SI26163A - Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem - Google Patents

Abstract

Polnilni obroč (1) za vse motorje z notranjim izgorevanjem, kot nova konstrukcija ali renovacija obstoječih motorjev, je namenjen zmanjšanju porabe, emisij in detonacij, kar dosežemo tako, da dovajamo bogatejšo zmes goriva z injektorjem (2) v primarni volumen (1.1), kjer je svečka (3.1) oziroma grelna svečka (3.2), ki jo svečka zanesljivo vžge, zgorevanje pa se, skozi obroč (1.0), prevede v sekundami volumen (1.2), ki je del kompresijskega prostora (1.3) v katerega dovajamo z injektorjem (2) zelo revno mešanico, ki jo svečka samostojno ne bi mogla vžgati. Ker je bogata zmes le v majhnem primarnem volumnu (1.1), v ostalem kompresijskem prostoru (1.3) pa je zelo revna mešanica, deluje motor na revno mešanico, s čimer povečamo izkoristek, zmanjšamo škodljive emisije in izničimo detonacije. Ustrezna geometrija polnilnega obroča (1) s sekundarnim volumnom (1.2), ki je lahko opremljen z različnimi uvodniki, pa dodatno povečuje turbulenco mešanja tokov goriva in s tem zvišujejo hitrost gorenja mešanice.

Description

Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem.

Uporaba in namen pričujočega izuma je v vseh motorjih z notranjim zgorevanjem, katerim želimo izboljšati toplotni izkoristek, zlasti z namenom zmanjšanja porabe goriva in zmanjšanja škodljivih emisij.

Uporaben je tako pri Otto in Wankel bencinskih ter dizelskih 2- in 4-taktnih kakor tudi pri motorjih za pomorsko uporabo iz zgornje skupine, ki uporabljajo specifična goriva.

Predmet izuma je t.i. polnili obroč, oziroma posebna, iz treh funkcijskih elementov sestavljena, dodatno vgrajena oblika zgorevalne komore, oz. zgorevalnega prostora oz. v nadaljevanju kompresijskega prostora v predelu primarnega vžiga zmesi (v bližini vžigalne ali grelne svečke), katero lahko v različnim modificiranih oblikah, uporabimo za vse poznane motorje z notranjim izgorevanjem z namenom zagotavljanja vžiga revnih zmesi, ki jih vžigalna ali grelna svečka ne bi mogla vžgati.

Za lažje razumevanje razlagamo termin kompresijskega prostora, ki je pomensko na enak način tudi zgorevalni prostor in je sestavljen iz volumna med batom motorja v zgornji mrtvi legi in glavo motorja ter sekundarnega volumna, ki se nahaja tik pod obročem in iz primarnega volumna kateri se nahaja med obročem in svečko ali grelno svečko.

Uporaba predlaganega izuma v motorjih dodatno preprečuje klenkanje (detonacije), kar omogoči, da lahko konstruiramo motorje z višjim kompresijskim razmerjem in jim s tem povišamo izkoristek delovanja.

Adiabatni izkoristek motorjev z notranjim izgorevanjem je definiran predvsem s stopnjo kompresijskega razmerja.

Višje kot je kompresijsko razmerje, višji je izkoristek motorja.

Vendar je maksimalno kompresijsko razmerje, pri katerem lahko deluje motor brez mehanskih poškodb, omejeno na določen faktor.

Seveda so ti podatki različni in odvisni od velikost in namena uporabe ter od končne konstrukcije in velikosti motorjev ter nenazadnje od uporabljenega goriva.

E)a konstruktorji povišajo kompresijsko razmerje motorjev, brez nevarnosti mehanskih poškodb, z namenom višjih moči ter posledično višjih izkoristkov, manjših izpustov ter nižje specifične porabe, uporabljajo razne znane tehnične rešitve, kot so: enakomernejše razprševanje vžigalne snovi, spremembe kota vžiga, namestitev merilcev klenkanja in regulacijsko zanko za spreminjanje vžigalne mešanice v vsakem ciklu, oziroma z zakasnitvijo enega ali več vžigov, oblikovanje geometrije kompresijskegaprostora...itd.

Znane so tudi tehnične rešitve v obliki t.i. predkomore, ki se uporabljajo predvsem pri starejših in težjih dizel motorjih, ki imajo namen lažjega vžiga hladnega motorja in so povezane s kompresijskim prostorom le z relativno tanko povezavo glede na volumen kompresijskega prostora.

Naš predlagan izum v obliki konstrukcije in uporabe polnilnega obroča 1 nameščenega pod vžigalno svečko 3.1 (ali grelno svečko 3.2 za dizelske motorje) delno razmeji kompresijski prostor 1.3 na dva dela, in sicer na:

1. Zgornji primarno vžigalni del in sekundarno delovni del — v nadaljevanju primarni volumen 1.1.

2. Spodnji primarno delovni del in sekundarno vžigalni del — v nadaljevanju sekundami volumen 1.2.

3. Obroč 1.0 pa je vezni člen med obema volumnoma in ima funkcijo zadrževanja goriva v primarnem volumnu in funkcijo dodatne turbulence gorivne mešanice pri vžigu.

Pri uporabi predlaganega izuma, v praksi, lahko konstrukcijsko povišamo kompresijsko razmerje, motor pa kumulativno napajamo z bistveno revnejšo zmesjo, kar prevede do višjih izkoristkov, nižje porabe in nižjih izpustov nevarnih snovi v okolico, brez nevarnosti detonacij.

Polnilni obroč 1, kije predmet tega izuma lahko uporabljajo vsi motorji z notranjim izgorevanjem.

Namen in naloga polnilnega obroča 1 je zmanjšati porabo goriva in škodljivih emisij z uporabo revne (lean) mešanice goriva, ki jo uporaba omenjenega polnilnega obroča 1 omogoča.

Celotna dobavljena mešanica v enem ciklu je torej v skupnem t.i. revna mešanica saj vsebuje samo en manjši del bogate mešanice, ki zagotavlja vžig goriva v primarnem volumnu 1.1., dodatna turbulenca mešanja te goreče mešanice pa preko obroča 1.0 homogeno in hitro vžge zelo revno mešanico v sekundarnem volumnu 1.2.

Te revne mešanice samo vžigalna svečka 3.1, ali pri dizlih grelna svečka 3.2, zaradi premajhne energije ne bi mogla vžgati.

Pri Otto-vem bencinskem motorju, opremljenem z vžigalno svečko 3.1, je polnilni obroč 1 vstavljen pod vžigalno svečko 3.1 in se nahaja med njo in čelom zgorevalne komore oz. temenom bata 5.3.

Vžgana mešanica se širi iz primarnega volumna 1.1 v sekundami volumen 1.2 povezan s kompresijskim prostorom 1.3, njeno gorenje pa poteka navzdol preko celotnega polnilnega obroča 1 in njegov obroč 1.0, kjer se gorenju poveča turbulenca, kar pripomore k temu, da se revna mešanica goriva in zraka v sekundarnem volumnu 1.2 hitreje m bistveno bolj homogeno vžge ter vžge tudi zelo revno zmes v kompresijskem prostoru 1.3.

Energija gorenja t.i. bogate mešanice v primarnem volumnu 1.1 je namreč tako velika, da z lahkoto vžge tudi zelo revno mešanico v sekundarnem volumnu 1.2.

TEHNIČNO PODROČJE UPORABE PREDLAGANEGA IZUMA:

Predlagan izum je namenjen vsem motorjem z notranjim izgorevanjem z namenom zmanjšanja porabe in onesnaženih emisij, ter ohranjanja visoke zmogljivosti.

Za doseganje tega uporabimo polnilni obroč 1, ki zaradi enovite geometrije in postavitve v kompresijskem prostoru 1.3, omogoča razpršitev bogate mešanice v primarni volumen 1.1 z vžigalno svečko 3.1 ter revne mešanice v sekundami volumen 1.2 na področje temena bata 5.3.

Polnilni obroč 1 zaradi tega zagotovi zanesljiv vžig, saj je območje vžigalne svečke 3.1 napolnjeno z bogato (stehiometrično razmerje) zmesjo.

