SK281424B6 - Termodynamický nasávací ventil - Google Patents

Abstract

Nasávací termodynamický ventil schopný riadiť tok palivovej zmesi a vzduchu z karburátora do kľukovej skrine dvojtaktného motora pozostáva z dutého tela (4) umiestneného medzi prípojom (1) kľukovej skrine a prípojom (7) karburátora a z príslušne umiestnených tesnení (8, 12). Ventil obsahuje puzdro (11), ktorého koniec je umiestnený vnútri tela (4) a je zrezaný pod dopredu daným sklonom( ďalej obsahuje stenu (10), ktorá je jedným koncom zavesená a je schopná tento koniec uzavrieť.ŕ

Description

Vynález sa týka termodynamického nasávacieho ventilu. Presnejšie, tento vynález sa týka termodynamického nasávacieho ventilu riadiaceho a regulujúceho tok paliva do karburátora a do kľukovej skrine dvojtaktného motora.

Doterajší stav techniky

Pri známych dvojtaktných motoroch piest otvára a zatvára nasávací kanál; teda riadenie toku zmesi je symetrické vzhľadom na dve vratné polohy. Uhol medzi začiatkom otvárania nasávacieho kanála a vratnou polohou piesta sa rovná uhlu medzi vratnou polohou a koncom uzavierania nasávacieho kanála.

Pri bežných dvojtaktných motoroch je celý uhol otvorenia nasávacieho kanála medzi 100° až 110° otáčania vačkového hriadeľa; polovica uhla zodpovedá otočeniu piesta vonkajším smerom a druhá polovica zodpovedá návratu piesta. Zistilo sa, že symetrické riadenie toku paliva do kľukovej skrine nie je dobré riešenie, pretože nasávací kanál sa musí otvoriť omnoho skôr a uzavrieť neskôr, a to pri tradičných polohách piesta nie je možné.

Na vylúčenie tohto nedostatku sa prijalo riešenie, podľa ktorého cirkulácia plynu nie je závislá od pohybov piesta s rotačným škrtiacim ventilom umiestneným na vačkovom hriadeli. Tento ventil umožňuje symetrický prítok paliva do kľukovej skrine otváranej a uzavieranej rotačnou doštičkou. Táto doštička je zrezaná podľa uhla otvorenia nasávacieho kanála a prítok paliva do kľukovej skrine je závislý od veľkosti nasávacieho kanála.

Iné známe riešenia umožňujú automatické riadenie prítoku paliva zmenou tlaku v kľukovej skrini. Na tento účel sa používajú tanierové ventily pozostávajúce z paralelne spojených pražiacich tanierov. Vplyvom tlaku v kľukovej skrini sa tieto taniere vzdialia úmerne k hodnote podtlaku, ktorý dovolí prítok paliva. Len čo sa dosiahne vyrovnanie tlakov, taniere uzavrú nasávací kanál a nedovolia, aby sa palivo vrátilo. Systém tohto druhu je založený na spôsobe mechanického riadenia prítoku paliva do kľukovej skrine a ak sa použijú rotačné taniere, je konštrukcia motora komplikovaná, čím sa zvyšujú výrobné náklady.

Iná nevýhoda týchto systémov spočíva v tom, že k ich presnej funkcii dochádza, len ak je presne špecifikovaná hodnota ot/min. vačkového hriadeľa a tým sú v skutočnosti nepoužiteľné; preto tieto systémy nie sú prakticky použité v cestných pretekárskych motoroch a v rely motoroch. V prípade, že sa použijú tanierové ventily, ich funkcia a výkon závisí od materiálov, z ktorých sú vyrobené. Aj keď sa uváži to, že taniere sú uložené pevne, nevydržia dlhodobé namáhanie, deformujú a opotrebia sa, čo spôsobí poruchy, ktoré vyžadujú časté výmeny. Okrem toho, činnosť tanierov znemožňuje, vplyvom vnútorných reakcií, pomalý prítok paliva do takej miery, že zvyšujúci sa odpor tanierov nedovolí prítok paliva, keď je to najviac potrebné.

Uvedené riešenia majú iné nevýhody, ako napríklad nevyriešený problém neekonomickej spotreby paliva a vysokého stupňa zamorenia ovzdušia spôsobeného dvojtaktnými motormi. Zamorenie spôsobené dvojtaktnými motormi je ale všeobecne zavinené chybným prívodom paliva počas pracovného cyklu.

