 |
Патент №7 1 страница
|
|
|
|
(21)(22) Заявка: 96102762/06, 23. 06. 1994
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
23. 06. 1994
(30) Конвенционный приоритет:;
26. 06. 1993 GB 9313258. 7;
13. 10. 1993 GB 9321126. 6;
24. 02. 1994 GB 9403548. 2
(45) Опубликовано: 10. 09. 1999
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. GB 2246394 A, 29. 01. 92. 2. US 5009207 A, 23. 04. 91. 3. EP 0431920 A1, 12. 06. 91. 4. EP 0541291 A1, 12. 05. 93. 5. SU 83216 A, 15. 11. 62.
(85) Дата перевода заявки PCT на национальную фазу:
26. 01. 1996
(86) Заявка PCT:
GB 94/01354 (23. 06. 1994)
(87) Публикация PCT:
WO 95/00752 (05. 01. 1995)
Адрес для переписки:
129010, Москва, ул. Б. Спасская, 25, стр. 3, Союзпатент, Томской Е. В.
(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ
(57) Реферат:
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит одну или более пары первого и второго цилиндров, при этом первый цилиндр имеет рабочий объем больший, чем у второго цилиндра, а также соответствующие первый и второй поршни, совершающие возвратно-поступательное движение в цилиндрах, второй поршень имеет приводной шток и делит второй цилиндр на первый объем, содержащий приводной шток второго поршня, и второй объем между двумя поршнями. Для первого цилиндра предусмотрены патрубок для выпуска воздуха и выпускной патрубок. Между двумя поршнями образуется общее пространство сгорания, когда поршни по существу находятся в положениях внутренней мертвой точки, при этом пространство сгорания содержит второй объем. Средства перемещения обеспечивают возможность течения газа между первым объемом и пространством сгорания к концу хода сжатия, в то время как задерживающее средство задерживает движение смеси топлива и воздуха из первого объема во второй объем до конца хода сжатия второго поршня. Форсунка обеспечивает топливо для первого объема в течение хода всасывания второго поршня. Двигатель также имеет приводное средство для привода в движение второго поршня, при этом приводное средство включает в себя средство для удержания второго поршня по существу в положении внутренней мертвой точки в течение по меньшей мере части рабочего хода первого поршня. Предложен также способ работы такого двигателя. Преимущество изобретения заключается в том, что согласно его принципу как дизельный, так и бензиновый двигатели могут быть преобразованы посредством изменения конструкции головки цилиндра, не оказывая влияния на картер и трансмиссию в сборе. 3 c и 72 з. п. ф-лы, 26 ил., 7 табл. Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
|
|
|
Настоящее изобретение относится к двигателестроению внутреннего сгорания.
" Двигатель с разделением" представляет собой двигатель, в котором топливо не начинает перемешиваться с массой воздуха, всасываемого двигателем, почти до конца хода сжатия, как раз до зажигания, при этом известны различные двигатели внутреннего сгорания, которые можно классифицировать как двигатели с разделением, например, из патентов Великобритании GB-A-2155546, GB-A-2186913, GB-A-2218153, CB-A-2238830, GB-A-2246394 и GB-A-2261028. В настоящее время в литературе эти двигатели известны, как двигатели Мерритта.
Дизельный двигатель также представляет собой двигатель с разделением, в то время как бензиновый двигатель с электрозажиганием содержит предварительно перемешанную смесь топлива и воздуха.
Важным отличительным признаком двигателей с разделением, таких как дизельные двигатели и двигатели Мерритта, является изоляция топлива от воздуха непосредственно до момента зажигания и быстрая подача топлива в камеру сгорания почти в конце хода сжатия.
