CZ287954B6 - Spalovací motor - Google Patents

Abstract

Spalovací motor obsahuje první válec (12) a druhý válec (14), přičemž první válec (12) má větší pracovní objem než druhý válec (14), který je vytvořen v hlavě prvního válce (12). První píst (16) je pohyblivý v prvním válci (12) a druhý píst (18) v druhém válci (14), přičemž druhý píst (18) je vytvořen jako výstupek na hlavě prvního pístu (16). První válec má vzduchový vstup (25) a výfukový kanál (27), a první palivový zdroj (34) zajišťuje palivo pro druhý válec (14). Druhý píst (18) má hlavu (35) prostorově vzdálenou od hlavy (36) prvního pístu (16) a spojenou s ní, která má hranu (37), jejíž rozměr v axiálním směru je relativně malý v porovnání se vzdáleností mezi hlavou (36) prvního pístu (16) a hlavou (35) druhého pístu (18) v axiálním směru. Mezi hlavou (36) prvního pístu (16) a hlavou (35) druhého pístu (18) a stěnou (14a) druhého válce (14), jsou-li písty v podstatě ve své horní úvrati, je tak vymezen spalovací prostor (20). Spalovací prostor (20) je spojen s oběma válci (12, 14)ŕ

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká spalovacího motoru.

Dosavadní stav techniky

Je známo několik spalovacích motorů vynalezených přihlašovatelem, které mohou být označeny jako segregační motory, například z GB-A-2155546, GB-A-2186913, GB-A-2218153, GB-A2238830, GB-A-2246394 a GB-A-2261028. Nyní jsou tyto motory v literatuře známy jako Merrittovy motory.

Merrittův motor obsahuje alespoň jednu sestavu prvních a druhých válců a odpovídajících prvních a druhých pístů pohyblivých ve válcích, přičemž v každé sestavě má první válec větší zdvihový objem než druhý válec a je zde sací ventil a/nebo vzduchový vstup, který je spojený s prvním válcem, výfukový ventil a/nebo výfukový výstup spojený s prvním válcem, a zdroj paliva pro zajištění paliva pro druhý válec, prostředky vymezující spalovací prostor, jsou-li písty v horní úvrati, spalovací prostor spojený s oběma válci během alespoň části expanzního zdvihu, a zpomalovací prostředek pro zpomalování pronikání.

Termín vzduch, tak jak ho zde bylo užito, zahrnuje libovolnou vhodnou směs kyslíku s jinými, obvykle inertními, plyny a také v podstatě čistý kyslík pro spalování s plynným nebo kapalným (tj. vypařovaným kapalným) palivem. Může obsahovat recirkulované výfukové plyny, plyny z klikové skříně, a malý podíl uhlovodíkových látek přítomných v recirkulovaných plynech spalovacího motoru.

Termín pronikání, tak jak ho zde bylo užito, se týká pohybu směsi palivo/vzduch z druhého válce do spalovacího prostoru na konci nebo ke konci kompresního zdvihu.

Merrittův motor je segregační motor podobně jako naftový motor s tím rozdílem, že určité malé množství vzduchu je stlačeno s v podstatě veškerým palivem v menším druhém válci, zatímco většina vzduchuje stlačena sama o sobě ve větším prvním válci.

Důležitou vlastností segregačních motorů, jako je naftový motor a Merrittův motor, je uzavření paliva, odděleně od většiny vzduchu, během převážné části kompresního zdvihu motoru. U Merrittova motoru se toho dosáhne využitím druhého válce a pístu, který přijímá palivo během sacího zdvihu a odděluje jej od převažujícího množství vzduchu až do okamžiku pronikání krátce před koncem kompresního zdvihu. O druhém válci lze hovořit jako o řídicím válci paliva.

U segregačního motoru je mimořádně vhodné využití procesu známého jako kompresní vznícení pro zapálení paliva, které není smíseno s množstvím vzduchu dostatečným pro samovolné zapálení během převážné části kompresního zdvihu, dokonce i tehdy, použije-li se vysokých kompresních poměrů. V naftovém motoru, který je rovněž segregačním motorem, je časování zapálení určeno časováním vstřiku paliva do spalovacího prostoru. U doposud zveřejněných Merrittových motorů je řízení časování zapálení provedeno řízením Časování procesu pronikání, jinými slovy, řízením přechodu odpařeného paliva zřídícího válce paliva do spalovacího prostoru. Užitím vysokých kompresních poměru u Merrittových motorů může dojít k zapálení části paliva v okamžiku, kdy palivo vstoupí do spalovacího prostoru a setká se v něm s velmi horkým vzduchem.

-1 CZ 287954 B6

GB-A-2246394 popisuje množství způsobů, kterými lze řídit časování pronikání a tím časování zapálení.

Zejména, druhý válec je opatřen vstupním prostředkem pro řízení tlaku v druhém válci na hodnotu menší než je tlak v prvním válci během počáteční části kompresního zdvihu, a tím dojde k zpomalování pronikání předtím, než druhý píst dosáhne nebo se přiblíží své horní úvrati. Vstupní prostředek popsaný v GB-A-2246394 přednostně obsahuje první průchodový otvor do druhého válce. Průchodový otvor může obsahovat ventil o proměnlivé průtočné ploše nebo škrticí klapku a první ventil, jako je ovládaný talířový ventil pro řízení vstupu vzduchu a/nebo paliva prvním průchodovým otvorem během každého cyklu motoru. Zdroj paliva, který může obsahovat vstřikovač kapalného paliva, je přednostně uspořádán před prvním ventilem.

Hlavní výhodou segregačních motorů, jako je naftový motor aMerrittův motor, je jejich schopnost spalovat extrémně chudé směsi paliva a vzduchu. Zážehový motor, který má předem promíchanou směs paliva a vzduchu během kompresního zdvihu, je omezen na téměř stechiometrické směsi paliva a vzduchu, aby mohl plamen, zažehnutý jiskrou, postupovat přes celý objem směsi paliva se vzduchem ve spalovacím prostoru. Celkově velmi chudé směsi paliva se vzduchem vedou k celkově mírnějšímu expanznímu procesu, který na druhé straně vede ke zvýšení tepelné účinnosti a nižším množstvím škodlivých NO_X plynů ve výfuku, zejména při částečném zatížení. Tepelná účinnost pístového spalovacího motoru se zvyšuje s chudým spalováním, když střední teploty následující po uvolnění tepla klesnou z vysokých hodnot vzniklých při stechiometrickém spalování.

Hlavními znaky hovořícími pro podporu velmi účinných pístových spalovacích motorů jsou velmi rychlé spalování a nízké teploty plynů následující po uvolnění tepla.

Automobilní nebo rychloběžný naftový motor nedosahuje rychlého spalováni, protože, při vyšších rychlostech, není schopen zajistit dostatečný čas pro úplné odpaření kapalného paliva před jeho zapálením. Na druhé straně naftový motor může podporovat nízké teploty plynu následující po celkově chudém spalování při částečném zatížení. Merrittův motor může potenciálně dosáhnout jak rychlejšího spalování než naftový motor za všech podmínek tak i nízkých teplot při částečném zatížení. V Merrittově motoru je palivo přiváděno do palivového válce během sacího zdvihu, a zatímco je odděleno od převážného množství vzduchu, má mnohem větší čas k odpaření v malém množství vzduchu, předtím, než pronikne do spalovacího prostoru, aby bylo zapáleno.