Motor pa zaradi tega, ker je sekundami volumen 1.2, kije volumensko bistveno večji od primarnega volumna 1.1, napolnjen z zelo revno zmesjo, deluje v t.i. »lean buming« režimu oz. z revno mešanico.

Dodatno k temu lahko motorjem, ki uporabljajo polnilni obroč 1 bistveno zvišamo ompresijsko razmerje, ker zaradi opisanega delovanja vžiga bogate zmesi, pri njih ne prihaja do klenkanja oz. detonacij, odnosno so le-te postavljene na bistveno višjo mejo.

Vžgana mešanica v primarnem volumnu 1.1, pa zaradi svoje energije zgorevanja in turbulentnega prehajanja skozi polnilni obroč 1, zagotovi siguren vžig revne mešanice v sekundarnem volumnu 1.2, ki pa je primarno namenjen kot t.i. delovni volumen in je seveda bistveno večji od primarnega volumna 1.1, ki je namenjen predvsem sigurnemu vžigu mešanice po celotnem kompresijskem prostoru 1.3.

S tem omogočimo delovanje motorja z bistveno revnejšo zmesjo, saj dovajamo steihometnčno razmerje vžigalne snovi le v primarni volumen 1.1, medtem ko polnimo sekundami volumne 1.2 z bistveno revnejšo zmesjo.

Polnjenje obeh delov kompresijskega prostora 1.3 se lahko izvaja z enim samim injektorjem goriva 2 v primarni volumen 1.1, ali z dvema injektorjema goriva 2, pri čemer je en usmerjen v primarni volumen 1.1 in drugi v sekundami volumen 1 2 ali na način, daje en usmerjen v primarni volumen 1.1 in drugi le kompresijski prostor 1.3, ali samo z enim, usmerjenim samo kompresijski prostor.

Injektor goriva 2 ima lahko v svojem podaljšku izdelane brizgalne kanale goriva za primarni volumen 1.1.1, ki jih je lahko več in so lahko razdeljeni na katere so priključene sobe skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen 1.1.2 in jih je prav tako lahko vec.

Omenjeni kanali in šobe pa so lahko različnih dimenzij, presekov, geometrij in površin.

Omenjene šobe so speljane v različne prostore primarnega volumna 1.1 polnilnega obroča 1 ah m v različne prostore obroča 1.0 in jih je lahko več kot ena.

Injektor goriva 2 ima lahko v svojem podaljšku izdelane brizgalne kanal goriva za sekundami volumen 1.2.1, ki jih je lahko več in so lahko razdeljeni na katere so priključene šobe skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen 1 2 2 ki jih ie lahko več. ’ ^{J J}

Omenjeni kanali in šobe pa so lahko različnih dimenzij, presekov, geometrij in površin. Omenjene šobe so speljane v različne prostore sekundarnega volumna 1.2 polnilnega obroča 1 ali in v različne prostore kompresijskega prostora 1.3 in jih je lahko več kot ena.

Kadar uporabimo poseben injektor 2 za polnjenje primarnega volumna mu pravimo injektor goriva za primarni volumen 2.0.1.

Kadar uporabimo poseben injektor 2 za polnjenje sekundarnega volumna mu pravimo injektor goriva za sekundami volumen 2.0.2.

Lahko seveda kombiniramo več injektorjev goriva 2 z usmerjanjem samostojno ali preko omenjenih kanalov v različne omenjene prostore, kar je odvisno od velikosti in namena motorjev, možnosti pa je nešteto in jih zato posebej ne opisujemo.

Različne pomembne možnosti-opcije so opisane v nadaljevanju opisa izuma in so odvisne od zgradbe motorja oz. njegove uporabe.

ZNANO STANJE TEHNIKE IZ TEGA PODROČJA

Kadar govorimo o Ottov-ih motorjih z notranjim izgorevanjem opremljenimi z vžigalno svečko, ali dizelskih z grelnimi svečkami ali Wanklovih, ne naletimo nikjer na, v našem predlogu opisovani, t.i. polnilni obroč.

Nikjer ne zasledimo tehnične zamisli o pred izgorevalni komori, ki združena s kompresijskim prostorom omogoča vžig revne zmesi v kompresijskem prostoru.

Naletimo na le delno podobne tehnične sisteme, ki pa funkcijsko močno zaostajajo za našim predlaganim izumom.

Vsa znana stanja tehnike izhajajo predvsem iz potreb nastalih v zadnjih letih, kijih pogojujejo novi predpisi o pogonskih agregatih Formule ena.

Sprememba pravilnika v ekstremnem zmanjšanju maksimalne porabe goriva v času ^dirke je prisilila inženirje k izboljšanju izgorevanja tako, da so uporabili direkten vbrizg v različnih kotih motorne gredi in naknadno eno pred izgorevalno komoro za pridobitev večje moči.

Aktualni patenti predstavljajo in opisujejo le eno izgorevalno komoro, pri kateri je predvidena vžigalna svečka na vrhu in poleg nje injektor goriva, kateri injicira gorivo v en volumen.

Trenutno obstoječi patenti določajo pred zgorevalno komoro, v kateri se vžigalna svečka m injektor od zgoraj konvergirata v ohišje, kar nato vbrizga gorivo v prostornino pod svečko, ne da bi pri tem nastale posebne turbulence.

Vendar ravno te turbulence omogočajo hitrejše in popolnejše izgorevanje, ki se omejuje izključno na visoko stehiometrično razmerje, katero omogoča vžig zmesi skozi luknje narejene na dnu pred komore na ta način preide izgorevanje v glavno zgorevalno komoro kjer aktivira zgorevanje prisotne revnejše zmesi.

Ce v zgorevalno komoro ne bi vbrizgali ničesar, bi našli le vstopni zrak in bi bilo zgorevanje oteženo. Zato se v nekaterih primerih pojavita sekundama svečka in injektor, katera dovajata v zgorevalno komoro revno količino goriva, da bi omogočili pravilno izgorevanje tega volumna.

Ti dodatki so vključeni v motorje, ki morajo, poleg zmanjševanja emisij in porabe, ohranjati tudi visoko vrednost specifične moči.

Drugi primeri patentov uporabljajo injektor v zgorevalni komori, vžigalno svečko vedno v komori in pred komori, ki je opredeljena kot pasivna, saj ne vključuje nobenega injektorja v notranjosti in katera je povezana s komoro skozi majhne luknje znotraj katerih je nameščena druga vžigalna svečka.

Pred komore so že vrsto let znano stanje tehnike v motorjih, ki delujejo po principu dizel.

Prvo pred komoro je leta 1909 patentiral ing. Prosper LOrange z namenom favoriziranja faze zgorevanja v dizelskih motorjih z ustvarjanjem primarnega vžiga, ki seje nato z detonacijo širi na ostalo zmes.

Ta tehnologija je bila vedno uporabljena izključno na motorjih, ki delujejo po principu dizel in je še vedno zelo oddaljena od tehnologije in zamisli, kije predlagana v našem izumu.

Kar zadeva dvotaktne motorje, kjer je prostornina zgorevalne komore izredno majhna, uporaba pred komor ni bila nikoli smiselna.

Poznejša opustitev te vrste motorja v korist 4-taktnega motorja je dejansko končala razvoj teh dvotaktnih motorjev.

Po več letih zastoja v razvoju se dvotaktni motor spet vrača na tržišče.

Ford je na primer ustvaril dvotaktni motor z nasprotujočimi se bati, s katerim je opremil eno od njegovih vozil.

Tudi konstruktorji motorjev, ki so favorizirali le 4-taktne motorje so sedaj prisiljeni stopiti v korak z časom in natančneje oceniti vse prednosti, ki jih ponuja dvotaktni tip motorja. ^r

Prav tako so tudi v F1 to vrsto motorja izbrali kot eno od opcij za prihodnost, za katero so značilne moči ki se skoraj podvojijo v primerjavi z 4-taktnim motorjem.

To bi omogočilo izdelavo motorjev s polovično prostornino in izjemno zmanjšanimi merami in masami, v primerjavi s 4-taktnim motorjem.

To so izjemno pomembnimi dejavniki pri sedanjih vozilih, glede podpore v hibridni pogonski enoti ali preprosto kot pomožne enote za polnjenje baterije v situacijah, ki ne dovoljujejo klasične povezave z električnim omrežjem.

