 |
Патент №7 3 страница
|
|
|
|
Нет необходимости в точной синхронизации перемещений двух поршней (показанных на фиг. 7). Предпочтительно, чтобы меньший поршень оставался на своей посадочной поверхности в течение большей части рабочего хода большего поршня 16. После этого он может начать свой ход всасывания либо почти в конце рабочего хода большего поршня 16, либо в начале или в течение хода выпуска большего поршня. Как вариант, он может начать свой ход всасывания в любой момент в течение хода выпуска большего поршня 16. Если меньший поршень начинает свой ход всасывания в течение выпускного хода большего поршня, он будет всасывать некоторое количество горячих газообразных продуктов сгорания в первый объем меньшего цилиндра 14. Когда топливо впрыскивается в него в течение хода всасывания, горячие газы будут содействовать испарению топлива.
В устройстве Мерритта с непрямым втеканием, показанном на фиг. 11, 14 и 21, пространство сгорания 20 частично отделено от большего цилиндра 12 посредством ограничителя или пластины 216, которая имеет отверстие 2161. Отверстие обеспечивает возможность движения газов между пространством сгорания 20 и большим цилиндром 12 и выполняет определенное количество функций. Оно содействует вихревому движению воздуха, перемещающегося из большего цилиндра 12 в пространство сгорания 20 в течение хода сжатия большего поршня 16. Оно также способствует потоку горячих газов, выходящему из пространства сгорания в течение ранних стадий сгорания, который имеет форму высокоскоростной струи. Эта струя может быть направлена к клапанным полостям в цилиндре 12, содержащим неиспользуемый или паразитический воздух, который может быть задействован в процессе сгорания. Размер отверстия 2161 может меняться соответственно выбранной конструкции в зависимости от топлива и степени сжатия. Схема смешения для непрямого втекания может быть применена в двигателях Мерритта, использующих бензин или дизельное топливо, либо какое-то иное топливо, воспламеняемое сжатием или воспламенение которого от сжатия инициируется искрой. Очевидным преимуществом двигателя Мерритта с непрямым втеканием является занижение требования к пространству для отверстия 2161 на огневой пластине двигателя. Этим обеспечивается меньшее влияние клапанного пространства, что можно видеть на фиг. 11 и 13a. Объем пространства сгорания может быть ограничен между пластиной 216 и головкой 35 меньшего поршня, либо он может частично продолен в больший цилиндр, например, в углубление 117 в большем поршне 16, как показано на фиг. 11.
|
|
|
В двигателе Мерритта с промежуточным втеканием, выполненном согласно фиг. 12, площадь пространства сгорания 20, которая выходит к цилиндру 12, временно блокируется сплошной границей 116. Эта граница содержит отверстие или отверстия 1161, которые выполняют функцию, подобную функции отверстия 2161 на фиг. 11. Отверстие может направлять воздух из цилиндра 12 в пространство сгорания 20 с тангенциальным и/или осевым компонентом скорости. Это способствует вращательному движению газа в воздухе, подаваемом к пространству сгорания 20 в течение последней части хода сжатия.
Сплошная граница может быть выполнена в форме пробки 116, образованной в виде выступа на поршне 16. Пробка 116 может с определенным зазором отстоять от стенки меньшего цилиндра 14, содержащего пространство сгорания 20, с тем чтобы избежать контакта в течение перемещения поршня. Эффективная высота H пробки 116 над головкой большего поршня 16 может быть относительно мала, например, находиться в диапазоне 10-20% хода большего поршня 16. Это делается ввиду того, что большая часть (например, от 50 до 70%) массы воздуха в цилиндре 12 перемещается за пробку в пространство сгорания 20 в течение по меньшей мере 10-20% перемещения большего поршня к концу хода сжатия. Кроме того, этот воздух имеет повышенную плотность, поскольку он находится в весьма сжатом состоянии.
|
|
|
Как можно видеть на фиг. 12, пробка 116 и поршень 18 имеют частично сферические поверхности, которые способствуют образованию вихревого движения воздуха в камере сгорания 20.
