SK500782022U1 - Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá - Google Patents

Abstract

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá je zariadenie spaľovacieho motora s pracovným taktom počas otáčky ojnice o 360°, kde zloženie a plnenie zmesi uhľovodíkov zabezpečujú vzduchová turbína (13) a vstrekovacia dýza (6). Motorická časť pozostáva z hlavy (27) nad blokom (4) motora s vybrúseným valcom (25) a z výfukového kanála (8) pod vzduchovým kanálom (9) s piestom (22) a ojnicou (5) s prepojením na štartér (21). V spodnej časti bloku (4) motora je olejová vaňa (24). Motor je doplnený vynúteným vzduchovým režimom cez servorozvádzač (10) vzduchu, na dávkovanie zmesi do motora, výplach spaľovacej komory od spalín a prívod vzduchu k chladiacim dýzam (12). Elektrická časť je napájaná alternátorom (14), vodičmi cez usmerňovač (15) a frekvenčný menič (16), k elektromotorom (18) pohonu a batériám (17), a zvlášť cez multifunkčný riadiaci systém (19) k zapaľovacej sviečke (23).

Description

Oblasť techniky

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá sa týka zariadenia novej koncepcie zážihového motora na jeden takt - otáčku ojnice o 360^o, kde plnenie zážihovej zmesi uhľovodíkov zabezpečujú externé zariadenia, vzduchové turbíny a vstrekovacie trysky. Technické riešenie možno zaradiť do oblasti motorov.

Doterajší stav techniky

V doterajšej technickej praxi sú zážihové motory známe predovšetkým ako dvojtaktné alebo štvortaktné, v prevažnej väčšine na benzínové a naftové palivo. Dvojtaktný zážihový motor je známy už od polovice 19teho storočia. V minulosti sa tieto motory často využívali na pohon motocyklov, hlavne kvôli ich konštrukčnej jednoduchosti a nízkej cene. Toto sa zmenilo až v šesťdesiatych rokoch, keď boli dvojtakty vytlačené do oblasti športových strojov. Ako vyplýva z názvu, dvojtaktný motor pracuje na dva takty (doby): 1. nasávanie + kompresia a 2. expanzia + výfuk (výplach). V dvojtaktnom motore prebiehajú pracovné procesy nielen nad, ale aj pod piestom v kľukovej skrini. Toto je veľmi dôležitý fakt. V kľukovej skrini sa nachádza kľukový hriadeľ, ojnica a piest. Z hornej strany je spaľovací priestor uzavretý hlavou valcov. Tá je však veľmi jednoduchá, pretože okrem zapaľovacej sviečky neobsahuje žiadne ventily, resp. ventilový rozvod, ako je to u štvortaktného motora. Riadenie prívodu čerstvej zmesi, resp. odvod spalín, zabezpečuje u dvojtaktného motora odkrytie výfukového ventila a pohyb samotného piestu.

Charakteristika dvojtaktného motora a jeho prevádzkových vlastností vyplýva z kinematiky konštrukcie. Piest sa pohybuje smerom hore a priestor pod ním sa zväčšuje. Tým vzniká podtlak (kľuková skriňa musí byť u dvojtaktného motora plynotesná). Dolná hrana piestu pri pohybe nahor uvoľní sací kanál, čím sa do kľukovej skrine nasaje čerstvá palivová zmes z karburátora. Súčasne sa nad stúpajúcim piestom stláča palivová zmes. Tesne pred tým ako piest dosiahne horný úvrat, zapaľovacia sviečka zapáli stlačenú zmes. Rozpínajúce sa plyny konajú prácu a tlačia piest dole. Tým sa v kľukovej skrini stláča čerstvá zmes nasatá pri prvom takte. Krátko pred dolným úvratom uvoľní horná hrana piestu výfukový kanál, ktorým môžu prúdiť spaliny do výfuku. Tesne potom horná hrana piestu uvoľní aj prepúšťací kanál (spája priestor pod a nad piestom). Tým môže stlačená čerstvá zmes z kľukovej skrine prúdiť do spaľovacieho priestoru. Určitý čas je pritom otvorený výfukový aj prepúšťací kanál súčasne (pokiaľ sa piest neprehupne cez dolný úvrat a neuzavrie svojou hornou hranou výfukový kanál), čo má za následok to, že so spalinami uniká do výfuku aj časť čerstvej zmesi. Celý cyklus sa takto opakuje. Príčinou neekologickosti a neekonomickosti dvojtaktných motorov je práve únik nespálenej zmesi do výfuku. Ďalším problémom je mazanie pohybujúcich sa častí motora. Keďže v kľukovej skrini prebiehajú pracovné procesy, nemôže byť využitá ako zásobáreň oleja ako je to pri štvortaktných motoroch. Preto sa musí olej pridávať priamo do paliva, čo spôsobuje namodro zafarbený dym a charakteristický zápach dvojtaktných motorov.

