tej ochladza równiez mieszanke w cylindrze i sprawia ten skutek, ze osta¬ tecznie cisnienie i temperatura sprezonej dawki w cylindrze staja sie nizsze niz mialoby to miejsce, gdyby sprezanie bylo czysto adjabatyczne: Opisany powyzej obieg mozna przeto strescic, jak nastepuje: 1) Suw ssawczy zachodzi, jak zazwyczaj. 2) Suw sprezczy odbywa sie w czesci pierwszej zasadniczo adjabatycznie, przy stosunku mniej wiecej 8 do 1, przyczem sprezaniu ulega tylko zawartosc cylindra; w czesci drugiej sprezony i ochlodzony gaz naplywa z komory pomocniczej pod cisnie¬ niem wyzszem, miesza sie z zawartoscia cylindra o cisnieniu nizszem, przyczem wskutek dalszego ruchu tloka zachodzi sprezanie zmieszanych zawartosci cylindra i komory pomocniczej, znacznie jednak wolniej, wobec otwartego polaczenia po¬ miedzy cylindrem i komora pomocnicza; w czesci trzeciej suwu proces odbywa sie a- djabatycznie w stosunku 8 do 1, jak na po¬ czatku suwu, przyczem spreza sie tylko zawartosc samego cylindra. 3) Suw roboczy odbywa sie, jak zazwy¬ czaj. 4) Podobniez i suw wydechowy.

Cykl podobny pozwala poslugiwac sie stosunkami sprezania daleko wyzszemi, niz to jest dopuszczalne przy stosowaniu we¬ glowodorów plynnych W rodzaju np. lek^ kich destylatów naftowych, bez obawy wy¬ wolywania wybuchów. Dzieki tej mozliwo¬ sci zwiekszania bez wybuchu stosunku spre¬ zania mieszanki osiaga sie przyrost spraw¬ nosci silnika oraz pewien nadmiar mocy wytworzonej przez ten sam posuw tloka przy tej samej szybkosci biegu silnika.

Nalezy przyznac, ze obieg opisany po¬ wyzej pociaga za soba teoretycznie obnize-, nie sprawnosci, wskutek poslugiwania sie sprezaniem izotermicznem (mniej wiecej izotermicznem), ale to zblizenie sie do spre¬ zenia izotermicznego ograniczone jest do okresu czasu pomiedzy otwarciem i za¬ mknieciem zaworu 12, w ciagu którego ist¬ nieje polaczenie pomiedzy cylindrem i ko¬ mora pomocnicza, które to czesci podlega¬ ja wplywowi ogrzewania przy sprezaniu, a równiez chlodzenia plaszczem chlodni¬ czym. Oba te wplywy równowaza sie w pewnym stopniu i nalezy dazyc do uczy¬ nienia ich równemi. Wszelako stopien chlodzenia zalezy calkowicie od tempera¬ tury atmosfery zewnetrznej, krazenia po¬ wietrza zewnatrz komory chlodniczej oraz od krazenia plynu chlodzacego wokolo tej komory, a ostatni tylko z tych czynników podlega scislej kontroli; mieszanka w^ cy¬ lindrze, gdy znajduje sie on w polaczeniu z komora chlodnicza, podlega nagrzewa¬ niu wskutek sprezania i ochladzaniu wsku¬ tek naplywu ochlodzonej czesciowo mie¬ szanki z komory pomocniczej. Jednakowoz nawet w okresie sprezania, zblizonego do procesu izotermicznego, mieszanka zarów¬ no w komorze pomocniczej, jak i w cylin¬ drze wystawiona jest, jak to juz wskaza¬ no, na ochladzanie plynem chlodzacym na¬ okolo chlodnicy, wiec aczkolwiek spreza¬ nie przez ten krótki czas powinnoby byc izotermiczne, to jednak ochladzanie mie- — 3 -,_.szanki moze wystarczyc do uczynienia pro¬ cesu sprezania korzystniejszym, niz spre-* zanie izotermiczne. Oznacza to; ze mieszan¬ ka moze ochladzac sie silniej w komorze chlodniczej^ niz fa nagrzewa sprezanie, wo¬ bec czego proces przybliza sie bardziej do procesu, lezacego w zalozeniu wynalazku niniejszego. Pomimo przeto teoretycznej mozliwosci spadku sprawnosci wskutek powrotu do sprezania mniej wiecej izoter- micznego, zysk na sprawnosci, wskutek mozliwego tu podniesienia stosunków spre¬ zania, znacznie przewyzsza teoretyczne te straty.

