PL171219B1

PL171219B1 - Silnik spalinowy PL PL

Info

Publication number: PL171219B1
Application number: PL93301889A
Authority: PL
Inventors: Pierluigi Marconi
Original assignee: Bimota Spa
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1997-03-28
Also published as: ATE140516T1; DE69303686D1; WO1993022545A1; CN1049949C; BR9305502A; ITBO920153A1; ES2092302T3; CN1082142A; TW254996B; ITBO920153A0; US5443045A; AU658514B2; DE69303686T2; JPH06508670A; NZ252289A; EP0591509B1; EP0591509A1; KR940701495A; CA2110990A1; IT1258530B

Abstract

1 Silnik spalinowy dwusuwowy zawierajacy cylinder z zewnetrzna komora o ksztalcie w przybli- zeniu cylindrycznym, w której jest umieszczony przesuwnie osiowo tlok, a z jednym koncem cylin- dra jest polaczona glowica, której powierzchnia skierowana do wewnatrz tworzy komore spalania polaczona z wewnetrzna komora i co najmniej jedna swiece zaplonowa zamocowana w glowicy, której e le k troi dy zaplonow e sa skierow ane ku lub umieszczone w komorze spalania, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jeden wtryskiwacz (19) przechodzacy poprzez scianke boczna cylindra (2), którego paliwowa dysza (21) jest usytuowana na wprost danego obszaru wewnetrznej komory (2') oraz elektroniczna jednostke sterujaca (20) FIG 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy dwusuwowy z wtryskiem paliwa, zwłaszcza paliwa wtryskiwanego pod niskim ciśnieniem i sterowany elektronicznie.

Dwusuwowe silniki spalinowe charakteryzują się prostą budową i wysokim współczynnikiem mocy względem ciężaru, dzięki czemu dobrze nadają się do montowania w lekkich, a przez to łatwych do manewrowania ramach.

Natomiast mają bardzo znaczącą wadę polegającą na tym, że silniki tego typu stanowią źródło znacznego zanieczyszczenia, tak że w wielu krajach nie mogą być stosowane, gdyż nie spełniają wymagań dotyczących ochrony środowiska przed zanieczyszczeniem.

Znaczny poziom zanieczyszczenia środowiska, wytwarzany przez konwencjonalne, dwusuwowe silniki spalinowe mające układ paliwowy typu gaźnikowego, wynika na ogół z faktu, że w typowej konstrukcji, w której zasysanie następuje w dolnej części skoku tłoka, mieszanina powietrza i paliwa jest wtłaczana do komory spalania przez okna, przy czym znaczna część tej mieszanki, nie będąc spalana, wypływa przez kanał wylotowy.

W celu uniknięcia tej niedogodności, usiłowano zastosować mechaniczny wtrysk paliwa, który spowodował zmniejszenie wypływu mieszanki paliwo-powietrze, choć całkowicie jej nie wyeliminował.

Z niemieckiego opisu patentowego DE-A-O 854 281 znany jest silnik z wtryskiem paliwa. W rozwiązaniu tym jest zastosowany mechaniczny wtrysk paliwa. W rozwiązaniu tym czas wtrysku jest stosunkowo długi, dlatego wystąpić może konieczność uzupełniania wtrysku paliwa jeszcze przed zamknięciem kanału wylotowego, czego można uniknąć, jedynie w przypadku silnika o małym czasie wtryskiwania.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr 4 805 571 znane jest rozwiązanie dwu- lub czterosuwowego silnika z systemem podwójnego wtrysku paliwa i wody. Wtrysk paliwa i wody jest dokonywany kombinowaną pompą wtryskową wysokociśnieniową.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego JP-A-1 63 617 znany jest silnik dwusuwowy mający wtryskiwacz umieszczony w ścianie cylindra bardzo blisko środka dna tłoka. Z tego względu czas wtryskiwania musi być bardzo krótki i dodatkowo musi być zastosowany specjalny układ wtryskowy.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego JP-A-3 185 245 znany jest silnik z wtryskiwaczem umieszczonym w pobliżu środka wierzchu tłoka co pozwala na zwiększenie czasu wtryskiwania. W tym rozwiązaniu musi być zastosowany specjalny wtryskiwacz z pompą wysokociśnieniową, gdyż w tej części cylindra ciśnienie staje się wyższe.