Příklad známého Merrittova motoru je znázorněn na obr. 1 připojených výkresů, který představuje částečný řez částí motoru, reprodukovaný z GB-A-2246394. Tento motor je motorem se zapalováním kompresním teplem, který používá zapalovací svíčku pro zapálení směsi paliva se vzduchem během startu nebo volnoběhu konvenčním způsobem zážehového benzinového motoru, kde směs paliva se vzduchem hoří tak, jak plamen postupuje. Motor je stručně popsán níže, přičemž čtenář najde podrobnější popis v GB-A-2246394.

Motor obsahuje druhý píst 18 připevněný na hlavě 36 prvního pístu 16. Druhý píst 18 obsahuje sloupek 234 a hlavu 35. Z obr. 1 je vidět, že sloupek 234 má zakřivený obrys, a toto zakřivení podporuje víření vzduchu vstupujícího do spalovacího prostoru 20 z prvního válce 12 a víření směsi paliva se vzduchem následující po pronikání do spalovacího prostoru 20. Spalovací prostor 20 je vymezen mezi sloupkem 234 a stěnou 14a druhého válce 14. Tvar a velikost sloupku 234 jsou vybrány tak, aby byl vytvořen vhodný spalovací objem příhodné velikosti a tvaru.

Je zřejmé, že hlava 35 druhého pístu 18 je opatřena hranou 37 s axiální tloušťkou podstatně menší než je axiální vzdálenost mezi hlavami 35 a 36 pístů 18 a 16. Hlava 35 druhého pístu 18 má válcovou obvodovou hranu 37 umístěnou v malé vzdálenosti od stěny 14a druhého válce 14 k vytvoření zpomalovacího prostředku ve tvaru prstencové mezery 128. Horní konec druhého

-2CZ 287954 B6 válce 14. jak je zřejmé z výkresu, je opatřen volitelnou obvodovou obtokovou drážkou 39. která vytváří obtok pro podpoření pronikání, jak je popsáno níže. Horní konec druhého válce 14 je opatřen vstupním prostředkem obsahujícím druhý sací ventil 31 a škrticí klapku 32. Přívod kapalného paliva do sacího kanálu 33 zajišťuje první palivový zdroj 34. Škrticí klapka 32 řídí množství vzduchu proudícího sacím kanálem 33, a to nezávisle na množství paliva dodávaného prvním palivovým zdrojem 34·

Během sacího zdvihu motoru vstupuje vzduch do prvního válce 12 vzduchovým vstupem 25. Vzduch vstupuje také do druhého válce 14 otevřeným sacím ventilem 31 spolu s palivem z prvního palivového zdroje 34. Rozdíl tlaku po obou stranách hlavy 35 druhého pístu 18 v počáteční části kompresního zdvihu může být ovlivněn škrticí klapkou 32 a časováním uzavření ventilu 31. To má zpětně vliv na časování pronikání obsahu druhého válce 14 do spalovacího prostoru 20 v blízkosti horní úvratě druhého pístu 18 ke konci kompresního zdvihu. Pronikání na druhé straně řídí časování zapálení odpařeného paliva jeho vznícením, když se směs paliva se vzduchem v druhém válci 14 setká s teplejším vzduchem dopraveným do spalovacího prostoru 20 prvním pístem 16 během kompresního zdvihu.

Obtoková drážka 39 má axiální délku větší než je tloušťka hlavy 35 druhého pístu 18 k zajištění zvětšené mezery pro pronikání směsi paliva se vzduchem k kolem hlavy 35 obtokovou drážkou 39. Obtoková drážka 39 také zajišťuje volný prostor v druhém válci 14 a tento volný prostor účinně oddaluje časování pronikání tím, že vytváří během kompresního zdvihu v druhém válci 14 přídavný prostor.

Motor znázorněný na obr. 1 obsahuje také škrticí klapku 23 umístěnou ve vzduchovém vstupu 25 zásobujícím první válec 12 vzduchem, a zapalovací prostředek 52. Výfukový ventil a výfukový otvor nejsou na obr. 1 znázorněny, nicméně jsou umístěny v motoru ve spojení s prvním válcem 12. Poloha pístů označená plnou čárou značí spodní úvratě a přerušované čáry označují písty v jejich horní úvrati.

Účelem použití zapalovací svíčky ve známém Merrittově motoru z obr. 1 je umožnit motoru překlenout okrajové podmínky jako je chod naprázdno nebo startování. Zejména za podmínek nízkého částečného zatížení by poměr palivo/vzduch v druhém válci mohl dosáhnout hodnoty blízké stechiometrické hodnotě, při které dochází ke kompresnímu vznícení. Aby se předešlo tomuto problému, škrticí klapka 32 může být částečně uzavřena k udržení poměru palivo/vzduch v druhém válci 14 nad úrovní, při které dochází ke spontánnímu kompresnímu vznícení. Avšak redukce tlaku, ke které dojde v druhém válci 14 v důsledku tohoto škrcení, může zvýšit tok vzduchu z prvního válce 12 přes prstencovou mezeru 128 do druhého válce 14, a tím může poměr směsi palivo/vzduch vracet ke stechiometrické hodnotě, a tím znovu vzniká nebezpečí spontánního kompresního vznícení v druhém válci 14 předtím, než začne pronikání. Aby se tomu zabránilo, je použita škrticí klapka 23 k redukci kompresního tlaku v prvním válci 12 omezením sání vzduchu do motoru. Účinkem toho je omezení toku vzduchu prstencovou mezerou 128 do druhého válce, a tím opětné odstranění nebezpečí spontánního kompresního vznícení před pronikáním. V důsledku takové redukce toku škrticí klapkou 23 se také sníží špičkový kompresní tlak a teplota. S omezenou hranicí kompresních teplot se směs palivo/vzduch nemusí zapálit kompresním vznícením a pak může být použit zapalovací prostředek 52 k zapálení směsi konvenčním způsobem jiskrového zážehu v průběhu pronikání směsi. Směs palivo vzduch pak hoří jak plamen postupuje směsí způsobem známým u konvenčního zážehového benzinového motoru.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je poskytnout zdokonalený spalovací motor a způsob jeho provozu.

-3CZ 287954 B6

V souladu s tím vynález uvádí spalovací motor, který obsahuje alespoň jednu sestavu prvního a druhého válce, přičemž první válec má větší zdvihový než druhý válec, příslušné první a druhé písty pohyblivé v uvedených válcích, prostředek vstupu vzduchu spojený s prvním válcem, výfukový prostředek spojený s prvním válcem, první palivový zdroj pro dodávání paliva pro druhý válec, prostředek vymezující spalovací prostor, když jsou písty v homí úvratí, přičemž spalovací prostor je spojený s oběma válci během expanzního zdvihu, prostředek zajišťující, že tlak a teplota dosažené ve spalovacím prostoru ke konci každého kompresního zdvihu jsou nedostatečné ke způsobení spontánního vznícení použitého paliva kompresí, zapalovací prostředek spojený se spalovacím prostorem, zpomalovací prostředek pro zpomalování pronikání směsi paliva se vzduchem z druhého válce do spalovacího prostoru předtím, než se dostane druhý píst do předem zvoleného místa ve svém kompresním zdvihu a řídicí prostředek pro spuštění zapalovacího prostředku k uvolnění zapalovací energie do spalovacího prostoru po zahájení pronikání a před jeho dokončením k zapálení části postupujícího paliva a tím zvýšení teploty a tlaku ve spalovacím prostoru na úrovně dostatečné k zapálení zbývající části paliva kompresním vznícením.

Vynález rovněž uvádí způsob provozu spalovacího motoru, který zahrnuje přivedení prvního předem určeného množství paliva do druhého válce během sacího a/nebo kompresního zdvihu motoru, a uvolnění zápalné energie do spalovacího prostoru po zahájení pronikání a před jeho dokončením k zapálení části paliva postupujícího do spalovacího prostoru a tím zvýšení teploty a tlaku ve spalovacím prostoru na úrovně dostatečné k zapálení zbytku postupujícího paliva vznícením způsobeným kompresi.