V skutočnosti spaľovacia komora je preplnená palivom, ktoré sa nemôže spotrebovať, t. j. spáliť, počas len dvoch zdvihov cyklu. Vplyvom uvedeného sa v poslednom čase používanie dvojtaktných motorov značne obmedzilo, na priek ich nákladovo výhodnej konštrukcii a ekonomickej prevádzke.

US-A-4 356 798 opisuje nasávací termodynamický ventil schopný riadiť tok palivovej zmesi a vzduchu z karburátora do kľukovej skrine dvojtaktného motora. Ventil pozostáva zdutého tela vhodného na umiestnenie medzi miesto pripojenia kľukovej skrine a miesto pripojenia na karburátore, s vhodne umiestneným tesnením, s puzdrom, ktorého koniec je umiestnený v tomto tele a zrezaný podľa vopred daného sklonu a obsahujúcim stenu, ktorá je jedným koncom zavesená aje schopná tento koniec uzavrieť.

US-A-5 390 633 opisuje usporiadanie nasávacieho termodynamického ventilu medzi kľukovú skriňu motora a karburátorom a opisuje puzdro, ktorého koniec je umiestnený vnútri prítokového tela kľukovej skrine aje zrezaný v dopredu danom sklone a obsahujúci stenu, ktorá je jedným koncom zavesená aje schopná tento koniec uzavrieť.

DE-A-3 741 880 navrhuje ventil v ktorom je jedna stena vytvorená z feromagnetického materiálu a na tele ventilu je upevnený elektromagnet. V tomto prípade je príťažlivá sila použitá na otváranie ventilu a v žiadnom prípade nie na vrátenie steny do uzavieracej polohy, ako je opísané v predloženom vynáleze.

Podstata vynálezu

Cieľom vynálezu je odstrániť uvedené nevýhody a nedostatky a vytvoriť termodynamický nasávací ventil umožňujúci, v prípade použitia v dvojtaktných motoroch, spálenie špecifického požadovaného množstva paliva, čo spôsobí zvýšenie výkonu asi o 50 % a zníženie spaľovania asi o 50 %. Docieli sa to ventilom, ktorého charakteristiky sú opísané v hlavnom nároku. Vedľajšie nároky opisujú výhodné uskutočnenia vynálezu.

Navrhované riešenie vynálezu je založené na termodynamických zákonoch (H. Faltin, „Technická termodynamika“, Berlín 1961, W. R. Grundlach, „Úvod do technickej termodynamiky“, Ziirich 1947, A. Halí, E. Ibele, „Strojárska termodynamika“, Prentice Halí 1960), má jednoduchú konštrukciu a môže sa všeobecne použiť.

Podľa vynálezu, termodynamický nasávací ventil obsahuje vhodne členenú stenu, ktorá uzaviera puzdro zrezané pod určitým uhlom a pracuje podľa princípu naklonenej Bendemannovej dýzy, ktorá má premenný pomer otvoru (oproti konštantnému pomeru otvoru, ktorý sa môže docieliť napríklad priLavalovej dýze) v závislosti od tlaku v kľukovej skrini. Tým je vylúčené mechanické riadenie prítoku paliva do kľukovej skrine.

Palivo pretekajúce takouto dýzou a premenným pomerom otvoru vytvorí diazvukový tok pri podzvukovej rýchlosti. Následkom toho, pri vstupe prítoku do kľukovej skrine dochádza k dynamickému Rankin-Hugoniotovmu javu a koeficient dekompresie plynu sa nastaví na akýkoľvek podtlak.

Tok palivovej zmesi ako diazvukový tok závisí od počtu otáčok vačkového hriadeľa. Tento fakt nedovolí odtrhnutie toku od stien nasávacieho potrubia. Uvedený jav nedovolí vznik vírenia a tok plynu vychádzajúci z ventilu expanduje a vylučuje návrat paliva počas celého rotačného cyklu vačkového hriadeľa.

Podľa vynálezu, tok paliva dodávaného do kľukovej skrine stenou ventilu je vibračný (zodpovedá to kinetickej teórii plynu). K uvedenému dochádza v pásme otáčania vačkového hriadeľa. Stena, ktorá uzaviera naklonenú dýzu s premenným pomerom otvoru rozdeľuje palivo vtekajúce

SK 281424 Β6 do kľukovej skrine do častí, a tak pri každom zdvihu nasávajúceho piesta dôjde k niekoľkým prívodným cyklom (od dvoch do desiatich alebo viac v závislosti od obsahu motora), pri každom nasledovnom cykle vzniká energetická hladina vyššia vzhľadom na predchádzajúci cyklus (katapultovýjav).