Niedogodnością konwencjonalnych dwusuwowych silników spalinowych jest także ich wrażliwość na zmiany temperatury, ciśnienia i wilgotności otaczającego powietrza. W sytuacjach, w których te parametry mogą odbiegać od wielkości roboczych, do których silnik jest przystosowany, następuje znaczne pogorszenie osiągów to jest mocy i momentu obrotowego, oraz niekorzystne zwiększenie zużycia paliwa wynikające ze zwiększonej pojemności silnika oraz zanieczyszczanie środowiska.

Celem wynalazku jest opracowanie silnika dwusuwowego o wysokich osiągach, emisji zanieczyszczeń porównywalnej do emisji zanieczyszczeń silnika czterosuwowego, odporności na zmianę warunków otoczenia oraz o małym zużyciu paliwa, mniejszym nawet o 60% w porównaniu z zużyciem paliwa w silniku konwencjonalnym o podobnej mocy znamionowej.

Silnik spalinowy dwusuwowy zawierający cylinder z zewnętrzną komorą o kształcie w przybliżeniu cylindrycznym, w której jest umieszczony przesuwnie osiowo tłok, a z jednym końcem cylindra jest połączona głowica, której powierzchnia skierowana do wewnątrz tworzy komorę spalania połączoną z wewnętrzną komorą i co najmniej jedną świecę zapłonową zamocowaną w głowicy, której elektrody zapłonowe są skierowane ku lub umieszczone w komorze spalania według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jeden wtryskiwacz przechodzący poprzez ściankę boczną cylindra, którego paliwowa dysza jest usytuowana na wprost danego obszaru wewnętrznej komory oraz elektroniczną jednostkę sterującą.

Korzystnie silnik zawiera dwa wtryskiwacze o osiach przecinających się z osią cylindra i nachylonych pod kątem, zawartym między 15 a 35 względem płaszczyzny noimailncj do osi cylindra i tworzących między sobą kąt zawarty między 20° a 340°.

Korzystnie dysze wtryskiwaczy są oddalone od płaszczyzny usytuowanej prostopadle do osi wzdłużnej cylindra i leżącej na czole cylindra skierowanym ku głowicy, o odległość zawartą pomiędzy wartościami stanowiącymi iloczyn stałych 0,30 i 0,70 przez skok tłoka.

Korzystnie dysze wtryskiwaczy są oddalone od płaszczyzny prostopadłej do osi wzdłużnej cylindra, na odległość mniejszą niż odległość minimalna oddzielająca okno wylotowe cylindra od tej płaszczyzny.

Korzystnie cylinder co najmniej w jednym obszarze bocznym ma okno wylotowe wpuszczające powietrze, a co najmniej w drugim obszarze ma okno wylotowe.

Korzystnie silnik zawiera pierwszy czujnik wielkości otworu utworzonego przez zawór o zmiennej szerokości doprowadzający powietrze do silnika połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera drugi czujnik prędkości obrotowej silnika, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera trzeci czujnik wewnętrznego ciśnienia powietrza komory wlotowej połączonej z silnikiem, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera czwarty czujnik temperatury cieczy chłodzącej silnik, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera piąty czujnik temperatury powietrza otoczenia, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera szósty czujnik napięcia na zaciskach akumulatora silnika, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera siódmy czujnik próbki gazów wylotowych wydalonych przez silnik, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Korzystnie silnik zawiera drugą elektroniczną jednostkę sterującą, sterującą czasem powstawania iskry zapłonowej i połączoną ze świecą zapłonową.

Korzystnie silnik zawiera element dozujący zmieniający wymiar przelotu utworzonego przez co najmniej jedno okno wylotowe, połączony z silnikiem krokowym sprzężonym z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia część dwusuwowego silnika spalinowego, w przekroju wzdłuż linii I-I oznaczonej na fig. 2, w połączeniu ze schematem blokowym, fig. 2 - górną część dwusuwowego silnika spalinowego z fig. 1, w widoku z góry.

Dwusuwowy silnik spalinowy 1 jest pokazany ogólnie, a szczegółowo jest zilustrowana jedynie jego górna część.

Silnik 1 zawiera pojedynczy cylinder 2, którego oś jest usytuowana pionowo, i w którego komorze 2' jest przesuwnie osiowo umieszczony tłok 3 z górnym końcem korbowodu 4, przez sworzeń tłokowy 5 usytuowany poziomo i leżący prostopadle do płaszczyzny fig. 1, na której tłok 3 jest pokazany w zwrotnym położeniu korbowym. Głowica 6 cylindra 2 ma płaską poziomą powierzchnię stykającą się z górnym końcem cylindra 2, dociśniętą do niego za pomocą gwintowych środków mocujących, nie przedstawionych, i której część powierzchni skierowana do komory cylindra 2 styka się w przybliżeniu półkolistą komorą 7 spalania.