Naš predlagani izum, katerega postopek, pojmujemo pod imenom Dual Expansion Activation DEA, lahko ponudi nešteto prednosti tudi pri tej vrsti motorjev, saj omogoča znatno zmanjšanje porabe goriva, emisij in učinkovito preprečuje detonacije motorja, katere poškodujejo motor in zmanjšajo njegov izkoristek.

Tudi pri ladijskih motorjih sta v uporabi obe vrsti motorjev, vendar se za močnejše izvedbe uporabljajo dvotaktni motorji.

Poraba goriva na uro pri teh velikih motorjev je impresivna.

Vključitev te inovacije, ki jo v nadaljevanju opisujemo, bi lahko prinesla ogromne koristi tako glede porabe kot emisij.

Za preprečitev te težave (za dosego hitrejšega in boljšega zgorevanja brez detonacij) predlagamo vstavljanje polnilnega obroča.

TEŽAVE, KI JIH REŠUJE PREDLAGANI IZUM OZ. PROBLEMI OBSTOJEČIH TIPOV MOTORJEV:

Predlagani izum omogoča generalno sledeče tehnične izboljšave v obstoječih konstrukcijah motorjev z notranjim izgorevanjem:

1. Bogata (rich) zmes goriva je le v območju med elektrodo vžigalne svečke 3.1.1. in elektrodo masnega dela 3.1.2 vžigalne svečke 3.1, medtem ko je ostala mešanica v kompresijskem prostoru 1.3 izredno revna (t.i. lean).

2. Obroč 1.0 omogoča pravilno usmerjenost in homogenost pretoka gorivne mešanice.

3. Kompresijski prostor - sekundami volumen 1.2, povezan s kompresijskim prostorom 1.3 je koncentriran v območju pod polnilnim obročem 1 na najmanjši mogoči razdalji.

4. Injektor 2 ali v kolikor uporabljamo dva različna, injektor 2.0.2 (ki v skupnem dovaja izredno revno mešanico) je lahko nameščen tudi v kompresijskem prostoru 1.3.

5. Injektor 2 ali injektorji 2 vbrizgajo gorivo v notranjost polnilnega obroča 1 ali v njegovi bližini.

6. Pretok goriva je v ali blizu središča bata motorja 5.

7. Odprava pojava detonacije in pred vžigov.

8. Zmanjšanje potrebne količine goriva na cikel.

9. Zmanjšanje emisij onesnaževanja na cikel.

10. Odlični rezultati moči in navora, ker lahko povečamo kompresijsko razmerje brez nevarnosti detonacij.

11. Hitrost širjenja zgorevanja mešanice z vsemi fizikalnimi in kemičnimi prednostmi, ki jih to prinaša.

12. Pri Wankel motorjih veljajo enake trditve. Vrteči rotor v ohišju nadomeščata funkcijo bata in zgorevalne komore oz. kompresijskega prostora 1.3.

13. Za ladijske motorje, ki uporabljajo več polnilnih obročev 1 iz razlogov, povezanih z velikostjo batov 5, veljajo enaki zaključki. Polnilni obroči 1 dobavljajo in razpršujejo zmes goriva in zraka enakomerno po celotnem področju čela bata 5.

Dizelski motorji:

Ti motorji so včasih uporabljali t.i. indirektno vbrizgavanje v pred komore za zagotavljanje lažjega vžiga, predvsem hladnih motorjev.

Pri modemih zasnovah teh motorjev se teh pred komor skoraj ne uporablja več, saj so prevladale prednosti visokotlačnega direktnega vbrizgavanja goriva z visokim tlakom.

Slabosti so posledica indirektnega vbrizgavanja v pred komore so 3, in sicer:

1) pred komora ni v osi z valjem,

2) glede na to, daje zamaknjena, se začne zgorevanje na eni strani bata in tako prisili plamen zgorevati na različno dolgih poteh na vrhu bata, kar upočasni popolni vžig zmesi na večji razdalji,

3) pomanjkanje homogenega in hkratnega zgorevanja

4) pri visokotlačnih motorjih z direktnim vbrizgom obstaja problem znižanja stopnje goriva pod določene vrednosti razmerja med gorivom in zrakom.

Bencinski motorji:

V zadnjem času, v povezavi s tehnologijo razvito v Fl, smo priča vstavljanju pred zgorevalnih komor za zgorevanje v različne motorje nove generacije.

Med najbolj znana sistema sodita sistem Mazda HCCi in sistem Mahle.

Tudi podjetje Ferrari je glede na novi pravilnik za motorje Formule 1 s partnerjem Mahle-jem ustvarilo patent za nove motorje z notranjim zgorevanjem, ki bodo opremljali avtomobile naslednjih nekaj let.

Kakšne so slabosti poznanih sistemov:

1) potreba po vstavitvi pred komore v glavo motorja zahteva prerazporeditev pozicije vžigalne svečke in injektorja, s čimer njun položaj ni idealen, oblika pred komore pa tudi ne more biti idealna, saj ni prostora,

2) zaradi prisilne oblike pred komore je težko ustvariti ustrezno turbulenco mešanice,

3) zgorevalna komora je opremljena še z drugim injektorjem, ki razprši revno zmes bencina,

4) drugi injektor je nameščen na vrhu zgorevalne komore med dvema ventiloma in usmerja tok na drugo stran, tako da eno območje pokriva več kot drugo in s tem ne zagotavlja homogenosti,

5) če se vbrizgavanje zgodi v bližini zgomjege mrtve točke ne zagotavlja ustrezne turbulence,

6) revno zmes, ki je prisotna v komori, je treba aktivirati z razpršenimi ognji, ki izhajajo iz lukenj v pred komori,

7) razpršilci za vžig morajo dosegati celotno prostornino komore in v sodobnih motorjih z velikimi premeri batov zahtevajo dolge čase vžiga,

8) pred komora nima injektorja in ima pasivno funkcionalnost.

2-taktni motorji:

Pri 2-taktnih motorjih je oblika zgorevalne komore zelo pomembna za izkoristek delovanja in za nastajanje škodljivih emisij.

Ta zasnova motorja se uporablja predvsem za motoma kolesa malih in srednje velikih motorjev, saj so proizvajalci težili k preprostosti konstrukcije z nizkimi stroški.

Zaradi te cenene izvedbe seje za mešanje zraka z gorivom vedno uporabljal preprost uplinjač in šele v zadnjih letih, z uveljavitvijo novih omejevalnih zakonov o emisijah, se je pričelo uporabljati indirektno vbrizgavanje, za motorje z manjšo porabo in čistejšimi izpusti pa direktno vbrizgavanje goriva, pri katerih bi lahko uporabili polnilni obroč in dodatno znižali porabo ter emisije.

V tem segmentu obstajajo primeri dobrih praks kot so KTM in ROTAX, ki so za izpolnjevanje emisijskih predpisov sledili tej poti.

Vendar, kolikor nam je znano, nobeden proizvajalec ne uporablja polnilnega obroča kot ga opisujemo v pričujoči prijavi.

Druga uporaba 2-taktnih motorjev se nanaša na tiste, ki se uporabljajo na ladijskem področju, z ogromnimi dimenzijami in z enormnimi težavami glede porabe in onesnaževanja.

Moramo se zavedati, da govorimo o porabi preko 6200 litrov/uro in kljub ustvarjanju enormnih moči so prednosti, ki bi jih pridobili z optimalnim zgorevanjem, ki bi omogočilo zmanjšanje porabe in posledično emisij, nedvomne.

Pri teh motorjih bi polnilni obroč 1 dosegel zmanjšanje porabe goriva za vsaj 30% in posledično doseganje enakih vrednosti tudi pri zmanjševanju emisij.

WANKEL:

Pri tem tipu motorja se do sedaj ni nikoli predvidevalo vstavitev polnilnega obroča 1.

Praktično samo en proizvajalec, in sicer v začetku NSU in v novejšem času Mazda, sta vlagala v razvoj rotacijskega motorja.

Dolga leta ni nobeden drugi proizvajalec vlagal v razvoj za to vrsto motorja, posledično tudi ni bilo narejenih mnogo eksperimentov iz tega naslova.