Tieto cykly, ktoré rozdeľujú nasávací pohyb piesta do viacej častí, sa môžu vysvetliť fyzikálnymi zákonmi v okamihu, keď podtlak v kľukovej skrini dosiahne hodnotu vyššiu než zotrvačná hmota kmitajúcej steny, stena sa otvorí a palivová zmes sa vstrekne do kľukovej skrine.

Podľa vynálezu, kmitavý pohyb steny je obmedzený vhodným tlmičom umiestneným v puzdre ventilu, tento tlmič je vybavený pružnými prostriedkami na tlmenie nárazov spôsobených stenou. Potom, pri otvorení steny, sa stena posunie k tlmiču, odrazí sa od neho len čo dôjde do uzavretej polohy a dočasne preruší tok palivovej zmesi. Ale počas vratného zdvihu sa stena dostane do toku paliva vychádzajúceho z dýzy podľa Coulombovho zákona a vyvíja tlak na tok samotný.

V praxi sa môže stať, že sa stena uzaviera postupne, a teda podľa Bemoulliovho zákona sa tok palivovej zmesi zrýchľuje a pritom sa znižuje tlak; tento jav, ku ktorému dôjde počas celej periódy otáčania vačkového hriadeľa vo vratnom kompresnom režime pokračuje až do úplného uzavretia steny. V tomto okamihu podtlak v kľukovej skrini prevýši silu, ktorá drží stenu na mieste a stena sa opäť otvorí a začne nový cyklus. Podľa základnej charakteristiky vynálezu, spätný pohyb steny je umožnený pôsobením permanentného magnetu, ktorého sila ťahá stenu do uzavretej polohy. Nasávací ventil podľa vynálezu, využívajúci termodynamické zákony, priamo ovplyvňuje činnosť dvojtaktného motora.

Skúšky uskutočnené prihlasovateľom preukázali až 50 % úsporu paliva, pokiaľ sa týka spotreby paliva, a porovnateľné zvýšenie výkonu. Rovnako sa zistilo, že stúpne životnosť motora na rozdiel od toho, čo sa môže očakávať vzhľadom na obmedzené mazanie spôsobené zníženým prítokom palivovej zmesi.

Uvedená skutočnosť nastane, pretože sa zlepší odstraňovanie zvyškov spaľovania práve tak, ako intenzita vnútorného chladenia vďaka pružnému duseniu zmesi, ktorá sa správa rovnako ako kvapaliny v Lindeho chladičoch. Teda dvojtaktný motor vybavený ventilom podľa vynálezu sa neprehrieva ani pri vysokých okolitých teplotách a pri úplnom zaťažení a nedochádza ani k samozápalu; okrem toho, nedochádza k vážnym chybám mostíka v elektródach zapaľovacích sviečok, ktoré sú pri dvojtaktných motoroch typické. Nakoniec, je zrejmý značný vzrast pružnosti motora.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalšie črty a výhody vynálezu budú zrejmé pri čítaní nasledujúceho opisu, ktorý je uvedený ako neobmedzujúci príklad, s odvolaním sa na obrázky v pripojených výkresoch, kde obr. 1 znázorňuje schematický bočný pohľad na nasávací ventil podľa vynálezu, obr. 2 znázorňuje pôdorysný rez uskutočnený podľa čiary A-A, ventilom podľa obr. 1.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obrázkoch, termodynamický nasávací ventil na dvojtaktný motor podľa vynálezu obsahuje telo 4, v ktorom je usadené naklonené puzdro vybavené dýzou alebo kŕč kom 11, telo je vsadené medzi prípoj 1 valca alebo kľukovej skrine a prípoj 7 karburátora s vloženým príslušným tesnením 8 a 12.

Stena 10, sklonená pod vopred daným uhlom je upevnená nad kŕčkom 11; táto stena 10 je pohyblivá okolo osi danej dvojicou čapov 5.

Okrem toho, na konci steny 10, ktorý je v určitej vzdialenosti od čapov 5, je závažie 9 zvolené v závislosti od technickej charakteristiky motora.

Ako je znázornené na obr. 1, stena 10 je uložená a naklonená pod vopred daným uhlom, napríklad je uložená približne pod uhlom 45 stupňov a tvorí Bendemannovu dýzu s premenným pomerom otvoru. Medzi telom 4 a kŕčkom 11 pozdĺž hrany tela 4 je uložené tesnenie 6.