Výhody dvojtaktného motora:

• Na jeden pracovný takt pripadá jedna otáčka kľukového hriadeľa (na rozdiel od štvortaktného motora, kde 1. prac. takt = 2. otáčky kľukového hriadeľa).

• Relatívne vyšší výkon (oproti štvortaktu s rovnakým zdvihovým objemom).

• Nižšia hmotnosť.

• Konštrukčná jednoduchosť a tým pádom aj jednoduchšia údržba a opravy.

• Dvojtaktné benzínové motory sú jednoduché, lacné, málo poruchové, výkonovo vhodné na menšie pohonné jednotky, ako kosačky, motorky, štvorkolky, automobily a ďalšie.

Nevýhody dvojtaktného motora:

• Vyššia spotreba paliva (oproti štvortaktným motorom).

• Neekologická prevádzka.

• Nekľudný chod (hlavne pri voľnobežných otáčkach).

• Nedostatočný výkon pri nižších otáčkach.

• Relatívne vysoká spotreba oleja (závisí od pomeru miešania oleja s benzínom a spotreby benzínu motora).

• Hlavnou nevýhodou dvojtaktných aj štvortaktných motorov sú vysoký obsah výfukových spalín, predovšetkým CO2 - oxid uhličitý a H2O - voda. Okrem nich vznikajú aj ostatné škodlivé zlúčeniny:

• NOx - oxidy dusíka, najviac zastúpené oxidom dusičitým. Vznikajú disociáciou dusíka pri vysokých teplotách a jeho následnou oxidáciou.

• NH3 - amoniak. Vznikajú nedostatočným spálením paliva.

• CO - oxid uhoľnatý. Vzniká nedokonalým spaľovaním bez dostatočného prístupu vzduchu (kyslíku).

SK 50078-2022 U1 • CHx - nespálené uhľovodíky. Vznikajú nedostatočným spálením paliva.

• SO2 - oxid siričitý. Vzniká spaľovaním prímesí síry v palive.

• O3 - ozón. Vzniká pri reakciách NOx a CHx.

• pevné častice - rozpustné, alebo nerozpustné (sadze) - najmä pri motoroch spaľujúcich ťažko odpariteľné palivá (dieselové motory).

• aldehydy - čiastočne naoxidované uhľovodíky.

Princíp zážihového štvortaktného motora:

1. takt - Nasávanie. Pri pohybe piestu smerom nadol sa priestor nad piestom zväčšuje a zároveň sa otvoria aj sacie ventily. To spôsobí pokles tlaku nad piestom (tlak nad piestom je nižší ako atmosférický tlak). Tento rozdiel tlakov umožní motoru nasať do valcov skrz nasávacie potrubie potrebné množstvo vzduchu. Okrem samotného vzduchu sa však do valcov dostáva aj palivo. Vzduch a palivo spolu tvoria zápalnú zmes. Zápalná zmes sa tvorí buď v nasávacích kanáloch, sacom potrubí alebo priamo vo valci v závislosti od technológie vstrekovania paliva.

2. takt - Kompresia. Po tom, ako piest dosiahne svoj dolný úvrat a fáza nasávania sa skončí, začne sa pohybovať smerom hore. Piest svojim pohybom smerom hore stláča zmes, ktorá sa vďaka tomu zahrieva a pretože sa nemôže rozpínať, stúpa aj tlak. Vysoká teplota a tlak podporuje odparovanie paliva a jeho premiešanie so vzduchom, vďaka čomu je zmes výbušnejšia. Zmes však nesmie byť pri kompresii stlačená príliš, aby tak nedosiahla teplotu samovznietenia paliva (detonačné spaľovanie). Počas kompresie sú sacie a výfukové ventily zatvorené.

3. takt - Expanzia. Počas tejto fázy začína proces spaľovania. Na zapaľovacej sviečke preskočí iskra, ktorá zapáli stlačenú zmes. Po zapálení začne zmes expandovať, čím tlačí na piest a posúva ho smerom dole k jeho dolnej úvrati, čím dochádza k premene tepelnej energie na mechanickú prácu.

4. takt -Výfuk. Počas tejto fázy sa otvoria výfukové ventily, ktoré umožnia dostať sa výfukovým plynom von z valca. Na konci expanzie je tlak vo valci vyšší ako atmosférický tlak, vďaka čomu sú výfukové plyny vytláčané z valca von. Zvyšné výfukové plyny zas vytlačí piest pri pohybe k svojmu hornému úvratu. Aby sa však zlepšilo vyprázdňovanie valca, zatvárajú sa výfukové ventily až po tom, ako dosiahne piest svoju horný úvrat a sacie ventily sú už otvorené. Po tom, ako skončia všetky štyri cykly, začína pracovný obeh motora odznova.

