SK283748B6 - Spaľovací motor - Google Patents

Abstract

Spaľovací motor obsahuje prvý valec (12) a druhý valec (14), pričom prvý valec (12) má väčší pracovný objem ako druhý valec (14), ktorý je vytvorený v hlave prvého valca (12). Prvý piest (16) je pohyblivý v prvom valci (12) a druhý piest (18) v druhom valci (14), pričom druhý piest (18) je vytvorený ako výstupok na hlave prvého piesta (16). Prvý valec má vzduchový vstup (25) a výfukový kanálik (27), a prvý palivový zdroj (34) zabezpečuje palivo pre druhý valec (14). Druhý piest (18) má hlavu (35) priestorovo vzdialenú od hlavy (36) prvého piesta (16) a spojenú s ňou, ktorá má hranu (37), ktorej rozmer v axiálnom smere je relatívne malý v porovnaní so vzdialenosťou medzi hlavou (36) prvého piesta (16) a hlavou (35) druhého piesta (18) v axiálnom smere. Medzi hlavou (36) prvého piesta (16) a hlavou (35) druhého piesta (18) a stenou (14a) druhého valca (14), keď sú piesty v podstate vo svojej hornej úvrati, je tak vymedzený spaľovací priestor (20) je spojený s oboma valcami (12, 14) počas časti expanzného zdvihu. ŕ

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka spaľovacieho motora.

Doterajší stav techniky

Sú známe niektoré spaľovacie motory vynájdené prihlasovateľom, ktoré môžu byť označené ako segregačné motory, napríklad z GB-A-2155546, GB-A-2186913, GB-A-2218153, GB-A-2246394 a GB-A-2261028. Teraz sú tie motory v literatúre známe ako Merrittove motory.

Merrittov motor obsahuje aspoň jednu zostavu prvých a druhých valcov a zodpovedajúcich prvých a druhých piestov pohyblivých vo valcoch, pričom v každej zostave má prvý valec väčší zdvihový objem ako druhý valec a je tu nasávací ventil a/alebo vzduchový vstup, ktorý je spojený s prvým valcom, výfukový ventil a/alebo výfukový výstup spojený s prvým valcom, a zdroj paliva na zabezpečenie paliva pre druhý valec, prostriedky vymedzujúce spaľovací priestor, keď sú piesty v hornej úvrati, spaľovací priestor spojený s obidvoma valcami počas aspoň časti expanzného zdvihu, a spomaľovací prostriedok na spomalenie prenikania.

Termín „vzduch“, tak ako tu bol použitý, zahŕňa ľubovoľnú vhodnú zmes kyslíka s inými, zvyčajne inertnými plynmi a tiež v podstate čistý kyslík na spaľovanie s plynným alebo kvapalným (t. j. vyparovaným kvapalným) palivom. Môže obsahovať recirkulované výfukové plyny, plyny z kľukovej skrine, a malý podiel uhľovodíkových látok prítomných v recirkulovaných plynoch spaľovacieho motora.

Termín „prenikanie“, tak ako bol tu použitý, sa týka pohybu zmesi palivo/vzduch z druhého valca do spaľovacieho priestoru na konci alebo pri konci kompresného zdvihu.

Merrittov motor je segregačný motor podobne ako naftový motor s tým rozdielom, že určité malé množstvo vzduchu je stlačené s v podstate všetkým palivom v menšom druhom valci, kým väčšina vzduchu je stlačená sama osebe vo väčšom prvom valci.

Dôležitou vlastnosťou segregačných motorov, ako je naftový motor a Merrittov motor, je uzavretie paliva, oddelene od väčšiny vzduchu, počas prevažnej časti kompresného zdvihu motora. V Merrittovom motore sa to dosiahne využitím druhého valca a piesta, ktorý prijíma palivo počas nasávacieho zdvihu a oddeľuje ho od prevažujúceho množstva vzduchu až do okamihu prenikania tesne pred koncom kompresného zdvihu. O druhom valci sa dá hovoriť ako o riadiacom valci paliva.

V segregačnom motore je mimoriadne vhodné využiť proces známy ako kompresné vznietenie na zapálenie paliva, ktoré nie je zmiešané s množstvom vzduchu dostatočným na samovoľné zapálenie počas prevažnej časti kompresného zdvihu, dokonca aj vtedy, keď sa použijú vysoké kompresné pomery. V naftovom motore, ktorý je taktiež segregačný motor, je časovanie zapálenia určené časovaním vstreku paliva do spaľovacieho priestoru. Pri doteraz zverejnených Merrittových motoroch je riadenie časovania zapálenia uskutočnené riadením časovania procesu prenikania, inými slovami, riadením prechodu odpareného paliva z riadiaceho valca paliva do spaľovacieho priestoru. Použitím vysokých kompresných pomerov v Merrittových motoroch môže nastať zapálenie časti paliva v okamihu, keď palivo vstúpi do spaľovacieho priestoru a stretne sa v ňom s veľmi horúcim vzduchom.

GB-A-2246394 opisuje množstvo spôsobov, ktorými je možné riadiť časovanie a tým časovanie zapálenia.

Predovšetkým, druhý valec je vybavený vstupným prostriedkom na riadenie tlaku v druhom valci na hodnotu menšiu ako je tlak v prvom valci počas začiatočnej časti kompresného zdvihu, a tým príde k spomaľovaniu predtým, ako druhý piest dosiahne alebo sa priblíži blízko k svojej hornej úvrati. Vstupný prostriedok opísaný v GB-A-2246394 výhodne obsahuje prvý priechodový otvor do druhého valca. Priechodový otvor môže obsahovať ventil s premenlivou prietokovou oblasťou alebo škrtiacu klapku a prvý ventil, ako je ovládaný tanierový ventil na riadenie vstupu vzduchu a/alebo paliva prvým priechodovým otvorom počas každého cyklu motora. Zdroj paliva, ktorý môže obsahovať vstrekovač kvapalného paliva, je výhodne usporiadaný pred prvým ventilom.

Hlavnou výhodou segregačných motorov, ako je naftový motor a Merrittov motor, je ich schopnosť spaľovať extrémne chudobné zmesi paliva a vzduchu. Zážihový motor, ktorý má vopred premiešanú zmes paliva a vzduchu počas kompresného zdvihu, je obmedzený na skoro stechiometrické zmesi paliva a vzduchu, aby mohol plameň, iniciovaný iskrou, postupovať cez celý objem zmesi palivo/vzduch v spaľovacom priestore. Celkovo veľmi chudobné zmesi paliva a vzduchu vedú k celkovo miernejšiemu expanznému procesu, a to vedie k zvýšeniu tepelnej účinnosti a menšiemu množstvu škodlivých NO_X plynov vo výfuku, najmä pri čiastočnom zaťažení. Tepelná účinnosť piestového spaľovacieho motora sa zvyšuje s chudobným spaľovaním, keď stredné teploty nasledujúce po tepelnom uvoľnení spadnú z vysokých hodnôt, ktoré vzniknú pri stechiometrickom spaľovaní.

Hlavné znaky hovoriace na podporu veľmi účinných piestových spaľovacích motorov sú veľmi rýchle spaľovanie a malé teploty plynov nasledujúce po tepelnom uvoľnení.

Automobilový alebo rýchlobežný naftový motor nedosahuje rýchle spaľovanie, pretože pri vyšších rýchlostiach nie je schopný zabezpečiť pre kvapalne palivo dostatočný čas na úplné odparenie kvapalného paliva pred jeho zapálením. Na druhej strane naftový motor môže podporovať nízke teploty plynu, nasledujúce po celkovo chudobnom spaľovaní pri čiastočnom zaťažení. Merrittov motor môže dosiahnuť nielen rýchlejšie spaľovanie ako naftový motor pri všetkých podmienkach, ale aj nízke teploty pri čiastočnom zaťažení. V Merrittovom motore je palivo privádzané do palivového valca počas nasávacieho zdvihu, a kým je oddelené od prevažného množstva vzduchu, má oveľa väčší čas na odparenie v malom množstve vzduchu, predtým, ako prenikne do spaľovacieho priestoru, aby bolo zapálené.