В двигателях Мерритта используется то, что называется системой управления сгоранием по Мерритту, которая представляет собой последовательность процессов, разработанных для содействия сгоранию в поршневых двигателях внутреннего сгорания. В этом случае одна подобна другим характерным системам управления сгоранием, таким как в дизельном двигателе, в двигателе, работающем по циклу Отто, или в бензиновом двигателе с электрозажиганием. Система управления сгоранием может работать посредством определенного количества устройств, которые раскрыты в описаниях более ранних патентов, упомянутых выше. Система управления сгоранием отличается изоляцией по меньшей мере части топлива, подаваемого к двигателю во второй, меньший цилиндр, содержащий некоторое количество воздуха и имеющий меньший поршень, и введением топлива в меньший цилиндр в течение ходов всасывания и/или сжатия большего поршня. Топливо остается изолированным от массы воздуха до тех пор, пока ближе к концу ходов сжатия обоих поршней не произойдет его втекание. Такое устройство обеспечивает заметное время для испарения топлива в некоторое количество воздуха перед началом сгорания, что противоположно дизельному двигателю с разделением, где как раз перед моментом зажигания первоначально происходит впрыск жидкого топлива в воздух. В системах управления сгоранием меньший цилиндр используется как испарительный цилиндр, а меньший поршень используется как поршень переноса топлива. Следовательно, меньший цилиндр можно называть цилиндром управления топливом. Больший цилиндр принимает воздух, причем недросселируемый и без топлива, а больший поршень используется для сжатия воздуха.
|
|
|
Приведенные ниже термины, которые используются в этом описании, имеют следующие смысловые значения.
Топливное отношение F
Отношение количества топлива, фактически подаваемого к двигателю, к количеству топлива, требуемому для использования всего кислорода в массе воздуха, необходимой для наполнения суммарных рабочих объемов большего и меньшего цилиндров, когда канал для впуска воздуха незадросселирован.
Воздух
Этот термин относится к любой приемлемой смеси кислорода с другими, обычно инертными газами, а также фактически чистому кислороду для сжигания с газообразным или жидким (то есть испаряющейся жидкостью) топливом. Он может содержать рециркулируемые выхлопные газы, картерные газы и небольшую часть углеводородных субстанций, имеющихся в рециркулированных газах двигателя внутреннего сгорания.
|
|
|
Бензиновые двигатели с электроискровым зажиганием
Обычные, работающие на бензине двигатели, в которых зажигание осуществляется искрой.
Воспламенение от сжатия, инициируемое искрой
Процесс воспламенения от сжатия частично испаренного топлива, смешиваемого с воздухом, который вызывается искрой.
Положение во внешней мертвой точке
Положение поршня, которое имеет место, когда поршень изменяет направление своего движения, оставляя наибольший объем внутри своего цилиндра.
Положение во внутренней мертвой точке
Положение поршня, которое имеет место, когда поршень изменяет направление своего движения, оставляя наименьший объем внутри своего цилиндра.
Ход покоя
Период, в течение цикла двигателя, когда меньший поршень остается неподвижным.
ВМЕР - среднее тормозное эффективное давление на больший поршень.
Приведенные ниже термины, которые используются в этом описании в отношении известного уровня техники, имеют следующие смысловые значения.
Втекание
Движение, осуществляемое под воздействием меньшего поршня, характерной для двигателя Мерритта смеси топлива и воздуха из второго цилиндра в пространство сгорания.
Разделение
Изоляция внутри меньшего цилиндра топлива, поданного к меньшему цилиндру, вплоть до начала втекания.
Описание известного уровня техники
Дизельный двигатель
В случае дизельного двигателя для впрыска топлива и облегчения перемешивания топлива и воздуха двигатель может быть сконструирован по трем схемам, которые хорошо известны и поясняются следующим образом:
1) дизельный двигатель с непосредственным впрыском (известен как D1), представленный на фиг. 1;
2) дизельный двигатель с непрямым впрыском (известен как IDI), представленный на фиг. 2;
|
|
|
3) дизельный двигатель с промежуточным впрыском или закупориваемым поршнем непрямым впрыском (упоминаемый как INI) показанный на фиг. 3.
