Silnik sześciosuwowy

Termin silnik sześciosuwowy został zastosowany do wielu alternatywnych konstrukcji silników spalinowych , które próbują ulepszyć tradycyjne silniki dwusuwowe i czterosuwowe . Deklarowane zalety mogą obejmować zwiększoną oszczędność paliwa , mniejszą złożoność mechaniczną i/lub zmniejszoną emisję . Silniki te można podzielić na dwie grupy w zależności od liczby tłoków, które składają się na sześć suwów.

W konstrukcjach jednotłokowych silnik wychwytuje ciepło tracone z czterosuwowego cyklu Otto lub Diesla i wykorzystuje je do napędzania dodatkowej mocy i suwu wydechu tłoka w tym samym cylindrze, próbując poprawić oszczędność paliwa i / lub wspomagać chłodzenie silnika. Tłoki w tego typu sześciosuwowych silnikach poruszają się w górę iw dół trzy razy dla każdego wtrysku paliwa. Te konstrukcje wykorzystują parę wodną lub powietrze jako płyn roboczy do dodatkowego suwu mocy.

Konstrukcje, w których sześć uderzeń jest określanych przez interakcje między dwoma tłokami, są bardziej zróżnicowane. Tłoki mogą być umieszczone naprzeciwko siebie w jednym cylindrze lub mogą znajdować się w oddzielnych cylindrach. Zwykle jeden cylinder wykonuje dwa suwy, a drugi cztery, co daje sześć ruchów tłoka na cykl. Drugi tłok może zostać użyty do zastąpienia mechanizmu zaworowego konwencjonalnego silnika, co może zmniejszyć złożoność mechaniczną i umożliwić zwiększenie stopnia sprężania poprzez wyeliminowanie gorących punktów, które w innym przypadku ograniczałyby stopień sprężania. Drugi tłok może być również wykorzystany do zwiększenia stopnia rozprężania , oddzielając go od stopnia sprężania. Zwiększenie współczynnika rozszerzalności w ten sposób może zwiększyć sprawność termodynamiczną w sposób podobny do Millera lub Atkinsona .

Siedmiosuwowy silnik

Termin silnik siedmiosuwowy został zastosowany do wielu alternatywnych konstrukcji silników spalinowych , które próbują ulepszyć silniki pięciosuwowe . Deklarowane zalety mogą obejmować zwiększoną oszczędność paliwa , mniejszą złożoność mechaniczną i/lub zmniejszoną emisję . Silniki te można podzielić na dwie grupy w zależności od liczby tłoków, które składają się na sześć suwów. Silniki siedmiosuwowe mają podobne cechy jak pięciosuwowe , ale z dodatkowymi dwusuwami. Silnik siedmiosuwowy jak pracować:

  1. Skok wlotowy
  2. Uderzenie kompresji
  3. Uderzenie mocy
  4. Rozszerzona ekspansja
  5. Suw wydechu
  6. Wlot powietrza
  7. Wylot powietrza

Silnik siedmiosuwowy z trzycylindrowym, podobnie jak pięciosuwowy , z cylindrem HP (wysokiego ciśnienia) i cylindrem LP (niskiego ciśnienia).

Typy silników

Konstrukcje jednotłokowe

Te konstrukcje wykorzystują pojedynczy tłok na cylinder, podobnie jak konwencjonalny silnik dwu- lub czterosuwowy. Wtórny, niedetonujący płyn jest wtryskiwany do komory, a ciepło pozostałe ze spalania powoduje jej rozszerzanie się podczas drugiego suwu zasilania, po którym następuje drugi suw wydechu.

