PL179846B1 - Termodynamiczny zawór ssacy PL PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. TERMODYNAMICZNY ZAWÓR SSACY DO REGULOWANIA PRZEPLYWU MIESZANKI PALIWO- WEJ I POWIETRZA Z GAZNIKA DO SKRZYNI KORBOWEJ SILNIKA DWUSUWOWEGO UMIESZCZONY POMIE- DZY GAZNIKIEM I SKRZYNIA KORBOWA, SKLADAJACY SIE Z USZCZELNIONEGO KORPUSU, TULEI, KTÓREJ KO- NIEC SCIETY UPRZEDNIO POD OKRESLONYM NACHY- LENIEM UMIESZCZONY JEST W KORPUSIE ORAZ SCIANKI UMOCOWANEJ JEDNYM BRZEGIEM ZA PO- MOCA ZAWIASU A PRZECIWLEGLYM BRZEGIEM ZA- MYKAJACEJ SWIATLO TULEI, ZNAMIENNY TYM, ZE MA SCIANKE (10) Z FERROMAGNETYCZNEGO MATE- RIALU ORAZ STALY MAGNES UMIESZCZONY NA KOR- PUSIE (4) W POBLIZU SCIANKI (10). PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest termodynamiczny zawór ssący do kontrolowania i regulowania przepływu mieszanki paliwowej i powietrza z gaźnika do skrzynki korbowej silnika dwusuwowego stosowanego w przemyśle maszynowym i samochodowym.

W znanych obecnie silnikach dwusuwowych tłok otwiera i zamyka otwór wlotowy i w związku z tym przepływ mieszanki jest symetryczny względem dwóch pozycji zwrotnych. Kąt miedzy początkiem otwarcia otworu wlotowego i pozycją powrotną tłoka jest równy kątowi pomiędzy pozycją powrotną i końcem zamknięcia otworu wlotowego.

W typowych silnika dwusuwowych pełny kąt otwarcia otworu wlotowego zawiera się między 100° i 110° wałka rozrządu, połowa kąta odpowiada ruchowi tłoka w jego skrajne położenie a druga połowa jego powrotowi do pozycji wyjściowej.

Stwierdzono, że symetryczna kontrola przepływu paliwa do skrzyni korbowej nie jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ otwór wlotowy powinien otwierać się znacznie wcześniej i zamykać później a jest to niemożliwe przy tradycyjnej funkcji tłoka.

W celu usunięcia tej niedogodności zastosowano rozwiązanie z obrotowym zaworem przepustnicy zamontowanej na wałku rozrządu, w którym cyrkulacja gazu jest niezależna od ruchów tłoka. Zawór ten pozwala na symetryczny wpływ paliwa do skrzyni korbowej, w momencie kiedy jest on otwierany i zamykany przez obrotową płytkę. Płytka ta jest wycięta odpowiednio do kąta odpowiadającego kątowi otwarcia otworu wlotowego a wpływ paliwa do skrzynki korbowej zależy od wielkości otworu wlotowego.

Inne znane rozwiązania pozwalają na automatyczne kontrolowanie wpływu paliwa przez zmianę ciśnienia w skrzyni korbowej. W tym celu zastosowano zawory płytkowe składające się ze sprężynujących płytek połączonych równolegle ze sobą. Odpowiednio do ciśnienia w skrzyni korbowej płytki te uchylająsię proporcjonalnie do wielkości podciśnienia, co pozwala na dopływ paliwa. W momencie wyrównania się ciśnienia płytki zamykającej zawór ssący i uniemożliwiają cofanie się paliwa.

System tego rodzaju opiera się na mechanicznej kontroli dopływu paliwa do skrzyni korbowej a ponadto, w przypadku zastosowania płytek obrotowych, konstrukcja silnika jest skomplikowana co podraża koszty produkcji.

Inną niedogodnością takich systemów jest to, że dokładność ich pracy jest zagwarantowana tylko wówczas, jeśli liczba obrotów na minutę wałka rozrządu jest ściśle określona, co prakty179 846 cznie jest nie do osiągnięcia; dlatego systemy takie praktycznie nie stosuje się w silnikach stosowanych do wyścigów na torze czy silnikach rajdowych.