Дизельный двигатель с непосредственным впрыском, показанный на фиг. 1, имеет открытую камеру сгорания 20, образованную в головке поршня 16. Воздух поступает в цилиндр 12 через впускной патрубок 25 и впускной клапан 24, где ему сообщается вихревое движение. Форсунка 60 впрыскивает определенное количество струй жидкого топлива в камеру сгорания, где совершающий вихревое движение воздух перемешивается с ним до и в течение процесса сгорания.
Дизельный двигатель с непрямым впрыском, показанный на фиг. 2, имеет отдельную полуогражденную камеру сгорания 20, которая сообщается с цилиндром 12 через отверстие 42. Отверстие завихряет воздух, поступающий в камеру сгорания в течение хода сжатия, и топливо впрыскивается в камеру посредством форсунки 60, которая представляет собой обычную форсунку игольчатого типа, при этом используются магистрали с давлением топлива порядка 100 бар (98, 69 кГс/см2) или менее. В течение рабочего хода горячие газы выходят из отверстия 42 с высокой скоростью, а это способствует перемешиванию несгоревшего топлива с дополнительным воздухом, содержащимся в паразитных объемах, особенно в клапанных полостях 424 и в просвете над поршнем 16.
Схема дизельного двигателя с промежуточным впрыском или закупориваемым поршнем непрямым впрыском, показанная на фиг. 3, описана в патентах Великобритании GB-A-0241398, GB-A-0361202, GB-A-0523137, GB-A-2088952 и других патентах. В этой схеме используется выступ 116 на поршне 16, который входит в увеличенное отверстие в камере сгорания 20. Выступ включает в себя небольшое отверстие 161, которое служит для этой цели, что и отверстие 42 дизельного двигателя с непрямым впрыском согласно фиг. 2. При такой схеме двигатель ведет себя так, как и дизельный двигатель с непрямым впрыском, когда поршень достигает близости к его положению во внутренней мертвой точке, а во всех других случаях ведет себя как дизельный двигатель с непосредственным впрыском.
Двигатель Мерритта
Двигатель Мерритта в его простой основной форме представляет собой двигатель с разделением, подобный дизельному двигателю, но с весьма существенными отличиями. Некоторое небольшое количество воздуха перемешивается фактически со всем топливом в меньшем втором цилиндре на протяжении значительной части цикла двигателя, обеспечивая время для испарения топлива перед втеканием. Втекание в камеру сгорания происходит через большее отверстие, при этом сгорание происходит быстрее и начинается без задержки.
|
|
|
Если теперь обратиться к системе Мерритта для управления сгоранием, то она сама по себе может быть использована просто как система управления сгоранием для содействия высокой термической эффективности, особенно при частичной нагрузке, либо она может быть объединена совместно с системой управления бензинового двигателя с электрозажиганием. В последнем случае создается двигатель, который может сочетать как высокую мощность при полной нагрузке, так и высокую термическую эффективность при частичной нагрузке. Она также может быть объединена с дизельной системой управления сгоранием для создания двигателя, использующего дизельное топливо с повышенной удельной мощностью и пониженным уровнем выхлопных выделений по сравнению с дизельным двигателем.
Система сгорания Мерритта может значительно улучшить термическую эффективность двигателя, когда она используется на транспортных средствах, предназначенных для езды по городу, по сравнению с бензиновыми двигателями с электрозажиганием и обеспечивает уменьшение количества вредных выхлопных выделений от самоходных транспортных средств.
Пример известного двигателя Мерритта показан на фиг. 4 прилагаемых чертежей, которая представляет собой неполное поперечное сечение части двигателя, воспроизведенное из патента Великобритании GB-A-2246394. Ниже следует краткое описание двигателя, а в отношении более подробного описания читателю следует обратиться к патенту Великобритании GB-A-2246394.
На фиг. 4 двигатель Мерритта представлен в виде конструкции, которая обеспечивает работу гибридного двигателя Мерритта/бензинового двигателя с электрозажиганием, с использованием воспламенения от сжатия, инициируемого искрой.