Príklad známeho Merrittovho motora je znázornený na obr. 1 na priložených výkresoch, ktorý predstavuje čiastočný rez časti motora, reprodukovaný z GB-A-2246394. Tento motor je motorom so zapaľovaním kompresným teplom, ktorý používa zapaľovaciu sviečku na zapálenie zmesi paliva so vzduchom počas štartu alebo voľnobehu konvenčným spôsobom zážihového benzínového motora, kde zmes paliva so vzduchom horí tak, ako plameň postupuje. Motor je stručne opísaný, pričom čitateľ nájde podrobnejší opis v GB-A-2246394.

Motor obsahuje druhý piest 18 pripevnený na hlave 36 prvého piesta 16. Druhý piest 18 obsahuje stĺpik 234 a hlavu 35. Z obr. 1 je vidieť, že stĺpik 234 má zakrivený obrys, a to zakrivenie podporuje vírenie vzduchu vstupujúceho do spaľovacieho priestoru 20 z prvého valca 12 a vírenie zmesi palivo/vzduch nasledujúce po prenikaní do spaľovacieho priestoru 20. Spaľovací priestor 20 je definovaný medzi stĺpikom 234 a stenou 14a druhého valca 14. Tvar a veľkosť stĺpika 234 sú vybrané tak, aby bol vytvorený vhodný spaľovací objem vhodnej veľkosti a tvaru.

Je zrejmé, že hlava 35 druhého piesta 18 je vybavená hranou 37 s axiálnou hrúbkou podstatne menšou ako je axiálna vzdialenosť medzi hlavami 35 a 36 piestov 18 a 16. Hlava 35 druhého piesta 18 má valcovú obvodovú hranu 37 umiestenú v malej vzdialenosti od steny 14a druhého valca 14 na vytvorenie spomaľovacieho prostriedku v tvare prstencovej medzery 128. Horný koniec druhého valca 14, ako je znázornený na obrázku, je vybavený voliteľnou obtokovou drážkou 39, ktorá zabezpečuje oblečenie na podporu prenikania, ako je opísané. Horný koniec druhého valca 14 je vybavený vstupným prostriedkom, obsahujúcim druhý nasávací ventil 31 a škrtiacu klapku 32. Prívod kvapalného paliva do nasávacieho kanálu 33 zaisťuje prvý palivový zdroj 34. Škrtiacia klapka 32 riadi množstvo vzduchu tečúceho nasávacím kanálom 31 a to nezávisle od množstva paliva dodávaného prvým palivovým 2:drojom 34.

Počas nasávacieho zdvihu motora vstupuje vzduch do prvého valca 12 vzduchovým vstupom 25. Vzduch vstupuje taktiež do druhého valca 14 otvoreným nasávacím ventilom 31 spolu s palivom z prvého palivového zdroja 34. Rozdiel tlaku po obidvoch stranách hlavy 35 druhého piesta 18 v začiatočnej časti kompresného zdvihu môže byť ovplyvnený škrtiacou klapkou 32 a časovaním uzavretia ventilu 31. To má spätný vplyv na časovanie prenikania obsahu druhého valca 14 do spaľovacieho priestoru 20 v blízkosti hornej úvrate druhého piesta 18 ku koncu kompresného zdvihu. Prenikanie na druhej strane riadi časovanie zapálenia odpareného paliva jeho vznietením, keď sa zmes palivo/vzduch v druhom valci 14 stretne s teplejším vzduchom privádzaným do spaľovacieho priestoru 20 prvým piestom 16 počas kompresného zdvihu.

Obtoková drážka 39 má axiálnu dĺžku väčšiu ako je hrúbka hlavy 35 druhého piesta 18 na zabezpečenie zväčšenej medzery na zmes palivo/vzduch na prenikanie okolo hlavy 35 obtokovou drážkou 39. Obtoková drážka 39 taktiež zabezpečuje voľný priestor v druhom valci 14 a tento voľný priestor účinne odďaľuje časovanie prenikania tým, že vytvára prídavný priestor v druhom valci 14 počas kompresného zdvihu.

Motor zobrazený na obr. 1 obsahuje škrtiacu klapku 32 umiestenú vo vzduchovom vstupe 25 zásobujúcom prvý valec 12 vzduchom, a zapaľovači prostriedok 52. Výfukový ventil a výfukový otvor nie sú na obr. 1 znázornené, ale sú umiestené v motore v spojení s prvým valcom 12. Poloha piestov označená plnou čiarou značí spodnú úvrať a prerušované čiary označujú piesty v ich hornej úvrati.

Účelom použitia zapaľovacej sviečky v známom Merrittovom motore z obr. 1 je umožniť motoru preklenúť okrajové podmienky ako je chod naprázdno alebo štartovanie. Najmä v prípade, keď je čiastočné zaťaženie nízke, by pomer palivo/vzduch v druhom valci mohol dosiahnuť hodnotu blízku stachiometrickcj hodnote, pri ktorej dochádza ku kompresnému vznieteniu. Aby sa tým problémom predišlo, škrtiaca klapka 32 môže byť čiastočne uzatvorená na udržanie pomeru palivo/vzduch v druhom valci 14 nad úrovňou, pri ktorej dochádza ku spontánnemu kompresnému vznieteniu. Ale redukcia tlaku, ku ktorej dôjde v druhom valci 14 v dôsledku tohto škrtenia, môže zvýšiť tok vzduchu z prvého valca 12 cez prstencovú medzeru 128 do druhého valca 14, a tým môže pomer zmesi palivo/vzduch vracať ku stechiometrickej hodnote, a tým znovu vzniká nebezpečie spontánneho kompresného vznietenia v druhom valci 14 predtým, ako začne prenikanie. Aby sa tomu zabránilo, je použitá škrtiaca klapka 23 na redukciu kompres ného tlaku v prvom valci 12 obmedzením nasávania vzduchu do motora. Účinkom toho je obmedzenie toku vzduchu prstencovou medzerou 128 do druhého valca, a tým sa znovu odstráni nebezpečie spontánneho kompresného vznietenia pred prenikaním. V dôsledku takej redukcie toku škrtiacou klapkou 23 sa tiež zníži špičkový kompresný tlak a teplota. S obmedzenou hranicou kompresných teplôt sa zmes palivo/vzduch nemusí zapáliť kompresným vznietením a potom môže byť použitý zapaľovači prostriedok 52 na zapálenie zmesi konvenčným spôsobom iskrového zážihu v priebehu prenikania zmesi. Zmes palivo/vzduch potom horí ako plameň postupuje zmesou spôsobom známym z konvenčného zážihového benzínového motora.

Podstata vynálezu

Cieľom vynálezu je poskytnúť zdokonalený spaľovací motor a spôsob jeho činnosti.

V súlade s tým vynález uvádza spaľovací motor, ktorý obsahuje aspoň jednu zostavu prvého a druhého valca, pričom prvý valec má väčší zdvihový obsah ako druhý valec, príslušné prvé a druhé piesty pohyblivé v uvedených valcoch, prostriedok vstupu vzduchu spojený s prvým valcom, výfukový prostriedok spojený s prvým valcom, prvý palivový zdroj na dodávanie paliva pre druhý valec, prvý prostriedok vymedzujúci spaľovací priestor, keď sú piesty v hornom úvrate, pričom spaľovací priestor je spojený s obidvoma valcami počas expanzného zdvihu, prostriedok zaisťujúci, že tlak a teplota dosiahnuté v spaľovacom priestore na konci každého kompresného zdvihu sú nedostatočné na spôsobenie spontánneho vznietenia použitého paliva kompresiou, zapaľovači prostriedok spojený so zapaľovacím priestorom, spomaľovací prostriedok na spomaľovanie prenikania zmesi paliva so vzduchom z druhého valca do spaľovacieho priestoru predtým, ako sa dostane druhý piest do dopredu zvoleného miesta vo svojom kompresnom zdvihu a riadiaci prostriedok na spustenie zapaľovacieho prostriedku na uvoľnenie zapaľovacej energie do spaľovacieho priestoru po začatí prenikania a pred jeho dokončením na zapálenie časti postupujúceho paliva a tým zvýšenie teploty a tlaku v spaľovacom priestore na úrovne dostatočné na zapálenie zvyšnej časti paliva kompresným vznietením.