W przypadku zaworów płytkowych jakość ich pracy i objętość zależy od materiału z którego są wykonane, ale w związku z tym, że płytki te są zamocowane w sposób sztywny, nie wytrzymują one długotrwałego naprężenia, ulęgają deformacji i zużyciu, co powoduje awarie i w konsekwencji konieczność częstych wymian.

Ponadto w związku z wewnętrznymi reakcjami, zastosowanie płytek uniemożliwia powolny dopływ paliwa w takim stopniu, przy którym powiększający się opór płytek nie pozwala na dopływ paliwa w momencie, kiedy jest to najbardziej pożądane.

Powyższe rozwiązania wykazują ponadto inne wady, takie jak nierozwiązany problem ekonomicznego zużycia paliwa i wysoki stopień zanieczyszczenia środowiska spowodowanego przez silniki dwusuwowe. Zanieczyszczenie wywoływane przez silniki dwusuwowe spowodowane jest tymczasem przez nieodpowiednie zasilanie paliwem silnika w cyklu pracy. Komora spalania jest zalewana bowiem paliwem, które nie może być całkowicie zużyte, to znaczy spalone, w trakcie tylko dwóch suwów cyklu.

W opisie patentowym USA nr 4,356,798 ujawniono zawór ssący do kontrolowania przepływu mieszaniny paliwa i powietrza z gaźnika do skrzyni korbowej silnika dwusuwowego. Zawór wraz z wstawionymi uszczelkami umieszczony jest w uchwytach pomiędzy gaźnikiem i skrzynią korbową i składa się z korpusu, tulei, której koniec jest umieszczony w korpusie i jest ścięty zgodnie z określonym uprzednio nachyleniem. Ponadto w korpusie zaworu umieszczona jest płytka, która z jednego końca jest zawieszona a drugim końcem zamyka tuleję.

Z opisu patentowego USA nr 5,390,633 znany jest ssący zawór termodynamiczny zawierający tuleję, koniec której umieszczony jest wewnątrz korpusu połączonego z wałem korbowym. Koniec tulei jest ścięty zgodnie z wcześniej określonym nachyleniem i obejmuje zawieszoną na jednym końcu płytkę zdolną do zamykania końca tulei.

Celem niniejszego wynalazku jest wyeliminowanie niekorzystnych cech i wad dotychczasowych rozwiązań dzięki zastosowaniu termodynamicznego zaworu ssącego, który, zastosowany w silnikach dwusuwowych, zapewnia dopływ odpowiedniej ilości paliwa do spalenia a przez to podwyższa szacunkowąmoc o około 50% i obniża szacunkowe zużycie paliwa o około 50%.

Termodynamiczny zawór ssący według wynalazku do regulowania przepływu mieszanki paliwowej i powietrza z gaźnika do skrzyni korbowej silnika dwusuwowego umieszczonego przy pomocy złącz pomiędzy gaźnikiem i skrzynią korbową składa się z uszczelnionego korpusu tulei, której koniec ścięty uprzednio pod określonym nachyleniem umieszczony jest w korpusie, oraz ścianki umocowanej jednym końcem za pomocą zawiasu a przeciwległym brzegiem zamykającej koniec tulei. Zawór ma stały magnes umieszczony na korpusie w pobliżu ścianki a ścianka wykonanajest z ferromagnetycznego materiału. Korzystnym rozwiązaniem według wynalazku jest umieszczenie obciążenia na końcu ścianki przeciwległym do zawiasu. Odpowiednio wyprofilowana ścianka zamyka przekrój tulei i działa na zasadzie dyszy, która zapewnia zmienny stopień otwarcia szczeliny do przepływu mieszanki paliwowej. Ponadto zawór według wynalazku może zawierać elastyczny zderzak, na końcu którego umieszczony jest element sprężysty, np. sprężyna, zdolna do tłumienia uderzeń wykonywanych przez ściankę. W momencie otwarcia ścianki, ta ostatnia zostaje pchnięta w stronę zderzaka, odbija się od niej i przyjmuje pozycję zamkniętą zamykając tym samym przepływ mieszaniny paliwowej. Natomiast podczas suwu powrotnego ścianka natrafia na strumień paliwa, które płynie przez dyszę wywierając ciśnienie.