Modifikovaným způsobem provozu a řízení časování zapalování vMerrittově motoru podle vynálezu je zahájení zapalovacího procesu jiskrou a umožnění pokračování procesu vznícením kompresí, tj. jiskrou spouštěné kompresní vznícení.

Přednostní provedení vynálezu spočívá v jiskrovém zapalování pro zahájení spalování za všech provozních podmínek. Za tím účelem je zvolen dostatečně nízký geometrický kompresní poměr motoru k zabránění spontánního kompresního vznícení vzhledem k použitému palivu. Zapalování jiskrou konvenčním, známým způsobem však vyžaduje téměř homogenní směs paliva se vzduchem k umožnění postupu čela plamene směsí a toho je dosaženo v konvenčním zážehovém benzínovém motoru.

Jiskrou spouštěné kompresní vznícení podle vynálezu je odlišný způsob. Zapálení jiskrou je první fází dvoufázového zapalovacího procesu, kterými jsou jmenovitě jiskrové zapálení (zážeh) a zapalování kompresním teplem (vznět). V první fázi pouhé jiskrové zapalování pouze zažehuje lokalizovaný plamen na hranici mezi pronikajícím palivem a vzduchem ve spalovacím prostoru. Plamen může být krátkodobý a je nepravděpodobné, že by postupoval do tvořící se předběžné směsí paliva se vzduchem, která vtom okamžiku není hotova. Toto jiskrové zažehnutí nastane před dokončením procesu pronikání, jinými slovy předtím, než všechno palivo mělo čas se přemístit z druhého válce do spalovacího prostoru kolem hlavy druhého pístu a smíchat se s vším vzduchem potřebným pro jeho hoření, ke kterému dochází ve spalovacím prostoru. Fáze jiskrového zážehu je procesem podobným procesu jiskrového zážehu proudu plynného paliva vystupujícího z trysky, přičemž se mísí se vzduchem na okraji trysky. Po začátku procesu jiskrového zažehování zvyšuje plamen tlak a teplotu plynu ve spalovacím prostoru na hodnoty dostatečné pro vznik kompresního vzníceni zbytku odpařeného paliva během jeho pronikání do spalovacího prostoru působením druhého pístu a míšení se vzduchem. Tento proces je popsán jako jiskrou spouštěné kompresní vznícení. Po jiskrovém zážehu postupuje proces míšení a hořeni par paliva s dalším vzduchem potřebným pro úplné spalování. V obvyklém zážehovém motoru je proces míšení paliva se vzduchem téměř dokončen předtím, než se objeví jiskra.

Důležitou výhodou používání jiskrou spouštěného kompresního vzníceni je snadnost jeho časování, aby se vyhovělo proměnlivým podmínkám motoru. Při použiti jiskrou spouštěného

-4CZ 287954 B6 kompresního vznícení může být požadovaná přesnost řízení časováni procesu pronikání pro provoz motoru méně důležitá a méně rozhodující.

Aby bylo možné dosáhnout jiskrou spouštěného kompresního vznícení, může pracovat systém motoru s kompresními poměry, které jsou během počátečních okamžiků pronikání nedostatečné pro kompresní zapálení zvoleného konkrétního paliva. K nastavení konečných kompresních tlaků a teplot může být použita škrticí klapka. Například v případě benzinu by kompresní poměr mohl být snížen na hodnotu řekněme 12:1 pro jiskrou spouštěné kompresní vznícení, zatímco má-li být užito kompresní vzníceni samo o sobě s takovýmto palivem, může být požadovaná hodnota 10 kompresního poměru například 18:1. Druhým požadavkem je umístění zapalovací svíčky na místo, kde se setká v počáteční části pronikacího procesu s parami paliva mísícího se se vzduchem ve spalovacím prostoru. Zapalovací svíčka vytváří jiskru ve správné době k iniciování procesu kompresního vznícení. Po zapálení části paliva, které již začalo pronikat do spalovacího prostoru, se zvyšuje tlak a průměrná teplota plynu ve spalovacím prostoru. To vede k tomu, že 15 zbývající část paliva přeměněného v páry, které pokračuje v pronikáni do spalovacího prostoru a mísí se zde se vzduchem, se zapálí kompresním vznícením, a to i tehdy, jestliže se původní plamen zažehnutý jiskrou nedokázal rozšířit napříč celým spalovacím prostorem.

Velikost objemu spalovacího prostoru vzhledem k velikosti zdvihového objemu obou válců je 20 prostředkem k určení kompresního poměru motoru a k výraznému ovlivňování velikosti tlaku a teploty plynů v blízkosti konce kompresního zdvihu těsně předtím, než dojde k zapáleni. Tlakové a teplotní podmínky musí být nedostatečné ke způsobeni spontánního vzníceni paliva kompresí předtím, než je aktivován zapalovací prostředek pro odstartování zapalovacího procesu.

Přednostním provedením zapalovacího prostředku je zapalovací svíčka, která je spouštěna obvyklým způsobem a časována řídicím prostředkem, jakým je řídicí systém motoru, který pracuje jako řídící prostředek zapalování. Jiskra musí zapálit bohatou směs paliva se vzduchem během počáteční části procesu pronikání, kdy vzduch, přiváděný do spalovacího prostoru 30 vířivým pohybem, se začíná mísit s parami paliva po začátku procesu pronikání. Takový zapalovací proces rovněž nastane, když proud plynného paliva dopraví palivo pod tlakem do vzduchu a je zapálen jiskrou. Proces zapálení jiskrou nemusí být úspěšný v případě, že primární bohatá směs palivových par a vzduchu není zapálena za přítomnosti dalšího vzduchu, který se sní mísí během procesu pronikání. Jakmile dojde kjiskrovému zažehnutí, plamen vzniklý 35 z jiskry nemusí trvat až dokud nespálí všechno palivo, které proniklo do spalovacího prostoru, protože zvýšení tlaku a teploty, ke kterému dojde po jiskrovém zapálení, zajišťuje, že další plynné palivo je pak zapalováno kompresním vznícením v okamžiku, kdy se prochází kolem hlavy druhého válce do spalovacího prostoru.

Druhý válec může být tvarován tak, aby zajistil pronikání náhlého nebo postupného charakteru. Druhý válec může být například na svém konci odvráceném od prvního válce opatřen prostředkem k vytvoření obtoku kolem hrany hlavy druhého pístu, je-li druhý píst v poloze blízké jeho homí ůvrati. Tímto způsobem může během převážné části zdvihu pístu obvodová hrana hlavy druhého pístu ležet těsně u stěny druhého válce. Jakmile se však hrana hlavy druhého pístu 45 dostane do polohy přilehlé uvedenému obtoku, mezera mezi obvodovou hranou hlavy druhého pístu a stěnou druhého válce se efektivně zvětší a umožní rychlé pronikání obtokem. Axiální délka obtoku je přednostně větší než tloušťka hrany hlavy druhého pístu. Obtok může mít vhodně také tvar drážky vytvořené ve stěně druhého válce, která probíhá po celém obvodu druhého válce nebo jeho části.

Vytvořeni obtoku je nanejvýš prospěšné v tom, že vytváří volný prostor pro odpařené palivo a vzduch v druhém válci, což oddaluje pronikání a také zajišťuje dráhu pro plamen ze spalovacího prostoru k dosažení paliva zbývajícího nad hlavou pístu po pronikání. Drážka může

-5CZ 287954 B6 také napomoci odchodu výfukových plynů zůstávajících nad hlavou druhého pístu na konci výfukového zdvihu.