Z rešeršnej analýzy patentov vo svete sú známe niektoré riešenia dvojtaktných a ventilových motorov:

EP 1619378 A1 (TURNER, G. R; SHINKARENKO, A. V.; HUNT, J. R.) 25. január 2006 opisuje vynález s dvoma ventilmi pod valcom v telese motora a zážihovým zariadením mimo telesa, v prídavnej časti, so zložitým mechanizmom na prípravu zmesi a jej obohacovanie vzduchom na princípe karburátora. Prvé palivo motorová nafta, je dodávané do motora z nádrže a súčasne je do motora dodávaný kvapalný plyn druhým dodávacím prostriedkom - vstrekovačom a ovládanie vstrekovača je mechanické. Vynález tým, že používa klasické ventily, potrebuje na ich ovládanie mechanické rozvody.

EP 1377739 B1 (TURNER, G. R; SHINKARENKO, A. V.; HUNT, J. R.) 28. december 2005 opisuje systém prípravy a dodávky paliva. V jednom uskutočnení variantu tento vynález dodáva kvapalný plyn do vznetového motora na spaľovanie s naftou. V ďalšom uskutočnení variantu tento vynález dodáva kvapalný plyn do zážihového motora ako jednoúčelové palivo. V tejto špecifikácii výraz kvapalný plyn znamená kvapalný ropný plyn, skvapalnený zemný plyn, zmes metanolu/etanolu a propánu a butánu v akomkoľvek množstve a podobné palivá. Systém dodávky paliva na dávkovanie kvapalného plynu do valcov motora obsahuje puzdro na príjem kvapalného plynu, aspoň jeden vstrekovač, namontovaný v kryte a majúci prívod kvapalného plynného paliva na umožnenie vstupu kvapalného plynu do vstrekovača a výstup do valca motora. Vynález umožňuje použitie plynného uhľovodíkového paliva pre klasické dvojtaktné motory.

EP 2406479 B1 (STURMAN DIGITAL SYSTEMS, LLC) 05. august 2015 opisuje vynález určený na použitie v bezvačkových motoroch, kde elektronický riadiaci systém riadi časovanie ventilov motora a vstrekovanie paliva. Takéto riadiace systémy ventilov motora môžu využívať hydraulické ovládanie ventilov, ako je opísané v dokumente US 6739293 B2 (STURMAN INDUSTRIES, INC.) 25. máj 2004, hoci možno použiť aj iné riadiace systémy ventilov motora. Bezvačkové motory, v ktorých elektronický riadiaci systém riadi časovanie ventilov motora a vstrekovanie paliva, zahŕňajú motory s voľnými piestami, ktoré nemajú ani vačkový, ani kľukový hriadeľ spojený s voľnými piestmi. Kombinácia kvapalného paliva a plynného paliva má v tomto riešení výhodu v tom, že motorová nafta je vstrekovaná v kontrolovaných množstvách cez konvenčný dieselový vstrekovač a plynné palivo je vstrekované do prúdu nasávaného vzduchu. Typicky takéto motory závisia od použitia určitého druhu motorovej nafty na spustenie kompresného vznietenia, pričom plynné palivo potom dopĺňa naftu na zvýšenie výkonu. Vynález dopĺňa funkciu vačkových a bezvačkových motorov.

CN 101749144 A (TIANJIN INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH INSTITUTE; TIANJIN HUANJIE VEHICLE ENVIRONMENTAL PROTECTION SCI- TECH CO., LTD.) 23. jún 2010 opisuje klasický dvojtaktný motor