Pri tej vrsti motorja je zgorevanje goriva problem, kateri je dal projektantom vedno veliko razmišljati, saj je volumen zgorevalne komore daleč od konstantnega, z rotacijskim batom, ki se konstantno premika po elipsi ne dosega zmanjšanja hitrost kot pri batnem motorju, ki ga določa ojnica v zgornji in spodnji mrtvi točki.

V tem primeru ne prihaja do izgorevanja pri konstantni prostornini ampak poteka zgorevanje pri spremembi volumna (vrtenje bata zvezno spreminja volumen).

Posledica tega je, da poleg težav s tesnilnimi elementi, ki jih je v veliki meri Mazda rešila, vrednosti porabe in izpusta škodljivih emisij še vedno ostajajo visoke.

Z uporabo polnilnega obroča, ki bi omogočal popolni vžig tudi revnih mešanic, bi ta problem rešili, posebej, če bi uporabili še ogrevanje 3.2.1, ki je prvenstveno namenjeno Dizel motorjem.

REŠITVE, KI JIH PONUJA PREDLAGANI IZUM OZ. PREDLOGI PRAKTIČNE UPORABE POLNILNEGA OBROČA V POZNANIH MOTORJIH:

Dizelski motorji:

Polnilni obroč 1 kot element v glavi motorja 4 združuje prednosti direktnega in indirektnega vbrizgavanja.

Zaradi svoje konstrukcije je lahko vstavljen oz. nameščen popolnoma v središču štirih ventilov (modemi motorji imajo po navadi štiri ventile na cilinder)

Tudi če ima motor le dva ventila je lahko polnilni obroč 1 nameščen blizu najboljše točke za razpršitev in zgorevanje goriva in je v direktni povezavi s kompresijskim prostorom

Injektor goriva 2 razprši gorivo znotraj polnilnega obroča 1, kije izdelan z določeno geometrijo, med katerim je oblika obroča 1.0 najpomembnejša.

Polnilni obroč 1 je vstavljen na vrhu zgorevalne komore v glavi motorja 4, injektor goriva 2 razdeli količino goriva poslanega v dve smeri in sicer bogato v zgornji del - primarni volumen 1.1 in revno v spodnji del - sekundami volumen 1.2.

Začetek zgorevanja goriva se sproži s pomočjo vžigalne ali ogrevalne svečke ali brez (v primeru dizelskih motorjev, tudi tako, da ogrevamo primarno komoro), odvisno katero tehnologijo opazujemo.

V zgornjem delu polnilnega obroča 1 v glavi motorja 4 se vžge bogata zmes, ki se lažje vžiga, nato pa ta vžgana zmes zgoreva navzdol preko obroča 1.0, v sekundami volumen 1.2 in vžge revno ali zelo revno zmes, ki je preko injektorja 2 vbrizgana v sekundami volumen 1.2.

Injektorje v splošnem definiramo z oznako: injektor 2.

V kolikor uporabljamo dva različna injektorja, kar naš izum tudi predlaga in opisuje, in sicer:

Enega za primarni volumen in drugega za sekundami volumen oz. ali za kompresijski volumen, ki je v bistvu tudi zgorevalni prostor, v tem primem pravimo injektorju, ki je nameščen v primarni volumen: Injektor 2.0.1.

Injektorju, kije nameščen v sekundami volumen ali kompresijski volumen oz. zgorevalni prostor pa: Injektor 2.0.2

Bencinski motorji:

Polnilni obroč 1 vstavimo pod vžigalno svečko 3.1 (v primem motorjev s 4 ventili, ki so najpogostejši) točno na sredino le-teh ali, če ventili ( sesalni 4.2 in izpušni 4.1) zunanjih dimenzij niso ravno enaki, na sredino bata 5.

Visokotlačni injektor goriva 2 vbrizga gorivo v polnilni obroč 1, ki deli del zmesi, ter pošlje en del v območje vžigalne svečke 3.1 navzgor in drugi del v kompresijski prostor 1.3 navzdol, (slike 1, 2 in predvsem 7A).

Kot smo predhodno opisali lahko uporabimo tudi več injektorjev, ki so lahko speljani preko omenjenih brizgalnih kanalov v vse prostore polnilnega obroča ali in kompresijskega volumna.

Polnilni obroč 1 oz. njegova oblika ustvarja dvojno turbulenco, in sicer eno za območje vžigalne svečke 3.1 in eno za območje kompresijskega prostora 1.3 (kar pri poznanih sistemih ne obstaja, saj ne uporabljajo podobnih polnilnih obročev 1).

Vžig zmesi pri vžigalni svečki 3.1 (ali pri dizlih grelni svečki 3.2) omogoča aktiviranje bogate zmesi v zgorevalni komori oz. primarnem volumnu 1.1, glede na to daje ta koncentrirana v osrednjem območju omogoči izjemno hitro zgorevanje, kar zagotovi zmanjšano porabo goriva in izpustov emisije, ter popolnoma odpravi težave z detonacijo.

Ta tehnologija omogoča tudi prilagajanje kota med izpušnim 4.1 in sesalnim ventilom 4.2 saj omogoča boljšo obliko zgorevalne komore.

2-taktni motorji:

Kot veliki potrošniki goriva, bodo imeli, z vstavitvijo polnilnega obroča 1 večjo prednost pri zmanjševanju porabe in emisij.

Problem 2-taktnih motorjev, ob uporabi revnega razmerja med bencinom in zrakom in večjih kompresijskih razmerjih, je detonacija.

Učinek ki je sicer prisoten pri dirkalnih motorjih, pride ublažen z obsesivnim nadzorom razdalje med sqish območjem (razdalja med glavo in batom v zgornji mrtvi legi).

Detonacije so prisotne ne glede na to, ali se uporablja večja ali nižja razdalja sqish-a (razdalja med temenom bata 5.3 in glavo motorja 4), s to razliko, da nizke vrednosti sqish-a zagotavljajo visoko turbulenco in hitrost zgorevanja ter posledično nizke emisije visok sqish pa ravno obratno. ’

Ta problem bi bil enostavno rešljiv z uporabo polnilnega obroča 1.

Polnilni obroč 1 omogoča uporabo zelo revne zmesi v kompresijskem prostoru 13 ki bo koncentrirana v osrednjem predelu bata 5, kar bo učinkovito odpravilo detonacije. ’

V bližini, oziroma med elektrodo vžigalne svečke 3.1.1 in elektrodo masnega dela svečke 3.1.2 vžigalne svečke 3.1 ali v bližini grelne svečke 3.2 (npr. pri velikih ladijskih votaktnih dizel motorjih) pa bo prisotna stehiometrična količina zmesi, ki bo omogočala takojšnji vžig zmesi, čigar plameni se bodo razširili skozi obroč 1.0 polnilnega obroča 1 in tako se bo aktiviralo zgorevanje revne zmesi prisotne v kompresijskem prostoru 1.3, ar je lahko dodatno izboljšano tudi z dodelavo lopatic v sekundarnem volumnu 1 2 ki dodatno turbulirajo zmes in s tem povečujejo hitrost in homogenost gorenja.

Kar se tiče ladijski motorjev je korist te rešitve veliko bolj očitna, glede na porabe goriv in emisij teh motorjev.

Ti motorji uporabljajo goriva drugačnega tipa, ki ne spadajo med dizel in ne bencine ampak so surova nafta oz. mazut ipd. z nizko vsebnostjo žvepla.

Za motorje za velike moči se najpogosteje uporablja dvotaktne dizel motorje, opremljenih z enim izpušnim ventilom, nameščenim na sredini glave 4, ter tremi injektorji 2, nameščenimi na zunanjem robu, ki vbrizgavajo gorivo, seveda pa je lahko injektorjev tudi vec postavljenih na različne načine in različne pozicije.

Ti motorji imajo izredno dolge gibe batov in so izjemno velikih dimenzij.

Rezultat tega je, da turbulenc enostavno ni in se odvija izgorevanje zelo počasi od zunanjosti proti središču kompresijskega prostora 1.3.