На фиг. с 13a по 13d представлены виды в плане четырех возможных форм огневой пластины двигателя. Огневая пластина содержит седла 24 и 26 клапанных головок, причем на фигурах показаны возможные формы отверстия между большим цилиндром 12 и меньшим цилиндром 14. Устройство, выполненное согласно фиг. 13d и 13c, обеспечивает четыре клапана на цилиндр. В двигателе с непосредственным втеканием два впускных клапана 24 и два выпускных клапана 26 окружают полностью открытый, расположенный по центру меньший цилиндр 14. Поперечное сечение меньшего цилиндра может иметь круглую форму, либо он может иметь иную приемлемую форму, например показанную на фиг. 13c, чтобы наилучшим образом использовать площадь, доступную на огневой пластине. Принудительное направление штока 234 меньшего поршня 18 гарантирует, что головка 35 может иметь любую форму поперечного сечения без опасности касания стенки 14a меньшего цилиндра. Четырехклапанное устройство симметрично и обеспечивает хороший поток газа. На фиг. 13a представлен пример двухклапанного устройства в двигателе с непрямым втеканием. В данном случае пространство сгорания сообщается с большим цилиндром 12 через отверстие 2161 (см. также фиг 11).
На фиг. 13b показаны клапанные полости 424 впускного клапана 24 и выпускного клапана 26, а также торцевой вид пространства сгорания 20 в двигателе с непрямым втеканием. Неглубокие каналы 360 вырезаны в головке цилиндра или, как вариант, могут быть вырезаны в головке большего поршня, с тем чтобы направлять газ в отверстие 2161 и из этого отверстия. Стрелка 369 показывает направление вращения воздуха, поступающего в камеру сгорания в течение последней части хода сжатия, в то время как стрелками 367 и 368 показано направление вращения сжигаемых газов, когда они выходят из каналов 360 в полости клапанов. При этом кислород, захваченный в паразитических объемах полостей клапанов, может быть вовлечен в процесс сгорания способом, подобным работе дизельного двигателя с непрямым впрыском посредством использования устройства Ricardo Comet.
|
|
|
Процесс разделения в двигателе Мерритта.
В двигателе согласно настоящему изобретению разделение представляет собой процесс удерживания смеси топлива и воздуха в первом объеме 15a меньшего цилиндра 14 отдельно от воздуха, допускаемого в больший цилиндр 12. Процесс основан на давлении, преобладающем в первом объеме, которое ниже или равно давлению во втором объеме 15b в течение хода всасывания и в течение большей части хода сжатия меньшего поршня 18. Это разделение достигается посредством использования одного или более из нескольких отличительных признаков:
1) зазора 128 между стенками меньшего цилиндра и головкой меньшего поршня, когда он достаточно велик для того, чтобы обеспечить течение газа через него при выбранных условиях;
2) зазора 128 между стенками меньшего цилиндра и головкой меньшего поршня, когда он весьма мал для обеспечения потока газа через него;
3) верхний канавки 39, объем которой обеспечивает объем сжатия меньшего цилиндра;
4) связи отношений объемов сжатия к втеканию;
5) взаимосвязи углового смещения кривошипа для меньшего поршня 18 по отношению к большему поршню 12, в частности, в течение кода сжатия. Этим определяется степень уменьшения объема в меньшем цилиндре 14 и в большем цилиндре 12 в течение большей части ходов сжатия двух поршней.
При использовании вышеуказанных отличительных признаков, по отдельности или при выбранном сочетании, обеспечивается задержка втекания до конца хода сжатия меньшего поршня 18. Например, использование отличительного признака 2 также потребует использование отличительного признака 3. Однако, использование отличительного признака 1 может потребовать, чтобы меньший поршень больше отставал от большего поршня (фиг. 5).
|
|
|
Использование отличительных признаков 2 и 3 представлено, например, на фиг. 9, на которой показано перемещение газа по головке 35 меньшего поршня 18 через зазор 128. В течение хода всасывания меньшего поршня, поскольку первый объем 15a цилиндра 14 увеличивается, топливо подается в первый объем, например, посредством форсунки 34. Когда топливо испаряется, оно создает дополнительное парциальное давление в первом объеме, и если давление остается ниже давления в большем цилиндре 12 в течение выпускного хода большего поршня, некоторое количество газов в большем цилиндре перемещается через зазор 128 для перемешивания с топливом. Ограничение, налагаемое размером зазора, может способствовать падению давления, которое сохраняет давление в первом объеме 15a меньшим давления в большем цилиндре, причем этот эффект может усиливаться с повышением скорости двигателя.