Sześciosuwowy silnik Griffina

Silnik Kerra w Muzeum Silników Anson

W 1883 roku inżynier z Bath , Samuel Griffin, był uznanym producentem silników parowych i gazowych. Chciał wyprodukować silnik spalinowy, ale bez ponoszenia kosztów licencji na Otto . Jego rozwiązaniem było opracowanie „opatentowanego suwaka” i wykorzystującego go sześciosuwowego silnika jednostronnego działania. W 1886 roku szkocki producent lokomotyw parowych Dick, Kerr & Co. widział przyszłość w dużych silnikach olejowych i uzyskał licencję na patenty Griffina. Były to silniki tandemowe dwustronnego działania i sprzedawane pod nazwą „Kilmarnock”. Głównym rynkiem dla silnika Griffin było wytwarzanie energii elektrycznej, gdzie zyskał reputację radośnie działającego światła przez długi czas, a następnie nagle był w stanie pokryć duże zapotrzebowanie na moc. Ich duża, ciężka konstrukcja nie nadawała się do użytku mobilnego, ale były w stanie spalać cięższe i tańsze gatunki ropy. Kluczową zasadą „Griffin Simplex” był podgrzewany zewnętrzny parownik z płaszczem wydechowym, do którego wtryskiwano paliwo. Utrzymywano temperaturę około 550 ° F (288 ° C), wystarczającą do fizycznego odparowania oleju, ale nie do jego chemicznego rozkładu. Ta destylacja frakcyjna wspierała stosowanie ciężkich paliw ropopochodnych, bezużyteczne smoły i asfalty oddzielające się w parowniku. Zastosowano zapłon gorącej żarówki , który Griffin nazwał „zapalnikiem katatermicznym”, małą izolowaną wnęką połączoną z komorą spalania. Wtryskiwacz miał regulowaną dyszę wewnętrzną do dostarczania powietrza, otoczoną pierścieniową obudową dla oleju, przy czym zarówno olej, jak i powietrze wchodziły pod ciśnieniem 20 psi (140 kPa) i były regulowane przez regulator. Griffin zbankrutował w 1923 roku. Przetrwały tylko dwa znane egzemplarze sześciosuwowego silnika Griffina. Jeden znajduje się w Muzeum Silników Anson . Drugi został zbudowany w 1885 roku i przez kilka lat znajdował się w Birmingham Museum of Science and Technology , ale w 2007 roku powrócił do Bath i Muzeum Bath at Work .

Sześciosuwowy silnik firmy Dyer

Leonard Dyer wynalazł sześciosuwowy silnik spalinowy z wtryskiem wody w 1915 roku, bardzo podobny do projektu Crowera (patrz poniżej). Od tego czasu wydano kilkanaście podobnych patentów.

Cechy sześciosuwowego silnika Dyera:

  • Nie wymaga układu chłodzenia
  • Poprawia zużycie paliwa w typowym silniku
  • Wymaga dopływu czystej wody, aby działała jako medium dla drugiego skoku mocy.
  • Wydobywa dodatkową moc z rozprężania pary.

Sześciosuwowy silnik Bajulaz

Sześciosuwowy silnik Bajulaz jest podobny konstrukcyjnie do zwykłego silnika spalinowego, ale zmodyfikowano głowicę cylindrów, dodając dwie dodatkowe komory o stałej pojemności: komorę spalania i komorę wstępnego podgrzewania powietrza nad każdym cylindrem. Komora spalania otrzymuje ładunek ogrzanego powietrza z cylindra; wtrysk paliwa rozpoczyna izochoryczne (o stałej objętości), co zwiększa sprawność cieplną w porównaniu do wypalenia w cylindrze. Osiągnięte wysokie ciśnienie jest następnie uwalniane do cylindra w celu wykonania suwu mocy lub rozprężania. Tymczasem w drugiej komorze, która osłania komorę spalania, zawartość powietrza jest podgrzewana w dużym stopniu przez ciepło przechodzące przez ściankę cylindra. To ogrzane i sprężone powietrze jest następnie wykorzystywane do napędzania dodatkowego skoku tłoka.

Deklarowane zalety silnika obejmują zmniejszenie zużycia paliwa o co najmniej 40%, dwa skoki rozprężania w sześciu skokach, możliwość wykorzystania wielu paliw i radykalną redukcję zanieczyszczenia .

