SK982010U1 - Operation of six-stroke combustion piston engine - Google Patents

Description

V súčasnosti sa na pohon dopravnej a strojnej techniky v prevažnej miere používajú piestové spaľovacie motory, ktorých spôsob činnosti je založený na 2-taktnom a 4taktnom pracovnom cykle. Na týchto dvoch princípoch pracujú motory zážihové i vznetové. Hlavnou nevýhodou týchto motorov však je ich nízka tepelná účinnosť, čo nepriaznivo ovplyvňuje efektívnosť prevádzky techniky v ktorej sa tieto motory používajú. Nízka tepelná účinnosť je tiež hlavnou príčinou vysokej tvorby škodlivých látok, ako sú CO, CO2, NOx a nespálených uhľovodíkov, produkovaných týmito motormi. Z konštrukčného a principiálneho hľadiska tieto motory už nie je možné zásadne zdokonaliť a teda znížiť nepriaznivý vplyv na efektívnosť prevádzky a životné prostredie.

Uvedené nedostatky motorov s dvojtaktným a štvortaktným pracovným cyklom je možné zmierniť predkladaným riešením spôsobu činnosti piestového spaľovacieho motora.

PODSTATA TECHNICKÉHO RIEŠENIA:

Podstatou technického riešenia je 6-taktný pracovný cyklus piestového spaľovacieho motora s vratným pohybom piestov, ktorý sériovo prebieha v rozdielnych objemoch a priemeroch troch pracovných valcov, funkčne a počtom navzájom závislých. Tento pracovný cyklus spočíva v nútenom preplňovaní pracovných valcov v ktorých dochádza k prvotnému (primárnemu) spaľovaniu palivovej zmesi. Ďalším podstatným znakom tohto pracovného cyklu je, že v ňom prebieha i druhotné (sekundárne) spaľovanie horiacich plynov, po procese prvého pracovného zdvihu (primárnej expanzie), čo sa deje pred procesom druhého pracovného zdvihu (sekundárna expanzia). 6-taktný pracovný cyklus môže byť realizovaný len v motore konštruovanom pre takýto cyklus. Porovnateľný 4-taktný pracovný cyklus, v ktorom pracuje väčšina piestových spaľovacích motorov, prebieha v rovnakých objemoch a priemeroch valcov, funkčne a počtom navzájom nezávislých. 6-taktný pracovný cyklus v procese používa podstatu a výhody 4-taktného pracovného cyklu a zároveň využíva nevýhody tohto cyklu na zvýšenie tepelnej účinnosti motora.

PREHĽAD OBRÁZKOV NA VÝKRESOCH:

Proces 6-taktného pracovného cyklu je znázornený na obrázkoch výkresov 1 až 6. Na obrázkoch sú schematicky znázornené najnutnejšie časti 4-valcového motora, ktorý spĺňa konštrukčné podmienky pre 6-taktný pracovný cyklus. Postavenie pohyblivých častí motora je v začínajúcich a priebežných polohách jednotlivých taktov, počínajúc prvým taktom na obrázku č.l a la, končiac šiestym taktom na obrázku č.6 a 6a, s vyznačením pozície ventilov vo všetkých valcoch pri jednotlivých taktoch. Šípkami je znázornený postup plynov pri jednotlivých taktoch v priebehu jedného pracovného cyklu.

Na výkrese č.7, obr.7 je znázornená schéma technického riešenia 4-valcového motora s 6taktným pracovným cyklom, ktorý v takomto usporiadaní tvorí jeden funkčný celok. Na základe tejto schémy je vysvetľovaný proces 6-taktného pracovného cyklu.

PRÍKLADY USKUTOČNENIA:

