Silnik sześciosuwowy - Six-stroke engine

Termin silnik sześciosuwowy został zastosowany do wielu alternatywnych konstrukcji silników spalinowych wewnętrznego spalania, które próbują ulepszyć tradycyjne silniki dwusuwowe i czterosuwowe . Deklarowane zalety mogą obejmować zwiększoną wydajność paliwową , zmniejszoną złożoność mechaniczną i/lub zmniejszoną emisję . Silniki te można podzielić na dwie grupy na podstawie liczby tłoków, które odpowiadają za sześć suwów.

W konstrukcjach jednotłokowych silnik wychwytuje ciepło utracone z czterosuwowego cyklu Otto lub Diesla i wykorzystuje je do napędzania dodatkowej mocy i suwu wydechu tłoka w tym samym cylindrze w celu poprawy efektywności paliwowej i/ lub wspomagać chłodzenie silnika. Tłoki w tego typu silnikach sześciosuwowych poruszają się w górę i w dół trzy razy na każdy wtrysk paliwa. Te konstrukcje wykorzystują parę lub powietrze jako płyn roboczy do dodatkowego skoku mocy.

Konstrukcje, w których sześć suwów są określane przez interakcje między dwoma tłokami, są bardziej zróżnicowane. Tłoki mogą znajdować się naprzeciw siebie w jednym cylindrze lub mogą znajdować się w oddzielnych cylindrach. Zwykle jeden cylinder wykonuje dwa suwy, a drugi cztery suwy, co daje sześć ruchów tłoka na cykl. Drugi tłok może być użyty do zastąpienia mechanizmu zaworowego konwencjonalnego silnika, co może zmniejszyć złożoność mechaniczną i umożliwić zwiększony stopień sprężania poprzez eliminację gorących punktów, które w przeciwnym razie ograniczałyby sprężanie. Drugi tłok może być również użyty do zwiększenia stopnia rozprężania , odłączając go od stopnia sprężania. Zwiększenie współczynnika rozszerzalności w ten sposób może zwiększyć wydajność termodynamiczną w podobny sposób jak w cyklu Millera czy Atkinsona .

Typy silników

Konstrukcje jednotłokowe

Konstrukcje te wykorzystują jeden tłok na cylinder, podobnie jak konwencjonalny silnik dwu- lub czterosuwowy. Wtórny, niedetonujący płyn jest wtryskiwany do komory, a ciepło pozostałe po spalaniu powoduje jego rozszerzanie się podczas drugiego suwu zasilania, po którym następuje drugi suw wydechu.

Silnik sześciosuwowy Griffin

Silnik Kerra w Muzeum Silników Anson

W 1883 r. inżynier Samuel Griffin z Bath był uznanym producentem silników parowych i gazowych. Chciał wyprodukować silnik spalinowy, ale bez ponoszenia kosztów licencji patentów Otto . Jego rozwiązaniem było opracowanie „patentowego zaworu suwakowego” i wykorzystującego go sześciosuwowego silnika jednostronnego działania. W 1886 roku szkocki producent parowozów Dick, Kerr & Co. widział przyszłość w dużych silnikach olejowych i licencjonował patenty Griffina. Były to silniki dwustronnego działania, tandem, sprzedawane pod nazwą „Kilmarnock”. Głównym rynkiem dla silników Griffin było wytwarzanie energii elektrycznej, gdzie zdobyli reputację szczęśliwego jeżdżenia światłem przez długi czas, a następnie nagle byli w stanie zaspokoić duże zapotrzebowanie na moc. Ich duża, ciężka konstrukcja nie nadawała się do użytku mobilnego, ale potrafiły spalać cięższe i tańsze gatunki oleju. Kluczową zasadą „Griffin Simplex” był podgrzewany zewnętrzny parownik z płaszczem wydechowym, do którego wtryskiwano paliwo. Temperaturę utrzymywano na poziomie około 550 °F (288 °C), wystarczającą do fizycznego odparowania oleju, ale nie do rozbicia go chemicznie. Ta frakcyjna destylacja wspierała stosowanie ciężkich paliw olejowych, nieużytecznych smół i asfaltów wydzielających się w odparowywaczu. Zastosowano zapłon żarówką , który Griffin nazwał „zapalnikiem katatermicznym”, małą izolowaną wnęką połączoną z komorą spalania. Wtryskiwacz natryskowy miał regulowaną dyszę wewnętrzną do dostarczania powietrza, otoczoną pierścieniową obudową na olej, zarówno olej, jak i powietrze wchodzące pod ciśnieniem 20 psi (140 kPa) i regulowane przez regulator. Griffin zbankrutował w 1923 roku. Przetrwały tylko dwa znane przykłady sześciosuwowego silnika Griffin. 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 do Muzeum Bath at Work .