Для гарантии полного разделения в течение хода всасывания меньшего поршня количество топлива, подаваемое к первому объему 15a в меньшем цилиндре 14, должно соответствовать рабочему объему меньшего цилиндра для обеспечения того, чтобы полное давление в первом объеме было ниже давления в большем цилиндре в течение его хода всасывания. В случае более летучих топлив, например, бензина, может потребоваться больший рабочий объем меньшего цилиндра 14 по сравнению со случаем использования менее летучих топлив, которые могут неполностью испаряться в меньшем цилиндре перед началом процесса втекания. Все же менее летучие топлива могут быть использованы в двигателе Мерритта, поскольку процесс втекания может создать сильный выброс газа, как показано на фиг. 10, и этот газ может нести с собой некоторое количество неиспаренного топлива в форме мелких жидких капель, которые могут быть быстро сожжены в пространстве сгорания. Например, в чистом виде двигателя Мерритта может использоваться дизельное топливо, впрыскиваемое форсункой 34, работающей на низком давлении, в первый объем меньшего цилиндра 14, причем двигатель работает даже без полного испарения всего количества топлива, особенно при полной нагрузке. В этом случае лишь часть топлива испаряется в течение ходов всасывания и сжатия меньшего поршня, а остальное жидкое топливо распыляется при его выбросе совместно с горячими газами в течение процесса втекания.
Объем, заключенный внутри канавки 39, обеспечивает объем сжатия для меньшего цилиндра 14 до тех пор, пока головка 35 поршня не достигнет канавки к концу хода сжатия. Объем сжатия, например, в верхней канавке 39 меньшего цилиндра, может быть выбран с гарантией того, что соотношение объемов (а следовательно и соотношение давлений) при каждой последовательной стадии перемещения поршня 18 в течение его хода сжатия будет меньше для меньшего цилиндра 14, чем соответствующее объемное отношение в большем цилиндре 12 за тот же самый временной интервал перемещения. При этом повышение давления в первом объеме меньшего цилиндра 14 меньше повышения давления в большем цилиндре 12, даже если оба цилиндра начинают стадию сжатия при одинаковых давлениях. В этом случае разделение сохраняется в течение ходов сжатия обоих поршней до тех пор, пока меньший поршень не достигнет канавки 39. Затем резная потеря этого объема сжатия, которая происходит в тот момент, когда зазор 128 резко увеличивается, заставляет начать процесс втекания.
|
|
|
Отличительный признак 5 может быть разъяснен со ссылкой на фиг. 8a и 8b. Положения двух поршней 16, 18, когда они перемещаются при соответствующих ходах сжатия из внешней мертвой точки во внутреннюю мертвую точку, определяются на графике углами кривошипа двигателя, составляющими от 180o до 360o. Положение каждого поршня выражается в виде процентов длины его хода. Кривая 6000 демонстрирует типичное, почти синусоидальное перемещение кривошипного механизма для большего поршня, а кривые 6001 и 6002 представляют собой два примера, показывающих движение, сообщаемое меньшему поршню кулачковым профилем, с кулачковым валом, устанавливаемым по двум фазовым углам относительно коленчатого вала. Точки 6003 и 6004 представляют собой процесс втекания (его начало), когда кромка 37 головки меньшего поршня начинает открывать верхнюю канавку 39.