Sześciosuwowy silnik Bajulaz został wynaleziony w 1989 roku przez Rogera Bajulaz z firmy Bajulaz SA z siedzibą w Genewie w Szwajcarii ; ma patent USA 4,809,511 i patent USA 4,513,568 .

Deklarowane cechy sześciosuwowego silnika Bajulaz to:

  • Zmniejszenie zużycia paliwa o co najmniej 40%
  • Dwa pociągnięcia rozszerzające (robocze) w sześciu pociągnięciach
  • Wielopaliwowe, w tym gaz płynny
  • Dramatyczna redukcja zanieczyszczenia powietrza
  • Koszty porównywalne z silnikiem czterosuwowym

Sześciosuwowy silnik Velozeta

W silniku Velozeta świeże powietrze jest wtryskiwane do cylindra podczas suwu wydechu, które rozszerza się pod wpływem ciepła, a tym samym zmusza tłok do dalszego skoku. Usunięto nakładanie się zaworów, a dwa dodatkowe skoki z wtryskiem powietrza zapewniają lepsze odprowadzanie gazów . Silnik wydaje się wykazywać 40% redukcję zużycia paliwa i radykalną redukcję zanieczyszczenia powietrza. Jego stosunek mocy do masy jest nieco mniejszy niż czterosuwowego silnika benzynowego. Silnik może pracować na różnych paliwach, od benzyny i oleju napędowego po LPG . Zmieniony silnik wykazuje 65% redukcję zanieczyszczenia tlenkiem węgla w porównaniu z silnikiem czterosuwowym, z którego został opracowany. Silnik został opracowany w 2005 roku przez zespół studentów inżynierii mechanicznej, U Krishnaraj, Boby Sebastian, Arun Nair i Aaron Joseph George z College of Engineering, Trivandrum .

Silnik sześciosuwowy NIYKADO

Silnik ten został opracowany przez Chanayila Cleetusa Anila z Cochin w Indiach, który opatentował projekt w 2012 roku. Nazwa silnika pochodzi od nazwy jego firmy, NIYKADO Motors. Silnik przeszedł wstępną rundę testów przy pełnej przepustnicy w Automotive Research Association of India w Pune. Wynalazca twierdzi, że ten silnik „jest o 23% bardziej oszczędny w porównaniu z konwencjonalnym silnikiem czterosuwowym” i „bardzo mało zanieczyszczeń”.

Mechanik Anil rozwijał silnik NIYKADO przez ponad 15 lat. Silnik został po raz pierwszy przetestowany w 2004 roku, a Anil złożył wniosek o patent w 2005 roku. Twierdzi, że jego konstrukcja powoduje drastycznie mniej zanieczyszczeń, a zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym może prowadzić do „bezemisyjnej mobilności”.

Funkcjonalność silnika:

Różne uderzenia to:

  1. Skok wlotowy
  2. Uderzenie kompresji
  3. Uderzenie mocy
  4. Suw wydechu
  5. Wlot powietrza
  6. Wylot powietrza

Silnik ma cztery zawory:

  1. Zawór wlotu powietrza i paliwa
  2. Zawór wlotowy tylko dla powietrza
  3. Zawór wydechowy spalania
  4. Zawór wydechowy tylko dla powietrza

Suw dolotowy: W tym suwie tłok przesuwa się z górnego martwego punktu (TDC) do dolnego martwego punktu (BDC). Zawór wlotowy otwiera się i mieszanka paliwowo-powietrzna dostaje się do cylindra.

Skok sprężania: Tłok przesuwa się z BDC do TDC, a wszystkie zawory są zamknięte.

Skok mocy: świeca zapłonowa zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Tłok przesuwa się z TDC do BDC, podczas gdy wszystkie zawory pozostają zamknięte.

Skok wydechu: Tłok przesuwa się z BDC do TDC, podczas gdy zawór wydechowy otwiera się, umożliwiając opuszczenie cylindra przez spaliny.