Jednou z důležitých funkcí obtoku je vytvoření volného prostoru při horním konci druhého válce.

Geometrickým kompresním poměrem druhého válce je poměr jeho zdvihového objemu plus objemu volného prostoru k objemu jeho volného prostoru. Podobně geometrický kompresní poměr prvního válce je poměr jeho zdvihového objemu plus objemu spalovacího prostoru k objemu jeho spalovacího prostoru, nebereme-li v úvahu volný prostor nad pístem na konci kompresního zdvihu a ostatní volné prostory. Poměrná hodnota těchto dvou geometrických 10 kompresních poměrů má velký vliv na časování pronikání. Protože použití jiskrou spouštěného kompresního vznícení vyžaduje nižší kompresní poměr a tudíž větší objem spalovacího prostoru, objem obtoku se bude muset rovněž zvětšit pro snížení geometrického kompresního poměru druhého válce, jinak by mohlo dojit k pronikání příliš brzo. Je snahou, aby volný prostor nad hlavou druhého pístu byl přednostně malý, aby se minimalizovalo množství paliva, které může 15 být zachyceno nad hlavou na konci kompresního zdvihu.

Zvětšená velikost obtoku může nabízet jedno vhodné umístění pro zapalovací svíčku použitou pro iniciování procesu jiskrou spouštěného kompresního vznícení. Dalším vhodným umístěním může být poloha blízko pod obtokem v závislosti na provedení motoru.

Zpomalovacím prostředkem pro zpomalování předčasného pronikání je vhodně navržená mezera mezi hranou hlavy druhého pístu a stěnou druhého válce. U takové mezery je nutné zajistit řízení tlaku plynu v druhém válci nad hlavou druhého pístu tak, aby zůstal nižší než tlak vzduchu ve spalovacím prostoru na opačné straně hlavy druhého pístu až do okamžiku pronikání. Takové 25 řízení může být prováděno vstupním prostředkem tak, jak byl popsán výše. Protože zapálení čeká na objevení se jiskry, je přesné časování pronikání méně kritické u Merrittova motoru s jiskrou spouštěným kompresním vznícením než je tomu v případě Merrittova motoru, který je založen pouze na kompresním vznícení, protože v tomto případě je časování zapálení dáno časováním pronikání.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález je dále popsán pomocí příkladu s pomocí připojených výkresů, na kterých 35 obr. 1 znázorňuje částečný řez provedením známého Merrittova motoru, obr. 2 znázorňuje schematický částečný řez prvním provedením motoru podle vynálezu, obr. 2A znázorňuje zvětšený pohled na část z obr. 2 ukazující jedno možné umístění zapalovací svíčky ve vztahu k pohybu plynu, obr. 2B znázorňuje variaci provedení z obr. 2A, obr. 3 znázorňuje praktické provedení motoru z obr. 2, obr. 4 až 9 a 14 znázorňují různá provedení motoru v souladu 40 s různými způsoby, jimiž může probíhat výměna plynu v druhém válci, obr. 10 až 13 znázorňují další provedení motoru podle vynálezu, a obr. 15 znázorňuje pohled na provedení z obr. 5 ukazující písty ve spodní úvrati.

Způsob zapálení v souladu s tímto vynálezem vyžaduje použití zapálení jiskrou během většiny 45 nebo všech operačních stavů motoru a přes plný rozsah jeho rychlostí a zatížení.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 2 může být geometrický kompresní poměr motoru snížen až na hodnotu, při které nebude docházet ke kompresnímu vznícení paliva, například pod hodnotu 12:1 pro vysoce oktanový benzín a pod 10:1 pro benzín s oktanovým číslem ve středním rozsahu. To zajistí, že předem odpařené palivo, které bylo převedeno, nebo proniklo z druhého válce 14 do spalovacího prostoru 20. se spontánně nevznítí, dostane-li se do styku se vzduchem ve spalovacím prostoru

-6CZ 287954 B6

20. ale čeká na jiskru generovanou zapalovacím prostředkem 52 použitím vnějšího řízení. Zapalovací prostředek 52 zapálí bohatou směs předem odpařeného paliva s určitým množstvím vzduchu v okamžiku, kdy se začíná mísit s dalším vzduchem a za těchto podmínek může k jiskrovému zážehu dojít spolehlivě.

Jiskrový zážeh má vliv pouze na palivo, které bylo proniklo kolem hlavy 35 druhého pístu 18 do doby, kdy došlo k jiskrovému zážehu. Vzestup tlaku a teploty spojený se spalováním zažehnutým jiskrou přivede zbývající část paliva pronikajícího kolem hlavy 35 druhého pístu 18 k zapálení kompresním vznícením.

Hlavní výhodou tohoto způsobu provozu je mnohem jednodušší řízení zapalování prostřednictvím spuštění zapalovací svíčky. Přesný okamžik pronikání není již kritický a pronikání může začít dříve než je to možné u Merrittových motorů využívajících čistého kompresního vznícení bez pomoci jiskry.

Snižování kompresního poměru snižuje pouze lehce možnou teoretickou tepelnou účinnost motoru. K vyrovnání tohoto efektu redukuje zvýšená velikost spalovacího prostoru 20 relativní efekt pasivních objemů a umožňuje lepší pohyb plynu během spalování.

Obr. 2 schematicky reprodukuje obr. 1 k znázornění důležitosti umístění zapalovacího prostředku 52. Jsou znázorněna dvě možná umístění. Na obr. 2A je znázorněn zapalovací prostředek 52 umístěný do obtokové drážky 39 ve strategickém místě, kde se palivové páry setkávají se vzduchem cirkulujícím pod hlavou 35 druhého pístu 18. Směr toku vzduchu a paliva je schematicky znázorněn šipkami. Na obr. 28 je znázorněn zapalovací prostředek 52 umístěný těsně pod obtokovou drážkou 39. V takovém případě může být jiskrový zážeh výhodně časován tak, že k němu dojde jakmile hlava 35 druhého pístu 18 začíná odkrývat obtokovou drážku 39.

Je zřejmé, že mnohé konstrukční znaky motoru popsaného v GB-A-2246394 platí rovněž pro předložený vynález. Společné znaky, o nichž je třeba se zmínit podrobněji, jsou konstrukce druhého pístu 18 vzhledem k sloupkům, která je stejná, vytvoření druhé obtokové drážky na spodním konci druhého válce 14, vytvoření základny 84 pro druhý píst 18 na hlavě 36 prvního pístu 16 nebo přilehle kní, způsob podporování víření vzduchu vstupujícího do spalovacího prostoru 20. Konstrukce motoru pro práci vdvoudobém cyklu znázorněná v GB-A-2246394 obr. 15 a obr. 16 je zvláště vhodná pro způsob zapalování podle předloženého vynálezu.

Popis hybridních motorů v GB-A-2246394 je aplikovatelný na předložený vynález. Dieselův hybridní motor, znázorněný na obr. 6 a 7 v GB-A-2246394 může využít jiskrového zážehu v souladu s předloženým vynálezem, jak je to popsáno níže s odkazem na obr. 10 a 12.

Obr. 3 znázorňuje konstrukci motoru, která je identická s konstrukcí z obr. 1 s tou výjimkou, že škrticí klapka 23' má menší lamelu k zajištění pouze okrajového řízení. V případě práce v čtyřdobém cyklu podle vynálezu je vzduch přiváděn vzduchovým vstupem 25, přičemž za obvyklých podmínek není prováděno žádné škrcení přívodu vzduchu. Palivo je vstřikováno prvním palivovým zdrojem 34 do sacího kanálu 33 paliva. Palivo může být vstřikováno v libovolném čase, protože nemůže projít do druhého válce 14 dokud není otevřen sací ventil 31. Během sacího zdvihu je sací ventil 31 otevřen, aby bylo umožněn vstup paliva a vzduchu do druhého válce 14. Během kompresního zdvihu vzrůstá tlak v druhém válci 14 pomaleji než tlak v prvním válci 12, částečné vlivem volného prostoru vytvořeného obtokovou drážkou 39 navrženou k zajištění tohoto efektu.