Sześciosuwowy silnik 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 Dyer:

  • Nie wymaga systemu chłodzenia
  • Poprawia typowe zużycie paliwa przez silnik
  • Wymaga doprowadzenia czystej wody jako medium do drugiego skoku mocy.
  • Wydobywa dodatkową moc z rozprężania pary.

Silnik sześciosuwowy Bajulaz

Sześciosuwowy silnik Bajulaz jest podobny w konstrukcji do zwykłego silnika spalinowego, ale wprowadzono modyfikacje w głowicy cylindrów, z dwiema dodatkowymi komorami o stałej pojemności: komorą spalania i komorą podgrzewania powietrza nad każdym cylindrem. Komora spalania otrzymuje ładunek ogrzanego powietrza z cylindra; wtrysk paliwa rozpoczyna spalanie izochoryczne ( stałoobjętościowe ), co zwiększa sprawność cieplną w porównaniu do spalania w cylindrze. Osiągnięte wysokie ciśnienie jest następnie uwalniane do cylindra w celu wykonania suwu mocy lub rozprężania. Tymczasem druga komora, osłaniająca komorę spalania, ma swoją zawartość powietrza w wysokim stopniu podgrzaną 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 suwy rozprężania w sześciu suwach, możliwość wielokrotnego użycia paliwa i radykalne zmniejszenie zanieczyszczenia .

Bajulaz sześć-suwowy silnik został wynaleziony w 1989 roku przez Rogera Bajulaz firmy Bajulaz SA z siedzibą w Genewie , Szwajcaria ; posiada 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 skoki rozprężania (robocze) w sześciu skokach
  • Multifuel, w tym gaz płynny
  • Drastyczna redukcja zanieczyszczenia powietrza
  • Koszty porównywalne z kosztami silnika czterosuwowego

Silnik sześciosuwowy Velozeta

W silniku Velozeta świeże powietrze jest wtryskiwane do cylindra podczas suwu wydechu, które rozszerza się pod wpływem ciepła, a zatem zmusza tłok w dół dla dodatkowego suwu. Usunięto nakładki zaworów, a dwa dodatkowe suwy wykorzystujące wtrysk powietrza zapewniają lepsze usuwanie gazu . Silnik wydaje się wykazywać 40% zmniejszenie zużycia paliwa i radykalne zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza. Jego stosunek mocy do masy jest nieco mniejszy niż czterosuwowego silnika benzynowego. Silnik może być zasilany różnymi paliwami, od benzyny i oleju napędowego po LPG . Zmodyfikowany silnik wykazuje o 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 w 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 pełnym otwarciu 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 ma „bardzo niski poziom zanieczyszczeń”.

Anil, mechanik, rozwijał silnik NIYKADO przez ponad 15 lat. Silnik został po raz pierwszy przetestowany w 2004 roku, a Anil złożył wniosek patentowy w 2005 roku. Twierdzi, że jego konstrukcja wytwarza drastycznie mniej zanieczyszczeń i że zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym może prowadzić do „mobilności bez emisji”.

Funkcjonalność silnika:

Różne uderzenia to:

  1. Skok dolotowy
  2. Skok kompresyjny
  3. Skok mocy
  4. Skok wydechu
  5. Wlot powietrza
  6. Wylot powietrza

Silnik ma cztery zawory:

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

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

Suw sprężania: Tłok przesuwa się z BDC do GMP, a wszystkie zawory są zamknięte.

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

Skok wydechu: Tłok przesuwa się z BDC do GMP, podczas gdy zawór wydechowy otwiera się, umożliwiając spalinom opuszczenie cylindra.

Suw wlotu powietrza: Zawór wlotowy samego powietrza otwiera się, gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC, wciągając świeże powietrze z atmosfery do cylindra. To powietrze miesza się z resztkami spalin lub niespalonym paliwem, chłodząc wnętrze cylindra.