Przepływ mieszanki paliwowej jako przepływ diasoniczny zależy od szybkości obrotowej wałka rozrządu. F akt ten nie pozwala na oddzielanie się strumienia przepływowego od ścianek przewodu ssącego. Powyższe zjawisko zapobiega powstawaniu zawirowania i strumień przepływowy gazu opuszczający zawór ekspanduje uniemożliwiając cofanie się paliwa podczas pełnego obrotu wałka rozrządu.

Zgodnie z wynalazkiem, strumień przepływowy przepuszczany do skrzyni korbowej przez ściankę ma charakter wibracyjny (zgodnie z kinetyczną teorią gazu).

179 846

Powyższy proces ma miejsce podczas jednego obrotu wałka rozrządu. Ścianka, która zamyka ukośną dyszę o zmiennym stopniu otwarcia szczeliny dzieli wpływające do skrzyni korbowej paliwo na porcje i w ten sposób w trakcie każdego suwu zasysającego tłoka ma miejsce kilka cykli zasilania (w zależności od pojemności silnika od dwóch do dziesięciu lub więcej), każdy następny cykl ma miejsce na wyższym poziomie energetycznym niż poprzedni (zjawisko katapulty).

Zawór ssący według wynalazku stosując się do praw termodynamiki wpływa bezpośrednio na efektywność silnika dwusuwowego. Wykonane testy aplikacyjne wykazały, biorąc pod uwagę zużycie paliwa, oszczędność paliwa do 50% i porównywalny wzrost mocy.

Stwierdzono również, że czas życia silnika wzrasta, przeciwnie do oczekiwań wywołanych efektem słabego smarowania spowodowanego zredukowaniem dopływu paliwa.

Powyższe zjawisko majednak miejsce dzięki lepszemu usuwaniu pozostałości po spalaniu a także, dzięki intensywnemu wewnętrznemu chłodzeniu uzyskanemu dzięki elastycznemu sprężeniu mieszanki, która zachowuje się wówczas podobnie do cieczy w chłodnicach Linde'go.

Dlatego też silnik dwusuwowy zaopatrzony w zawór według wynalazku nie przegrzewa się nawet w warunkach wysokich temperatur otoczenia i w sytuacji pełnego obciążenia, nie występuje nawet zjawisko samozapłonu; poza tym nie obserwuje się żadnych poważnych defektów mostka na elektrodach świec zapłonowych, co jest tak typowe dla silników dwusuwowych.

Przedmiot wynalazku nie ograniczając jego istoty został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 - przedstawia schematycznie zawór ssący w przekroju bocznym; fig. 2 - przedstawia zawór ssący w przekroju poziomym wzdłuż linii A-A.

Przedstawiony na rysunku termodynamiczny zawór ssący dla silników dwusuwowych według wynalazku umieszczony jest między złączem 1 cylindra lub skrzyni korbowej i złączem 7 gaźnika i odpowiednio uszczelniony za pomocą uszczelek 8 i 12. Zawór składa się z korpusu 4, w którym znajduje się ukośna tuleja 11 wyposażona w szczelinę lub przewężenie oraz ruchoma ścianka 10 wykonana z ferromagnetycznego materiału. Na korpusie umieszczony jest stały magnes (nie pokazany na rysunku). Magnes taki działa siłą przyciągającą na ściankę 10, wymuszając na niej pozycję zamkniętą.

Jak pokazano na figurze 1 ścianka 10 jest zamocowana na zawiasie 5 ponad szczeliną tulei 11 oraz jest nachylona pod uprzednio określonym kątem, przykładowo pod kątem 45 stopni, tworząc dyszę o zmiennym stopniu otwarcia szczeliny. Przy końcu ścianki 10 przeciwległym do zawiasowego umocowania znajduje się obciążenie 9, którego wielkość zależy od technicznej charakterystyki silnika.