SK 50078-2022 U1 s jednostranným plnením s nasávaním vzduchu do prietokového kanála. Elektronický systém vstrekovania plynu pre mobilný dvojtaktný motor obsahuje plynovú fľašu, solenoidový ventil zapínania a vypínania, regulátor tlaku predhrievania plynu LPG/CNG, dýzu Common Rail pre plyn, elektrickú riadiacu jednotku, snímač uhla škrtiacej klapky a obtokový ventil, merač otáčok voľnobehu, snímač teploty vody, snímač synchrónneho referenčného signálu, vysokoenergetický zapaľovací systém, kyslíkový snímač a trojcestný katalyzátor, na výstupe z plynovej fľaše je nastavený on-off solenoidový ventil a regulátor tlaku predhrievania plynu LPG/CNG a plynové palivo s reguláciou tlaku. Plynová dýza Common Rail vstrekuje plyn do sacieho kanála motora. Výfukový kanál motora je vybavený kyslíkovým senzorom a trojcestným katalyzátorom. Horná časť motora obsahuje zapaľovaciu sviečku. Vo vysokoenergetickom zapaľovacom systéme je synchrónny snímač referenčného signálu nastavený v zodpovedajúcej polohe kľukového hriadeľa na valci. Elektronická riadiaca jednotka prijíma signály pracovných podmienok z každého snímača a po spracovaní vydáva riadiaci signál na riadenie činnosti plynovej dýzy Common Rail a zapaľovacej sviečky. Plynový systém pre dvojtaktný mobilný motor má snímač teploty a regulátor tlaku u predhrievania plynu LPG/CNG, ktorý reguluje cirkuláciu chladiacej vody motora. Vynález je klasickým doplnkom pre dvojtaktný motor, s klasickou polohou sacieho a výfukového kanála s využívaním pohybu piestu nadol na kompresiu ako druhého taktu motora.

CN 104131907 A (BOSCH (CHINA) INVESTMENT LTD.) 05. november 2014 opisuje metódu tvorby zmesového plynu pre klasický dvojtaktný motor s priamym vstrekovaním LPG s chudobnou zmesou, vrátane hrebeňovej spaľovacej komory, podtlakového sania, sacieho ventilu, vírivého vstrekovača, tvarovaného piestu, LPG spreja, zapaľovacej sviečky, výfukového otvoru, prívod čerstvého vzduchu cez výfukový kanál, na hlave valcov dvojtaktného motora je iba pozdĺžny sací otvor a sací ventil a vírivý vstrekovač, pozdĺžny sací otvor a vstrekovač sú na strane osi valca. Vzduchový otvor je na druhej strane stredovej osi valca. Konštrukčné podrobnosti: keď je piest v dolnom úvrate, spodný okraj výfukového otvoru je v jednej rovine s hornou časťou piestu, os zapaľovacej sviečky je naklonená doľava o 10 - 50° od stredovej čiary valca a piest sa vratne pohybuje hore a dole, aby dokončil cyklus. Jeden pracovný cyklus dvoch taktov počas podmienok čiastočného zaťaženia LPG vstrekuje pri 6 065 °C, pred horným úvratom procesu kompresie a prúd nasávaného vzduchu je usmernený hornou časťou piesta. Tvarovanie piesta a hlavy valca navzájom spolupracujú a horľavá zmes LPG, ktorá sa ľahko zapáli, je vedená blízko elektródy zapaľovacej sviečky pri teplote 20 - 25 °C pred horným úvratom piesta, aby sa vytvorila štruktúra vrstvenej zmesi plynu vo valci a celkový pomer vzduch-palivo valca bol A / F > 40 : 1. Výfukové hrdlo má až po piest teplotu 60 - 65 °C, čo sa využije pre opakovaný studený štart a prechodný režim prevádzky. Vynález je doplnkom pre klasický dvojtaktný motor, s klasickou polohou sacieho a výfukového kanála s využívaním pohybu piestu nadol na sanie a kompresiu, ako druhého taktu motora.

CN 104791141 B (SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY) 08. december 2017 opisuje spôsob vytvárania zmesového plynu pre dvojtaktný motor s priamym vstrekovaním LPG dosahujúci hierarchické spaľovanie chudobnej zmesi. Ide o dvojtaktný motor s klasickým usporiadaním polohy a využitia sacieho a výfukového kanála a taktu „kompresia“.

CN 105258385 A (ZHONG WEICHANG; ZHONG HULONG) 20. január 2016 opisuje chladiace a vykurovacie stroje a ich aplikácie, ktoré sú vynálezmi v oblasti tepelnej techniky, v jednom prípade s použitím dvojtaktného motora. Patent opisuje ďalšie možnosti 30 projektov chladiaceho a vykurovacieho stroja a jeho aplikácie.

Z ďalšej rešerše časopiseckých článkov sú známe dvojtaktné motory so vstrekovaním benzínu, prípadne nafty podľa patentovaných riešení (KTM), ale pridávajú pred vstrekovaciu trysku mazivo (ako pre bežné karburátorové dvojtaktné motory), preto sa táto konštrukcia netýka navrhovaného riešenia.