Skok wlotu powietrza: Zawór wlotu tylko powietrza otwiera się, gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC, zasysając świeże powietrze z atmosfery do cylindra. Powietrze to miesza się z resztkami spalin lub niespalonym paliwem, jednocześnie chłodząc wnętrze cylindra.

Suw wylotu powietrza: Zawór wylotu powietrza otwiera się, gdy tłok przesuwa się z BDC do TDC. Świeże powietrze i większość resztek paliwa i spalin opuszcza cylinder. Anil twierdzi, że tworzy to świeżą atmosferę wewnątrz cylindra przed następnym suwem wlotu powietrza i paliwa, pomaga silnikowi spalić prawie 100% mieszanki paliwowo-powietrznej i zmniejsza szkodliwe emisje (w tym 98% redukcję emisji tlenku węgla) .

Sześciosuwowy silnik Crowera

W sześciosuwowym silniku opracowanym w Stanach Zjednoczonych przez Bruce'a Crowera woda jest wtryskiwana do cylindra po suwie wydechu i natychmiast zamieniana w parę , która rozszerza się i zmusza tłok do opuszczenia dodatkowego suwu mocy. W ten sposób ciepło odpadowe, które w większości silników wymaga układu chłodzenia powietrzem lub wodą, jest wychwytywane i wykorzystywane do napędzania tłoka. Crower oszacował, że jego projekt zmniejszyłby zużycie paliwa o 40%, generując taką samą moc wyjściową przy niższej prędkości obrotowej. Masę związaną z układem chłodzenia można by wyeliminować, ale zrównoważyłoby to zapotrzebowanie na zbiornik wody oprócz normalnego zbiornika paliwa.

Sześciosuwowy silnik Crower był eksperymentalną konstrukcją, która przyciągnęła uwagę mediów w 2006 roku z powodu wywiadu udzielonego przez 75-letniego amerykańskiego wynalazcę , który złożył wniosek o patent na swój projekt. To zgłoszenie patentowe zostało następnie wycofane.

Konstrukcje z przeciwstawnymi tłokami

Te konstrukcje wykorzystują dwa tłoki na cylinder pracujące z różnymi prędkościami, ze spalaniem zachodzącym między tłokami.

Głowa niedźwiedzia

Ten projekt został opracowany przez Malcolma Beare'a z Australii . Technologia łączy dolny koniec silnika czterosuwowego z przeciwległym tłokiem w głowicy cylindrów, pracującym z połową cyklicznej szybkości dolnego tłoka. Funkcjonalnie drugi tłok zastępuje mechanizm zaworowy konwencjonalnego silnika. Deklarowane korzyści obejmują 9% wzrost mocy i lepszą sprawność termodynamiczną dzięki zwiększonemu stopniowi sprężania, możliwemu dzięki wyeliminowaniu gorącego zaworu wydechowego.

M4+2

Animacja cyklu pracy silnika M4+2

Pomysł został opracowany na Politechnice Śląskiej pod kierownictwem dr inż. Adama Ciesiołkiewicza. Uzyskał patent nr 195052 nadany przez Urząd Patentowy RP.

Silniki M4+2 mają wiele wspólnego z silnikami Beare-head , łącząc dwa przeciwstawne tłoki w tym samym cylindrze. Jeden tłok pracuje z połową cyklicznego tempa drugiego, ale podczas gdy główną funkcją drugiego tłoka w silniku Beare-head jest zastąpienie mechanizmu zaworowego konwencjonalnego silnika czterosuwowego, M4+2 wykonuje zasadę o jeden krok dalej. Praca dwutłokowego silnika spalinowego opiera się na współpracy obu modułów. Zmiana obciążenia powietrza odbywa się w części dwusuwowej silnika. Tłok sekcji czterosuwowej jest układem wspomagania wymiany ładunku powietrza, działającym jako układ zaworów. Cylinder jest wypełniony powietrzem lub mieszanką paliwowo-powietrzną. Proces napełniania odbywa się pod nadciśnieniem przez zasuwany system wlotowy. Spaliny odprowadzane są podobnie jak w klasycznym silniku dwusuwowym przez okienka wydechowe w cylindrze. Paliwo jest dostarczane do cylindra przez system wtrysku paliwa. Zapłon jest realizowany przez dwie świece zapłonowe. Efektywna moc wyjściowa silnika dwutłokowego jest przenoszona przez dwa wały korbowe. Cechą charakterystyczną tego silnika jest możliwość ciągłej zmiany pojemności cylindrów i stopnia sprężania podczas pracy silnika poprzez zmianę położenia tłoka. Modele mechaniczne i termodynamiczne przeznaczone były dla silników dwutłokowych, które umożliwiają wyznaczenie nowego teoretycznego obiegu termodynamicznego dla silnika spalinowego dwutłokowego.