Głowica 6 ma gwintowany otwór 8 współosiowy z cylindrem 2, w którym jest umieszczona świeca zapłonowa 9 połączona z drugą elektroniczną jednostką sterującą 10, która wytwarza iskrę zapłonową pomiędzy elektrodami świecy 9.

Ścianka boczna 11 cylindra 2 ma główne okno wylotowe 12, otoczone na przeciwnych bokach, przez dwa dodatkowe okna wylotowe 13, z których jedynie jedno jest przedstawione. Te okna 13 znane jako wtórne okna wylotowe, są połączone pośrednio z rurą wydechową 14 usytuowaną na drodze głównego okna wylotowego 12, które jest z tą rurą 14 połączone

171 219 bezpośrednio. Na ściance bocznej 11 cylindra 2 są usytuowane dwa główne okna wlotowe 15, usytuowane na ogół na średnicy, z których jedno jest pokazane, jedna para wtórnych okien wlotowych 16, z których jedno jest pokazane, oraz następne okno wlotowe 17 zwane piątym oknem, usytuowane między wtórnymi oknami 16. Pięć okien wlotowych 15, 16 i 17 jest połączonych w sposób konwencjonalny, nie przedstawiony na rysunku, z komorą wlotową powietrza lub obudową 1c silnika 1.

Dwa otwory 18 przechodzą odpowiednio przez dwie części boczne cylindra 2, usytuowane symetrycznie na każdym boku płaszczyzny średnicowej, zbieżnej z płaszczyzną symetrii głównego okna wylotowego 12, którego osie są usytuowane tak, że przecinają się z osią cylindra 2 i są ustawione pod kątem β korzystnie 15-ą 35° względem poziomej płaszczyzny lezącej poniżej poziomu, na którym otwory 18 wchodzą do komory. Kąt α utworzony przez osie otworów 18 jest korzystnie 20-340°.

W każdym otworze 18 jest umieszczony współosiowo wtryskiwacz 19, zamocowany sztywno i połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą 20. Działanie obydwu wtryskiwaczy 19 jest sterowane przez pierwszą jednostkę sterującą 20 w taki sposób, że dla różnych prędkości silnika 1, mierzonych w obrotach na minutę, następuje ich uruchomienie po tym jak wał korbowy 1g zostanie obrócony o dany kąt, umożliwiając tolerancję ± 20° zależnie od prędkości, mierzony od położenia, w którym tłok 3 osiągnie położenie zwrotne odkorbowe jak wskazano w poniższej tabeli zawierającej wielkości doświadczalne:

Tabela

Wtrysk	Wtrysk
Ustawienie obr./minutę	Ustawienie obr./minutę
Oś rzędnych Y	Oś rzędnych X	Oś rzędnych Y	Oś rzędnych X
155°	1000	82°	8750
155°	1500	74°	9000
154°	2000	69°	9250
153°	2500	66°	9500
153°	3000	61°	9750
151°	3500	59°	10000
149°	4000	56°	10250
145°	4500	52°	10500
131°	5000	52°	10750
116°	5500	50°	11000
104°	6000	50°	11250
99°	6500	50°	11500
O oo	7000	45°	11750
92°	7500	45°	12000
91° 88°	8000 8500	45°	12250

Kąty ustawienia pokazane w tabeli wskazują chwilę, w której jest wytwarzany sygnał sterujący, przez pierwszą elektroniczną jednostkę sterującą 20, w celu uruchomienia wtryskiwacza 19, i są obliczone z uwzględnieniem mechanicznego opóźnienia chwili uruchomienia, w której sygnał sterujący jest przekazywany do wtryskiwacza 19 zależnie od aktualnej chwili reakcji, w której paliwo kierowane do cylindra przez dyszę 21.

W korzystnym rozwiązaniu, dysze 21 wtryskiwaczy 19 są ustawione w oddaleniu od poziomej płaszczyzny pokrywającej się z górną powierzchnią cylindra 2, na odległość A, której wielkość jest określona przez górną i dolną wielkość graniczną wynikającą z poniższego równania matematycznego:

0,30 x skok < A < 0,7 x skok gdzie skok jest odległością przebytą przez tłok 3 wewnątrz komory 2' cylindra 2. Położenia dysz 21 muszą być takie w każdym przypadku, że paliwo jest skierowane do cylindra powyżej poziomu okna wylotowego 12 czyli w odległości LS.