Z vstavitvijo treh ali več polnilnih obročev 1 in z njimi povezanih visokotlačnih injektorjev goriva 2, bi omogočili pospešitev zgorevanja zmesi, katere tok bi vstopil kompresijski prostor 1.3 skozi omenjene polnilne obroče 1 in bi dodatno premešal gorivo

Seveda bi tudi pri 4 taktnih ladijskih velikih motorjih lahko uporabljali polnilni prednostmi, kot smo jih opisali pod dizelski motorji.

obroč 1 s

Wankel:

Pri teh motorjih omogoča polnilni obroč 1 veliko hitrejše zgorevanje gorivne zmesi, kar izboljša porabo in zmanjša emisije.

V NADALJEVANJU OPISUJEMO NAŠ PREDLAGAN IZUM Z LEGENDO OZNAK IN RAZLAGO SLIK:

-Legenda oznak:

- Polnilni obroč .0 - Obroč

1.1 - Primarni volumen

1.1.1 - Napajalni kanal goriva za primarni volumen

1.1.2 - Sobe skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen

1.2 - Sekundami volumen

1.2.1 - Napajalni kanal goriva za sekundami volumen

1.2.2 - Sobe skozi katere se gorivo vbrizga v sekundarni volumen

1.2.3 - Usmerjevalne lopatice v sekundami volumen

1.2.4 - Usmerjevalne lopatice kolobarja v sekundami volumen

1.3 - Kompresijski prostor

1.3.1 - Sobe skozi katere se gorivo vbrizga v kompresijski prostor

- Injektor goriva .0.1 - Injektor goriva za primarni volumen .0.2 - Injektor goriva za sekundami volumen

2.1 - Priključek za gorivo na injektorju

2.2 - Priključek za elektriko za krmiljenje injektorja

3.1 - Vžigalna svečka

3.1.1 - Elektroda vžigalne svečke

3.1.2 - Elektroda masnega dela svečke

3.2 - Grelna svečka (za dizelske motorje)

3.2.1 - Ogrevanje (za dizelske motorje — Motoma glava

4.1 - Izpušni ventil v motorni glavi

4.2 - Sesalni ventil v motorni glavi

4.3 - Vstavni blok v motorni glavi

- Bat motorja

5.1 - Tesnilni batni obročki

5.2 - Bat z batnico (pri ladijskih motorjih)

5.3 - Teme bata

- Valj motorja

6.1 - Sesalno pretočni kanal

6.2 - Izpušni kanal

- Ojnica motorja

7.1 - Somik bata

- Hladilni prostor

-Opis slik:

Slika 1 A prikazuje prerez bencinskega 4-taktnega motorja pri katerem je uporabljen ^polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2 speljanim, preko kanalov in šob različnih oz. poljubnih oblik oz. presekov, v primarni volumen 1.1 in sekundami volumen 1.2.

Slika 1 B prikazuje prerez bencinskega 4-taktnega motorja pri kateri je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2.0.1 speljanim preko kanalov in šob v primarni volumen 1.1 in še enim injektorjem goriva 2.0.2, kije lahko enak ali različen, speljanim v kompresijski prostor 1.3.

Slika 1 C prikazuje prerez bencinskega 4-taktnega motorja pri kateri je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2 speljanim, preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov, v primarni volumen 1.1 in vzporedno tudi v kompresijski prostor 1.3.

Slika 2 A prikazuje prerez 2-taktnega bencinskega motorja pri kateri je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2, ki je preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v primarni volumen 1.1 in v sekundami volumen

Slika 2 B prikazuje prerez 2-taktnega bencinskega motorja pri kateri je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2.0.1, kije preko kanalov poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v primarni volumen 1.1 in s še enim injektorjem goriva 2.0.2, ki je preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v sekundami volumen 1.2, lahko pa tudi vzporedno, ali pa tudi le v kompresijski prostor 1.3.

Slika 3 A prikazuje prerez dizelskega 2-taktnega ladijskega motorja z izpušnim ventilom 4.1 pri katerem je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2, ki je preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v primarni volumen 1.1 in vzporedno tudi v sekundami volumen 1.2.

Slika 3B prikazuje prerez dizelskega 2-taktnega ladijskega motorja z izpušnim ventilom 4.1 pri katerem je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2, kije preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v primarni volumen 1.1 in vzporedno tudi v sekundami volumen 1.2, polnilni obroč 1 pa je nameščen pod kotom tako, daje sekundami volumen 1.2 poševno odrezan.

Ta slika ponazarja eno od možnosti postavitve polnilnih obročev 1 v glave motorjev.

Slika 3C prikazuje prerez dizelskega 2-taktnega ladijskega motorja z izpušnim ventilom pri katerem je uporabljen polnilni obroč 1 z enim mehansko vodenim injektorjem goriva 2, kije preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v primarni volumen 1.1 in vzporedno tudi v sekundami volumen 1.2, polnilni obroč 1 pa je nameščen pod kotom tako, daje sekundami volumen 1.2 poševno odrezan.

Ta slika ponazarja eno od možnosti postavitve polnilnih obročev 1 v glave motorjev in možnost uporabe tudi t.i. mehanskih injektorjev.

Slika 3D prikazuje prerez dizelskega 2-taktnega ladijskega motorja z izpušnim ventilom 4.1 pri katerem je uporabljen polnilni obroč 1 z enim injektorjem goriva 2, ki je preko kanalov in šob poljubnih oblik, dimenzij in prerezov speljan v primarni volumen 1.1 in vzporedno tudi v sekundami volumen 1.2, polnilni obroč 1 pa je nameščen pod kotom tako, daje sekundami volumen 1.2 poševno odrezan.

Primarni volumen 1.1 pa j e ogrevan z ogrevanjem 3.2.1 preko zunanjega vira (elektro uporovno, induktivno ali kako drugače na vse poznane tehnične načine) in nadomešča grelno svečko 3.2.

Ta slika ponazarja eno od možnosti postavitve polnilnih obročev 1 v glave motorjev m dodatno opcijsko funkcijo polnilnega obroča 1 tudi kot funkcijo grelne svečke 3.2.

Slika 4 prikazuje polnilni obroč 1 z uvodnikom in usmerjevalnimi lopaticami 1 2 3 nameščenim v sekundarnem volumnu 1.2.

Slika 5 prikazuje polnilni obroč 1 z uvodnim kolobarjem in usmerjevalnimi lopaticami kolobarja 1.2.4 nameščenim v sekundarnem volumnu 1.2.

Shka 6A prikazuje postavitev injektorjev 2 in t.i. tangencialna usmerjenost brizgalnih kanalov.

Slika 6B prikazuje postavitev injektorjev 2 oz t.i. radialno usmerjenost brizgalnih kanalov.

Slika 6C prikazuje postavitev injektorja 2 oz t.i. centrično usmerjenost brizgalnega kanala, kjer brizg goriva razdeli obroč 1.0, ki je narejena v obliki preseka oblike srca.

Slika 6D prikazuje postavitev injektorja 2 oz t.i. centrično usmerjenega brizgalnega kanala, kjer brizg goriva razdeli obroč 1.0 konkavne oblike

Slika 7A prikazuje presek polnilnega obroča 1, vžigalne svečke 3.1 in injektorjev 2 kanalov 1.1.1 in kanalov 1.2.1., šob 1.1.2 ter šob 1.2.2.

Shka 7B prikazuje presek polnilnega obroča 1, vžigalne svečke 3.1 in injektorja za primarni volumen 2.0.1 kanalov 1.1.1 in šob 1.1.2, direktno v primarni volumen 1 1 ter injektorja goriva za sekundami volumen 2.0.2, kanalov 1.2.1 in šob 1.3.1 direktno v kompresijski prostor 1.3.

Polnilni obroč 1, ki je predmet predlaganega izuma je sestavljen iz treh bistvenih delov m sicer:

Zgornjega primarnega dela, ki mu pravimo primarni volumen 1.1.

Spodnjega sekundarnega dela, ki mu pravimo sekundami volumen 1.2.

Zožitve oz. kontrakcije ali vzporednosti ali razširitve preseka med sekundarnim in primarnim volumnom, kiji pravimo obroč 1.0.