Zasada działania silnika została wyjaśniona w artykule dotyczącym silników dwu- i czterosuwowych .

Inne konstrukcje dwutłokowe

Silnik z ładowarką tłokową

W tym silniku, podobnym w konstrukcji do głowicy Beare, „ładowarka tłoka” zastępuje układ zaworów. Ładowarka tłokowa ładuje cylinder główny i jednocześnie reguluje otwór wlotowy i wylotowy, co prowadzi do braku utraty powietrza i paliwa w wydechu. W głównym cylindrze spalanie odbywa się co obrót jak w dwusuwowym , natomiast smarowanie odbywa się w taki sam sposób jak w czterosuwowym . Wtrysk paliwa może odbywać się w ładowarce tłokowej, w kanale przesyłu gazu lub w komorze spalania. Możliwe jest również ładowanie dwóch cylindrów roboczych jedną ładowarką tłokową. Uważa się, że połączenie kompaktowej konstrukcji komory spalania z brakiem utraty powietrza i paliwa zapewnia silnikowi większy moment obrotowy, większą moc i lepszą oszczędność paliwa. Uważa się, że korzyści płynące z mniejszej liczby ruchomych części i konstrukcji prowadzą do niższych kosztów produkcji. Uważa się, że silnik nadaje się do paliw alternatywnych, ponieważ na zaworach nie ma korozji ani osadów. Sześć uderzeń to:

  1. Dążenie
  2. Kompresja wstępna
  3. Przesyłanie gazu
  4. Kompresja
  5. Zapłon
  6. Wyrzucanie.

Jest to wynalazek Helmuta Kottmanna z Niemiec, pracującego przez 25 lat w firmie MAHLE GmbH zajmującej się budową tłoków i cylindrów. Amerykańskie patenty Kottmana 3921608 i 5755191 są wymienione poniżej.

Pięciosuwowy Ilmor / Schmitz

Ten projekt został wynaleziony przez belgijskiego inżyniera Gerharda Schmitza i został opracowany przez Ilmor Engineering.

Te projekty wykorzystują dwa (lub cztery, sześć lub osiem) cylindrów z konwencjonalnym cyklem czterosuwowym Otto. Dodatkowy tłok (we własnym cylindrze) jest wspólny dla dwóch cylindrów cyklu Otto. Spaliny z cylindra cyklu Otto kierowane są do cylindra współdzielonego, gdzie są rozprężane, generując dodatkową pracę. Jest to pod pewnymi względami podobne do działania złożonego silnika parowego, w którym cylindry w cyklu Otto są stopniem wysokiego ciśnienia, a wspólny cylinder stopniem niskiego ciśnienia. Działanie silnika to:

HP1 (Otto) LP (wspólny) HP2 (Otto)
wydechowy ekspansja (moc) kompresja
wlot wydechowy moc
kompresja ekspansja (moc) wydechowy
moc wydechowy wlot

Projektanci uważają, że jest to konstrukcja pięciosuwowa, traktując równoczesny suw wydechu HP i suw rozprężania LP jako pojedynczy suw. Ta konstrukcja zapewnia wyższą oszczędność paliwa dzięki wyższemu całkowitemu współczynnikowi rozszerzalności połączonych cylindrów. Współczynniki rozprężania porównywalne z silnikami wysokoprężnymi można osiągnąć, nadal stosując benzynę (benzynę). Silniki pięciosuwowe rzekomo są lżejsze i mają większą gęstość mocy niż silniki wysokoprężne. [ potrzebne źródło ]