Podstata technického riešenia

Podstatou technického riešenia je jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá, ktorý týka sa zariadenia novej koncepcie zážihového motora na jeden takt - otáčku ojnice o 360^o, kde plnenie zážihovej zmesi uhľovodíkmi zabezpečujú externé zariadenia, vzduchové turbíny a vstrekovacie dýzy. Konštrukčne je motor monoblokový s brúseným, tiež vloženým valcom, v ktorom sa pohybuje piest s mazacími a stieracími krúžkami. Koncepčne je nové usporiadanie vzduchového kanálu z pohľadu od piesta vo vrchnej časti valca a usporiadanie výfukového kanálu v spodnej časti valca. Pri pohybe piestu po explózii zmesi uhľovodíkov smerom dole sa najprv teda odkryje vzduchový kanál a vzduchová turbína začne proces vyplachovania spalín, potom sa odkryje tiež dolný výfukový ventil, a spaliny sa tlakom vypustia z valca a ich čistota je závislá od čistoty použitých uhľovodíkov. Rozstup kanálov navzájom od 5 mm až 50 mm je podmienený druhom paliva tak, aby bol pomer vzduchu a uhľovodíka v zmesi v rozsahu 1 : 17,5 až 1 : 50. čas zážihu zapaľovacej sviečky, chod vzduchovej turbíny so servo rozvádzačom vzduchu a vstrekovanie paliva je ovládané riadiacim

SK 50078-2022 U1 systémom.

Konštrukčne je blok motora zavŕšený hlavou s vybraním pre spaľovacie komory a závitmi pre zapaľovaciu sviečku a vstrekovaciu trysku. Ojnica motora je doplnená vahadlom s lopatkami, ktoré sa brodí v oleji v olejovej vani a maže odspodu valec a piest, takže sa mazivo nedostáva do spaľovacieho procesu, čo vylepšuje čistotu spalín. Na spodok monobloku motora je odnímateľne pripevnená olejová vaňa, v ktorej je regulovaná výška mazacieho oleja s plniacim a vypúšťacím otvorom so skrutkovými zátkami.

K periférnym prvkom technického riešenia patrí vzduchová turbína so servo rozvádzačom vzduchu jednak do motora a tiež do chladiacich dýz pre stacionárny chod motora (bez chladiaceho pohybu motora oproti okoliu).

Konštrukčne sa motor pripojí výhodne na existujúce rozvody na plynný metán, ale tiež CNG, zemný plyn, bioplyn, vodík a pod., podľa charakteru a požiadaviek na jeho prevádzku, k čomu slúži plynová koncovka a regulátor tlaku plynu.

Na rozbeh motora slúži kombinovaný štartér/alternátor a pre studený štart tiež ohrev plynu. Na využitie krútiaceho momentu motora možno výhodne použiť alternátor s usmerňovačom a frekvenčným meničom na výrobu elektrickej energie a na jej uskladnenie tiež batérie.

Technické riešenie sa konštrukčne modifikuje na jednovalec a viacvalec, výhodne ako trojvalec.

Najpodstatnejšou výhodou uvedeného riešenia je zredukovanie dvojtaktu na jednotaktový režim, pretože vyplachovanie spaľovacieho priestoru a kompresia nie je druhým taktom spod dolného úvratu piestu, ale je nahradený tlakovým plynom a vzduchom, ktorý zabezpečí, aby sa nemiešal nový cyklus plnenia valca nad piestom so starými spalinami, zabezpečí tým koncentráciu zmesi a tlak plynu a vzduchu pre konkrétny režim motora v rozsahu voľnobeh - plný výkon.

Konštrukčne jednotaktový motor má na vstupe pripojenie na uhľovodíkové palivo cez palivovú prípojku, najlepšie pre plynné skupenstvo, plynný BlO-metán, metán, ale tiež CNG, zemný plyn, bioplyn, vodík a pod., ktoré pod kompresným tlakom cez vstrekovaciu dýzu, zaplnia priestor nad piestom, výhodne do vznetovej komôrky a spolu s tlakovým vzduchom z plynovej turbíny riadiacim systémom zabezpečia koncentráciu výbušnej zmesi a dobu aktivácie zápalnej sviečky.

Vstrekovaný plyn do jednotaktového motora neobsahuje žiadne mazivo, preto motorická časť technického riešenia pozostáva len z bloku motora, v spodnej časti olejovej vane naplnenej mazacím olejom pre mazanie ojnice s ojničným vahadlom, uspôsobeným na mazanie tiež valca a piestu odspodu, čo výrazne znižuje výfukové emisie, vychádzajúce z výfukového kanála do ovzdušia. Ďalšou inováciou je konštrukcia sacieho kanála, ktorý je bez klapky, na rozdiel od bežných dvojtaktných motorov, pretože motor je doplnený vynúteným vzduchovým režimom pomocou vzduchovej turbíny na dávkovanie vzduchu do motora cez servo rozvádzač vzduchu, ktorý pri odkrytí sacieho kanálu piestom prudko pomôže vyprázdniť spaľovací priestor od spalín vzduchom do výfukového kanála, zabezpečí tým vzduchovú zložku zmesi do motora a tiež pri prehrievaní motora vpúšťa vzduch do chladiacich dýz. Elektrická časť je napájaná alternátorom, tiež v kombinácii štartér/alternátor a cez usmerňovač, frekvenčný menič je prúd vedený k elektromotorom, pohonu a batériám, tiež k vzduchovej turbíne. Riadenie elektrokomponentov ovláda multifunkčný riadiaci systém.