Двигатель содержит меньший поршень 18, установленный на головке 36 большего поршня 16. Поршень 18 включает в себя стойку 234 и головку 35. Из фиг. 4 видно, что контур стойки 234 изогнут, при этом изгиб сталкивается с вихрем воздуха, поступающего в пространство сгорания 20 из большего цилиндра 12, и вихрь смеси топлива и воздуха втекает (т. е. движение смеси топлива и воздуха) в пространство сгорания 20. Пространство сгорания образовано между стойкой 234 и стенкой 14a меньшего цилиндра 14. Форма и размер стойки выбираются таким образом, чтобы создать надлежащий объем сгорания с соответствующими размерами и формой.
Можно заметить, головка 35 поршня 18 имеет кромку с толщиной в осевом направлении, которая значительно меньше расстояния по оси между головками 35 и 36 поршней 18 и 16. Головка 35 имеет цилиндрическую периферийную кромку 37, которая слегка отстоит от стенки 14a меньшего цилиндра, с тем чтобы образовать задерживающее средство в форме кольцевого зазора 128. Как видно на фигуре, верхний конец меньшего цилиндра 14 образован с периферийной канавкой 39, которая обеспечивает перепускной канал для содействия втеканию, что описывается ниже. Верхний конец меньшего цилиндра 14 снабжен вторым впускным клапаном 31 и дроссельным клапаном 32. Форсунка 24 установлена для подачи жидкого топлива во впускной канал 33. Дроссельный клапан 32 управляет количеством воздуха, следующего через впускной канал 33, и осуществляет это фактически независимо от количества топлива, подаваемого форсункой 34. Вторая форсунка 82 используется для режима бензинового двигателя с электрозажиганием, при этом дроссельный клапан 83 действует совместно со свечой зажигания 52, причем также в режиме бензинового двигателя.
В течение хода всасывания двигателя в режиме работы по Мерритту воздух поступает в больший цилиндр 12 через впускной патрубок 25. Воздух также поступает в меньший цилиндр 14 через открытый клапан 31 совместно с топливом из форсунки 34. НА разность давления поперек головки 35 поршня 18 в ранней части хода сжатия может быть оказано влияние посредством дроссельного клапана 32 и установки момента закрытия клапана 31. Это, в свою очередь оказывает влияние на момент втекания содержимого меньшего цилиндра 14 в пространство сгорания 20 вблизи от положения поршня 18 по внутренней мертвой точке к концу хода сжатия. В свою очередь, момент втекания может управлять моментом зажигания испаренного топлива посредством воспламенения от сжатия, когда смесь топлива и воздуха в цилиндре 14 встречается с более горячим воздухом, подаваемым к пространству сгорания 20 большим поршнем 16 в течение хода сжатия.
Длина канавки 39 в осевом направлении больше толщины кромки 37 головки 35 меньшего поршня для того, чтобы создать увеличенный зазор для течения смеси топлива и воздуха вокруг головки. Канавка 39 также обеспечивает объем пространства сжатия в меньшем цилиндре 14, причем этот объем может влиять на момент втекания посредством создания дополнительного объема в цилиндре 14 в течение хода сжатия.
Выпускной клапан и выпускное отверстие на фиг. 4 не показаны, но тем не менее они имеются в двигателе, сообщаясь с большим цилиндром 12. Сплошная линия положения поршней характеризует положение во внешней мертвой точке, а пунктирные линии показывают положения поршней во внутренней мертвой точке.
Устройство в виде " открытого" пространства сгорания согласно фиг. 4 обеспечивает доступ посредством свечи зажигания 52 непосредственно в пространство сгорания 20. Свеча зажигания проходит через стенку 14A меньшего цилиндра 14.
После того как топливо, которое уже начало втекать в пространство сгорания, воспламеняется искрой, давление, а следовательно и температура газа в пространстве сгорания увеличивается. Это приводит к тому, что остальная часть испаренного топлива, которая продолжает втекать в пространство сгорания и смешивается в нем с воздухом, воспламеняется посредством воспламенения от сжатия, даже если первоначальное пламя, возникающее посредством искры, не пересекает всего пространства сгорания. Этот процесс воспламенения упоминается как воспламенение от сжатия, инициируемое искрой.