Polnilni obroč 1 je lahko, zaradi lažje izdelave, na mestu obroča 1.0, zaradi lažje tehnične izvedbe, montaže in servisiranj, fizično deljen tako, daje primarni volumen 1 1 en del, sekundami volumen 1.2 pa drugi del, oba dela pa sta med seboj oblikovno ali kako drugače povezana v nedeljivo celoto, obroč 1.0 pa je v tem primeru del ali primarnega ali sekundarnega volumna.

V določenih primerih je lahko obroč 1.0 tudi samostojen element in se polnilni obroč 1 sestavi iz primarnega volumna 1.1, obroča 1.0 in sekundarnega volumna 1.2, kar je posebej primemo pri izvedbah za večje motorje (npr. ladijske motorje), kjer sta zaradi tega izdelava in servisiranje mnogo lažja.

Notranja površina polnilnega obroča 1 je lahko gladka, lahko pa ima vdelane spirale, ki odatno vrtinčijo zmes goriva in zraka ali pa je površina groba in s tem omogoča mikro turbulence m obenem znižuje upor.

V primarni volumen 1.1 je na zgornjem delu privita vžigalna svečka 3 1 pri dizel motorj ih pa grelna svečka 3.2.

Posebne izvedbe so možne tudi tako, da svečke niso privite v primarni volumen 1.1 ampak direktno v glavo motorja 4, primarni volumen pa je pozicioniran tik pod svečko 3.1 ah grelno svečko 3.2 pri dizel motorjih.

Polnilni obroč 1 je po navadi konstruiran tako, da ga uvijemo v glavo motorja 4 iz zgornje smeri.

Posebej, če je polnilni obroč 1 del vžigalne svečke 3.1 ali sestavni del grelne svečke 3.2.

Pri večjih motorjih pa je lahko vgrajen tudi iz spodnje strani (npr. pri ladijskih motorjih) ali iz strani na vse poznane tehnične načine, ki pa niso predmet tega pričujočega izuma.

Pri težkih ladijskih dizel motorjih, kjer so vgrajeni trije ali pa tudi mnogo več polnilnih obročev 1 (zaradi velikosti motorjev in potrebe po homogeni razpršitvi goriva v kompresijski prostor 1.3, ki ima lahko tudi en meter ali več premera) so lahko polnilni obroči 1 vgrajeni tudi iz spodnje strani glave motorja 4, tudi iz strani oz. na vse mogoče načine ali na kakšen drug poznan način, kar pa ni predmet tega izuma.

Polnilnih obročev 1 na en cilinder oz. en bat motorja 5 je lahko od najmanj enega do poljubnega števila, ki navzgor ni omejeno, ampak se zahteva glede na velikost motorja in njegovo funkcijo.

Sekundami volumen 1.2 ima lahko ima vgrajen uvodnik z usmerjevalnimi lopaticami 1.2.3 različnih oz. poljubnih znanih oblik, kar prikazuje slika 4.

Uvodnik je lahko izveden tudi kot kolobar, ki ima vgrajene lopatice kolobarja 1.2.4 kar prikazuje slika 5.

Ti uvodniki in kolobarji so zasnovani podobno kot uvodne lopatice vodnih Kaplanovih turbin ali podobnih znanih uveljavljenih sistemov.

Njihova funkcija je, da dodatno zvrtinčijo mešanico z namenom, dajo še bolj homogeno prerazporedijo ter z namenom, da ji dodajo kinetično energijo, ki mešanico (poleg funkcije obroča 1.0) še dodatno potisnejo proti vžigalni svečki 3.1 ali pri diezelskih motorjih proti grelni svečki 32 in seveda po vžigu mešanice v obratni smeri proti temenu bata 5.3 s čimer zagotavljajo še hitrejše in homogenejše zgorevanje revne zmesi v sekundarnem volumnu 1.2.

Uvodniki, njihove usmerjevalne lopatice 1.2.3, kolobarji in njihove lopatice 1.2.4 so lahko poljubnih znanih oblik namenjeni funkciji dotičnega motorja v katerega je vgrajen polnilni obroč 1 in so znana stanja tehnike ter niso predmet pričujočega izuma zato jih posebej ne opisujemo.

PolnUni obroč 1 je lahko tudi sestavni del vžigalne svečke 3.1 ali grelne svečke 3.2, torej bi bil, v tem primeru, spodnji del svečke polnilni obroč 1, vendar v enovitem kosu.

Opisovan izum polnilnega obroča 1 ima v praksi dve možnosti uporabe, in sicer:

A. V novih konstrukcijah motorjev.

B. Kot revizija obstoječih motorjev za dosego čistejših izpuhov in večje ekonomičnosti (za predelave s ciljem zmanjšanja izpustov in porabe pri velikih npr ladijskih motorjih).

Varianta Β je predvidena predvsem za težke močne motorje z velikimi porabami, katerih življenjska doba je predvidena na daljše obdobje.

To ^s° predvsem ladijski 2-taktni in 4-taktni dizel motorji in motorji težke mehanizacije, ki jih lahko z uporabo opisovanega izuma prevedemo v delovanje skladno s standardi o naj višjih dovoljenih emisijah, obenem pa jim občutno zmanjšamo porabo goriva.

Poudarjamo, daje opisovan tehnični izum polnilnega obroča 1, poleg primarne funkcije novih konstrukcij motorjev, izjemno pomemben tudi za rekonstrukcijo obstoječih motorjev z notranjim izgorevanjem, katere lahko prevedemo z minimalnimi stroški v ekonomično in ekološko čistejše delovanje z relativno majhnimi posegi. Rekonstrukcija je predvidena predvsem za drage težke motorje z dolgo življenjsko dobo, ki ne ustrezajo zahtevam po izpustih in izkoristkih, ker pa so cenovno zelo dragi jih uporabniki ne zamenjujejo dokler se ne iztrošijo.

Injektorji goriva 2 za vbrizg goriva so lahko, v glavo motorja 4 in nadalje v polnilni obroč 1, vgrajeni na razne načine od katerih nekatere opisujemo:

V obroč 1.0 s tem, daje brizgalni kanal razdeljen na primarni brizgalni kanal goriva za primarni volumen 1.1.1, ki je, preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen E 1.2, speljan v primarni volumen 1.1 in sekundami brizgalni kanal za sekundami volumen 1.2.1, kije, preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen 1.2.2, speljan v sekundami volumen 1.2 polnilnega obroča 1 Takšno postavitev prikazujejo slike 1 A, 2A, 3 in 7A.

Prvi injektor goriva 2.0.1, preko brizgalnega kanala goriva za primarni volumen

1.1.1, preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen 1.1.2, direktno v primarni volumen 1.1 in dragi injektor goriva 2.0.2 preko brizgalnega kanala za sekundami volumen 1.2.1, preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen 1.2.2, direktno v sekundami volumen 1.2. ali tudi direktno ali vzporedno v kompresijski prostor 1.3.

Takšno postavitev prikazujejo slike 4 in 5.

- Postavitev injektorja v kompresijski prostor 1.3 prikazuje slika 7B.

Seveda so možne tudi razne druge postavitve injektorjev 2 in različne kalibracije goriva, preko le enega injektorja, preko različnih oblik, dimenzij in površin brizgalnih kanalov, v primarno in sekundarno komoro, ki pa so različne glede na konstrukcijo in namen uporabe določenega motorja. Ker so ti načini znano stanje ehnike jih posebej ne opisujemo, ampak le poudarjamo možnosti uporab oz prilagoditev.

Nekatere od njih so prikazane na slikah 6A, 6B in 6C.

Opis delovanja oz. funkcija polnilnega obroča 1, katerega delovanje oz. postopek ki ga funkcijsko omogoča, pojmujemo pod imenom Dual Expansion Activation DEA:

Injektorji 2 so krmiljeni preko električnih signalov 2.2, gorivo pa v njih prihaja preko priključkov 2.1, kar je znano stanje tehnike. Injektorji so lahko krmiljeni tudi mehansko kar prikazuje slika 3C.