Ke konci kompresního zdvihu dochází k pronikání a část paliva prochází prstencovou mezerou 128 do spalovacího prostoru. Poté, co začne pronikání, a přednostně předtím, než písty 16, 18 dosáhnou horní úvratě, je spuštěn zapalovací prostředek 52. Vzniklé počáteční spalování směsi paliva se vzduchem zvyšuje teplotu a tlak ve spalovacím prostoru 20 na hodnoty dostatečné

-7CZ 287954 B6 ktomu, aby zbývající část směsi paliva se vzduchem, která proniká prstencovou mezerou 128. byla spontánně zapálena kompresním vznícením. K tomu dojde i tehdy, nedostane-li se počáteční plamen vytvořený jiskrou k tomuto palivu.

Na konci expanzního zdvihu se otevře výfukový ventil (neznázoměn) prvního válce 12 k umožnění odvedení spalin. Pro druhý válec 14 může být vytvořen zvláštní výfukový vývod.

Škrticí klapka 23', při jejím jemném sladění, může být použita k mírnému omezení vstupu vzduchu během sacího zdvihu, aby se zabránilo možnosti kompresního vznícení paliva po pronikání, avšak před generováním jiskry. To se může přihodit například s chudým palivem nebo za horkého dne.

Škrticí klapka 32 je také volitelná a může být použita k napomáhání řízení časování pronikání, avšak u jiskrou spouštěného kompresního vznícení takové řízení není obvykle nutné.

Existuje celá řada způsobů uspořádání pro řízení výměny plynů v druhém válci 14, které jsou popsány níže s odkazem na obr. 4 až 9.

Na obr. 4 je znázorněn schematický příčný řez přednostním provedením vynálezu zobrazujícím výměnu plynů v druhém válci 14 užitím dvou ventilů. Druhý válec 14 má sací ventil 31 a výfukový ventil 150. které pracují nezávisle. Palivo je vstříknuto do sacího kanálu 33 v libovolném okamžiku, jak bylo dříve uvedeno s ohledem na obr. 3. Výfukový kanál 151 je přednostně spojen s hlavním vzduchovým vstupem 25 dodávajícím do prvního válce 12 vzduch. Tím se zachycuje nevyhořelé palivo a přitom se snižují výfukové emise a také se zajišťuje recirkulace výfukového plynu, která se zvyšuje úměrně k zatížení motoru.

Na obr. 6 je znázorněn řez podobný obr. 4, zobrazující výměnu plynů druhého válce 14 využitím pouze jednoho sacího ventilu 3L První palivový zdroj 34 je kryt sacím ventilem 31 před spalovacími tlaky a teplotami. Výfukové plyny jsou odvedeny přes prstencovou mezeru 128, první válec 12 a výfukový kanál 27.

Obr. 7 znázorňuje další způsob řízení výměny plynů druhého válce 14 užitím jednoho ventilu 31 určeného jak pro sání, tak i pro výfuk z druhého válce 14. Pohyb plynů do druhého válce 14 a z něj se uskutečňuje dvojím otevřením ventilu 31 během jednoho cyklu motoru, pracuje-li motor ve čtyřdobém cyklu, jednou během výfukového zdvihu a podruhé během sacího zdvihu.

Otevření ventilu 31 během výfukového zdvihu umožňuje snadný únik výfukového plynu zachyceného nad hlavou 35 druhého pístu 18. Sací/výfukový kanál 33 je spojený se vzduchovým vstupem 25 prvního válce 12, jak bylo popsáno s odkazem na obr. 4. První palivový zdroj 34 přivádí palivo do blízkosti ventilu 31 během sacího zdvihu, aby se zabránilo vehnání paliva do prvního válce 12 během výfukového zdvihu.

Obr. 5 znázorňuje schematický řez dalším provedením vynálezu zobrazujícím výměnu plynů v druhém válci 14 s využitím jednoho ventilu. Druhý válec 14 má jeden výfukový ventil 150 a první palivový zdroj 34. který uvolňuje palivo přímo do druhého válce 14 již od začátku sacího zdvihu. Výfukové plyny opouštějící druhý válec 14 během výfukového zdvihu mohou být s výhodou směrovány do vzduchového vstupu 25. který dodává vzduch do prvního válce 12. opět jak je to popsáno s ohledem na obr. 4.

Během sacího zdvihu vstupuje vzduch do druhého válce 14 prstencovou mezerou 128 kolem hlavy 35 druhého pístu 18. Tím způsobená čerpací tlaková ztráta je malá, menší než 0,1 bar, pokud plocha hlavy 35 druhého pístu 18 představuje 10 % odpovídající plochy prvního pístu 16.

-8CZ 287954 B6

Na obr. 8 je schematicky znázorněno další provedení vynálezu, podobné provedení z obr. 4 a 5, znázorňující výměnu plynů v druhém válci 14 bez ventilů. Vzhledem ktomu, že druhý válec 14 nemá žádné své vlastní sací nebo výfukové ventily, přijímá vzduch hlavním vzduchovým vstupem 25 a odvádí výfukové plyny hlavním výfukovým kanálem 27 prvního válce 12, přičemž plyny procházejí mezi válci prstencovou mezerou 128 kolem hlavy 35 druhého pístu £8. Toto uspořádání má výhodu mechanické jednoduchosti za cenu dodatečných čerpacích tlakových ztrát a možná i výfukových emisí uhlovodíků a kysličníku uhelnatého.

Obr. 9 znázorňuje podrobnějším pohledem na motor z obr. 7 zobrazující přidání uzavřené komory 1000, která může být spojena se vzduchovým vstupem 25 pomocí ventilu 1010.

Výkon motoru, jako je segregační Merrittův motor, je zvýšen tím, že výfukové plyny jsou vedeny přes ventil 31 do komory 1000. Ta je navržena tak, aby její objem umožňoval vzrůst tlaku v komoře 1000 na konci výfukového zdvihu. Objem může být pevný nebo proměnlivý, například pomocí plunžru pohyblivého v trubce (neznázoměno). Komora 1000 může mít tvar koule, jak je to znázorněno, nebo to může mít tvar kanálu spojeného s otvorem ventilu 31. pokud je kanál na svém druhém konci utěsněn. Škrticí klapka 32 může být použita při řízení toku k otvoru ventilu 31 a od něj, není to však nezbytně nutné.

Horké výfukové plyny zachycené v komoře 1000. při uzavření ventilu 31, mají tlak o trochu vyšší než je atmosférický tlak. Rovněž obsahují nevyhořelé palivo, které zůstává nad hlavou 35 druhého pístu 18. První palivový zdroj 34 přivádí palivo do tohoto zachyceného plynu. První palivový zdroj 34 může být umístěn v znázorněném místě nebo může vstřikovat palivo přímo do komory 1000, pokud toto umístění napomůže efektivnějšímu odpaření paliva. Časování vstříknutí paliva může být zvoleno tak, aby nejlépe podporovalo odpaření paliva a také, aby zabraňovalo vytváření oxidů dusíku podporováním recirkulace výfukového plynu, což je uznávaný způsob řízení výfukových emisí NO_X.