Важное преимущество использования воспламенения от сжатия инициируемого искрой, заключается в легкости, с которой оно может быть синхронизовано, с тем, чтобы отвечать разным условиям работы двигателя. Когда используется воспламенение от сжатия, инициируемое искрой, точность управления, требуемая при установке времени процесса втекания, может быть менее важной и менее критичной для работы двигателя.
Для обеспечения воспламенения от сжатия, инициируемого искрой, система двигателя может работать с геометрическими соотношениями сжатия, которые недостаточны для того, чтобы вызвать воспламенение от сжатия в течение ранних моментов втекания конкретного выбранного топлива. Как вариант, для регулирования конечных давлений и температур при сжатии может быть использован дроссель 83. Так, в случае бензина степень сжатия может быть снижена, например, до величины порядка 10: 1 для воспламенения от сжатия, инициируемого искрой. Однако, если при таком топливе предполагается использование самого по себе воспламенения от сжатия, то может потребоваться величина степени сжатия, например, составляющая 18: 1. Второе требование заключается в установке свечи зажигания в том месте, где она встречается с парами топлива, в то время как топливо перемешивается с воздухом в пространстве сгорания на ранней части процесса втекания. Свеча зажигания обеспечивает искру в надлежащий момент времени, с тем чтобы начать процесс воспламенения от сжатия, инициируемого искрой.
В отличие от бензинового двигателя с электроискровым воспламенением или дизельного двигателя, в которых может быть использован только один способ воспламенения, в двигателе Мерритта могут быть использованы способы как искрового зажигания, так и воспламенения от сжатия, что зависит как от его конструкции, так и от используемого топлива.
Посредством испарения по меньшей мере части топлива перед его втеканием в двигателе Мерритта может быть использовано искровое зажигание, что описано выше. Посредством изоляции топлива от большей части воздуха в течение хода сжатия в двигателе Мерритта может быть использован процесс зажигания, известный как воспламенение от сжатия.
Двигатель Мерритта, поскольку он представляет собой двигатель с разделением, весьма пригоден для использования воспламенения от сжатия, с тем чтобы обеспечить зажигание приемлемого топлива. Это выполняется за счет того, что не происходит предварительного перемешивания топлива с достаточным количестве воздуха (то есть смесь весьма богата) для спонтанного зажигания в течение большей части процесса сжатия даже тогда, когда используются высокие степени сжатия. В дизельном двигателе, который также представляет собой двигатель с разделением, момент зажигания определяется моментом начала впрыска топлива в пространство сжатия. В известных двигателях Мерритта управление моментом зажигания осуществляется путем управления моментом начала процесса втекания или управлением моментом возникновения искры, с тем чтобы начать воспламенение от сжатия, инициируемого искрой. В двигателях Мерритта, использующих высокие степени сжатия и соответствующее топливо, воспламенение топлива может происходить без содействия искры в тот момент, когда парообразное топливо начинает поступать в пространство сгорания и встречается в нем с весьма горячим воздухом. В таком двигателе с разделением, как двигатель Мерритта, воспламенение также может осуществляться посредством катализатора, например, платины, размещенной на стенках камеры сгорания, что раскрыто в описаниях более ранних патентов Мерритта, касающихся двигателей, например в патентах Великобритании GB-A-2155546 и GB-A-2186913.
Выбор способа зажигания также обеспечивает выбор широкого диапазона топлив, включающего в себя бензин и дизельное топливо. Выбор топлива в сочетании с выбранной степенью сжатия может диктовать способ зажигания, используемый в двигателе Мерритта. Например, дизельное топливо или бензин с весьма низким октановым числом могут быть воспламенены посредством воспламенения от сжатия, когда выбирается высокая степень сжатия, в то время как бензин с высоким октановым числом в сочетании с более низкой степенью сжатия может быть воспламенен посредством искры. При искровом зажигании в двигателе Мерритта в случае процесса воспламенения от сжатия, инициируемого искрой, не требуется ждать завершения процесса перемешивания всего топлива и воздуха, поскольку необходимо воспламенить лишь часть топлива. В этом случае последующее воспламенение остального топлива осуществляется путем воспламенения от сжатия, когда оно втекает в пространство сгорания.