Nalezy równiez zaznaczyc, ze opisana powyzej komora sprezania 1-6 daje pewna dodatkowa ilosc czasu do zupelnej prze¬ miany w pare rozpylonej mieszanki i ze scianki cylindra moga posiadac wyzsza temperature, nie powodujac wybuchu, co zmniejsza straty ciepla przez scianki cylin¬ dra w czasie suwu roboczego.

Aczkolwiek wynalazek przedstawiony i opisany zostal w zastosowaniu do jedno- cylindrowego, pionowego silnika czterosu- wowego typu normalnego, to jednak rzecz prosta, ze zasady jego nadaja sie do wszel¬ kich normalnych typów silników jedno i wielo cylindrowych dwu i cztero-suwo- wyeh. W przypadku silników wielocylin- drowyeh kazdy cylinder moze byc zaopa¬ trzony w oddzielna komore pomocnicza lub tez wszystkie cylindry posiadaja jedna wspólna taka komore o oddzielnych zawo¬ rach, prowadzacych do poszczególnych cy¬ lindrów. W raze poslugiwania sie paliwem plynnem, nie odparowujacem latwo lub calkowicie, natenczas- komore pomocnicza mozna, z korzyscia umiescic pionowo nad cylindrem, jak to przedstawiono na rysun¬ ku, dla zapobiezenia pozostawaniu w niej nieodparowanych czasteczek cieklych pali¬ wa. Konstrukcja ta nie; jest jednak koniecz¬ na i nie potrzeba jej stosowac, gdy paliwo' tego nie wymaga.

Silnik, pracujacy podlug' cyklu- powyz¬ szego, mozna sterowac lub regulowac w sposób zwykly metoda¦¦dlawienia, lub, gdy chodzi o osiagniecie wysokich sprawnosci przy lekkiem obciazeniu, zapomoca zmie¬ niania stosunku skladników mieszanki.

Ostatni ten sposób regulowania silnika, sam przez sie juz znany, nadaje sie w szczegól¬ nosci do stosowania w cyklu niniejszym wobec tego, iz temperature mieszanki w cy¬ lindrze w chwili jej zaplonu mozna z la¬ twoscia regulowac w szerokich granicach.

Te regulacje temperatury mozna wykony¬ wac, zmieniajac moment otwierania sie i zamykania zaworu 12 przez podluzne na¬ stawianie ksiuka rozrzadczego o powierzch¬ niach tak uksztaltowanych, aby po podluz- nem przesunieciu jego otwieral on i zamy¬ kal zawór w innych chwilach. Mechanizm ten nie wchodzi zreszta w zakres wynalaz¬ ku, wobec czego, jako ogólnie znany, nie jest przedstawiony na rysunku.

Przekonano sie juz dotychczas, iz sto¬ sunkowo ubogie mieszanki mozna zaplonic i spalic po uprzedniem podniesieniu ich do wysokiej temperatury. W silniku niniej¬ szym mozna to osiagnac, oslabiajac wplyw ochladzajacy komory pomocniczej na mie¬ szanke w czasie suwu sprezania, skracajac okres czasu otwarcia zaworu 12. Ostatecz¬ nie granice regulacji powyzszej osiaga sie wówczas, gdy zawór 12 jest zamkniety przez caly czas trwania cyklu silnika, a wówczas suw sprezania odbywa sie w wa¬ runkach normalnych i zasadniczo adjaba^ tycznych, dajac dawce mieszanki w cylin¬ drze temperature maksymalna w chwili zaplonu. W przypadku silników o wysokim stosunku sprezania, do których dostosowa¬ ny jest w szczególnosci cykl niniejszy, tem¬ peratury mieszanki osiagniete w sposób po¬ wyzszy umozliwiaja regulacje biegu silni¬ ka przez zmiane skladu mieszanki, w kie¬ runku jej skrajnego zubozenia.