Technické riešenie je možné použiť pre stacionárne aj mobilné pohonné jednotky. Pre samostatnú stacionárnu externú pohonnú jednotku slúžia plynové nádrže, dopĺňané mobilnými cisternami na uhľovodíkové palivá. Pohyb mobilnej verzie technického riešenia zabezpečujú elektromotory, v hybridnej verzii ako jednotaktový zážihový motor - alternátor - elektropohony bez medzičlánku „batérie v plnom výkonovom režime. Nízko kapacitné batérie slúžia predovšetkým na štartovanie motora a na vykrývanie špičkovej záťaže motora.

Konštrukčne je pre stacionárne použitie jednotaktového motora na vstupe plynovej časti ventil plničky s koncovkou na vysokotlakový, tiež nízkotlakový rozvod BlO-metánu, metánu, CNG, bioplynu, tiež zemného plynu, prepojenej potrubím do regulátora tlaku plynu, ktorý reguluje a rozvádza plyn do jednotaktného motora cez plynovú vstrekovaciu dýzu nad piest. Pre mobilné pohonné jednotky sa plyn udržiava v plynovej nádrži.

Výhodou technického riešenia pre stacionárne aj mobilné pohonné jednotky je tiež, že používa uhľovodíkové palivo v celom rozsah motorových palív, výhodne plynné, plynný BlO-metán, metán, ale tiež CNG, zemný plyn, bioplyn, vodík a pod., bez pridávania maziva nad piest s vynúteným výplachom spalín plynovou turbínou - predovšetkým vodných pár do ovzdušia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je znázornená konštrukcia jednotaktového motora na vstrekované uhľovodíky vo vyhotovení:

SK 50078-2022 U1

Mobilné pohony - Hybridný automobil.

Na obr. 2 je znázornená konštrukcia jednotaktového motora na vstrekované uhľovodíky vo vyhotovení: Stacionárna elektrocentrála.

Na obr. 3 je znázornená konštrukcia jednotaktového motora na vstrekované uhľovodíky vo vyhotovení: Semimobilný pohon mechanického krútiaceho momentu.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá pozostáva z bloku 4 motora s valcom 25. Olejová vaňa 24 je umiestnená v dolnej časti bloku 4 motora a hlava 27 so zapaľovacou sviečkou 23 a vstrekovacou dýzou 6 v hornej časti bloku 4 motoru. V olejovej vani 24 je umiestnená ojnica 5 s ojničným vahadlom 11 s lopatkami 20 vahadla na oboch stranách. Olejová vaňa 24 je naplnená mazacím olejom 7. Na ojnicu 5 je pripevnený piest 22 umiestnený vo valci 25. Na spodku olejovej vane 24 je vytvorený výpustný otvor 28 a vo vrchnej časti olejovej vane 24 je vytvorený plniaci otvor 29. Vo vrchnej časti bloku 4 motora je umiestnený vzduchový kanál 9, ktorý je z pohľadu dolnej polohy piesta 22 umiestnený nad výfukovým kanálom 8. Pred vzduchový kanál 9 je pripevnená vzduchová turbína 13 , servo rozvádzač 10 vzduchu a chladiace dýzy 12. Pred vstrekovaciu dýzu 6 je upevnený regulátor 3 tlaku plynu a špirála 26 na ohrev plynu s plynovou koncovkou 2. K bloku motora 4 je tiež prichytený štartér 21. K bloku 4 motora je ďalej prichytený alternátor 14, ktorý je vodičmi pripojený s usmerňovačom 15 a ten s multifunkčným frekvenčným meničom 16, ktorý je vodičmi spojený s batériou 17 a riadiacim systémom 19, pričom riadiaci systém 19 je vodičmi spojený so vzduchovou turbínou 13, špirálou 26 na ohrev plynu, regulátorom 3 tlaku plynu a zapaľovacou sviečkou 23.