6-taktný pracovný cyklus piestového spaľovacieho motora je možné uskutočniť len v motore s vratným pohybom piestov, skonštruovanom pre takýto pracovný cyklus. Hlavné časti a technické riešenie tohto motora sú schematicky znázornené a popísané na výkrese Č.7 obr.7. Tento motor má najmenej štyri valce v zložení; dva valce nízkotlakové 1 a 2, ktoré sú väčšieho priemeru a dva valce vysokotlakové 3 a 4 , ktoré sú menšieho priemeru. Všetky valce sú uzatvorené spoločnou hlavou valcov 22 v ktorej je kanálový systém zodpovedajúci potrebám 6-taktného pracovného cyklu. Kanálový systém obsahuje sací kanál 20 , výfukový kanál 21 a spoločný prepúšťací kanál 19. Uprostred prepúšťacieho kanála 19 je kanálový ventil 18. Sací 20 a výfukový 21 kanál je len v oboch nízkotlakových valcoch 1, 2 v ktorých ich uzatvárajú príslušné ventily. Spoločný prepúšťací kanál 19 spája všetky valce navzájom. V nízkotlakových valcoch 1,2 ho uzatvárajú prepúšťacie ventily 12 , 13 a vo vysokotlakových valcoch 3,4 ho uzatvárajú pracovné ventily 10 , 11, cez ktoré sa tieto valce plnia i vyprázdňujú. Vo vysokotlakových valcoch 3,4 je umiestnené zapaľovacie alebo vstrekovacie 23,24 zariadenie. Vratný pohyb piestov 5, 6, 7, 8 , zabezpečuje klasický kľukový mechanizmus prostredníctvom kľukového hriadeľa 25 a ojníc 9, a je riešený tak, že piesty 7 ,8 nízkotlakových valcov 1 , 2 vykonávajú pohyb vo valcoch súbežne (spolu). Súbežný pohyb vo valcoch vykonávajú i piesty 5 , 6 vo vysokotlakových valcoch 3,4, ale striedavo voči piestom 7, 8 nízkotlakových valcov 1, 2. Štvorvalcové zloženie motora je nutné z dôvodu priebehu 6-taktného pracovného cyklu. Jeden pracovný cyklus, t.j. 6 taktov, sa vykoná počas troch otáčok kľukového hriadeľa 25 a prebieha cez jednotlivé valce v poradí; nízkotlakový -vysokotlakový -nízkotlakový. V druhom vysokotlakovom valci sa koná príslušný takt z druhého sledu pracovného cyklu. Štvorvalcové zloženie motora umožňuje súčinnosť a prekrývanie sa dvoch 6-taktných pracovných cyklov (prvý a druhý sled) v celkovom pracovnom procese motora. Jednotlivé valce tohto motora nie sú schopné samostatnej činnosti, pretože sú funkčne a počtom navzájom závislé. Môže fungovať len ako celok. Ďalší funkčný celok bude tvoriť 8-valcová, 12- valcová, atď. verzia. Tento motor môže byť konštruovaný ako zážihový i vznetový.

Proces jedného 6-taktného pracovného cyklu je znázornený na obrázkoch výkresov 1 až 6 a vzťahuje sa na vznetový motor. Tento pracovný cyklus je v prvom slede a prebieha nasledovne;

1. takt (nasávanie)

Piest 7 nízkotlakového valca 1 pri pohybe z hornej úvrate (ďalej len HÚ) do dolnej úvrate (ďalej len DÚ) nasáva vzduch cez sací kanál 20 a otvorený sací ventil 14 do nízkotlakového valca 1. Po dosiahnutí DÚ sa zatvorí sací ventil 14, otvorí sa prepúšťací ventil 12 a kanálový ventil 18.

V nízkotlakovom valci 2 a vysokotlakovom valci 3 je proces sekundárnej expanzie z predchádzajúceho prvého sledu pracovného cyklu, vo vysokotlakovom valci 4 je proces kompresie z predchádzajúceho druhého sledu pracovného cyklu.

2. takt (predkompresia)

Piest 7 nízkotlakového valca 1 sa pohybuje z DÚ do HÚ a pretláča nasatý vzduch cez spoločný prepúšťací kanál 19, otvorený prepúšťací ventil 12, otvorený kanálový ventil 18 a otvorený pracovný ventil 11, do vysokotlakového valca 3 v ktorom sa piest 6 pohybuje z HÚ do DÚ. Po dosiahnutí DÚ piestom 6 sa kanálový 18 a pracovný ventil 11 zatvorí.

V nízkotlakovom valci 2 je proces výfuku z predchádzajúceho prvého sledu pracovného cyklu, vo vysokotlakovom valci 4 je proces primárnej expanzie z predchádzajúceho druhého sledu pracovného cyklu.

3. takt (kompresia)

Piest 6 vysokotlakového valca 3 sa pohybuje z DÚ do HÚ a stláča pretlačený vzduch, ktorý je už čiastočne stlačený vplyvom rozdielnych objemov nízkotlakového 1 a vysokotlakového 3 valca. Tesne pred dosiahnutím HÚ sa do stlačeného, vplyvom tlaku a zmenšeného objemu zohriateho vzduchu, vstrekne vstrekovacou dýzou 24, vysokým tlakom jemne rozprášené palivo (motorová nafta).