Pomiędzy korpusem 4 a tuleją 11 umieszczona jest uszczelka 6 wzdłuż krawędzi korpusu. Wewnątrz korpusu 4 jest zamocowany element ograniczający ruch ścianki 10, którym jest elastyczny zderzak 2 w postaci tulei gwintowanej na całej długości dla regulowania jej pozycji oraz element sprężysty 3 umieszczony na brzegu zderzaka, przykładowo w postaci sprężyny spełniającej dwa zadania, amortyzacji uderzeń ścianki 10, kiedy ta jest całkowicie otwarta, i po drugie, wywierania ciśnienia na samą ściankę 10 wymuszając jej pozycję zamkniętą.

Zawórjest zamocowany do korpusu silnika i do gaźnika przy pomocy śrub 13 (patrz fig. 2).

Zawór ssący według wynalazku pozwala na osiągnięcie wszystkich korzyści opisanych powyżej w takim stopniu, w jakim może być on dopasowany do każdego typu silnika dwusuwowego, co jest zależne od wielkości maksymalnej szczeliny uzyskiwanej za sprawą zderzaka 2.

W rezultacie uzyskuje się idealne napełnienie paliwem skrzyni korbowej.

Zastosowany według wynalazku stały magnes wymusza na ściance 10 pozycję zamkniętą, co tłumi drgania i ułatwia powrót ścianki do poprzedniej pozycji po uderzeniu o zderzak 2.

Ponadto, w tej sytuacji, potencjał pola magnetycznego, prócz wywołania efektów działania mechanicznego na ściankę, działa również elektrostatycznie na strukturę chemiczną i fizyczną strumienia mieszanki paliwowej, ponieważ na krawędzi ściany wibrującej w polu magnetycznym indukowane jest silne pole elektrostatyczne.

Pole takie wywołuje efekt przyspieszenia elektronów, które uderzając o cząstki powietrza w mieszance paliwowej, powodują powstanie dodatkowej ilości naładowanych cząstek, a wtedy,

179 846 główny ładunek na krawędzi ścianki przyciąga część tych cząstek, które, będąc naładowane przeciwnie, neutralizują ładunek na krawędzi ścianki.

I przeciwnie, cząstki o tym samym ładunkujak ładunek na krawędzi ścianki są odpychane a same niosąc część mieszanki tworzą swoisty przepływ elektryczny.

Jednocześnie, indukowane pole magnetyczne na krawędzi ścianki ma przeciwny znak w stosunku do inkukowanego pola między elektrodami świecy, co wytwarza iskrę w cząstkach zjonizowanych przez gaz.

Przeciwne ładunki pola wywołują przeciąganie i maksymalną kondensację cząstek paliwa wokół elektrod świecy albo przed momentem powstania iskry lub w trakcie zapłonu iskry, co prowadzi do oszczędnego zużycia paliwa i wzrostu mocy silnika.

W tym samym czasie, swoista bezwładność cząstek paliwa względem sił elektrostatycznych wywołuje eliminację części ładunków elektrycznych, co redukuje ich napięcie powierzchniowe i podwyższa współczynnik dyfuzji w ten sposób skrócony zostaje czas spalania oraz podwyższa się intensywność spalania.

179 846

2 3 4 5 6 7

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Termodynamiczny zawór ssący do regulowania przepływu mieszanki paliwowej i powietrza z gaźnika do skrzyni korbowej silnika dwusuwowego umieszczony pomiędzy gażnikicm i skrzynią korbową, składający się z uszczelnionego korpusu, tulei, której koniec ścięty uprzednio pod określonym nachyleniem umieszczonyjest w korpusie oraz ścianki umocowanej jednym brzegiem za pomocą zawiasu a przeciwległym brzegiem zamykającej światło tulei, znamienny tym, że ma ściankę (10) z ferromagnetycznego materiału oraz stały magnes umieszczony na korpusie (4) w pobliżu ścianki (10).
2. 2. Termodynamiczny zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka (10) ma obciążenie (9) umieszczone na jej końcu przeciwległym do zawiasu (5).
3. 3. Termodynamiczny zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera elastyczny zderzak (2).
4. 4. Termodynamiczny zawór według zastrz. 3, znamienny tym, że na końcu elastycznego zderzaka (2) umieszczony jest element sprężysty (3), korzystnie sprężyna.