Технология двигателей Мерритта, известная из патента Великобритании GB-A-2246394, использует способ объединения с бензиновым двигателем с электрозажиганием для того, чтобы снять проблему соответствия разрешенному законом количеству NOX в выхлопных выделениях. Посредством добавления свечи зажигания в камеру сгорания, а также добавочной форсунки или карбюратора и дроссельного клапана во впускном коллекторе двигатель Мерритта согласно фиг. 4 может действовать либо как обычный, имеющий искровое зажигание стехиометрический бензиновый двигатель, который сопоставим с трухпутным каталитическим конвертером, при повышенном диапазоне среднего тормозного эффективного давления, или в качестве чистого двигателя Мерритта от среднего и до нижнего диапазона среднего тормозного эффективного давления с незначительным выхлопным выделением NOX.
Способ воспламенения от сжатия, инициируемого искрой, весьма привлекателен для двигателя, представляющего собой гибрид двигателя Мерритта и бензинового двигателя с электрозажиганием, поскольку в камере сгорания уже имеется свеча зажигания. Переключение между режимами работы в качестве двигателя Мерритта и в качестве бензинового двигателя с электрозажиганием может осуществляться автоматически посредством использования электронной системы управления двигателем, так что при высоком среднем тормозном эффективном давлении или при высокой нагрузке на двигатель он работает как бензиновый двигатель с электрозажиганием, в то время как при среднем диапазоне и пониженном среднем тормозном эффективном давлении он работает как чистый двигатель Мерритта без выделения NOX и со значительно повышенной термической эффективностью.
Предыдущие разъяснения говорят о том, что система управления двигателя Мерритта при обычном использовании обеспечивает связь между двумя другими системами сгорания - дизельным двигателем и бензиновым двигателем с электрозажиганием. Подобно дизелю двигатель Мерритта представляет собой двигатель с разделением, но подобно бензиновому двигателю с электрозажиганием он позволяет топливу испаряться перед его поступлением в камеру сгорания. Подобно дизелю он может использовать воспламенение от сжатия или подобно бензиновому двигателю с электрозажиганием он может использовать воспламенение, инициируемое искрой, но в сочетании с высокими или низкими величинами степени сжатия. Он может использовать как бензин, так и дизельное топливо. Весьма важно то, что он может дейстововать с величинами термической эффективности, которые так же высоки, как и у дизельного двигателя, или даже выше, особенно при частичной нагрузке, но благодаря своему быстрому процессу сгорания он может ближе подойти к уровням удельной мощности бензинового двигателя с электрозажиганием, чем дизельный двигатель. Подобно дизельному двигателю он может использовать турбонаддув или иную подачу сжатого воздуха без необходимости снижения его геометрического соотношения сжатия. Это незадросселированный двигатель, но в отличие от дизельного двигателя он не требует системы впрыскивания топлива под высоким давлением, поскольку топливо поступает в меньший цилиндр двигателя Мерритта в течение части цикла, происходящей при низком давлении перед ходом сжатия и началом последующего процесса сгорания.
Ход сжатия бензинового двигателя с электрозажиганием выполняется на предварительно перемешанной смеси топлива и воздуха, при этом его способ искрового электрозажигания может воспламенять лишь смеси топлива и воздуха, имеющие почти стехиометрические пропорции. Процесс сгорания в бензиновом двигателе с электрозажиганием зависит от пламени, инициируемого искрой и перемещающегося в пространстве сгорания поперек всего объема смеси топлива и воздуха. Напротив, основное преимущество двигателя с разделением над бензиновым двигателем заключается в его способности сжигать топливо в течение процесса его перемешивания с воздухом независимо от количества вовлеченного топлива. Этим сильно объединяются предельные смеси топлива и воздуха, которые могут быть сожжены. Такая способность сжигания весьма бедных предельных смесей при среднем и до низкого диапазонов среднего тормозного эффективного давления способствует пониженным температурам газа в течение рабочего хода. Это, в свою очередь, приводит к повышенной термической эффективности двигателя и пониженным количествам вредных NOX газов в выхлопе, особенно при частичной нагрузке. Признанным фактом является то, что термическая эффективность поршневых двигателей внутреннего сгорания повышается, когда соотношение топлива и воздуха смещается в сторону обеднения смеси.