Vynález tiež rieši spôsob prevádzky spaľovacieho motora, ktorý zahrnuje privedenie prvého dopredu určeného množstva paliva do druhého valca počas nasávacieho a/alebo kompresného zdvihu motora, a uvoľnenie zápalnej energie do spaľovacieho priestoru po začatí prenikania a pred jeho dokončením na zapálenie časti paliva postupujúceho do spaľovacieho priestoru a tým zvýšenie teploty a tlaku v spaľovacom priestore na úrovne dostatočné na zapálenie zvyšku postupujúceho paliva vznietením spôsobeným kompresiou.

Modifikovaným spôsobom činnosti a riadenia časovania zapaľovania v Merrittovom motore podľa vynálezu je začatie zapaľovacieho procesu iskrou a umožnenie pokračovania procesu vznietením kompresiou, t. j. iskrou spúšťané kompresné vznietenie.

Výhodné uskutočnenie vynálezu spočíva v iskrovom zapaľovaní na začatie spaľovania vo všetkých prevádzkových podmienkach. Na tento cieľ je zvolený dostatočne nízky geometrický kompresný pomer motora na zabránenie spontánneho kompresného vznietenia vzhľadom na použité palivo. Zapaľovanie iskrou konvenčným, známym spôsobom však vyžaduje takmer homogénnu zmes palivo/vzduch na umožnenie postupu čela plameňa zmesou a to je dosiahnuté v konvenčnom zážihovom motore.

Iskrou spúšťané kompresné vznietenie je iný spôsob. Zapálenie iskrou je prvá z dvoch fáz zapaľovacieho procesu, ktorými sú menovite iskrové zapálenie (zážih) a zapaľovanie kompresným teplom (vznet). V prvej fáze prosté iskrové zapaľovanie iniciuje lokalizovaný plameň na hranici medzi prenikajúcim palivom a vzduchom vo spaľovacom priestore. Plameň môže byť chvíľkový a je nepravdepodobné, že by postupoval do tvoriacej sa predbežnej zmesi paliva a vzduchu, ktorá v tom okamihu neexistuje. Toto iskrové zapaľovanie sa objaví pred dokončením procesu prenikania, inými slovami predtým, ako sa všetko palivo premiestni z druhého valca do spaľovacieho priestoru okolo hlavy druhého piesta a zmieša so všetkým vzduchom potrebným na jeho spaľovanie, ku ktorému dochádza v spaľovacom priestore. Fáza tohto iskrového zapaľovania je proces podobný procesu iskrového zapaľovania prúdu plynného paliva vystupujúceho z dýzy, pričom sa mieša so vzduchom na okraji dýzy. Po začiatku procesu iskrového zapaľovania zvyšuje plameň tlak a teplotu plynu v spaľovacom priestore na hodnoty dostatočné na vznik kompresného vznietenia zvyšku odpareného paliva počas jeho prenikania do spaľovacieho priestoru pôsobením druhého piesta a miešania so vzduchom. Tento proces je opísaný ako iskrou spúšťané kompresné vznietenie. Po okamihu iskrového zapaľovania postupuje proces miešania a horenia pár paliva s ďalším vzduchom potrebným na úplné spaľovanie. Vo zvyčajnom motore s iskrovým zapaľovaním je proces miešania medzi palivom a vzduchom takmer dokončený predtým, ako sa objaví iskra.

Dôležitá výhoda používania iskrou spúšťaného kompresného vznietenia je jednoduchosť jeho časovania, aby sa vyhovelo premenlivým podmienkam motora. Pri použití iskrou spúšťaného kompresného vznietenia môže byť požadovaná presnosť riadenia časovania procesu prenikania menej dôležitá a menej rozhodujúca pre činnosť motora.

Aby bolo možné dosiahnuť iskrou spúšťané kompresné vznietenie, pracuje systém motora s kompresnými pomermi, ktoré sú počas začiatočných okamihov prenikania nedostatočné na kompresné zapálenie zvoleného konkrétneho paliva. Škrtiaca klapka sa môže použiť na nastavenie hranice kompresných tlakov a teplôt. Napríklad v prípade benzínu by kompresný pomer mohol byť znížený na hodnotu napríklad 12 : 1 pre iskrou spúšťané kompresné vznietenie, zatiaľ čo keď má byť použité kompresné vznietenie samo osebe s takým palivom, môže byť požadovaná hodnota kompresného pomeru napríklad 18:1. Druhá požiadavka je umiestenie zapaľovacej sviečky na miesto, kde sa stretne v počiatočnej časti prenikajúceho procesu s parami paliva miešajúceho sa so vzduchom v spaľovacom priestore. Zapaľovacia sviečka vytvára iskru v správnom čase na iniciovanie procesu kompresného vznietenia. Po zapálení časti paliva, ktoré už začalo prenikať do spaľovacieho priestoru, sa zvyšuje tlak a priemerná teplota plynu v spaľovacom priestore. To vedie k tomu, že zvyšujúca sa časť paliva premeneného na paru, ktorá pokračuje v prenikaní do spaľovacieho priestoru a mieša sa tu so vzduchom, sa zapáli kompresným vznietením, a to aj vtedy, keď sa pôvodný plameň odštartovaný iskrou nedokázal rozšíriť naprieč spaľovacím priestorom.

Veľkosť objemu spaľovacieho priestoru vzhľadom na veľkosť pracovného obsahu dvoch valcov je prostriedok na určenie kompresného pomeru motora a na výrazné ovplyvnenie veľkosti tlaku a teploty plynov v blízkosti konca kompresného zdvihu tesne predtým, ako nastane zapálenie. Tlakové a teplotné podmienky musia byť nedostatočné na spôsobenie spontánneho vznietenia paliva kompresiou predtým, ako je aktivovaný zapaľovači prostriedok na odštartovanie zapaľovacieho procesu.

Výhodným uskutočnením zapaľovacieho prostriedku je zapaľovacia sviečka, ktorá je spúšťaná zvyčajným spôsobom a časovaná riadiacim prostriedkom, akým je riadiaci systém motora, ktorý pracuje ako riadiaci prostriedok zapaľovania. Iskra musí zapáliť bohatú zmes paliva a vzduchu počas začiatočnej časti procesu prenikania, keď vzduch, privádzaný do spaľovacieho priestoru vírivým pohybom, sa začína miešať s výparmi paliva po začiatku procesu prenikania. Taký zapaľovači proces takisto nastane, keď prúd plynného paliva zavedie palivo pod tlakom do vzduchu a je zapálený iskrou. Proces zapálenia iskrou nemusí byť úspešný v prípade, že primárna bohatá zmes palivových pár a vzduchu nie je zapálená za prítomnosti ďalšieho vzduchu, ktorý' sa s ňou mieša počas procesu prenikania. Keď nastane iskrové zapálenie, plameň vzniknutý z iskry nemusí trvať pokiaľ nezhorí všetko palivo, ktoré preniklo do spaľovacieho priestoru, pretože zvýšenie tlaku a teploty, ktoré nastane po iskrovom zapálení, zabezpečuje, že ďalšie plynné palivo je potom zapaľované kompresným vznietením v okamihu, keď sa prechádza okolo hlavy druhého valca do spaľovacieho priestoru.

Druhý valec môže byť tvarovaný tak, aby zabezpečil prenikanie rýchleho alebo postupného charakteru. Druhý valec môže byť napríklad na svojom konci odvrátenom od prvého valca vybavený prostriedkom na vytvorenie obtoku okolo hrany hlavy druhého piesta, keď je druhý piest v polohe blízkej jeho vnútorného úvratu. Tým spôsobom môže počas prevažnej časti zdvihu piesta obvodová hrana hlavy druhého piesta ležať tesne pri stene druhého valca. Hneď ako sa hrana hlavy druhého piesta dostane do polohy priľahlej uvedenému obtoku, medzera medzi obvodovou hranou druhého piesta a stenou druhého valca sa efektívne zväčší na umožnenie rýchleho prenikania obtokom. Obtok má prednostne axiálnu dĺžku, ktorá je väčšia ako hrúbka hrany hlavy druhého piesta. Obtok môže mať vhodne tiež tvar drážky vytvorenej v stene druhého valca, ktorá prebieha po celom obvode druhého valca alebo jeho časti.

Vytvorenie obtoku je nanajvýš prospešné v tom, že vytvára voľný priestor pre odparené palivo a vzduch v druhom valci, čo odďaľuje prenikanie a tiež zabezpečuje dráhu pre plameň zo spaľovacieho priestoru na dosiahnutie paliva ostávajúceho nad hlavou piesta po prenikaní. Drážka môže tiež napomôcť výfukovým plynom ostávajúcim nad hlavou druhého piesta uniknúť na konci výfukového zdvihu.