Может быть обеспечена кривая 6001, (6002), отстающая от кривой 6000, чтобы при большинстве угловых положений кривошипа до втекания в точке 6003 (6004) больший поршень 16 перемещался вперед в большей степени, чем меньшей поршень 18, и при этом создавалось бы большее повышение давления в большем цилиндре 12, чем повышение давления, имеющее место в первом объеме 15a меньшего цилиндра 14. Очевидно, что перемещения, представленные на фиг. 8a и 8b, показывают, что в течение хода сжатия больший поршень уменьшает объем в большем цилиндре пропорционально быстрее, чем соответствующее уменьшение первого объема меньшего цилиндра. Точка 6003 (6004) представляет собой точку всасывания вдоль остальной длины хода меньшего поршня. Относительное отставание меньшего поршня 18 от большего поршня 16 может быть достигнуто посредством профиля кулачка 500 (фиг. 5) и/или посредством перемещения углового положения кулачка, который приводит в действие меньший поршень, относительно коленчатого вала, который приводит в действие больший поршень.
Процесс втекания в двигателе Мерритта
Процесс втекания следует за процессом разделения и представляет собой перенос содержимого первого объема 15a меньшего цилиндра 14 в камеру сгорания 20 по краю 37 головки 35 меньшего поршня 18. Это происходит ближе к концу хода сжатия меньшего поршня 18 и разъясняется с помощью фиг. 10. В это время содержимое первого объема 15a меньшего цилиндра 14 включает в себя топливо, которое может быть испарено полностью или частично и, кроме того, некоторое количество воздуха, а возможно и какие-либо газообразные продукты сгорания. Эта смесь весьма богата топливом, но в ней не хватает кислорода, поэтому она не будет быстро сгорать даже в конце хода сжатия. Когда же она переносится в пространство сгорания 20, где содержится большая часть впущенного воздуха, после получения кислорода и зажигания может начаться быстрое сжигание топлива.
Когда кромка 37 головки 35 меньшего поршня 18 достигает края канавки 39, процесс разделения нарушается. После этого газы, содержащиеся в первом объеме 15a меньшего цилиндра, вытесняется в пространство сгорания 20 посредством дополнительного движения поршня 18. Богатый топливом газ отклоняется канавкой в радиальном нижнем направлении и перемешивается с воздухом, который вращается внутри пространства сгорания вокруг цилиндрической стенки. Когда поршень 18, наконец, наталкивается на седло 515, топливо выбрасывается в пространство сгорания 20, включая и какое-либо жидкое топливо, которое не испарилось в течение периода разделения.
Толщина T (фиг. 10) кромки головки 35 меньшего поршня влияет на положение поршня 18, при котором начинается втекание. Чем больше толщина T, тем позднее начинается втекание.
Выбор момента начала втекания может изменяться соответственно конструкции двигателя, особенно соответственно используемому способу зажигания. Если используется воспламенение от сжатия, то момент втекания определяет начало сгорания, однако, процесс сгорания не будет закончен до тех пор, пока меньший поршень не достигнет своего седла и не подаст все топливо в пространство сгорания, где имеется кислород. Если используется воспламенение от сжатия, инициируемое искрой, втекание может быть начало раньше - перед тем, как происходит искровое зажигание. В данном случае точность этого момента менее критична, поскольку теперь управление началом сгорания осуществляется искрой, которая должна быть создана после начала втекания.
Время начала втекания предшествует моменту зажигания, поскольку топливо должно быть перемешано с кислородом в пространстве сгорания с тем, чтобы обеспечить поддерживаемый процесс сгорания. Поскольку процесс втекания занимает определенное время, необходимо синхронизировать время процесса втекания с желаемым временем процесса сгорания применительно к положению большего поршня. Одно из предпочтительных решений заключается в содействии позднему втеканию короткой продолжительности.
Фиг. 8a и 8b, описанные ранее со ссылкой на процесс разделения, показывают, как может осуществляться управление синхронизацией и продолжительностью процесса втекания. Кривые 6001 и 6002 характеризуют два возможных перемещения меньшего поршня 18, используя один кулачковый профиль, и получается посредством изменения фазового угла между кулачковым валом (который приводит в движение меньший поршень) и коленчатым валом (который приводит в движение больший поршень). Точки 6003 и 6004 характеризуют начало процесса втекания, который физически может быть определен подходом меньшего поршня к началу верхней канавки, как показало на фиг. 10. Обе эти точки показаны лежащими на общей линии на расстоянии X от конца хода, при этом расстояние X характеризует положение начала канавки 39.