Na schemacie blokowym z fig. 1 przedstawiono pierwszy czujnik 22 kątowego położenia zaworu dławiącego, nie przedstawionego na rysunku, wewnątrz przewodu wlotowego powietrza, nie przedstawionego na rysunku. Pierwszy czujnik 22 dostarcza sygnał położenia do pierwszej elektronicznej jednostki sterującej 20. Inaczej mówiąc, pierwszy czujnik 22 jest czujnikiem wielkości otworu utworzonego przez przelot o zmiennej szerokości, tworzący część przewodu powietrza wlotowego. Drugi czujnik 23 prędkości obrotowej wału korbowego 1g silnika 1 i dostarcza sygnał do pierwszej elektronicznej jednostki sterującej 20. Podobnie, trzeci czujnik 24 jest umieszczony wewnątrz komory wlotowej powietrza, nie przedstawiony na rysunku silnika 1, i dostarcza sygnał do pierwszej elektronicznej jednostki sterującej 20. Trzeci czujnik 24 jest czujnikiem wewnętrznego ciśnienia powietrza w tej komorze. Czwarty czujnik 25 temperatury cieczy chłodzącej silnik 1 i przekazuje odpowiedni sygnał do pierwszej elektronicznej jednostki sterującej 20. Czujniki piąty 26 i szósty 27 są odpowiednio czujnikami temperatury powietrza otoczenia i napięcia na zaciskach akumulatora, nie pokazanego na rysunku, połączonego z silnikiem 1, zaś siódmy czujnik 28 jest czujnikiem gazów wylotowych i wysyła sygnał do pierwszej elektronicznej jednostki sterującej 20, odzwierciedlający zawartość procentową substancji w wydalonych spalinach.

Element dozujący 30 jest przedstawiony schematycznie jako przesuwna zastawka umieszczona na drodze przepływu gazu wydalonego z silnika 1 przez okna wylotowe 12 i 13. Element 30 przemieszcza się pionowo pod wpływem łącznika umieszczonego w silniku skokowym 31, sterowanego przez pierwszą elektroniczną jednostkę sterującą 20, w celu zmiany szerokości okien 12 i 13.

Działanie silnika 1 jest następujące. Podczas każdego obrotu silnika 1, wtryskiwacze kierują do komory 7 spalania odmierzoną ilość paliwa, którego dawkowanie jest wybierane z tabeli wartości podanych powyżej, a ilość jest określona przez pierwszą elektroniczną jednostkę sterującą 20 na podstawie parametrów magazynowanych w programie operacyjnym i informacji wynikających z sygnałów wysyłanych przez czujniki 22,23,24,25,26,27 128. Równie ważnym jest fakt, że szerokość przejścia utworzonego przez okna wylotowe 12 i 13 jest zmieniana sygnałem wysyłanym z tego samego programu operacyjnego pierwszej elektronicznej jednostki sterującej 20, do uruchamiania silnika skokowego 31.

Ostatnio, badanie wykazało, że dwie cechy, a mianowicie geometria komory 7 i bezpośrednia zależność między ustawieniem wtryskiwaczy 19 i czasem wtrysku, zapewniają, że paliwo dozowane przez wtryskiwacze 19 zanim okna wylotowe 12 i 13 zostaną całkowicie zamknięte, pada bezpośrednio na wypukłość tłoka 3, odparowywując natychmiast w wyniku intensywnego ciepła i zawirowania paliwa w kierunku świecy zapłonowej 9. Zgodnie z tym, nie ma wypływu niespalonego paliwa przez okna wylotowe 12 i 13.

Jest to typowy przypadek silnika działającego przy niskiej prędkości obrotowej wału korbowego 1g, na przykład w sytuacjach, w których napęd jest realizowany przez powtarzalne impulsy przyspieszenia przy niewielkiej mocy jak na przykład na terenie miejskim, gdzie ładunek paliwa dostarczanego do komory spalania jest stosunkowo mały a przez to stosunkowo łatwo i natychmiastowo odparowywuje na denku tłoka 3. W takiej chwili prędkość tłoka 3 nie jest zbyt wysoka a upływ czasu podczas wtrysku, który jest podyktowany ilością dostarczanego paliwa, i ustalenie położenia wtryskiwacza 19 pod względem odległości A i kąta β, jest takie aby umożliwić tłokowi 3 zamknięcie okien wylotowych 12, 13. Inaczej mówiąc, różne wyżej wymienione czujniki są wykorzystywane, w celu zapewnienia żeby nastąpił wtrysk przy prawie zamkniętych oknach wylotowych 12, 13, minimalizując przez to albo całkowicie eliminując, ilość niespalonego paliwa przepływającego przez okna wylotowe 12,13, będącego niespalonymi gazami, i zmniejszając do zera zanieczyszczenie pochodzące z silnika.