Jedna z dôležitých funkcií obtoku je vytvorenie voľného priestoru pri hornom konci druhého valca. Geometrický kompresný pomer druhého valca je pomer jeho zdvihového obsahu plus voľného priestoru k objemu jeho voľnému priestoru. Podobne geometrický kompresný pomer prvého valca je pomer jeho zdvihového objemu plus objemu spaľovacieho priestoru k objemu jeho spaľovacieho priestoru, keď nevezmeme do úvahy voľný priestor nad piestom na konci kompresného zdvihu a ostatné voľné priestory. Pomerná hodnota týchto dvoch geometrických kompresných pomerov má veľký vplyv na časovanie prenikania. Pretože použitie iskrou spúšťaného kompresného vznietenia vyžaduje nižší kompresný pomer a teda väčší objem spaľovacieho priestoru, objem obtoku sa bude musieť takisto zväčšiť na zníženie geometrického kompresného pomeru druhého valca, inak by mohlo prísť k prenikaniu veľmi skoro. Je snaha, aby voľný priestor nad hlavou druhého piesta bol výhodne malý, aby sa minimalizovalo množstvo paliva, ktoré môže byť zachytené nad hlavou na konci kompresného zdvihu.

Zväčšená veľkosť obtoku môže ponúkať jedno vhodné umiestenie na zapaľovaciu sviečku použitú na iniciovanie procesu iskrou spúšťaného kompresného vznietenia. Ďalšie vhodné umiestenie môže byť poloha blízko pod obtokom v závislosti od uskutočnenia motora.

Brzdiaci prostriedok na spomalenie predčasného prenikania je vhodne navrhnutá medzera medzi hranou hlavy druhého piesta a stenou druhého valca. V tom prípade je nutné zabezpečiť riadenie tlaku plynu v druhom valci nad hlavou druhého piesta tak, aby zostal nižší ako tlak vzduchu v spaľovacom priestore na opačnej strane hlavy druhého piesta až do okamihu prenikania. Také riadenie môže byť vytvárané vstupným prostriedkom, tak ako bol už opísaný. Pretože zapálenie čaká na to, až sa objaví iskra, je presné časovanie prenikania menej kritické v Merrittovom motore s iskrou s kompresným vznietením ako je to v prípade Merrittovho motora, ktorý je založený iba na kompresnom vznietení, pretože v tomto prípade je časovanie zapálenia dané časovaním prenikania.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Predložený vynález je ďalej opísaný pomocou príkladu vzhľadom na predložené výkresy, na ktorých obr. 1 znázorňuje čiastočný rez uskutočnením známeho Merrittovho motora, obr. 2 znázorňuje schematický čiastočný rez prvým uskutočnením motora podľa vynálezu, obr. 2A znázorňuje zväčšený pohľad na časť z obr. 2 uvádzajúci jedno možné umiestenie zapaľovacej sviečky vo vzťahu na pohyb plynu, obr. 2B znázorňuje variáciu vytvorenia z obr. 2A, obr. 3 znázorňuje praktické vytvorenie motora z obr. 2, obr. 4 až 9 a 14 znázorňujú rôzne uskutočnenia motora v súlade s rôznymi spôsobmi, ktorými môže prebiehať výmena plynu v druhom valci, obr. 10 až 13 znázorňujú ďalšie uskutočnenie motora podľa vynálezu, a obr. 15 znázorňuje pohľad na vytvorenie z obr. 5, uvádzajúce piesty v spodnom úvrate.

Spôsob zapálenia v súlade s týmto vynálezom vyžaduje použiť na zapálenie iskru počas väčšiny alebo všetkých operačných stavov motora a cez plný rozsah jeho rýchlostí a zaťaženia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Podľa obr. 2 môže byť znížený geometrický kompresný pomer motora až na hodnotu, pri ktorej nebude dochádzať ku kompresnému vznieteniu paliva, napríklad pod hodnotu 12:1 pre vysokooktánový benzín a pod 10:1 pre benzín s oktánovým číslom v strednom rozsahu. To zabezpečí, že dopredu odparené palivo, ktoré bolo vytvorené alebo preniklo z druhého valca 14 do spaľovacieho priestoru 20, sa spontánne nevznieti, keď sa dostane do styku so vzduchom v spaľovacom priestore 20 ale čaká na iskru generovanú zapaľovacim prostriedkom 52 použitím vonkajšieho riadenia. Zapaľovači prostriedok 52 zapáli bohatú zmes dopredu odpareného paliva s určitým množstvom vzduchu v okamihu, keď sa začína miešať s ďalším vzduchom a pri týchto podmienkach môže iskrový zážih spoľahlivo nastať.

Iskrový zážih má vplyv len na palivo, ktoré preniklo okolo hlavy 35 druhého piesta 18 do toho času, kedy došlo k iskrovému zážihu. Vzostup tlaku a teploty spojený so zapaľovaním iniciovaným iskrou privedie zvyšnú časť paliva prenikajúceho okolo hlavy 35 druhého piesta 18 k zapáleniu kompresným vznietením.

Hlavná výhoda tohto spôsobu činnosti je oveľa jednoduchšie riadenie zapaľovania prostredníctvom spustenia zapaľovacej sviečky. Presný okamih prenikania nie je už kritický a prenikanie môže začať skôr ako je to možné v Merrittovom motore využívajúcom čisté kompresné vznietenie bez pomoci iskry.

Znižovanie kompresného pomeru znižuje len málo možnú teoretickú teplú účinnosť motora. Na vyrovnanie tohto efektu redukuje zvýšená veľkosť spaľovacieho priestoru 20 relatívny efekt pasívnych objemov a umožňuje lepší pohyb plynu počas spaľovania.

Obr. 2 schematicky reprodukuje obr. 1, aby ukázal dôležitosť umiestenia zapaľovacieho prostriedku 52. Sú zobrazené dve možné umiestenia. Na obr. 2A je zobrazený zapaľovači prostriedok 52 umiestnený do obtokovej drážky 39 v strategickom mieste, kde sa palivové pary stretávajú so vzduchom cirkulujúcim pod hlavou 35 druhého piesta

18. Smer toku vzduchu a paliva je schematicky znázornený šípkami. Na obr. 2B je znázornený zapaľovači prostriedok 52 umiestený tesne pod obtokovou drážkou 39. V takom prípade môže byť iskrový zážih výhodne časovaný tak, že nastane, keď hlava 35 druhého piesta 18 začína odkrývať obtokovú drážku 39.

Je zrejmé, že mnohé konštrukčné znaky motora opísaného v GB-A-2246394 platia takisto pre predložený vynález. Spoločné znaky, o ktorých je treba podrobnejšie sa zmieniť, sú konštrukcie druhého piesta 18 vzhľadom na stĺpiky, ktorá je rovnaká, vytvorenie druhej obtokovej drážky 135 na spodnom konci druhého valca 14, vytvorenie základne 84 pre druhý piest 18 na hlave 36 prvého piesta 16 alebo priľahlo k nej, spôsob podporovania vírenia vzduchu vstupujúceho do spaľovacieho priestoru 20. Konštrukcia motora na prácu v dvojdobom cykle znázornená v GB-A-2246394 obr. 15 a obr. 16 je zvlášť vhodná najmä na spôsob zapaľovania podľa predloženého vynálezu.

Opis hybridných motorov v GB-A-2246394 je aplikovateľný na predložený vynález. Dieselov hybridný motor, znázornený na obr. 6 a 7 v GB-A-2246394 môže využiť iskrový zážih v súlade s predloženým vynálezom, ako je to už opísané vzhľadom na obr. 10 a 12.