На фиг. 8a двойная стрелка 6005 демонстрирует влияние на начало процесса втекания изменения фазы между кулачковым валом и коленчатым валом. В результате втекание начинается при углах кривошипа 01 и 02 соответственно для кривых 6001 и 6002. Увеличение угла отставания между кривой 6000 и кривой 6001 образует кривую 6002. Кривая 6002 показывает, что при каждом положении кривошипа меньший поршень отстает на дополнительное расстояние от положения большего поршня по сравнению с кривой 6002. Эта величина отставания поршня представляет собой один из способов, посредством которого может контролироваться начало разделения, поскольку она управляет последовательным соотношением объемов для двух поршней 16, 18 в течение хода сжатия. Можно видеть, что отставание также влияет на положение меньшего поршня 18, при котором происходит начало втекания (показано в точке θ 1 или в точке θ 2). Это отставания также приводит к задержке конца процесса втекания.
На фиг. 8b в увеличенном масштабе показана часть фиг. 8a, с тем, чтобы проиллюстрировать управление на протяжении процесса втекания. Период втекания на кривой 6002 представлен угловым перемещением коленчатого вала от θ 2 до θ C2. Увеличение отставания меньшего поршня 18 от положения 6001 для положения 6002 приводит в задержке как начала (от θ 1 до θ 2), так и конца (от 1DC до θ C2) процесса втекания. Окончание в θ C2 показано на диаграмме перемещенным к началу рабочего хода большего поршня 16 и это может оказаться нежелательным последствием задержки начала процесса втекания. Для устранения этого недостатка профиль кулачка 500 может обеспечивать возможность резкого отсоединения от меньшего поршня 18 после достижения точки начала втекания в θ 2. Возможный профиль кулачка для такого устройства показан на фиг. 21. В случае использования этого кулачкового профиля пунктирные кривые от 6004 до θ C2a или от 6004 до θ C2b показывают положение меньшего поршня 18 в течение процесса втекания. Перед достижением точки 6004 движение меньшего поршня контролируется кулачковым профилем. После точки 6004, т. е. начала процесса втекания, меньший поршень 18 свободно ускоряется до наивысшей скорости, полученной в результате действия пружины 501 и силы газов, оказывающих воздействие на меньший поршень в таком положении. Это свободное движение зависит от времени, поэтому конец процесса втекания происходит при большем угле поворота кривошипа и более высоких скоростях двигателя (в точке θ C2b) по сравнению с меньшей скоростью двигателя (в точке θ C2a). Это не является недостатком, если процесс втекания в целом может происходить быстро, например, за 11 градусов угла поворота кривошипа с более высокой скоростью. Например, при скорости холостого хода порядка 600 об/мин процесс втекания может продолжаться в течение 2 градусов угла поворота кривошипа (от 10 градусов поворота кривошипа большего поршня 16 до внутренней мертвой точки и к 1 градусу поворота кривошипа после внутренней мертвой точки для большего поршня).
Перед началом свободного ускорения меньшего поршня 18 в точке 6004 меньший поршень будет перемещаться быстрее при скорости двигателя 6000 об/мин, чем при скорости 600 об/мин, а это способствует короткому процессу втекания при повышенной скорости двигателя.
В конце процесса втекания меньший поршень приходит в состояние покоя, когда головка поршня 18 приводит в соприкосновение со своим седлом 515. Удар смягчается газом, который быстро вытесняется из первого объема 15a меньшего цилиндра 14. Получающаяся высокая скорость втекающих газов (стрелка 5111 на фиг. 10) способствует перемешиванию топлива и воздуха в пространстве сгорания 20.
Описанное выше устройство способствует позднему втеканию весьма малой продолжительности. Этот процесс может оказаться весьма приемлемым для использования воспламенения, инициируемого искрой, в случае работы в чистом режиме Мерритта, когда все топливо вводится в меньший цилиндр 14. При таком устройстве зажигание может произойти, как только начинается втекание и период сгорания может быть коротким при всех скоростях двигателя, что способствует весьма высокой термической эффективности.