Regulujac bieg silnika wskazanym spo¬ sobem^ to jest zubozajac mieszanke, a jed¬ noczesnie podnoszac temperature dawki< jej; _ 4* _w cylindrze w efcwili zaplonu, mozna do¬ prowadzic silnik do wysokiej wydajnosci termicznej zarówno przy slabem jak i przy pelnem obciazeniu.

W opisie niniejszym podano pewne o- kreslone momenty otwarcia sie i zamyka¬ nia zaworu komory pomocniczej, a miano¬ wicie otwierania tegoz nastepowalo zaraz po dojsciu tloka do dolnego punktu mar¬ twego, a zamykanie — po dojsciu do punk¬ tu pomiedzy srodkiem suwu i górnym punk¬ tem martwym; oczywiscie jednak chwile te mozna zmienic na dogodniejsze w zalezno¬ sci od poszczególnych przypadków. Mozna np. nastawic rozrzad tak, aby zawór ten byl otwarty jedynie w czasie trwania cze¬ sci srodkowej suwu sprezania lub w ciagu jego czesci ostatniej. Najdogodniejsze mo¬ menty otwierania i zamykania zaworu te¬ go zaleza od cech charakterystycznych sil¬ nika. We wszystkich przypadkach jednak sama zasada pozostaje niezmienna, a mia¬ nowicie, ze temperatura dawki sprezonej jest nizsza od temperatury tejze dawki, ja¬ ka moznaby bylo osiagnac, przy takim sa¬ mym stosunku sprezania lecz bez zastoso¬ wania komory pomocniczej 16 i odpowied¬ nio ustosunkowanych zaworów.

Claims (2)

Zastrzezenia patentowe.

1. Silnik wybuchowy w którym czesc dawki mieszanki sprezonej zatrzymuje sie czasowo w komorze pomocniczej, laczonej podczas suwu sprezczego z cylindrem ro¬ boczym, znamienny tern, ze w komorze po¬ mocniczej spreza sie mieszanka w takiej ilosci z jednoczesnem tak intensywnem chlodzeniem, ze podczas powrotu jej do cy¬ lindra w okresie nastepnego suwu sprez¬ czego temperatura dawki zawartej w cy¬ lindrze obniza sie w takim stopniu, iz moz¬ na uzyskac znacznie wyzszy stopien spre¬ zania bez wywolania przedwczesnych sa¬ mozaplonów.

2. Silnik wybuchowcy wedlug zastrz. 1^ ze stosunkowo wysokim stopniem spreza¬ nia i komora pomocnicza zbudowana w ten sposób, iz moze sie laczyc z cylindrem pod¬ czas suwu sprezczego i byc odcieta od nie¬ go przed zaplonem zapomoca narzadu roz- rzadczego, znamienny tern, ze wzajemny stosunek pojemnosci komory pomocniczej, zaopatrzonej w bardzo wydajne urzadze¬ nie chlodnicze, i cylindra dobrany jest w ten sposób, iz ilosc dawki, odplywajaca zpowrotem do cylindra podczas suwu sprezczego, wystarcza do ochlodzenia cal¬ kowitej dawki w stopniu zapobiegajacym powstawaniu przedwczesnych samozaplo¬ nów. Standard O i 1 Development Company. Zastepca: M. Skrzypkowski, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 10165. ii ii Fic-1 Druk L. Boguslawskiego, Warszawa.