Pri uporabi polnilnega obroča 1 dovajamo gorivo preko injektorjev v primarni volumen 1.1 in v sekundami volumen 1.2, ali le nekaterih primerih le v sekundami volumen 1 2 ali pa le v obroč 1.0 ali le v kompresijski prostor 1.3 ali kot kombinacijo vseh našteti načinov. Nekateri od njih so prikazani na slikah od 1 do 7.

Injektorji 2 so navadno krmiljeni preko električnih signalov 2.2, gorivo pa dovajamo preko priključkov za gorivo na injektorju 2.1.

Kadar uporabljamo posebne injektorje goriva za primarni volumen 2.0.1 in posebne injektorje goriva za sekundarni volumen 2.0.2 so lahko le ti krmiljeni električno ali mehansko (npr. za velike dizle) brez električnih signalov, ali kombinacija vseh možnosti.

Opisujemo bistvo oz. pomen, kije namreč v tem, da dovajamo v primarni volumen 1.1 le to iko goriva, da dosežemo t.i. bogato zmes, ki ima prednost oz. funkcijo, da se z iskro med elektrodami 3.1.1 in 3.1.2 vžigalne svečke 3.1 (za bencinske in plinske motorje) ali zaradi temperature grelne svečke 3.2 (za dizel motorje) hitro in zanesljivo vžge.

Medtem ko dovajamo v sekundami volumen 1.2 ali v obroč 1.0 ali direktno v kompresijski prostor 1.3 ali kot kombinacijo naštetega, le toliko goriva, da dosežemo t i revno ah zelo revno zmes, katere slabost je ta, daje vžigalna svečka 3.1 ali grelna svečka 3.2 samostojno ne bi mogla vžgati in bi prihajalo tudi do detonacij (klenkanja), prednosti pa so v višji moči, ekonomiki oz. izkoristku motorja in v bistveno nižjih izpustih škodljivih emisij, pri uporabi polnilnega obroča 1 pa jo omenjena bogata zmes iz primarnega volumna zagotovo, hitro in homogeno vžge, zato lahko deluje motor na revno zmes.

Kombinacija obeh volumnov (predvsem zato ker je primarni volumen 1.1 precej majhen) oz. njihovih zmesi nam omogoči, da motor deluje v t.i. lean režimu oz. z revno zmesjo, saj je bogate zmesi v odstotkih na celoten volumen kompresijskega prostora 1.3, zelo mali oz. zanemarljiv del in je potreben le za zanesljiv vžig goriva oz. zmesi in za posledično kontroliran, hiter ter homogen vžig revne zmesi v sekundarnem volumnu 1.2 m v spodnjem delu kompresijskega prostora 1.3.

Ker so omenjeni volumni med seboj bistveno različni (primarni volumen 1 1 je proti kompresijskemu prostori 1.3 bistveno manjši), bi lahko dovajali v oba volumna naenkrat enako količino goriva, ki bi se zaradi različnih volumnov razporedilo tako, da bi dosegli v primarnem volumnu 1.1 t.i. bogato (rich) zmes, v sekundarnem volumnu 1.2 pati revno (lean) zmes. Zaradi razmerja količin goriva proti razliki volumnov.

Polnilni obroč 1 je navadno izdelan centrično, saj je ta oblika najprimernejša za postavitev v glave 4 štirivaljnih motorjev, poleg tega pa je njegova izdelava cenena in omogoča optimalno mešanje oz. turbuliranje mešanice goriva pri prehodu iz obeh volumnov polnilnega obroča 1, preko obroča 1.0.

V nekaterih primerih je lahko polnilni obroč 1 izdelan tudi ovalno, srčasto, trikotno kvadratno ah poljubnih oblik.

Srčkasto obliko prikazuje slika 6C.

Seveda je postavitev polnilnega obroča 1 odvisna od postavitve sesalnih ventilov 4.1 in izpušnih ventilov 4.2, hladilnih prostorov 8 ter delno tudi pretočnih kanalov 6.1 in izpušnih kanalov 6.2 pri nekonvencionalnih postavitvah.

Polnilni obroč lahko zmontiramo v glavo motorjev tudi preko posebnega vstavnega bloka 4.3. Omenjeni vstavni blok 4.3 je lahko izdelan iz posebnega materiala, ki je toplotni izolator in omogoča, da polnilni obroč 1, oz. vsaj njegov primarni volumen 1.1 ohranja toploto oz. temperaturo, ki omogoča, da se mešanica goriva lažje in hitreje vžge. Pri dizel motorjih pa, v kolikor je opremljen še z grelnim sistemom ogrevanja za dizel motorje, ki mu pravimo ogrevanje 3.2.1, v popolnosti nadomešča grelno svečko 3.2 Takšne izvedbe so prikazane na slikah 3D 4, 5 in 7B.

Bogata mešanica goriva in zraka v primarni komori, ki jo je vžigalna svečka 3.1 (ali pri dizelskih motorjih grelna svečka 3.2) z lahkoto vžgala (ker je ta del mešanice bogat oz. nasičen z gorivom), gori in se širi v smeri skozi obroč 1.0, ki lahko predstavlja zožitev, razširitev ali nespremenjen presek obeh volumnov na stiku med seboj, proti sekundarnemu volumnu 1.2 in dalje v kompresijski prostor 1.3.

Zaradi njene relativno velike energije gorenja z lahkoto in izredno homogeno ter hitro vžge t.i. revno mešanico v sekundarnem volumnu 1.2 in povezanem kompresijskem prostoru 1.3., ki potiska bat 5 oz. bat z ojnico 5.2 (pri velikih ladijskih dizel motorjih) navzdol, medtem ko tesnilni batni obročki 5.1 tesnijo napram steni valja motorja 6, omenjeni bat pa, preko somika bata 7.1, pritiska na ojnico motorja 7.

Ker so v primeru detonacij zaradi revnih zmesi, ki sijih zaradi izkoristkov in zmanjšanju emisij želimo so sile na ojnico motorja 7 ekstremne si konstruktorji ne morejo dovoliti, da bi motorji delovali v takšnem režimu dalj časa.

Pri uporabi polnilnega obroča 1 bistveno zmanjšamo pojav detonacij, saj v kompresijskem prostoru 1.3 ni goriva, ki bi lahko povzročalo detonacije, ampak se gorivo pri vžigu homogeno širi iz primarnega volumna 1.1 preko obroča 1.0 v sekundami volumen 1.2 povezan s kompresijskim prostorom 1.3.

Takšno revno mešanico vžigalna svečka 3.1 (ali pri dizelskih motorjih grelna svečka 3.2) sama od sebe ne bi mogla vžgati, saj ima premalo energije, medtem ko jo ta del bogate zmesi, ki jo je vžgala vžigalna svečka 3.1 v primarnem volumnu 1.1 polnilnega obroča 1, (zaradi relativno visoke energije gorenja), z lahkoto in zelo hitro ter homogeno vžge. Posledično ne prihaja do detonacij (klenkanja) in omogoča, da lahko motor deluje, v skupnem, z zelo revno zmesjo goriva ter dosega izredne izkoristke, obenem pa izredno zniža emisije škodljivih plinov-izpustov.

V nekaterih primerih lahko dogradimo ogrevanje 3.2.1 zunanje površine primarnega volumna 1.1, ki pri dizelskih motorjih nadomesti grelno svečko 3.2, saj deluje ogreta notranja površina primarnega volumna kot grelna svečka 3.2 s še večjo površino.

Način ogrevanja je lahko induktiven, el. uporoven ali izveden kako drugače na vse poznane načine, ki pa niso predmet predlaganega izuma saj so znana stanja tehnike.

Tehnična rešitev oz. izum načina zadrževanja toplote primarnega volumna 1.1, ki je izveden preko vstavnega bloka 4.3, kije lahko toplotni izolator pa predstavlja izum iz tega področja.

Oblika polnilnega obroča 1 in posebej njegov obroč 1.0 omogočata, da mešanica goriva in zraka v fazi kompresije prehaja navzgor proti vžigalni svečki 3.1 ali pri dizelskih motorjih proti grelni svečki 3.2.

Pri prehodu skozi obroč 1.0 mešanica pridobi na hitrosti in izgubi pritisk (skladno s plinsko enačbo) zaradi česar prihaja pri prehodu skozi obroč 1.0 do velikih turbulenc, ki prispevajo k temu, da se gorivo, izbrizgano iz injektorjev goriva 2, še dodatno in izredno homogeno pomeša z zrakom.