В альтернативном варианте устройства обеспечивается содействие процессу втекания при заданной продолжительности угла кривошипа под влиянием профиля кулачка, причем в течение всего времени. Это иллюстрируется протяженностью кривой 6001 к концу втекания во внутренней мертвой точке (положение коленчатого вала при 360o). В этом случае может возникнуть необходимость в задержке момента зажигания до начала процесса втекания в точке θ 1, причем это может быть выполнено с помощью искры, создаваемой в определенное время, если сознательно не применяется воспламенение от сжатия. После того как происходит зажигание, богатая топливом смесь, которая все еще втекает, может зажигаться и воспламенять топливо, которое втекло ранее. Это ранее поступившее топливо образует обедненную смесь топлива и воздуха после перемешивания его с воздухом в камере сгорания 20. Если эта бедная смесь топлива и воздуха уже в пространстве сгорания 20 не может быть воспламенена подобным образом (например, когда двигатель работает на холостом ходу и использует небольшое количество топлива), патрубок 25 для впуска воздуха в больший цилиндр может быть частично задросселирован. Этим уменьшается количество воздуха в камере сгорания 20 во время зажигания, и, таким образом, в момент зажигания происходит обогащение смеси топлива и воздуха внутри пространства сгорания 20. Такой возможный дроссельный клапан 83 показан на фиг. 23, однако, следует свести к минимуму использование для этой цели дроссельного клапана, поскольку он может понизить термическую эффективность двигателя. Как вариант или в дополнение к сказанному богатая смесь топлива и воздуха, выходящая из первого объема 15a меньшего цилиндра 14 в течение втекания, может наслаиваться в тем, чтобы она оставалась воспламеняемой в камере сгорания 20 посредством искры.
При использовании двигателя Мерритта в виде гибрида двигателя Мерритта и дизельного двигателя с использованием воспламенения от сжатия втекание смеси топлива и воздуха в точке θ 2, показанной на фиг. 8b, будет инициировать зажигание меньшего количества топлива, которое поступает в меньший цилиндр по способу Мерритта. Это способствует возгоранию основного заряда топлива, которое отдельно и в определенное время поступает в камеру сгорания для содействия оптимальному периоду сгорания по отношению к угловым положениям поворота кривошипа. В таком двигателе воспламенение от сжатия лишь небольшого количества зажигающего топлива может происходить перед процессом впрыска основного топлива без получения ощутимой негативной работы в конце хода сжатия.
Процесс воспламенения в двигателе Мерритта
Двигатель Мерритта представляет собой двигатель, который подает газообразное топливо в камеру сгорания. Поэтому помимо использования воспламенения от сжатия, либо воспламенения от сжатия, инициируемое искрой, с тем чтобы начать процесс сгорания, в двигателе Мерритта также могут использоваться устройства для непрерывного зажигания, такие, как воспламенитель или слой каталитического материала, например, платины, расположенной на стенке камеры сгорания 20. Устройства для непрерывного воспламенения не могут быть использованы, если двигатель Мерритта представляет собой гибрид с системой сгорания бензинового двигателя с электрозажиганием.
Для использования воспламенения от сжатия двигатель Мерритта подобно дизельному двигателю должен соответствовать надлежащему топливу со степенью сжатия, достаточно высокой для воспламенения топлива от сжатия. В случае применения дизельного топлива чистые двигатели Мерритта, сконструированные в виде двигателей с непосредственным втеканием, могут использоваться со степенями сжатия, например, от 14: 1 до 16: 1. Степень сжатия, необходимая для воспламенения предварительно испаренного дизельного топлива, в двигателе Мерритта, может быть ниже степени сжатия, используемой в дизельном двигателе, где жидкое топливо воспламеняется только после того, как некоторая часть топлива извлечет тепло из горячего воздуха в течение процесса испарения. Двигатели Мерритта, сконструированные в виде двигателей с непрямым втеканием, могут потребовать более высоких степеней сжатия, например, от 18: 1 до 20: 1. Это вновь величины, возможно, меньшие тех, которые требуются для типичного дизельного двигателя с непрямым впрыском.