Obr. 3 znázorňuje konštrukciu motora, ktorá je identická s konštrukciou z obr. 1 s tou výnimkou, že škrtiacia klapka 23' má menšiu lamelu na zabezpečenie okrajového riadenia. V prípade činnosti v štvordobom cykle v súlade s vynálezom je vzduch privádzaný nasávacím vzduchovým vstupom 25, pričom pri bežných podmienkach nie je vytvorené žiadne škrtenie prívodu vzduchu. Palivo je vstrekované prvým palivovým zdrojom 34 do nasávacieho kanálika 33 paliva. Palivo môže byť vstrekované v ľubovoľnom čase, pretože nemôže postúpiť do druhého valca 14, pokiaľ nie je otvorený nasávací ventil 31. Počas nasávacieho zdvihu je nasávací ventil 31 otvorený, aby bolo umožnené palivu a vzduchu vstúpiť do druhého valca 14. Počas kompresného zdvihu narastá tlak v druhom valci 14 pomalšie ako tlak v prvom valci 12, čiastočne pod vplyvom voľného priestoru vytvoreného obtokovou drážkou 39 navrhnutou na zabezpečenie tohto efektu.

Na konci kompresného zdvihu dochádza k prenikaniu a časť paliva prechádza prstencovou medzerou 128 do spaľovacieho priestoru. Potom, keď začne prenikanie, a prednostne predtým, ako piesty 16, 18 dosiahnu horný úvrat, je spustený zapaľovači prostriedok 52. Vzniknuté začiatočné spaľovanie zmesi palivo/vzduch zvyšuje teplotu a tlak v spaľovacom priestore 20 na hodnoty dostatočné na to, aby zvyšujúca sa časť zmesi palivo/vzduch, ktorá preniká prstencovou medzerou 128, bola spontánne zapálená kom5 presným vznietením. To nastane aj vtedy, keď sa nedostane začiatočný plameň vytvorený iskrou k tomu palivu.

Na konci expanzného zdvihu sa otvorí výfukový ventil (nie je znázornený) prvého valca 12 na umožnenie odvedenia spalín. Pre druhý valec 14 môže byť vytvorený mimoriadny výfukový vývod.

Škrtiacia klapka 23', keď sa jemne naladí, môže byť použitá na miernejšie obmedzenie vstupu vzduchu počas nasávacieho zdvihu, aby sa zabránilo možnosti kompresného vznietenia paliva po prenikaní, ale pred generovaním iskry. To sa môže napríklad stať s chudobným palivom, alebo keď je horúci deň.

Škrtiacia klapka 32 je taktiež voliteľná a môže byť použitá na napomáhanie riadenia časovania prenikania, ale pri iskrou spusteného kompresného vznietenia také riadenie nie je zvyčajne nevyhnutné.

Existuje celý rad spôsobov usporiadania na riadenie výmeny plynov v druhom valci 14, ktoré sú opísané ďalej s odkazom na obr. 4 až 9.

Na obr. 4 znázorňuje schematický priečny rez výhným uskutočnením vynálezu, znázorňujúcim výmenu plynov v druhom valci 14 použitím dvoch ventilov. Druhý valec 14 má nasávací ventil 31 a výfukový ventil 150, ktoré pracujú nezávislo. Palivo je vstrekované do nasávacieho kanálika 33 v ľubovoľnom okamihu, ako bolo už skôr uvedené vzhľadom na obr. 3. Výfukový kanálik 151 je výhodne spojený s hlavným vzduchovým vstupom 25 dodávajúcim do prvého valca 12 vzduch. Tým sa zachycuje palivo, ktoré nevyhorelo a pritom sa znižujú výfukové emisie a takisto sa zabezpečuje recirkulácia výfukového plynu, ktorá sa zvyšuje úmerne na zaťaženie motora.

Na obr. 6 je znázornený rez podobný obr. 4, zobrazujúci výmenu plynov druhého valca 14 využitím len jedného nasávacieho ventilu 31. Prvý palivový zdroj 34 je kryt nasávacím ventilom 31 pred spaľovacími tlakmi a teplotami. Výfukové plyny sú odvedené cez prstencovú medzeru 128, prvý valec 12 a výfukový kanálik 27.

Obr. 7 znázorňuje ďalší spôsob riadenia výmeny plynov druhého valca 14 použitím jedného ventilu 31 určeného tak na nasávanie ako aj na výfuk z druhého valca 14. Pohyb plynov do druhého valca 14 a z neho sa uskutočňuje dvojitým otvorením ventilu 31 počas jedného cyklu motora, keď pracuje motor v štvortaktnom cykle, raz počas výfukového zdvihu a po druhé počas nasávacieho zdvihu.

Otvorenie ventilu 31 počas výfukového zdvihu umožňuje ľahký únik výfukového plynu zachyteného nad hlavou 35 druhého piesta 18. Nasávací/výfukový kanálik 33 je spojený so vzduchovým vstupom 25 prvého valca 12, ako bolo opísané s odkazom na obr. 4. Prvý palivový zdroj 34 privádza palivo do blízkosti ventilu 31 počas nasávacieho zdvihu, aby sa zabránilo vohnaniu paliva do prvého valca 12 počas výfukového zdvihu.

Obr. 5 je schematický priečny rez ďalším uskutočnením vynálezu znázorňujúcim výmenu plynov v druhom valci 14 s využitím jedného ventilu. Druhý valec 14 má jeden výfukový ventil 150 a prvý palivový zdroj 34, ktorý uvoľňuje palivo priamo do druhého valca 14 už od začiatku nasávacieho zdvihu. Výfukové plyny opúšťajúce druhý valec 14 počas výfukového zdvihu môžu byť výhodne smerované do vzduchového vstupu 25, ktorý dodáva vzduch do prvého valca 12, opäť ako je to opísané vzhľadom na obr. 4.

Počas nasávacieho zdvihu vstupuje vzduch do druhého valca 14 prstencovitou medzerou 128 okolo hlavy 35 druhého piesta 18. Tým spôsobená čerpacia strata je malá, menšia ako 0,1 bar, pokiaľ plocha hlavy 35 druhého piesta 18 predstavuje 10 % zodpovedajúcej plochy prvého piesta

16.

Na obr. 8 je schematicky znázornené ďalšie uskutočnenie vynálezu, podobné uskutočneniu z obr. 4 a 5, znázorňujúce výmenu plynov v druhom valci 14 bez ventilov. Vzhľadom na to, že druhý valec 14 nemá žiadne svoje vlastné nasávacie alebo výfukové ventily, prijíma vzduch hlavným vzduchovým vstupom 25 a odvádza výfukové plyny hlavným výfukovým kanálom 27 prvého valca 12, pričom plyny prechádzajú medzi valcami prstencovou medzerou 128 okolo hlavy 35 druhého piesta 18. Toto usporiadanie má výhodu mechanickej jednoduchosti za cenu dodatočných čerpacích tlakových strát a možno aj výfukových emisii uhľovodíkov a kysličníka uhoľnatého.

Obr. 9 znázorňuje podrobnejší pohľad na motor z obr. 7, zobrazujúci pridanie uzavretej komory 1000, ktorá môže byť spojená so vzduchovým vstupom 25 prostredníctvom ventilu 1010.

Výkon motora, ako je segregačný Merrittov motor, je zvýšený tým, že výfukové plyny sú vedené cez ventil 31 do komory 1000. Tá je navrhnutá tak, aby jej objem umožňoval vzrast tlaku v komore 1000 na konci výfukového zdvihu. Objem môže byť stály alebo premenlivý, napríklad pomocou plunžera pohyblivého v rúrke (neznázornené). Komora 1000 môže mať tvar gule, ako je to znázornené, alebo to môže mať tvar kanála spojeného s otvorom ventilu 31, pokiaľ je kanál na svojom druhom konci utesnený. Škrtiacia klapka 32 môže byť použitá pri riadení toku k otvoru ventilu 31 a od nej, nie je to ale nevyhnutne nutné.

Horúce výfukové plyny zachytené v komore 1000, keď sa ventil 31 zavrie, majú tlak o trochu vyšší ako je hodnota atmosférického tlaku. Takisto obsahujú nevyhoreté palivo, ktoré ostáva nad hlavou 35 druhého piesta 18. Prvý palivový zdroj 34 privádza palivo do tohto zachyteného plynu. Prvý palivový zdroj 34 môže byť umiestený na znázornenom mieste alebo môže vstrekovať palivo priamo do komory 1000, pokiaľ toto umiestenie pomôže efektívnejšej premene paliva na paru. Časovanie vstrekovania paliva môže byť zvolené tak, aby najlepšie podporovalo odparenie paliva a taktiež, aby zabraňovalo vytváraniu oxidov dusíka podporovaním recirkulácie výfukového plynu, čo je uznávaný spôsob riadenia výfukových emisií NO_X.