Enakomerna homogenost gorivne mešanice je izredno pomembna za kontroliran vžig in določitev minimalne količine goriva za dosego stehiometričnega razmerja, kije optimalno za siguren vžig.

Claims (17)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem značilen po tem, daje sestavljen iz naslednjih elementov;

   - zgornjega primarnega dela, ki mu pravimo primarni volumen (1.1),

   - spodnjega sekundarnega dela, ki mu pravimo sekundami volumen (1.2), zožitve, vzporednosti ali razširitve med omenjenim sekundarnim in primarnim volumnom, kiji pravimo obroč (1.0), omenjen polnilni obroč (1) je lahko na mestu obroča (1.0) lahko deljen tako, daje primarni volumen (1.1) en del, sekundami volumen (1.2) pa drugi del, oba omenjena dela pa sta med seboj oblikovno povezana, lahko pa je tudi obroč (1.0) samostojen element in oblikovno povezan z obema omenjenima volumnoma;

   notranja površina polnilnega obroča (1) je gladka ali ima vdelane spirale, ali pa je površina groba, v omenjeni primarni volumen (1.1) je lahko privita vžigalna svečka (3.1), pri dizel motorjih pa grelna svečka (3.2), omenjeni polnilni obroč (1) pa je del kompresijskega prostora (1.3) oz. glave motorja (4).
2. 2. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem po zahtevku 1, značilen po tem, daje polnilni obroč (1) obenem enovit spodnji del vžigalne svečke (3.1) oz. grelne svečke (3.2), lahko pa je njegov primarni volumen (1.1) ogrevan induktivno ali na vse možne načine in s tem nadomesti grelno svečko (3.2).
3. 3. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, da ima sekundami volumen (1.2) vgrajene usmerjevalne lopatice (1.2.3) različnih oblik.
4. 4. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 3, značilen po tem, da ima sekundami volumen (1.2) vgrajene lopatice kolobarja (1.2.4) poljubnih oblik.
5. 5. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, da ga lahko uporabimo v novih konstrukcijah motorjev ali kot revizija obstoječih motorjev.
6. 6. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, da so mjektorji goriva (2) za vbrizg goriva vgrajeni v glavo motorja (4) in posredno v polnilni obroč (1) na razne poznane načine, in sicer;

   a- en injektor goriva (2) v obroč (1.0) tako, daje brizgalni kanal razdeljen na primarni brizgalni kanala za primarni volumen (1.1.1), ki je preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen (1.1.2), speljan v primarni volumen (1.1) in sekundami brizgalni kanal za sekundami volumen (1.2.1), kije, preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen (1.2.2), speljan v sekundami volumen (1.2) polnilnega obroča (1), omenjeni kanali in šobe pa so lahko različnih presekov površin in oblik; ’ b- prvi injektor goriva (2.0.1), preko brizgalnega kanala za primarni volumen( 1.1.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen (1.1.2), direktno v primarni volumen (1.1) in drugi injektor goriva (2.0.2), preko brizgalnega kanala za sekundami volumen (1.2.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen (1.2.2), direktno v sekundami volumen (1.2);

   c- prvi injektor goriva (2.0.1), preko brizgalnega kanala za primarni volumen (1.1.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen (1.1.2), direktno v primarni volumen (1.1) in drugi injektor goriva (2.0.2), preko brizgalnega kanala za sekundami volumen (1.2.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen (1.2.2), direktno v kompresijski prostor (1.3);

   d- prvi injektor goriva (2.0.1), preko brizgalnega kanala za primarni volumen (1.1.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen (1.1.2), direktno v primarni volumen (1.1) in drugi injektor goriva (2.0.2), preko brizgalnega kanala za sekundami volumen (1.2.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen (1.2.2), direktno v sekundami volumen (1.2) in vzporedno tudi, preko šob (1.3.1), direktno v kompresijski prostor (1.3).
7. 7. Postopek polnilnega obroča za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 6, značilen po tem, da dovajata primarni brizgalni kanal za primarni volumen (1.1.1) in sekundami brizgalni kanal za sekundami volumen (1.2.1) enako količino goriva.
8. 8. Postopek polnilnega obroča za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 6, značilen po tem, da dovajata brizgalni kanal za primarni volumen (1.1.1) in brizgalni kanal za sekundami volumen (1.2.1) različne količine goriva.
9. 9. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, 7 in 8, značilen po tem, daje možna postavitev injektorjev goriva (2) glede na polnilni obroč (1) radialno, tangencialno, centrično pri kateri brizg goriva iz injektorja (2) razdeli obroč (1.0), ki je narejena v obliki preseka srca ali podobno in gorivo razdeli na vse možne načine.
10. 10. Postopek polnilnega obroča za motorje z notranjim izgorevanjem, značilen po tem, daje krmiljenje injektorjev goriva (2) izvedeno preko električnih signalov (2.2) ali na mehanski način, gorivo pa v njih prihaja preko priključkov (2.1);

    pri uporabi polnilnega obroča (1) dovajamo gorivo preko injektorjev goriva (2) preko brizgalnih kanalov za primarni volumen (1.1.1) preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v primarni volumen (1.1.2), v primarni volumen (1.1) in preko brizgalnih kanalov za sekundami volumen (1.2.1), preko šob skozi katere se gorivo vbrizga v sekundami volumen (1.2.2), v sekundami volumen (1.2) in opcijsko vzporedno tudi preko sob (1.3.1) v kompresijski prostor (1.3), oziroma le v kompresijski prostor (1.3) ah pa le v obroč (1.0) preko enega ali več omenjenih injektorjev in enega ali več omenjenih brizgalnih kanalov in omenjenih šob;

    gorivo pa dovajamo v primarni volumen (1.1) le v tolikšni meri, da dosežemo t i bogato zmes, ki se med elektrodami vžigalne svečke (3.1.1) in elektrodami masnega dela svečke (3-1.2) vžigalne svečke (3.1), oz. zaradi temperature grelne svečke (3.2) omogeno, hitro m zanesljivo vžge, medtem ko dovajamo v sekundami volumen (1.2) oz. direktno v kompresijski prostor (1.3) le toliko goriva, da dosežemo t i revno ah zelo revno zmes, kije vžigalna svečka (3.1) oz. grelna svečka (3.2) samostojno ne bi mogla vžgati.
11. 11. Postopek polnilnega obroča za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 10, značilen po tem, da vbrizgamo enake ali različne količine goriva v enem ciklu v primarni volumen (1.1) in enake ali različne količine goriva v enem ciklu v sekundami volumen (1.2) ali v kompresijski prostor (1.3).
12. 12. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, daje polnilni obroč (1) izdelan centrično.
13. 13. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, daje polnilni obroč (1) izdelan ovalno, srčasto, trikotno, kvadratno ali poljubnih znanih oblik.
14. 14. Postopek polnilnega obroča za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, da bogata mešanica goriva in zraka, ki jo je vžigalna svečka (3.1) oz. pri dizelskih motorjih grelna svečka (3.2) z lahkoto vžgala, gori in se širi v smeri proti sekundarnemu volumnu (1.2) in dalje v kompresijski prostor (1.3) in zaradi njene relativno velike energije gorenja z lahkoto in izredno homogeno ter hitro vžge t.i. revno mešanico v sekundarnem volumnu (1.2) in povezanem kompresijskem prostoru (1.3).
15. 15. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 1, značilen po tem, daje primarni volumen (1.1) izveden z ogrevanjem (3.2.1) z zunanjim izvorom kot uporovnim grelcem, induktivno ali kako drugače.
16. 16. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 15, značilen po tem, da kadar uporabimo ogrevanje (3.2.1) primarnega volumna (1.1) pri dizelskih motorjih ne potrebujemo grelnih svečk (3.2).
17. 17. Polnilni obroč za motorje z notranjim izgorevanjem, po zahtevku 16, značilen po tem, daje primarni volumen (1.1) izveden z ogrevanjem (3.2.1) vstavljen v glavo motorja 4 preko vstavnega bloka 4.3, ki predstavlja toplotni izolator.