В двигателе Мерритта возможно использование воспламенения от сжатия, инициируемого искрой, поскольку перед воспламенением топливо предварительно испаряется в первом объеме 15a меньшего цилиндра 14. Если используется воспламенение от сжатия, инициируемое искрой, необходимо избежать преждевременного воспламенения от сжатия, происходящего без какого-либо постороннего содействия. Поэтому степень сжатия двигателя должна соответствовать используемому топливу с тем, чтобы избежать воспламенения от сжатия без постороннего содействия. Например, если используется высококачественный бензин, может быть приемлема степень сжатия порядка 10: 1.
Процесс воспламенения от сжатия, инициируемого искрой, требует наличия горючей смеси у электродов искры зажигания 52. Поэтому важно расположить искру зажигания в соответствующем месте, где топливо и воздух могут быть соединены друг с другом вблизи электродов.
Одно такое приемлемое устройство показано на фиг. 14, где электроды свечи зажигания в полости 1152 стенки 14a меньшего цилиндра. Полость показана в положении несколько ниже канавки 39 и выходит в канавку 39, чтобы обеспечить достижение богатым разнообразным топливом электродов свечи зажигания. Воздух, совершающий вихревое движение вокруг стенки пространства сгорания 20, направляется к электродам свечи зажигания посредством нижней части 1153 полости. Получающаяся в результате смесь может позволить создать пламя, которое затем может продолжить перемещение вокруг канавки 39. При надлежащем выборе степени сжатия двигателя, как только произойдет воспламенение от искры некоторого количества топлива, последующее повышение давления и температуры может оказаться достаточным, чтобы инициировать процесс воспламенения от сжатия для дальнейшего выхода газообразного топлива из первого объема 15a меньшего цилиндра в пространство сгорания 20. Процесс воспламенения от сжатия, инициируемый искрой, отличается от нормального искрового зажигания, используемого в бензиновом двигателе с электрозажиганием, где стехиометрическая смесь воздуха и топлива воспламеняется искрой, которая создает фронт пламени, способный пересекать всю смесь. В двигателе Мерритта, подобном дизельному двигателю, перемешивание топлива и воздуха происходит в течение процесса сгорания и не может быть завершено до тех пор, пока все топливо не будет подано в пространство сгорания.
Пространство сгорания двигателя Мерритта в его чистом виде может быть задействовано при более высоких температурах, чем в камере сгорания типичного бензинового двигателя с электрозажиганием, поскольку топливо не поступает в пространство сгорания, пока не возникнет необходимость в его зажигании.
Способность факельного зажигания в гибридных двигателях Мерритта
Процесс разделения, используемый в двигателе Мерритта, выполненного согласно этому изобретению, может быть применен для создания источника зажигания, обладающего высокой энергией, который воспламеняет топливо, подаваемое к пространству сгорания 20 от источников подачи топлива, отличающихся от средства подачи топлива к первому объему 15a меньшего цилиндра.
Два примера подобного применения показаны на фиг. 15 и 16.
Устройство согласно фиг. 15 приемлемо для использования с гомогенными смесями топлива и воздуха, которые обычно воспламеняется посредством свечи зажигания.
На фиг. 15 второй источник подачи топлива через форсунку 82, подает топливо непосредственно к большему цилиндру 12. Меньший цилиндр 18 имеет меньшее отношение E рабочих объемов, которое как раз достаточно для испарения небольшого количества топлива, например, составляющего 10% стехиометричного количества топлива (топливное отношение F = 10%). Количество топлива, подаваемое за цикл двигателя посредством форсунки 34, может быть постоянным, либо может изменяться соответственно энергии, необходимой для процесса воспламенения. Как показано, это топливо подается форсункой 34, работающей на низком давлении, однако могут использоваться и другие дозирующие устройства с низким давлением. Например, для нагнетания постоянного количества топлива может использоваться одно за цикл перемещения меньшего поршня. Топливо может представлять собой то же топливо, которое подается форсункой 82, либо оно может быть более летучим топливом или газоообразным топливом.
|
|
|