Príklad 2

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa obr. 1 využiteľný pre stacionárne aj mobilné pohonné jednotky, ktorý pozostáva pre mobilné pohonné jednotky zo zásobníka uhľovodíkového paliva s výhodami plynu, udržiavaného v plynovej nádrži 1, s koncovkou pripojiteľnou na vysokotlakový, tiež nízkotlakový rozvod BIO-metánu, metánu, CNG, bioplynu, tiež zemného plynu, ukončenej plynovou koncovkou 2 a prepojenej potrubím do regulátora 3 tlaku plynu, ktorý reguluje a rozvádza plyn cez vstrekovaciu dýzu 6. Vstrekovaný plyn však tiež neobsahuje žiadne mazivo, preto motorická časť technického riešenia pozostáva z bloku 4 motora, vo vrchnej časti s hlavou 27, so vstrekovacou dýzou 6 a zapaľovacou sviečkou 23 v spodnej časti z olejovej vane 24 s plniacim otvorom 29 a výpustným otvorom 28, naplnenej mazacím olejom 7 pre mazanie ojnice 5 a ojničné vahadlo 11 s lopatkami 20 vahadla, zabezpečujúce mazanie valca 25 a piesta 22 odspodu, z výfukového kanála 8 a vzduchového kanála 9, ktorý je umiestnený vyššie z pohľadu polohy piesta, ďalej zo vzduchovej turbíny 13, na dávkovanie vzduchu v zmesi do motora cez servo rozvádzač 10 vzduchu, a do chladiacich dýz 12. Elektrická časť pozostáva z alternátora 14, priamo mechanicky spriahnutého s ojnicou 5 a vodičmi napojeného usmerňovača 15, multifunkčného frekvenčného meniča 16, elektromotora 18 pohonu a batérií 17, tiež zo štartéru 21 a pre studený štart tiež špirály 26 na ohrev plynu. Riadenie elektrokomponentov ovláda multifunkčný riadiaci systém 19. Pohyb mobilnej verzie technického riešenia zabezpečujú elektromotory 18, v hybridnej verzii ako: jednotaktový zážihový motor - alternátor elektropohony bez medzičlánku „batérie“ v plnom výkonovom režime. Nízko kapacitné batérie 17 slúžia predovšetkým na štartovanie motora a na vykrývanie špičkovej záťaže motora.

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa obr. 1 využiteľný pre mobilné pohonné jednotky je zariadenie novej koncepcie zážihového motora na jeden takt - otáčku ojnice 5 o 360^o, kde plnenie zážihovej zmesi uhľovodíkov zabezpečujú plynová nádrž 1 a externé zariadenia, vzduchové turbíny 13 a vstrekovacie dýzy 6. Konštrukčne je blok 4 motora monoblokový s brúseným valcom 25, tiež vložkou, v ktorých sa pohybuje piest 22 s mazacími a stieracími krúžkami. Koncepčne je nové usporiadanie vzduchového kanálu 9 z pohľadu od piesta 22 vo vrchnej časti valca 25 a poloha výfukového kanálu 8 v spodnej časti valca 25. Pri pohybe piestu 22 po explózii smerom dole sa najprv teda odkryje vzduchový kanál 9 a vzduchová turbína 13 začne proces vyplachovania spalín, potom sa odkryje tiež dolný výfukový ventil, a spaliny sa tlakom vypustia z valca 25 a ich čistota je závislá od čistoty použitých uhľovodíkov, v prípade čistého metánu teda voda (H2o) voda (z CH4 po spálení C4 je H4 + O = 2 H2O). Rozstup kanálov navzájom v rozpätí od 5 mm až 50 mm je podmienený druhom paliva tak, aby bol pomer vzduchu a uhľovodíka v zmesi v rozsahu 1 : 17,5 až 1 : 50. Čas zážihu zapaľovacej sviečky 23, chod vzduchovej turbíny 13 so servo rozvádzačom 10 vzduchu a vstrekovanie paliva je ovládané riadiacim systémom 19. Konštrukčne je ojnica 5 motora doplnená vahadlom s lopatkami 20, ktorý sa brodí v oleji v olejovej vani 24 a maže odspodu valec 25 a piest 22, takže sa mazivo

SK 50078-2022 U1 nedostáva do spaľovacieho procesu, čo vylepšuje kvalitu spalín. Na spodok bloku 4 motora je odnímateľné pripevnená olejová vaňa 24, v ktorej je regulovaná výška mazacieho oleja. K periférnym prvkom technického riešenia patrí vzduchová turbína 13 so servo rozvádzačom 10 vzduchu jednak do motora a tiež do chladiacich dýz 12 pre stacionárny chod motora (bez chladiaceho pohybu motora oproti okoliu).

Príklad 3

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá využiteľný pre stacionárne jednotky podľa obr. 2 sa vyznačuje tým, že sa pripojí na existujúce rozvody na plynný metán, ale tiež CNG, zemný plyn, bioplyn, vodík a pod., podľa charakteru a požiadaviek na jeho prevádzku, k čomu slúži plynová koncovka 2 a regulátor 3 tlaku plynu. Na rozbeh motora slúži štartér 21 alternátor 14 a pre studený štart tiež špirála 26 na ohrev plynu. Na využitie krútiaceho momentu motora je navrhnutý alternátor 14 s usmerňovačom 15 a multifunkčným frekvenčným meničom 16 na výrobu elektrickej energie pre elektrický spotrebič 30 a na jej uskladnenie tiež batérie 17, pričom elektrický spotrebič je vodičmi pripojený k multifunkčnému frekvenčnému meniču 16.