Два основных способа повышения термической эффективности поршневых двигателей внутреннего сгорания заключается в содействии весьма быстрому сгоранию в начале рабочего хода и в уменьшении осредненных температур газа при последующем выделении тепла. Последний применяется тогда, когда двигатель работает на большем поршне при давлении, которое ниже его максимального индикаторного давления.
Двигатели с разделением не могут соответствовать максимальным величинам среднего эффективного давления бензиновых двигателей, которые достигаются посредством почти полного использования всего кислорода, допускаемого в цилиндр в процессе сгорания. Двигатели с разделением не способны использовать воздух, скрытый в щелях и в паразитных объемах, но двигатели Мерритта, в которых происходит сжатие газифицированного топлива, могут выполнять это лучше, чем дизельные двигатели, которые сжигают топливо, сцентрированное в каплях жидкости.
Новое законодательство, касающееся контроля выхлопных выделений из двигателей транспортных средств, привело к использованию трехходового каталитического конвертера. Он завершает процесс окисления частично сожженного топлива, а также раскисляет вредные окислы азота (NOX), образуемые в течение процесса сгорания. Доступный в настоящее время каталитический конвертер может эффективно функционировать для снижения NOX, если только двигатель допускает подачу стехиометрической смеси воздуха и топлива, поскольку какое-либо избыточное количество кислорода, присутствующее в выхлопном газе, делает каталитический конвертер неэффективным для снижения NOX. Транспортные средства, использующие бензиновые двигатели с электрозажиганием, теперь действуют этим способом в пределах определенных законом ограничений по NOX. По этой причине транспортные средства, использующие дизельные двигатели, в настоящее время не могут соответствовать контрольным цифрам снижения NOX, касающимся бензиновых двигателей, причем чистый двигатель Мерритта также, вероятно, должен столкнуться с подобной проблемой, когда он работает при повышенном диапазоне среднего эффективного давления. Однако двигатель Мерритта потенциально может работать в среднем и нижнем диапазоне среднего эффективного давления, создавая незначительные количества NOX в течение процесса сгорания.
Обедненное сгорание в бензиновых двигателях создает максимальные количества NOX, если работа происходит на смесях топлива и воздуха, немного беднее стехиометрических, когда происходит наисильнейшее сгорание, например, при соотношениях топлива и воздуха в диапазоне от 16: 1 до 20: 1. Как разъяснялось ранее, это NOX не может быть уменьшено трехходовым каталитическим конвертером, поскольку в выхлопном потоке имеется избыточное количество кислорода. Однако, когда работа далее происходит в обедненном диапазоне, например, с соотношениями топлива и воздуха большими чем 20: 1, приблизительно при 70% среднего тормозного эффективного давления и ниже, разжижение избыточным воздухом может оказаться достаточным для охлаждения газов и для прекращения образования NOX в течение сгорания.
Подобно другому двигателю с разделением - дизельному двигателю, двигатель Мерритта должен быть обеспечен средством для эффективного перемешивания топлива и воздуха непосредственно перед процессом сгорания и в течение этого процесса. В двигателе Мерритта это может выполняться, используя устройства, подобные устройствам дизельного двигателя в его формах как с непосредственным впрыском, так и с непрямым впрыском. В двигателе Марритта топливо поступает в камеру сгорания в течение процесса втекания к концу хода сжатия, причем по меньшей мере в частично испаренном состоянии. Параллельный процесс в дизельном двигателе называется впрыском топлива.
|
|
|