Vzrast tlaku v komore 1000 závisí od rýchlosti motora. Pri nízkej teplote tu nemusí byť tlak dostatočný na zabezpečenie dobrého nasávania nasledujúceho po výfuku. Aby sa ten problém prekonal, je komora 1000 spojená so vzduchovým vstupom 25 cez ventil 1010, ktorý sa môže otvoriť pri nízkej rýchlosti alebo kedykoľvek špičkový tlak v komore 1000 klesne pod požadovanú hodnotu. Keď sa otvorí ventil 1010, výfukové plyny sú odvedené do vzduchového vstupu 25 vedúceho do prvého valca 12 na recirkuláciu a nasávací vzduch je hnaný z nasávacieho potrubia a zásobuje prvý valec 12.

Ventil 1010 môže byť riadený riadiacim systémom motora alebo môže pracovať automaticky, alebo môže byť ovládaný tlakom v komore 1000.

Alternatívny spôsob na zabezpečenie priaznivého prívodu vzduchu do druhého valca 14 je znázornený na obr.

14. Je tu použitý malý ventilátor alebo dúchadlo 1002 na plnenie vzduchu pod tlakom do druhého valca 14 počas nasávacieho zdvihu. Ventilátor alebo dúchadlo 1002 môže byť zapínané, keď je to nevyhnutné, riadiacim systémom motora. Pritom ventilátor alebo dúchadlo 1002 môže pracovať v spojení s komorou 1000, pokiaľ je to žiaduce, vložením ventilu 1001, ktorý' ostáva uzavretý počas činnosti komory 1000, a otvorí sa, keď je požadovaný a uvedie sa do činnosti ventilátor alebo dúchadlo 1002.

Je zrejmé, je riadenie plnenia druhého valca 14 je najdôležitejšie, keď je prvý palivový zdroj 34 umiestený za ventilom 31. Toto usporiadanie umožňuje, aby bol prvý palivový zdroj 34 chránený pred spaľovacími tlakmi a teplotami.

Riadenie plnenia druhého valca 14 je menej dôležité v prípade, keď prvý palivový zdroj 34 je umiestený tak, aby dodával palivo priamo do druhého valca 14, ako je to v prípade znázornenom na obr. 5 a na obr. 10 a 12 pre hybridné usporiadanie dieselového motora. Na obr. 5 je preto znázornené, že plniaci proces je vnútorný, t. j. že vzduch je privádzaný do druhého valca 14 z prvého valca 12, kam vstupuje cez nasávací ventil 24.

Obr. 10 je pohľad podobný pohľadu z obr. 4 až 8 a znázorňuje ďalšie výhodné uskutočnenie vynálezu, ktorým je dieselové hybridné uskutočnenie. Motor na obr. 10 využíva dva palivové zdroje 34, 60 v kombinácii so zapaľovacím prostriedkom 52 na podporu iskrou sp usteného kompresného vznietenia. Výmena plynov v druhom valci 14 môže byť uskutočnená rovnakým spôsobom, ako je opísané vzhľadom na obr. 4 až 8, s využitím jedného ventilu slúžiaceho tak nasávací ako aj ako výfukový ventil, s použitím len jedného ventilu slúžiaceho výhradne ako výfukový ventil alebo dvoch oddelených ventilov slúžiacich separátne ako nasávacie a výfukové ventily spojené priamo s druhým valcom 14 alebo bez žiadnych ventilov.

Prvý palivový zdroj 34 vstrekuje inalé množstvo paliva do druhého valca 14 počas nasávacieho zdvihu a toto palivo sa vyparuje predtým, ako preniká do spaľovacieho priestoru tak, aby mohlo byť zapálené iskrou. Zapálenie paliva zvyšuje tlak a teplotu v spaľovacom priestore 20, aby bolo umožnené zapálenie hlavnej dodávky paliva, ktoré je vstrekované druhým palivovým zdrojom 60 krátko pred koncom kompresného zdvihu, kompresným vznietením. Tým spôsobom môže byť kompresný pomer nevyhnutný na zapálenie paliva znížený.

Keď je do prvého palivového zdroja 34 dodávané ďalšie, výparnejšie palivo, ako je benzín, zatiaľ čo druhý palivový zdroj 60 je zásobovaný naftovým palivom, činnosť Merrittovho hybridného dieselového motora sa môž.e ďalej zlepšiť a kompresný pomer motora sa môže ešte ďalej znížiť, napríklad na hodnotu medzi 12 : 1 a 13 . 1 namiesto hodnôt medzi 24 : 1 a 18 : 1, ktoré sú zvyčajné pre konvenčné dieselové motory.

Obr. 11 je pohľad podobný pohľadu z obr. 10 zobrazujúcemu prvý palivový zdroj 34 umiestený na vstrekovanie paliva do nasávacieho kanálika 33. Výparnejšie palivo (napr. benzín) je vstrekované prvým palivovým zdrojom 34 na prijatie do druhého valca 14 počas nasávacieho zdvihu, zatiaľ čo druhý palivový zdroj 60 vstrekuje dieselové palivo chvíľku pred koncom kompresného zdvihu. Následne po preniknutí je palivo zapálené iskrou a dieselové palivo je potom zapálené horúcimi plynmi kompresným vznietením.

Motor na obr. 11 môže taktiež využiť akékoľvek usporiadanie ventilov na výmenu plynov, ktoré bolo spomenuté vzhľadom na obr. 10.

Obr. 12 je ďalší pohľad podobný obr. 10 a 11, ktorý znázorňuje ďalšie výhodné uskutočnenie vynálezu, ako je Merrittov dieselový hybridný motor, ktorý môže využiť akékoľvek usporiadanie ventilov na výmenu plynov, o ktorých bolo uvedené vzhľadom na obr. 10. V činnosti najprv prvý palivový zdroj 34 dieselového paliva vstrekuje palivo do druhého valca 14 a počas nasávacieho zdvihu a potom, ku koncu kompresného zdvihu, vstrekuje ďalšie množstvo paliva. Prvý palivový zdroj 34 je zásobovaný dieselovým palivom a kompresný pomer motora sa môže znížiť, ako bolo opísané vzhľadom na obr. 10.

Hybridný motorový systém s iskrovým zapaľovaním znázornený na obr. 8 v GB-A-2246394 je kompletne apli kovateľný na predložený vynález, spôsob činnosti sa ale líši. Obr. 8 v GB-A-2246394 je v skutočnosti tu reprodukovaný ako obr. 13. Vzhľadom na obr. 13 je motor schopný činnosti so stechiometrickou zmesou paliva so vzduchom, dodávanou cez ktorýkoľvek z dvoch nasávacích ventilov 24 alebo 31, alebo cez oba ventily 24, 31, pretože kompresný pomer motora je držaný na hodnote nižšej, ako je hodnota, ktorá môže spôsobiť spontánne kompresné vznietenie.

Motor na obr. 13 sa môže naštartovať a uviesť do chodu naprázdno Merrittovým spôsobom tak, že sa palivo dodáva pomocou prvého palivového zdroja 34, zatiaľ čo druhý palivový zdroj 82 ostáva nečinný a škrtiacia klapka 81 je úplne otvorená. Činnosť motora pri jeho čiastočnom zaťažení môže pokračovať Merrittovým spôsobom, čo dáva motoru výhodu vyššej tepelnej účinnosti pri čiastočnom zaťažení a chodu naprázdno v porovnaní s doteraz známymi konvenčnými zážihovými motormi, a pritom sa použije zapaľovači prostriedok 52 na podporu iskrou spusteného kompresného vznietenia.

Pri činnosti Merrittovým spôsobom s pomermi palivo/vzduch chudobnejšími ako je prah tvorenia oxidov dusíka pri čiastočnom zaťažení sa motor nachádza v rozmedzí povolených limitov výfukových emisií, a aj keby použitý trojcestný katalyzátor mal v prúde výfukového plynu voľný oxid, No_x nebudú pri tých podmienkach prítomné.

Výhodou činnosti spôsobom zážihového motora, so stechiometrickou zmesou palivo/vzduch a s trojcestným katalyzátorom, je získanie vyšších hodnôt stredného efektívneho tlaku na brzde ako to je možné pri činnosti podľa Merrittovho spôsobu, najmä vtedy, keď pracuje motor Merrittovým spôsobom pri čiastočnom zaťažení pod prahom pomeru palivo/vzduch na tvorbu NO_X. Pri činnosti vozidla sa navrhuje použiť Merrittov spôsob pri jazde mestom a pri miernej cestovnej rýchlosti, zatiaľ čo spôsob zážihového motora je automaticky volený na preklenutie podmienok plného zaťaženia.