Vo vysokotlakovom valci 4 a nízkotlakovom valci 1 je proces sekundárnej expanzie z predchádzajúceho druhého sledu pracovného cyklu, v nízkotlakovom valci 2 je proces nasávania, čím sa nanovo začína druhý sled pracovného cyklu.

4. takt (primárna expanzia)

Po dosiahnutí HÚ piestom 6 vysokotlakového valca 3, nastáva prvý pracovný zdvih (primárna expanzia), kedy tlak vzniknutý vplyvom zhorenia paliva tlačí na piest 6, ktorý sa pohybuje z HÚ do DÚ.

Vo vysokotlakovom valci 4 a nízkotlakovom valci 2 je proces predkompresie druhého sledu pracovného cyklu, v nízkotlakovom valci 1 je proces výfuku z predchádzajúceho druhého sledu pracovného cyklu.

5. takt (sekundárna expanzia)

Piest 8 nízkotlakového valca 2 sa pohybuje striedavo voči piestu 6 susedného vysokotlakového valca 3. Keď piest 6 dosiahne DÚ v takte primárnej expanzie, piest 8 nízkotlakového valca 2 dosiahne HÚ. Jeho predchádzajúca činnosť bol 2.takt v druhom slede pracovného cyklu predkompresia, to znamená, že pretláčal nasatý vzduch do vysokotlakového valca 4 v druhom slede pracovného cyklu. Tesne pred dosiahnutím HÚ piestom 8 nízkotlakového valca 2 sa zatvorí kanálový ventil 18. Prepúšťací ventil 13 zostáva otvorený. Kompresný priestor valca 2 a priestor prepúšťacieho kanála 19 v tejto polohe obsahuje čiastočne stlačený čistý vzduch. Po otvorení pracovného ventilu 11 sa ešte horúce, prípadne horiace plyny z primárnej expanzie vo vysokotlakovom valci 3 dostanú do styku s čiastočne stlačeným vzduchom susedného nízkotlakového valca 2. Takto pridaný sekundárny vzduch umožní lepšie dohorenie paliva a tým zvýšenie teploty a tlaku plynov. Keďže priemer nízkotlakového valca 2 je väčší ako priemer vysokotlakového valca 3, vykoná sa druhý pracovný zdvih (sekundárna expanzia) v nízkotlakovom valci 2, pri ktorom sa piest 8 pohybuje z HÚ do DÚ. Počas celého zdvihu je pracovný ventil 11 vysokotlakového valca 3 a prepúšťací ventil 13 nízkotlakového valca 2 otvorený, sací 15, výfukový 17 a kanálový 18 ventil sú zatvorené.

V nízkotlakovom valci 1 je proces nasávania, čím sa začína prvý sled pracovného cyklu, vo vysokotlakovom valci 4 je proces kompresie druhého sledu pracovného cyklu.

6.takt (výfuk)

Po vykonaní sekundárnej expanzie v nízkotlakovom valci 2, kedy piest 8 dosiahol DÚ, sa zatvorí prepúšťací ventil 13 a otvorí sa výfukový ventil 17. Pohybom piesta 8 z DÚ do HÚ sa splodiny odvedú cez výfukový ventil 17 do výfukového systému. Po dosiahnutí HÚ sa zatvorí výfukový ventil 17, otvorí sa sací ventil 15, Čím sa začína druhý sled pracovného cyklu.

V nízkotlakovom valci 1 a vysokotlakovom valci 3 je proces predkompresie prvého sledu pracovného cyklu, vo vysokotlakovom valci 4 je proces primárnej expanzie druhého sledu pracovného cyklu.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Spôsob činnosti 6-taktného piestového spaľovacieho motora uskutočňujúci sa v motore s vratným pohybom piestov, ktorý má najmenej 4 pracovné valce v kombinácii; dva valce nízkotlakové(l , 2) väčšieho priemeru a dva valce vysokotlakové(3 , 4) menšieho priemeru, vyznačujúci sa tým, že sa koná v 6-taktnom pracovnom cykle, ktorý prebieha sériovo cez tri pracovné valce v dvoch sledoch, pričom prvý sled pracovného cyklu začína nasávaním do nízkotlakového valca(l), pokračuje predkompresiou, kompresiou a primárnou expanziou vo vysokotlakovom valci(3), končí sekundárnou expanziou a výfukom v nízkotlakovom valci(2), druhý sled pracovného cyklu začína nasávaním do nízkotlakového valca(2), pokračuje predkompresiou, kompresiou a primárnou expanziou vo vysokotlakovom valci(4) a končí sekundárnou expanziou a výfukom v nízkotlakovom valci(l).