Vzrůst tlaku v komoře 1000 závisí na rychlosti motoru. Při nízké teplotě zde nemusí být tlak dostatečný k zajištění dobrého sání následujícího po výfuku. Aby se tento problém překonal, je komora 1000 spojena se vzduchovým vstupem 25 přes ventil 1010, který se může otevřít při nízké rychlosti nebo kdykoli špičkový tlak v komoře 1000 poklesne pod požadovanou hodnotu. Otevře-li se ventil 1010. výfukové plyny jsou odvedeny do vzduchového vstupu 25 vedoucího do prvního válce 12 k recirkulaci a sací vzduch je hnán ze sacího potrubí a zásobuje první válec 12.

Ventil 1010 může být řízen řídicím systémem motoru nebo může pracovat automaticky nebo může být ovládán tlakem v komoře 1000.

Alternativní způsob zajištění příznivého přívodu vzduchu do druhého válce 14 je znázorněn na obr. 14. Zde je použit malý ventilátor nebo dmychadlo 1002 pro plnění vzduchu pod tlakem do druhého válce 14 během sacího zdvihu. Ventilátor nebo dmychadlo 1002 může být zapínán, je-li to nezbytné, řídicím systémem motoru. Přitom ventilátor nebo dmychadlo 1002 může pracovat ve spojení s komorou 1000, pokud je to žádoucí, vložením ventilu 1001. který zůstává uzavřený během činnosti komory 1000. a otevře se když je požadován a uvede se v činnost ventilátor nebo dmychadlo 1002.

Je zřejmé, že řízení plnění druhého válce 14 je nejdůležitější když první palivový zdroj 34 je umístěný za ventilem 3£. Toto uspořádání umožňuje, aby byl první palivový zdroj 34 chráněný před spalovacími tlaky a teplotami.

Řízení plnění druhého válce 14 je méně důležité v případě, když první palivový zdroj 34 je umístěný tak, aby dodával palivo přímo do druhého válce 14, jako je tomu v případě znázorněném na obr. 5 a na obr. 10 a 12 pro hybridní uspořádaní dieselového motoru. Na obr. 5

-9CZ 287954 B6 je proto znázorněno, že plnicí proces je vnitřní, tj., že vzduch je přiváděn do druhého válce 14 z prvního válce 12. kam vstupuje přes sací ventil 24.

Obr. 10 je podobný obr. 4 až 8 a znázorňuje další přednostní provedení vynálezu, kterým je dieselové hybridní provedení. Motor na obr. 10 využívá dva palivové zdroje 34. 60 v kombinaci se zapalovacím prostředkem 52 k podpoření jiskrou spouštěného kompresního vznícení. Výměna plynů v druhém válci 14 může být provedena stejným způsobem, jako je popsána s ohledem na obr. 4 až 8, s využitím jednoho ventilu sloužícího jak jako sací, tak i jako výfukový ventil, s použitím pouze jednoho ventilu sloužícího výhradně jako výfukový ventil nebo dvou oddělených ventilů sloužících separátně jako sací a výfukové ventily spojené přímo s druhým válcem 14, nebo bez žádných ventilů. 14

První palivový zdroj 34 vstřikuje malé množství paliva do druhého válce 14 během sacího zdvihu a toto palivo se vypařuje předtím, než proniká do spalovacího prostoru 20 tak, aby mohlo být zapáleno jiskrou. Zapálení paliva zvyšuje tlak a teplotu ve spalovacím prostoru 20. aby bylo umožněno zapálení hlavní dodávky paliva, které je vstříknuto druhým palivovým zdrojem 60 krátce před koncem kompresního zdvihu, kompresním vznícením. Tímto způsobem může být kompresní poměr nezbytný k zapálení paliva snížen.

Je-li do prvního palivového zdroje 34 dodáváno další, výpamější palivo, jako je benzín, zatímco druhý palivový zdroj 60 je zásobován naftovým palivem, provoz Merrittova hybridního dieselového motoru se může dále zlepšit a kompresní poměr motoru se může ještě dále snížit, například na hodnotu mezi 12:1 a 13:1 namísto hodnot mezi 24:1 a 18:1, které jsou obvyklé pro konvenční dieselové motory.

Obr. 11 je podobný obr. 10 znázorňujícímu první palivový zdroj 34 umístěný pro vstřikování paliva do sacího kanálu 33. Výpamější palivo (např. benzín) je vstříknuto prvním palivovým zdrojem 34 pro přivedení do druhého válce 14 během sacího zdvihu, zatímco druhý palivový zdroj 60 vstřikuje dieselové palivo krátce před koncem kompresního zdvihu. Následně po pronikání je palivo zapáleno jiskrou a dieselové palivo je pak zapáleno horkými plyny kompresním vznícením.

Motor na obr. 11 může rovněž využít libovolné z uspořádání ventilů pro výměnu plynů, o kterých bylo pojednáno s ohledem na obr. 10.

Obr. 12 je dalším znázorněním podobným obr. 10 a 11 znázorňujícím další přednostní provedení vynálezu, jakým je Merrittův dieselový hybridní motor, který může využít kterékoliv z uspořádání ventilů pro výměnu plynů, o kterých bylo pojednáno s ohledem na obr. 10. Při provozu nejprve první palivový zdroj 34 dieselového paliva vstřikuje palivo do druhého válce 14 a během sacího zdvihu a pak vstřikuje další množství paliva ke konci kompresního zdvihu. První palivový zdroj 34 je zásobován dieselovým palivem a kompresní poměr motoru se může snížit, jak byl popsáno s ohledem na obr. 10.

Hybridní motorový systém s jiskrovým zapalováním znázorněný na obr. 8 v GB-A-2246394 je kompletně aplikovatelný na předložený vynález, způsob provozu se však liší. Obr. 8 v GB-A2246394 je ve skutečnosti zde reprodukovaný jako obr. 13. S ohledem na obr. 13, motor je schopný provozu se stechiometrickou směsí paliva se vzduchem dodávanou přes kteiýkoliv ze dvou sacích ventilů 24 nebo 31, nebo přes oba ventily 24. 31. protože kompresní poměr motoru je držen na hodnotě nižší, než je hodnota, která může způsobit spontánní kompresní vznícení.

Motor na obr. 13 se může nastartovat a uvést do chodu na prázdno Merrittovým způsobem tak, že se palivo dodává pomocí prvního palivového zdroje 34, zatímco druhý palivový zdroj 82 zůstává nečinný a škrticí klapka 83 je plně otevřena. Provoz motoru při jeho částečném zatížení může pokračovat Merrittovým způsobem, což dává motoru výhodu vyšší tepelné účinnosti při

-10CZ 287954 B6 částečném zatížení a chodu naprázdno v porovnání s dosud známými konvenčními zážehovými motory, a přitom se použije zapalovací prostředek 52 k podpoře jiskrou spouštěného kompresního vznícení.

Při provozu Merrittovým způsobem s poměry palivo/vzduch chudšími než je práh tvoření oxidů dusíku při částečném zatížení se motor nachází v rozmezí povolených limitů výfukových emisí, a i kdyby použitý třícestný katalyzátor vykazoval v proudu výfukového plynu volný oxid, NO_X nebudou za těchto podmínek přítomny.

Výhodou provozu způsobem zážehového motoru, se stechiometrickou směsí palivo/vzduch a s třícestným katalyzátorem, je získání vyšších hodnot středního efektivního tlaku na brzdě než je to možné při provozu podle Merrittova způsobu, zejména tehdy, pracuje-li motor Merrittovým způsobem při částečném zatížení pod prahem poměru palivo/vzduch pro tvorbu NO_X. Při provozu vozidla se navrhuje použití Merrittova způsobu při jízdě městem a při mírné cestovní rychlosti, zatímco způsob zážehového motoru je automaticky volen pro podmínky plného zatížení.