Podľa vynálezu je vnútri tela 4 uložený teleskopický tlmiaci prvok 2; tento tlmiaci prvok pozostáva z objímky vybavenej po celej dĺžke závitom, aby bolo možné regulovať jej polohu a na svojom konci má pružný prostriedok 3, napríklad pružinu plniacu dvojitú funkciu tlmenia nárazu steny 10, keď sa stena úplne otvorí a druhú funkciu vytvárania tlaku na tú istú stenu 10 a tlačiť ju do jej uzavretej polohy.

Nakoniec, ventil je pripevnený k telu motora a ku karburátoru pomocou skrutiek 13 (pozri obr. 2).

Nasávací ventil tohto typu umožní dosiahnutie všetkých opísaných výhod do takej miery, do akej je ventil ľahko nastaviteľný na akýkoľvek typ dvojtaktného motora, vďaka maximálnemu otvoru nastaviteľnému pomocou tlmiaceho prvku 2. Následkom toho sa môže dosiahnuť ideálne plnenie kľukovej skrine palivom.

Podľa základnej charakteristiky vynálezu je stena 10 vyrobená z feromagnetického materiálu a pod telom 4 ventilu je vložený permanentný magnet (na obrázkoch neznázomený). Tento magnet vytvára permanentnú príťažlivú silu na stenu 10 a priťahuje ju do uzavretej polohy, tlmí vibrácie a zosilňuje návrat steny po náraze na tlmič. Okrem toho, potenciál použitého magnetického poľa okrem mechanického účinku na stenu, pôsobí rovnako elektrostaticky na chemickú a fyzickú štruktúru toku palivovej zmesi, keďže v hrane steny, ktorá vibruje v magnetickom poli, je indukované silné elektrostatické pole.

Toto pole má zrýchľujúci účinok na elektróny, ktoré pri náraze na častice vzduchu v palivovej zmesi uvoľnia viac nabitých častíc, ktoré neutralizujú náboj na hrane steny, keďže majú opačné znamienko. Naopak, častice rovnakého znamienka, aké majú častice v náboji na hrane steny, sú odhodené a nesú so sebou časť zmesi, čím tvoria elektrické prúdenie. Súčasne, elektrostatické pole indukované na hrane steny má opačné znamienko vzhľadom na pole indukované medzi elektródami zapaľovacej sviečky, ktorú v časticiach ionizovaných plynom vytvára iskru.

Opačné náboje polí potom spôsobia elektrostatickú príťažlivosť a maximálnu kondenzáciu nabitých častíc paliva okolo elektród zapaľovacej sviečky buď pred vytvorením iskry alebo počas zápalu iskrou, čo ovplyvňuje ekonomickú spotrebu paliva a zvyšuje výkon motora. Medzitým, zotrvačnosť častíc paliva vzhľadom na elektrostatické sily spôsobí zrušenie časti elektrických nábojov, čím sa zníži povrchová sila a zvýši sa koeficient difúzie; tým sa skráti čas spaľovania a intenzita spaľovania sa zvýši.

Priemyselná využiteľnosť

Vynález má využitie v mechanickom a automobilovom priemysle.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Termodynamický nasávací ventil schopný riadiť tok palivovej zmesi a vzduchu z karburátora do kľukovej skrine dvojtaktného motora, pozostávajúci z dutého tela (4) umiestneného medzi prípojom (1) kľukovej skrine a prípojom (7) karburátora spolu s príslušným umiestneným tesnením (8, 12), puzdra (11), ktorého koniec je umiestnený vnútri tela (4) zrazený podľa vopred daného sklonu a steny (10), ktorá je jedným koncom zavesená a je schopná uzavrieť spomenutý koniec, vyznačujúci sa tým, že stena (10) je vyrobená z feromagnetického materiálu a tým, že na tele (4) ventilu je uložený permanentný magnet v pásme steny (10), aby na túto stenu mohol vyvíjať príťažlivú silu, ktorá drží stenu (10) v polohe uzavretia puzdra (11).
2. 2. Ventil podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že stena (10) nesie na svojom konci vzdialenom od závesu (5) závažie (9).
3. 3. Ventil podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že ventil obsahuje prostriedky (2, 3) schopné ohraničiť pohyb steny (10) vymedzujúci veľkosť otvoru.
4. 4. Ventil podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že prostriedky (2, 3) obsahujú teleskopický tlmiaci prvok (2), na ktorého konci sú pružné prostriedky výhodne pozostávajúce z pružín, schopné tlmiť náraz vytvorený stenou (10) v priebehu otváracieho pohybu.