Jest to w rzeczywistości dokładnie taki wynik jaki jest pożądany do osiągnięcia, przy małych prędkościach obrotowych silnika. Sytuacja zmienia się, gdy prędkość obrotowa wału korbowego 1g zwiększa się, chociaż taka zmiana rzutuje na warunki robocze o całkiem innym charakterze i z pewnością nie taki, jak typowe warunki w zamieszkałej przestrzeni lub w centrum miasta

171 219

Jak wynika z powyższego, postawione na wstępie cele zostały całkowicie zrealizowane w dwusuwowym silniku 1 według wynalazku, zapewniając znacznie wyższy poziom otrzymywanych wyników, z tego powodu, że skład spalin wydalonych do atmosfery jest porównywalny ze składem spalin czterosuwowego silnika spalinowego i w zasadzie eliminuje problemy związane ze zmianą warunków atmosferycznych otoczenia.

Ze względu na fakt, że nie ma emisji niespalonego paliwa do atmosfery, w silniku 1 według wynalazku można osiągnąć zmniejszenie zużycia paliwa aż do 60%.

21 2*

171 219

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Silnik spalinowy dwusuwowy zawierający cylinder z zewnętrzną komorą o kształcie w przybliżeniu cylindrycznym, w której jest umieszczony przesuwnie osiowo tłok, a z jednym końcem cylindra jest połączona głowica, której powierzchnia skierowana do wewnątrz tworzy komorę spalania połączoną z wewnętrzną komorą i co najmniej jedną świecę zapłonową zamocowaną w głowicy, której elektrody zapłonowe są skierowane ku lub umieszczone w komorze spalania, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden wtryskiwacz (19) przechodzący poprzez ściankę boczną cylindra (2), którego paliwowa dysza (21) jest usytuowana na wprost danego obszaru wewnętrznej komory (2') oraz elektroniczną jednostkę sterującą (20).
2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera dwa wtryskiwacze (19) o osiach przecinających się z osią cylindra (2) i nachylonych pod kątem (β) zawartym między 15° a 35° względem płaszczyzny normalnej do osi cylindra (2) i tworzących między sobą kąt (α) zawarty między 20° a 340°.
3. Silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dysze (21) wtryskiwaczy (19) są oddalone od płaszczyzny usytuowanej prostopadle do osi wzdłużnej cylindra (2) i leżącej na czole cylindra skierowanym ku głowicy (6), o odległość (A) zawartą pomiędzy wartościami stanowiącymi iloczyn stałych 0,30 i 0,70 przez skok tłoka (3).
4. Silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dysze (21) wtryskiwaczy (19) są oddalone od płaszczyzny prostopadłej do osi wzdłużnej cylindra (2), na odległość (A) mniejszą niż odległość minimalna (LS) oddzielająca okno wylotowe (12,13) cylindra od tej płaszczyzny.
5. Silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że cylinder (2) co najmniej w jednym obszarze bocznym ma okno wlotowe (15, 16, 17) wpuszczające powietrze, a co najmniej w drugim obszarze ma okno wylotowe (12,13).
6. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera pierwszy czujnik (22) wielkości otworu utworzonego przez zawór zmiennej szerokości doprowadzający powietrze do silnika połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).
7. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera drugi czujnik (23) prędkości obrotowej silnika (1), połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).
8. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera trzeci czujnik (24) wewnętrznego ciśnienia powietrza komory wlotowej połączonej z silnikiem (1), połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).
9. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera czwarty czujnik (25) temperatury cieczy chłodzącej silnik (1), połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).
10. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera piąty czujnik (26) temperatury powietrza otoczenia, połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).
11. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera szósty czujnik (27) napięcia na zaciskach akumulatora silnika (1), połączony z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).
12. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera siódmy czujnik (22) próbki gazów wylotowych wydalonych przez silnik (1), połączony z pierwszą elektroniczną jed nostką sterującą (20).
13. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera drugą elektroniczną jednostkę sterującą (10), sterującą czasem powstawania iskry zapłonowej i połączoną ze świecą zapłonową (9).
14. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera element dozujący (30) zmieniający wymiar przelotu utworzonego przez co najmniej jedno okno wylotowe (12,13), połączony z silnikiem krokowym sprzężonym z pierwszą elektroniczną jednostką sterującą (20).

171 219