Přepnutí z Merrittova způsobu na konvenční způsob jiskrového zážehu může být s výhodou provedeno před dosažením podmínek plného zatížení, když se vyžaduje maximální využití vzduchu, jinými slovy tehdy, když veškerý vzduchu přítomný v obou válcích 14 a 12 může být zapotřebí k spalování největšího množství paliva. V tomto případě je druhý palivový zdroj 82 spouštěn řídicím systémem motoru, zatímco první palivový zdroj 34 je buď mimo činnost, nebo pracuje s redukovaným množstvím paliva. Předem vytvořená směs paliva se vzduchem vstupující sacím ventilem 24 může být stechiometrická a umožňovat aby zapalovací prostředek 52, který podle vynálezu může být nepřetržitě v provozu, snadno zapálil směs při ovládání řídicím systémem motoru.

Přechod od provozu při plném zatížení k provozu při částečném zatížení může být proveden postupně škrticí klapkou 83 použitou k redukci z plného zatížení při zážehovém způsobu až do úplného převzetí dodávky paliva prvním palivovým zdrojem 34, přičemž se může škrticí klapka 83 naplno otevřít.

Tento hybridní provozní způsob má tu výhodu, že využívá jiskrový zážeh podle Merrittova způsobu podle tohoto vynálezu k umožnění plného využití vzduchu a tím k podpoření výkonových možností při plném zatížení, zatímco při částečném zatížení a volnoběhu udržuje vysokou úroveň tepelné účinnosti Merrittova motoru.

Provoz motoru z obr. 13 se liší od provozu popsaného v GB-A-2246394 v tom, že zapalovací prostředek 52 je vždy použit k iniciaci zapálení v Merrittově způsobu a způsobem zážehového motoru.

Hlavním účelem provozu způsobem zážehového motoru je umožnit větší využití vzduchu než je to možné při použití segregačního způsobu. To vede k větším hodnotám středního efektivního tlaku a k většímu výkonu. Segregační způsob je tedy vhodný pro provoz motoru při částečném zatížení nebo při nízkém středním efektivním tlaku, za současného provozu při vysoké tepelné účinnosti motoru. Obvyklé zážehové motory pracují při mnohem nižší tepelné účinnosti při středním efektivním tlaku částečného zatížení. Současně způsob zážehového motoru umožňuje stejnému Merrittovu motoru dosáhnout středního efektivního tlaku plného zatížení srovnatelného s obvyklými zážehovými motory za provozních podmínek, kdy zážehové motory pracují nejúčinněji. Tímto způsobem hybridizace Merrittova motoru pracujícího na principu jiskrou spouštěného kompresního vznícení přináší motor schopný provozu s vyšší tepelnou účinností za širších podmínek operačního zatížení, než mohou nyní dosáhnout zážehové motory nebo dieselové motory.

- 11 CZ 287954 B6

Obr. 14 je znázorněním podobným obr. 13, v němž je provoz motoru podle Merrittova (segregačního) způsobu podporován použitím komory 1000. ventilu 1001 a ventilátoru nebo dmychadla 1002. jak je to popsáno s odkazem na obr. 9.

Požadavkem pro provoz podle způsobu zážehového je udržet druhý píst 18 na teplotě dostatečně nízké ktomu, aby se zabránilo předčasnému zapálení spalovací směsi paliva se vzduchem přiváděné pod hlavu 35 druhého pístu 18 při nesegragačním způsobu nebo zážehovém způsobu. To vyžaduje ochlazování sloupku 234 druhého pístu 181 například stříkáním proudu oleje na jeho základnu skrze pístní čep. Pokud je takové ochlazování nezbytné, teplota hlavy 35 druhého to pístu 18 může být nedostatečná pro odpaření veškerého paliva přivedeného do druhého válce 14 během segregačního způsobu. V takovém případě zachycení výfukových plynů v komoře 1000 zajišťuje přídavný způsob odpařování paliva jako určitou kompenzaci.

Obr. 15 je dalším pohledem na provedení z obr. 5, ukazujícím druhý píst 18 ve vysunuté poloze 15 z vrtání druhého válce 14 v poloze ve spodní úvrati. Uspořádání výměny plynů v druhém válci může být libovolného dříve popsaného provedení. V obr. 15 má druhý válec 14 jeden výfukový ventil. Nepřítomnost sacího ventilu může být pro druhý válec 14 výhodná, protože částečné vakuum je žádoucí k nasátí vzduchu z prvního válce 12, když jsou písty ve spodní úvrati, a také k zabránění přílišnému přetečení paliva do prvního válce 12. Vytvoření výfukového 20 kanálu 151 a výfukového ventilu 150 pro druhý válec 14 je žádoucí k zabránění přílišného vzrůstu tlaku v druhém válci 14 na začátku sacího zdvihu. Výfukový kanál 151 je spojen se vzduchovým vstupem 25 prvního válce 12 za účelem recirkulace nevyhořelých uhlovodíků a oxidu uhelnatého. V případě absence sacího ventilu, jak je znázorněno na obr. 15, první palivový zdroj 34 je spojen přímo s druhým válcem 14, ale další uspořádání výměny plynů 25 mohou být odlišná.

Claims (24)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spalovací motor, obsahující alespoň jednu sestavu prvního válce (12) a druhého válce (14), přičemž první válec (12) má větší zdvihový objem než druhý válec (14), příslušné první písty

   35 (16) a druhé písty (18) pohyblivé v uvedených válcích (12, 14), prostředek (24, 25) vstupu vzduchu spojený s prvním válcem (12), výfukový prostředek (26, 27) spojený s prvním válcem (12), první palivový zdroj (34) pro dodávání paliva pro druhý válec (14), prostředek vymezující spalovací prostor (20), když jsou písty (16, 18) v horní úvrati, přičemž spalovací prostor (20) je spojený soběma válci (12, 14) během expanzního zdvihu, vyznačující se tím, že 40 obsahuje prostředek (23', 83) zajišťující, že tlak a teplota dosažené ve spalovacím prostoru (20) ke konci každého kompresního zdvihu jsou nedostatečné ke způsobení spontánního vznícení použitého paliva kompresí, zapalovací prostředek (52) spojený se spalovacím prostorem (20), zpomalovací prostředek (39, 128) pro zpomalování pronikání směsi palivo/vzduch z druhého válce do spalovacího prostoru (20) předtím, než se dostane druhý píst (18) do předem zvoleného 45 místa ve svém kompresním zdvihu, a řídicí prostředek (M) pro spuštění zapalovacího prostředku (52) k uvolnění zapalovací energie do spalovacího prostoru (20) po zahájení pronikání a před jeho dokončením k zapálení části postupujícího paliva a tím zvýšení teploty a tlaku ve spalovacím prostoru (20) na úrovně dostatečné k zapálení zbývající části paliva kompresním vznícením.
2. 2. Spalovací motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhý píst (18) má hlavu (35) prostorově vzdálenou od hlavy (36) prvního pístu (16) a spojenou s ní, přičemž hrana (37) hlavy (35) druhého pístu (18) má rozměr v axiálním směru relativně malý v porovnání se