Silniki Revetec

Kontrolowane silniki spalinowe , zaprojektowane przez Bradleya Howell-Smitha z australijskiej firmy Revetec Holdings Pty Ltd, wykorzystują przeciwstawne pary tłoków do napędzania pary przeciwbieżnych, trójpłatowych krzywek przez łożyska. Elementy te zastępują konwencjonalny wał korbowy i korbowody, które umożliwiają czysto osiowy ruch tłoków, dzięki czemu większość mocy traconej w przeciwnym razie na ruch poprzeczny korbowodów jest skutecznie przenoszona na wał wyjściowy. Daje to sześć uderzeń mocy na obrót wału (rozłożonych na parę tłoków). W niezależnym teście zmierzono jednostkowe zużycie paliwa przy hamowaniu prototypu silnika benzynowego X4v2 firmy Revetec przy zużyciu 212 g/kW-h (co odpowiada sprawności energetycznej 38,6%). Można zastosować dowolną parzystą liczbę tłoków, w konfiguracjach typu bokser lub X; trzy płaty krzywek można zastąpić dowolną inną liczbą nieparzystą większą niż jeden; a geometrię krzywek można zmieniać w celu dostosowania do potrzeb docelowych paliw i zastosowań silników. Takie warianty mogą mieć 10 lub więcej uderzeń na cykl.

Powiązane patenty

Powiązane patenty amerykańskie

  • 1217788 Silnik spalinowy i parowy 27 lutego 1917 r. Hugo F. Liedtke wydaje się być jednym z pierwszych, którzy rozważali naprzemienne spalanie wewnętrzne i wtrysk pary do komory spalania.
  • 1339176 Silnik spalinowy 4 maja 1920 r. Leonard H. Dyer wynalazł pierwszy 6-suwowy silnik spalinowy z wtryskiem wody w 1915 r.
  • 2209706 Silnik spalinowy 30 lipca 1940 r
  • 3921608 Dwusuwowy silnik spalinowy 25 listopada 1975 r
  • 3964263 Sześciosuwowy silnik spalinowy i odparowujący płyn 22 czerwca 1976 r
  • 4143518 Silnik spalinowy i parowy 13 marca 1979 r
  • 4301655 Połączenie silnika spalinowego i parowego 24 listopada 1981 r
  • 4433548 Połączenie silnika spalinowego i parowego 28 lutego 1984 r
  • 4489558 Złożony silnik spalinowy i sposób jego wykorzystania 25 grudnia 1984
  • 4489560 Złożony silnik spalinowy i sposób jego wykorzystania 25 grudnia 1984
  • 4736715 Silnik z cyklem sześciosuwowym, zmiennym stopniem sprężania i stałym skokiem 12 kwietnia 1988 r.
  • 4917054 Sześciosuwowy silnik spalinowy 17 kwietnia 1990 r
  • 4924823 Sześciosuwowy silnik spalinowy 15 maja 1990 r
  • 5755191 Dwusuwowy silnik spalinowy z cylindrem ładującym 26.05.1998
  • 6253745 Silnik wielosuwowy z ładunkiem paliwa i oparów 3 lipca 2001 r
  • 6311651 Sześciosuwowy silnik spalinowy sterowany komputerowo i sposób jego działania 6 listopada 2001
  • 6571749 Sterowany komputerowo sześciosuwowy silnik spalinowy i sposób jego działania 3 czerwca 2003
  • 7021272 Sterowany komputerowo zespół generujący energię w cyklu wielosuwowym i sposób działania 4 kwietnia 2006

Powiązane indyjskie patenty

  • Patent IN 252642 Silnik sześciosuwowy 25 maja 2012 r

Powiązane polskie patenty

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Six-stroke_engine&oldid=1117001805 ”