Prepnutie z Merrittovho spôsobu na konvenčný spôsob iskrového zážihu môže byť výhodne uskutočnené pred dosiahnutím podmienok plncho zaťaženia, keď sa vyžaduje maximálne využitie vzduchu, inými slovami vtedy, keď všetok vzduch prítomný v oboch valcoch 14 a 12 môže byť potrebný na horenie najväčšieho množstva paliva. V tom prípade je druhý palivový zdroj 82 aktivovaný riadiacim systémom motora, zatiaľ čo prvý palivový zdroj 34 je buď mimo činnosť alebo pracuje s redukovaným množstvom paliva. Vopred vytvorená zmes palivo/vzduch vstupujúca nasávacím ventilom 24 môže byť stechiometrická a umožňovať, aby zapaľovači prostriedok 52, ktorý podľa vynálezu môže byť neustále v činnosti, ľahko zapálil zmes pri ovládaní riadiacim systémom motora.

Prechod od činnosti pri plnom zaťažení na činnosť pri zaťažení čiastočnom môže byť vytvorený postupne škrtiacou klapkou 83 použitou na redukciu z plného zaťaženia pri zážihovom spôsobe až do toho času, keď dodávka paliva je kompletne prevzatá prvým palivovým zdrojom 34, pričom sa môže škrtiacia klapka 83 naplno otvoriť.

Tento hybridný prevádzkový spôsob má tú výhodu, že využíva iskrový zážih podľa Merrittovho spôsobu podľa tohto vynálezu, aby sa umožnilo plné využitie vzduchu a tým podporenie výkonových možností pri plnom zaťažení, zatiaľ čo pri čiastočnom zaťažení a voľnobehu udržuje vysokú úroveň tepelnej účinnosti Merrittovho motora.

Činnosť motora z obr. 13 sa líši od činnosti opísanej v GB-A-2246394 v tom, že zapaľovači prostriedok 52 je vždy použitý na iniciovanie zapálenia v Merrittovom spôsobe a spôsobom zážihového motora.

Hlavným cieľom činnosti spôsobom zážihového motora je umožniť väčšie využitie vzduchu ako je to možné pri použití segregačného spôsobu. To vedie k väčším hodnotám stredného efektívneho tlaku a k vyššiemu výkonu. Segregačný spôsob je teda vhodný na činnosť motora pri čiastočnom zaťažení alebo pri nízkom strednom efektívnom tlaku, pri súčasnej činnosti pri vysokej tepelnej účinnosti motora. Bežné zážihové motory pracujú pri oveľa nižšej tepelnej účinnosti pri strednom efektívnom tlaku čiastočného zaťaženia. Súčasne spôsob zážihového motora umožňuje rovnakému Merrittovmu motoru dosiahnuť stredný efektívny tlak plného zaťaženia porovnateľného so zvyčajnými zážihovými motormi pri prevádzkových podmienkach, keď zážihové motory' pracujú najúčinnejšie. Tým spôsobom vytvorený hybrid -Merrittov motor pracujúci na princípe iskrou spusteného kompresného vznietenia, prináša motor schopný vykonávať činnosť s vyššou tepelnou účinnosťou v širších podmienkach operačného zaťaženia, ako môžu teraz dosiahnuť zážihové motory alebo dieselové motory.

Obr. 14 je pohľad podobný pohľadu z obr. 13, v ktorom je činnosť motora podľa Merrittovho (segregačného) spôsobu podporovaná použitím komory 1000, ventilu 1001 a ventilátora alebo dúchadla 1002 ako je to opísané s odkazom na obr. 9.

Požiadavka na činnosť podľa spôsobu zážihového je udržať druhý piest 18 na teplote dostatočne nízkej na to, aby sa zabránilo predčasnému zapáleniu spaľovacej zmesi palivo/vzduch privádzanej pod hlavu 35 druhého piesta 18 pri nesegregačnom spôsobe alebo zážihovom spôsobe. To vyžaduje ochladzovanie telesa 234 stĺpika druhého piesta 181, napríklad striekaním prúdu oleja na jeho základňu cez piestny čap. Pokiaľ je také ochladzovanie nevyhnutné, teplota hlavy 35 druhého piesta 18 môže byť nedostatočná na odparenie všetkého paliva privádzaného do druhého valca 14 počas segregačného procesu. V takom prípade zachytenie výťukových plynov v komore 1000 zabezpečuje prídavný spôsob odparovania paliva ako určitú kompenzáciu.

Obr. 15 je ďalší pohľad na vytvorenie z obr. 5, znázorňujúci druhý piest 18 vo vysunutej polohe z vŕtania druhého valca 14 v polohe v spodnom úvrate. Usporiadanie výmeny plynov v druhom valci 14 môže byť ktorékoľvek zo skôr opísaných uskutočnení. V obr. 15 má druhý valec 14 jeden výfukový ventil. Neprítomnosť nasávacieho ventilu môže byť pre druhý valec 14 výhodná, pretože čiastočné vákuum je žiaduce na nasatie vzduchu z prvého valca 12, keď sú piesty v spodnom úvrate, a tiež na zabránenie prílišného pretečenia paliva do prvého valca 12. Vytvorenie výfukového kanálika 151 a výfukového ventilu 150 pre druhý valec 14 je žiaduce na zabránenie prílišného vzrastu tlaku v druhom valci 14 na začiatku nasávacieho zdvihu. Výfukový kanálik 151 je spojený so vzduchovým vstupom 25 prvého valca 12 na recirkuláciu nevyhoretých uhľovodíkov a oxidu uhoľnatého. V prípade absencie nasávacieho ventilu, ako je znázornené na obr. 15, prvý palivový zdroj 34 je spojený priamo s druhým valcom 14, ale ďalšie usporiadania výmeny plynov môžu byť rozdielne.

Claims (24)

1. Spaľovací motor obsahujúci aspoň jednu zostavu prvého valca (12) a druhého valca (14), pričom prvý valec (12) má väčší zdvihový objem ako druhý valec (14), príslušné prvé piesty (16) a druhé piesty (18) pohyblivé v uvedených valcoch (12, 14), prostriedok (24, 25) vstupu vzduchu spojený s prvým valcom (12), výfukový prostrie dok (26, 27) spojený s prvým valcom (12), prvý palivový zdroj (34) na dodávanie paliva pre druhý valec (14), prostriedok vymedzujúci spaľovací priestor (20), keď sú piesty (16, 18) v hornom úvrate, pričom spaľovací priestor (20) je spojený s obidvoma valcami (12, 14) počas expanzného zdvihu, vyznačujúci sa tým, že obsahuje prostriedok (23', 83) na zabezpečenie, že tlak a teplota dosiahnuté v spaľovacom priestore (20) na konci každého kompresného zdvihu sú nedostatočné na spôsobenie spontánneho vznietenia použitého paliva kompresiou, zapaľovači prostriedok (52) spojený so spaľovacím priestorom (20), spomaľovací prostriedok (39, 128) na spomaľovanie prenikania zmesi palivo/vzduch z druhého valca do spaľovacieho priestoru (20) predtým, ako sa dostane druhý piest (18) do vopred zvoleného miesta vo svojom kompresnom zdvihu a riadiaci prostriedok (M) na spúšťanie zapaľovacieho prostriedku (52) na uvoľnenie zapaľovacej energie do spaľovacieho priestoru (20) po začatí prenikania a pred jeho dokončením na zapálenie časti postupujúceho paliva a tým zvýšenie tlaku a teploty v spaľovacom priestore (20) na úrovne dostatočné na zapálenie zvyšnej časti paliva kompresným vznietením.

2. Spaľovací motor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že druhý piest (18) má hlavu (35) priestorovo vzdialenú od hlavy (36) prvého piesta (16) a spojenú s ňou, pričom hrana (37) hlavy (35) druhého piesta (18) má rozmer v axiálnom smere, je relatívne malý v porovnaní so vzdialenosťou medzi hlavou (36) prvého piesta (16) a hlavou (35) druhého piesta (18) v axiálnom smere, pričom medzi hlavou (36) prvého piesta (16) a hlavou (35) druhého piesta (18) a stenou (14a) druhého valca (14) je vymedzený spaľovací priestor (20).