   - 12CZ 287954 B6 vzdáleností mezi hlavou (36) prvního pístu (16) a hlavou (35) druhého pístu (18) v axiálním směru, přičemž mezi hlavou (36) prvního pístu (16) a hlavou (35) druhého pístu (18) a stěnou (14a) druhého válce (14) je vymezen spalovací prostor (20).
3. 3. Spalovací motor podle nároku 2, vyznačující se tím, že druhý palivový zdroj (60), v provedení vysokotlakového vstřikovače kapalného paliva, je umístěn tak, že je-li hlava (35) druhého pístu (18) blízko nebo přímo v horní úvrati, druhý palivový zdroj (60) může přivádět do spalovacího prostoru (20) množství paliva pod tlakem dodatečně k palivu dodávaném do druhého válce (14) prvním palivovým zdrojem (34).
4. 4. Spalovací motor podle nároku 3, vyznačující se tím, že spalovací motor obsahuje řídicí prostředek (M) pro řízení prvního palivového zdroje (34) k dodání části celkového množství paliva, které má být dopraveno do druhého válce (14), do prostoru nad hlavu (35) druhého pístu (18) počínaje a konče tehdy, když je druhý píst v předem určené poloze prostorově vzdálené od horní úvrati, a pro řízení druhého palivového zdroje (60) k dodání další části celkového množství paliva do spalovacího prostoru (20), když jsou písty (16, 18) následně v poloze horní úvratě nebo blízko k ní.
5. 5. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že hrana (37) hlavy (35) druhého pístu (18) je radiálně prostorově oddělená od sousední stěny (14a) druhého válce (14) k vymezení prstencové mezery (128) mezi hranou (37) hlavy (35) druhého pístu (18) a stěnou (14a), která představuje uvedený zpomalovací prostředek.
6. 6. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků 2až5, vyznačující se tím, že druhý válec (14) je opatřen na svém konci vzdáleném prvnímu válci (12) prostředkem vymezujícím obtok kolem hrany (37) hlavy (35) druhého pístu (18), je-li druhý píst (18) ve své horní úvrati nebo blízko k ní.
7. 7. Spalovací motor podle nároku 6, vyznačující se tím, že obtokovým prostředkem je obtoková drážka (39) vytvořená ve stěně (14a) druhého válce (14), procházející podél alespoň části obvodu druhého válce (14).
8. 8. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků laž7, vyznačující se tím, že zapalovacím prostředkem (52) je prostředek pro jiskrové zapalování.
9. 9. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků laž8, vyznačující se tím, že prostředkem, zajišťujícím, že tlak a teplota dosažené ve spalovacím prostoru (20) ke konci kompresního zdvihu jsou nedostatečné ke způsobení spontánního vznícení použitého paliva kompresí, je geometrický kompresní poměr motoru daný poměrem objemu ve válcích (12, 14) přístupnému pro plyny s písty (16,18) ve spodní úvrati k objemu s písty (16,18) v horní úvrati.
10. 10. Spalovací motor podle nároku 9, vyznačující se tím, že prostředkem, zajišťujícím, že tlak a teplota dosažené ve spalovacím prostoru (20) ke konci kompresního zdvihu jsou nedostatečné ke způsobení spontánního vznícení použitého paliva kompresí, je dále škrticí klapka (23', 83) pro škrcení vzduchu nasávaného prvním válcem (12) přes sací prostředek (24, 25) k udržení tlaku a teploty plynu v obou válcích (12, 14) na úrovních nedostatečných ke vzniku samovolného kompresního vznícení použitého paliva před zapálením uvedeným zapalovacím prostředkem.
11. 11. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků lažlO, vyznačující se tím, že spalovací motor obsahuje vstupní prostředek spojený s druhým válcem (14) pro připouštění paliva a vzduchu do druhého válce (14) během sání, přičemž uvedený vstupní prostředek obsahuje první přístupový prostředek, zejména sací kanál (33), otevírající se do druhého válce

    -13CZ 287954 B6 (14) a první ventilový prostředek, zejména sací ventil (31), pro řízení přístupového prostředku, zejména sacího kanálu (33).
12. 12. Spalovací motor podle nároku 11, vyznačující se tím,že první palivový zdroj (34) je nízkotlaký vstřikovač paliva, krytý prvním ventilovým prostředkem, zejména sacím ventilem (31).
13. 13. Spalovací motor podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že první přístupový prostředek, zejména sací kanál (33), slouží jak jako sací, tak i jako výfukový otvor pro druhý válec (14).
14. 14. Spalovací motor podle nároku 11 nebo 12, vyznačující se tím, že vstupní prostředek dále obsahuje druhý přístupový prostředek, zejména výfukový kanál (151), tvořící výfukový prostředek pro druhý válec (14), a druhý ventilový prostředek, zejména výfukový ventil (150), pro řízení druhého přístupového prostředku, zejména výfukového kanálu (151).
15. 15. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že spalovací motor má výfukový prostředek spojený s druhým válcem (14) pro odvedení výfukových plynů z druhého válce (14), přičemž tento výfukový prostředek obsahuje výfukový prostředek, zejména výfukový kanál (151) otevírající se do druhého válce (14) a výfukový ventilový prostředek, zejména výfukový ventil (150), pro řízení výfukového prostředku, zejména výfukového kanálu (151), přičemž uvedeným prvním palivovým zdrojem (34) je vstřikovač paliva pro přímý vstřik paliva do druhého válce (14).
16. 16. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků 12ažl5, vyznačující se tím, že výfukový prostředek, zejména výfukový kanál (151) je spojen se sacím prostředkem (24, 25) vzduchu k zajištění recirkulace výfukového plynu.
17. 17. Spalovací prostředek podle kteréhokoliv z nároků lažlO, vyznačující se tím, že sací prostředek (24, 25) vzduchu prvního válce (12) tvoří zároveň výhradní sací prostředek pro druhý válec (14) a výfukový prostředek (26, 27) prvního válce (12) tvoří zároveň výhradní výfukový prostředek pro druhý válec (14), a prvním palivovým zdrojem (34) je vstřikovač paliva pro přívod paliva přímo do druhého válce (14).
18. 18. Spalovací motor podle nároku 13, vyznačující se tím, že první přístupový prostředek, zejména sací kanál (33), je spojen s komorou (1000).
19. 19. Spalovací motor podle nároku 18, vyznačující se tím, že komora (1000) má proměnlivý objem.
20. 20. Spalovací motor podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že komora (1000) je spojena se sacím prostředkem (24, 25) vzduchu prostřednictvím ventilu (1010) pro řízení tlaku plynu v komoře (1000).
21. 21. Spalovací motor podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že komora (1000) je spojena s atmosférou prostřednictvím ventilu (1001) a ventilátoru nebo dmychadla (1002) pro řízení tlaku plynu v komoře (1000).
22. 22. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků 1, 2, 5 až 10, 15 až 17, vyznačující se tím, že prvním palivovým zdrojem (34) je vysokotlakový vstřikovač paliva, umístěný ve stěně (14a) druhého válce (14), pro dodávku paliva přímo do druhého válce (14) jak nad, tak i pod hlavu (35) druhého pístu (18).

    - 14CZ 287954 B6
23. 23. Spalovací motor podle kteréhokoliv z nároků 1, 2, 5 až 20, vyznačující se tím, že ve vzduchovém vstupu (25) prvního válce (12) jsou umístěny druhý palivový zdroj (82) a škrticí klapka (83) pro zajištění jiskrou zápalné směsi palivo/vzduch, aby mohl motor pracovat v konvenčním zážehovém módu.
24. 24. Způsob provozu spalovacího motoru podle kteréhokoliv z nároků 1 až 23, vyznačující se tím, že způsob obsahuje přivedení prvního předem určeného množství paliva do druhého válce (14) během sacího a/nebo kompresního zdvihu motoru, a uvolnění zápalné energie do spalovacího prostoru (20) po zahájení pronikání a před jeho dokončením

    10 k zapálení části paliva postupující do spalovacího prostoru (20) a tím i ke zvýšení teploty a tlaku ve spalovacím prostoru (20) na úrovně dostatečné k zapálení zbytku paliva vznícením způsobeným kompresí.