Príklad 4

Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá využiteľný pre samostatnú externú pohonnú jednotku podľa obr. 3 sa vyznačuje tým, že k špirále 26 na ohrev plynu a k plynovej koncovke 2 sú pripevnené plynové nádrže 1, dopĺňané na tankovacích staniciach na uhľovodíkové palivá. K bloku 4 motora je prichytený kompresor 31.

Technické riešenie sa konštrukčne modifikuje na jednovalec a viacvalec, výhodne ako trojvalec.

Priemyselná využiteľnosť

Technické riešenie je priemyselne využiteľné pre malé a stredné automobily, trojkolky, vysokozdvižné vozíky, lode. Technické riešenie slúži podľa potreby pri veľkých stavbách, zabezpečuje stlačený vzduch pre pneumatické náradie, zbíjačky, vŕtačky, pneumatické vankúše, zdviháky, čerpanie vody zo studní, nádrží, potokov aj baní. Technické riešenie tiež zabezpečuje krútiaci pohon pre elektrocentrály, čerpadlá, vzduchové kompresory a aj štiepkovače.

SK 50078-2022 U1

Zoznam vzťahových značiek

- Plynová nádrž

- Plynová koncovka

- Regulátor tlaku plynu

- Blok motora

- Ojnica

- Vstrekovacia dýza

- Mazací olej

- Výfukový kanál

- Vzduchový kanál

- Servo rozvádzač vzduchu

- Ojničné vahadlo

- Chladiace dýzy

- Vzduchová turbína

- Alternátor

- Usmerňovač

- Multifunkčný frekvenčný menič

- Batéria

- Elektromotor

- Riadiaci systém

- Lopatky vahadla

- Štartér

- Piest

- Zapaľovacia sviečka

- Olejová vaňa

- Valec

- Špirála na ohrev plynu

- Hlava

- Výpustný otvor

- Plniaci otvor

- Elektrický spotrebič

- Kompresor

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z bloku (4) motora s valcom (25), v dolnej časti bloku (4) motora je umiestnená olejová vaňa (24) naplnená mazacím olejom (7), na spodku ktorej je vytvorený výpustný otvor (28) a v jej vrchnej časti je vytvorený plniaci otvor (29), v olejovej vani (24) je tiež umiestnená ojnica (5) s ojničným vahadlom (11) s lopatkami (20) vahadla na oboch stranách, pričom na ojnicu (5) je pripevnený piest (22) umiestnený vo valci (25), pričom v hornej časti bloku (4) motora je umiestnená hlava (27) so vstrekovacou dýzou (6) a vzduchový kanál (9), ktorý je z pohľadu dolnej polohy piesta (22) umiestnený nad výfukovým kanálom (8), pred vzduchový kanál (9) je pripevnená vzduchová turbína (13), servo rozvádzač (10) vzduchu a chladiace dýzy (12) a pred vstrekovaciu dýzu (6) je upevnený regulátor (3) tlaku plynu a špirála (26) na ohrev plynu s plynovou koncovkou (2), pričom k bloku motora (4) je tiež prichytený štartér (21) a alternátor (14), ktorý je vodičmi pripojený s usmerňovačom (15) a ten s multifunkčným frekvenčným meničom (16), ktorý je vodičmi spojený s batériou (17) a riadiacim systémom (19), pričom riadiaci systém (19) je vodičmi spojený so vzduchovou turbínou (13), špirálou (26) na ohrev plynu a regulátorom (3) tlaku plynu.
2. 2. Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že rozstup vzduchového kanála (9) a výfukového kanála (8) je 5 mm až 50 mm.
3. 3. Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že k špirále (26) na ohrev plynu a k plynovej koncovke (2) je pripevnená plynová nádrž (1).
4. 4. Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že k bloku (4) motora je prichytený kompresor (31).
5. 5. Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že k multifunkčnému frekvenčnému meniču (16) je vodičmi pripojený elektrický spotrebič (30) alebo elektromotor (18).
6. 6. Jednotaktový motor na vstrekované uhľovodíkové palivá podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že v hornej časti bloku (4) motora je s riadiacim systémom (19) vodičmi spojená zapaľovacia sviečka (23) na pomer vzduchu a uhľovodíkového paliva v zmesi v rozsahu 1 : 17,5 až 1 : 50.