3. Spaľovací motor podľa nároku 1 alebo 2. vyzná č u j ú c i sa tým, že druhý palivový zdroj (60) vo vyhotovení vysokotlakového vstrekovača kvapalného paliva je umiestnený tak, že keď je hlava (35) druhého piesta (18) blízko alebo priamo v hornom úvrate, druhý palivový zdroj (6) môže privádzať do spaľovacieho priestoru (20) množstvo paliva pod tlakom dodatočne k palivu dodávanom do druhého valca (14) prvým palivovým zdrojom (34).

4. Spaľovací motor podľa nároku 3, vyznačujúci sa t ý m , že ďalej obsahuje riadiaci prostriedok (M) na riadenie prvého palivového zdroja (34) na dodanie časti celkového množstva paliva, ktoré má byť dopravené do druhého valca (14), do priestoru nad hlavu (35) druhého piesta (18) začínajúc a končiac vtedy, keď je druhý piest v dopredu určenej polohe priestorovo vzdialenej od horného úvratu, a na riadenie druhého palivového zdroja (60) na dodanie ďalšej časti celkového množstva paliva do spaľovacieho priestoru (20), keď sú piesty (16, 18) následne v polohe horného úvratu alebo blízko k nemu.

5. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 2 až 4, vyznačujúci sa tým, že hrana (37) hlavy (35) druhého piesta (18) je radiálne priestorovo oddelená od susednej steny (14a) druhého valca (14) na vymedzenie prstencovej medzery (128) medzi hranou (37) hlavy (35) druhého piesta (18) a stenou (14a), ktorá predstavuje uvedený spomaľovací prostriedok.

6. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 2 až 5, vyznačujúci sa tým, že druhý valec (14) je vybavený na svojom konci vzdialenom prvému valcu (12) prostriedkom vymedzujúcim obtok okolo hrany (37) hlavy (35) druhého piesta (18). keď je druhý piest (18) vo svojom hornom úvrate alebo blízko k nemu.

7. Spaľovací motor podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že obtokovým prostriedkom je obto ková drážka (39), vytvorená v stene (14a) druhého valca, prechádzajúca pozdĺž aspoň časti obvodu druhého valca (14).

8. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že zapaľovacím prostriedkom (52) je prostriedok na iskrové zapaľovanie.

9. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že prostriedkom na zaistenie, že tlak a teplota dosiahnuté v spaľovacom priestore (20) ku koncu kompresného zdvihu sú nedostatočné na spôsobenie spontánneho vznietenia použitého paliva kompresiou, je geometrický kompresný pomer motora daný pomerom objemu vo valcoch (12, 14) prístupnému pre plyny s piestmi (16, 18) v spodnom úvrate k objemu s piestmi (16, 18) v hornom úvrate.

10. Spaľovací motor podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že prostriedkom na zaistenie, že tlak a teplota dosiahnuté v spaľovacom priestore (20) ku koncu kompresného zdvihu sú nedostatočné na spôsobenie spontánneho vznietenia použitého paliva kompresiou, je ďalej škrtiaca klapka (23', 83) na škrtenie vzduchu nasávaného prvým valcom (12) cez nasávací prostriedok (24, 25) na udržanie tlaku a teploty plynu v obidvoch valcoch (12, 14) na úrovniach nedostatočných na vznik samovoľného kompresného vznietenia použitého paliva pred zapálením uvedeným zapaľovacím prostriedkom.

11. Spaľovací motor podľa ktorékoľvek z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa t ý m , že ďalej obsahuje vstupný prostriedok spojený s druhým valcom (14) na pripúšťame paliva a vzduchu do druhého valca (14) počas nasávania, pričom uvedený vstupný prostriedok obsahuje prvý prístupový prostriedok, najmä nasávací kanál (33), otvárajúci sa do druhého valca (14) a prvý ventilový prostriedok, najmä nasávací ventil (31), na riadenie prístupového prostriedku, najmä nasávacieho kanála (33).

12. Spaľovací motor podľa nároku 11,vyznačujúci sa tým, že prvý palivový zdroj (34) je nízkotlakový vstrekovač paliva, krytý prvým ventilovým prostriedkom, najmä nasávacím ventilom (31).

13. Spaľovací motor podľa nároku 11 alebo 12, v y značujúci sa tým, že prvý prístupový prostriedok, najmä nasávací kanál (33), slúži ako nasávací tak aj výfukový otvor pre druhý valec (14).

14. Spaľovací motor podľa nároku 11 alebo ^vyznačujúci sa tým, že vstupný prostriedok ďalej obsahuje druhý prístupový prostriedok, najmä výfukový kanál (151), tvoriaci výfukový prostriedok pre druhý valec (14), a druhý ventilový prostriedok, najmä výfukový ventil (150) na riadenie druhého prístupového prostriedku, najmä výfukového kanálu (151).

15. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 ažlO, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje výfukový prostriedok spojený s druhým valcom (14) na odvedenie výfukových plynov z druhého valca (14), pričom tento výfukový prostriedok obsahuje výfukový prostriedok, najmä výfukový kanál (151) otvárajúci sa do druhého valca (14) a výfukový ventilový prostriedok, najmä výfukový ventil (150) na riadenie výfukového prostriedku, najmä výfukového kanálu (151), pričom uvedeným prvým palivovým zdrojom (34) je vstrekovač paliva na priamy vstrek paliva do druhého valca (14).

16. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 12 až 15, vyznačujúci sa tým, že výfukový prostriedok, najmä výfukový kanál (151) je spojený s nasávacím prostriedkom (24, 25) vzduchu na zaistenie recirkulácie výfukového plynu.

17. Spaľovací prostriedok podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že nasávací prostriedok (24, 25) vzduchu prvého valca (12) tvorí zároveň výhradný nasávací prostriedok pre druhý valec (Uja výfukový prostriedok (26, 27) prvého valca (12) tvorí zároveň výhradný výfukový prostriedok pre druhý valec (14), a prvým palivovým zdrojom (34) je vstrekovač paliva na prívod paliva priamo do druhého valca (14).

18. Spaľovací motor podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým,žc prvý prístupový prostriedok, najmä nasávací kanál (33), je spojený s komorou (1000).

19. Spaľovací motor podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že komora (1000) má premenlivý objem.

20. Spaľovací motor podľa nároku 18 alebo 19, vyznačujúci sa tým, že komora (1000) je spojená s nasávacím prostriedkom (24, 25) vzduchu prostredníctvom ventilu (1010) na riadenie tlaku plynu v komore (1000).

21. Spaľovací motor podľa nároku 18 alebo 19, vyznačujúci sa tým, že komora (1000) je spojená s atmosférou prostredníctvom ventilu (1001) a ventilátora alebo dúchadla (1002) na riadenie tlaku plynu v komore (1000).

22. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1, 2, 5 až 10, 15 až 17, v y z n a č u j ú c i sa t ý m , že prvým palivovým zdrojom (34) je vysokotlakový vstrekovač paliva, umiestený v stene (14a) druhého valca (14) na dodávku paliva priamo do druhého valca (14) ako nad, tak aj pod hlavu (35) druhého piesta (18).

23. Spaľovací motor podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1, 2, 5 až 20, vyznačujúci sa tým, že vo vzduchovom vstupe (25) prvého valca (12) sú umiestnené druhý palivový zdroj (82) a škrtiaca klapka (83) na zabezpečenie iskrou zápalnej zmesi palivo/vzduch na činnosť motora v konvenčnom zážihovom móde.

24. Spôsob činnosti spaľovacieho motora podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 23, vyznačujúci sa t ý m , že obsahuje privedenie prvého dopredu určeného množstva paliva do druhého valca (14) počas nasávacieho a/alebo kompresného zdvihu motora, a uvoľnenie zápalnej energie do spaľovacieho priestoru (20) po začatí prenikania a pred jeho dokončením na zapálenie časti paliva postupujúce do spaľovacieho priestoru (20) a tým aj na zvýšenie teploty a tlaku v spaľovacom priestore (20) na úrovne dostatočné na zapálenie zvyšku paliva vznietením spôsobeným kompresiou.