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

Sześciosuwowy silnik Crower

W sześciosuwowym silniku, którego prototyp w Stanach Zjednoczonych stworzył Bruce Crower, woda jest wtryskiwana do cylindra po suwie wydechu i natychmiast zamienia się w parę , która rozszerza się i zmusza tłok w dół, zapewniając dodatkowy skok mocy. W ten sposób ciepło odpadowe, które w większości silników wymaga systemu chłodzenia powietrzem lub wodą, jest wychwytywane i wykorzystywane do napędzania tłoka. Crower oszacował, że jego konstrukcja zmniejszy zużycie paliwa o 40%, generując taką samą moc przy niższej prędkości obrotowej. Ciężar związany z układem chłodzenia mógłby zostać wyeliminowany, ale byłoby to zrównoważone przez potrzebę dodatkowego zbiornika na wodę oprócz normalnego zbiornika paliwa.

Sześciosuwowy silnik Crower był eksperymentalną konstrukcją, która przyciągnęła uwagę mediów w 2006 roku dzięki wywiadowi udzielonemu przez 75-letniego amerykańskiego wynalazcę , który złożył wniosek o patent na swój projekt. To zgłoszenie patentowe zostało następnie zaniechane.

Konstrukcje z tłokami przeciwstawnymi

Konstrukcje te wykorzystują dwa tłoki na cylinder pracujące z różnymi prędkościami, przy czym spalanie zachodzi między tłokami.

Noś głowę

Ten projekt został opracowany przez Malcolma Beare z Australii . Technologia łączy dolny koniec silnika czterosuwowego z przeciwstawnym tłokiem w głowicy cylindra, pracującym z częstotliwością o połowę mniejszą niż dolny tłok. Funkcjonalnie drugi tłok zastępuje mechanizm zaworowy konwencjonalnego silnika. Deklarowane korzyści obejmują 9% wzrost mocy i lepszą wydajność termodynamiczną dzięki zwiększonemu stopniowi sprężania, który jest możliwy dzięki wyeliminowaniu gorącego zaworu wydechowego.

M4+2

Animacja cyklu pracy silnika M4+2

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

Silniki M4+2 mają wiele wspólnego z silnikami Beare-head , łączącymi dwa przeciwstawne tłoki w tym samym cylindrze. Jeden tłok pracuje z o połowę mniejszą częstotliwością cykliczną drugiego, ale podczas gdy główną funkcją drugiego tłoka w silniku Beare-head jest zastąpienie mechanizmu zaworowego w konwencjonalnym czterosuwowym silniku, M4+2 wykonuje zasadę jednego kroku dalej. Praca dwutłokowego silnika spalinowego oparta jest na współpracy obu modułów. Zmiana obciążenia powietrza odbywa się w dwusuwowej części silnika. Tłok sekcji czterosuwowej jest układem wspomagania wymiany obciążenia powietrza, pracującym jako układ zaworów. Cylinder jest wypełniony powietrzem lub mieszanką powietrzno-paliwową. Proces napełniania odbywa się pod nadciśnieniem przez system wlotu suwaka. Spaliny są usuwane jak w klasycznym silniku dwusuwowym przez okna wydechowe w cylindrze. Paliwo jest dostarczane do cylindra przez system wtrysku paliwa. Zapłon realizowany jest przez dwie świece zapłonowe. Efektywna moc silnika dwutłokowego przenoszona jest przez dwa wały korbowe. Cechą charakterystyczną tego silnika jest możliwość ciągłej zmiany pojemności cylindra i stopnia sprężania podczas pracy silnika poprzez zmianę położenia tłoka. Modele mechaniczne i termodynamiczne przeznaczone były dla silników dwutłokowych, które umożliwiają sporządzenie nowego teoretycznego obiegu termodynamicznego dla silnika dwutłokowego wewnętrznego spalania.

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, układ zaworowy zastępuje „ładowarka tłokowa”. Ładowarka tłokowa ładuje główny cylinder i jednocześnie reguluje otwór wlotowy i wylotowy, nie powodując utraty powietrza i paliwa w wydechu. W cylindrze głównym spalanie odbywa się co obrót jak w silniku dwusuwowym , natomiast smarowanie odbywa się w taki sam sposób jak w silniku czterosuwowym . Wtrysk paliwa może odbywać się w ładowarce tłoka, w kanale przesyłu gazu lub w komorze spalania. Możliwe jest również ładowanie dwóch pracujących cylindrów za pomocą jednej ładowarki tłokowej. Połączenie kompaktowej konstrukcji komory spalania z brakiem strat powietrza i paliwa zapewnia silnikowi większy moment obrotowy, większą moc i lepszą wydajność paliwową. Twierdzi się, że korzyści z mniejszej liczby ruchomych części i konstrukcji prowadzą do niższych kosztów produkcji. Twierdzi się, że silnik jest przystosowany do paliw alternatywnych, ponieważ na zaworach nie pozostaje żadna korozja ani osady. Sześć uderzeń to:

  1. Dążenie
  2. Wstępna kompresja
  3. Przesył gazu
  4. Kompresja
  5. Zapłon
  6. Wyrzucanie.

Jest to wynalazek Helmuta Kottmanna z Niemiec, pracującego 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 wymyślony przez belgijskiego inżyniera Gerharda Schmitza, a jego prototypem zajął się Ilmor Engineering.

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

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

Projektanci uważają, że jest to konstrukcja pięciosuwowa, biorąc pod uwagę równoczesny skok wydechu HP i LP rozprężania jako pojedynczy skok. Taka konstrukcja zapewnia wyższą wydajność paliwową dzięki wyższemu współczynnikowi rozszerzalności połączonych cylindrów. Współczynniki ekspansji porównywalne z silnikami wysokoprężnymi można osiągnąć, nadal używając benzyny (benzyny). Silniki pięciosuwowe są rzekomo lżejsze i mają większą gęstość mocy niż silniki wysokoprężne.

Silniki Revetec

Te sterowane silniki spalinowe mające Bradley Howell-Smith australijskiego firmy Revetec Holdings Pty Ltd użyciu przeciwległe pary tłoków do kierowania pary przeciwbieżnych, trzypłatowy krzywek przez łożyska. Elementy te zastępują tradycyjny wał korbowy i korbowody, które umożliwiają czysto osiowy ruch tłoków, dzięki czemu większość energii traconej na ruch poprzeczny korbowodów jest skutecznie przenoszona na wał wyjściowy. Daje to sześć suwów mocy na obrót wału (rozłożony na parę tłoków). W niezależnym teście zmierzono jednostkowe zużycie paliwa w prototypowym silniku benzynowym Revetec X4v2 przy 212 g/kW-h (co odpowiada sprawności energetycznej 38,6%). Można użyć dowolnej parzystej liczby tłoków, w konfiguracji boxer lub X; trzy płaty krzywek można zastąpić dowolną inną nieparzystą liczbą większą niż jeden; a geometria krzywek może być zmieniana w celu dostosowania do potrzeb docelowych paliw i zastosowań silników. Takie warianty mogą mieć 10 lub więcej suwów na cykl.

Powiązane patenty

Powiązane patenty amerykańskie

  • 1217788 Silnik spalinowy i parowy 27 lutego 1917. Hugo F. Liedtke wydaje się być jednym z pierwszych, którzy rozważają naprzemienne spalanie wewnętrzne i wtryskiwanie 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 wewnętrznego spalania 30 lipca 1940 r
  • 3921608 Dwusuwowy silnik spalinowy 25.11.1975 r
  • 3964263 Sześciocyklowy silnik spalania i odparowywania płynu 22 czerwca 1976 r.
  • 4143518 Silnik spalinowy i parowy 13 marca 1979 r
  • 4301655 Kombinowany silnik spalinowy i parowy 24 listopada 1981 r.
  • 4433548 Kombinowany silnik spalinowy i parowy 28 lutego 1984 r
  • 4489558 Złożony silnik spalinowy i sposób jego użycia 25 grudnia 1984 r.
  • 4489560 Złożony silnik spalinowy i sposób jego użycia 25 grudnia 1984 r
  • 4736715 Silnik o cyklu sześciosuwowym, zmiennym stopniu sprężania i stałym skoku 12.04.1988 r.
  • 4917054 Sześciosuwowy silnik spalinowy 17 kwietnia 1990
  • 4924823 Sześciosuwowy silnik spalinowy 15 maja 1990 r
  • 5755191 Dwusuwowy silnik spalinowy z cylindrem doładowującym 26 maja 1998 r.
  • 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 r.
  • 6571749 Silnik spalinowy o cyklu sześciosuwowym sterowany komputerowo i sposób jego działania 3 czerwca 2003 r.
  • 7021272 Sterowany komputerowo zespół prądotwórczy o cyklu wielosuwowym i sposób działania 4 kwietnia 2006 r.

Powiązane patenty indyjskie

Powiązane polskie patenty

Bibliografia

Zewnętrzne linki