Po  przeczytaniu artykułu Nadchodzi koniec ery silników spalinowych https://moto.pl/MotoPL/7,174430,25965954,nadchodzi-koniec-ery-silnikow-spalinowych-moto-2030.html?fbclid=IwAR3uSaTWAzWdw6m-2VeVSfOTU8vg4Fw-wkUGu4tCfoFX9N0IABn2LM_Cd4U uświadomiłem sobie, że historia motoryzacji z silnikami spalinowymi to całe moje życie. Silniki spalinowe towarzyszyły mi od małego, przykładowo: motory Mińsk, Java, Junak oraz samochody: ZIS5, Studebacker, Dogde, Lublin, Star, Żubr, Fiat126p, Nissan Sunny, Mitsubishi Colt, Nissan Primera. Aktualnie po stu pięćdziesięciu  latach rozwoju silniki spalinowe docierają do granicy technologicznej i ekonomiczne, poza którą już nie będzie można poprawić ich projektów. Przez ten czas przeszły niesamowitą ewolucję. Od lat 70-tych XIX w. poprzez cały wiek XX około stukrotnie zmniejszono emisję szkodliwych substancji towarzyszących pracy silników spalinowych. Według  International Journal of Engine Research  silniki spalinowe wykonują 1/4 całej pracy w światowym przemyśle i emitują około 10 proc. gazów cieplarnianych.

To prawda, że silniki spalinowe są w tej chwili są szczytowym osiągnięciem techniki, a efekt osiągnięty przez inżynierów godny podziwu. Tylko, że został osiągnięty wysokim kosztem i to dosłownie dzięki olbrzymiej liczbie geniuszy zafascynowanych technika motoryzacyjną. Nowoczesne silniki spalinowe, a zwłaszcza turbo diesle, są niezwykle skomplikowane. Spalanie paliw kopalnych w miarę ekologiczny sposób wymaga niezwykle precyzyjnej i drogiej w wykonaniu maszynerii. Precyzyjne układy wtryskowe pracują pod ciśnieniem tysięcy atmosfer, a tolerancja przy ich projektowaniu i produkcji jest bardzo mała. Dodatkowo do oczyszczania spalin tak, by spełniły normy emisji również trzeba stosować wyrafinowane metody: liczne katalizatory, które wykorzystują rzadkie metale, układy recyrkulacji spalin i inne skomplikowane rozwiązania. Wszystkie podnoszą koszt wytworzenia takich silników, a wiadomo, że i tak nie osiągną poziomu sprawności i emisji zapewnianego przez elektryczne. Ale ze względu na szacunek dla udziału silników spalinowych w naszym życiu codziennym XX wieku należy sięgnąć do czasów wynalezienia i znaczących kroków w ich rozwoju.

Pierwszy patent, który uważany jest za protoplastę dzisiejszych silników spalinowych uzyskał N.A.Otto w 1877 roku,  US194047 GAS-MOTOR ENGINES.  Według wynalazku do cylindra silnika  wprowadza się jednorodną  mieszaninę palnego gazu z powietrzem, który może podtrzymywać spalanie w taki sposób i w takich proporcjach, że cząstki palnej mieszanki gazowej są mniej lub bardziej rozproszone w odizolowanym stanie w powietrzu lub innym gazie, tak że podczas zapłonu, zamiast wybuchu, płomień będzie przekazywany stopniowo z jednej palnej cząstki do drugiej, tym samym powodując stopniowy rozwój ciepła i odpowiadające mu stopniowe rozszerzanie się gazów, co umożliwi wykorzystanie tak wytworzonej mocy napędowej w najbardziej efektywny sposób. Otto pierwszą  konstrukcje silnika dwusuwowego wykonał w 1864 korzystając z doświadczeń  silnika Lenoira, który pracował w położeniu poziomym cylindra, na mieszaninie powietrza z  gazem, używanym do oświetlenia. Silnik Otto  pracował na tej samej mieszaninie gazu,  jednak  w położeniu pionowym w odróżnieniu od silnika Lenoira ,  co zapewniło mu , że okazał się 4-5 razy bardziej ekonomiczny niż silnik Lenoir. Pierwsze silniki dwusuwowe były szeroko stosowane jako napędy do maszyn drukarskich, wind towarowych, tokarek i krosien, przędzarek i innego sprzętu. Godny odnotowania jest fakt, że  silniki te stosowane do chwili obecnej  jako napędy do kosiarek i pił łańcuchowych oraz  w silnikach łodzi i małych motocykli. Potężny czterosuwowy silnik Otto zastąpił wszystkie poprzednie modele ICE( Internal Combustion Engine) – jego obwód stał się modelem do tworzenia wszystkich kolejnych ICE, aż  do naszych czasów i otworzył możliwość zastosowania ICE w transporcie

 

Czterocyklowy cykl silnika spalinowego Otto 1876. Cykl I. Wlot paliwa: tłok (1) porusza się do przodu (pierwszy skok), tworząc niskie ciśnienie w cylindrze. Obrót wału głównego (2) przez przekładnię ślimakową (3) jest przenoszony na wałek pomocniczy (4), który steruje zaworami rozdzielczymi gazu. W cyklu I wał otwiera zawór wlotowy (5), a palna mieszanina ze zbiornika paliwa (6) wchodzi do cylindra (7). Zawór zamyka się. Cykl II . Kompresja: tłok cofa się (drugi skok) i spręża mieszankę paliwową. Podczas uruchamiania silnika pierwszy i drugi skok tłoka wykonywano ręcznie, a następnie odbywało się to automatycznie – bezwładność koła zamachowego (8) wspierała obrót wału głównego. Cykl III . Rozszerzanie się mieszanki (skok): wał pomocniczy na krótko otwiera zawór (9), który dostarcza część mieszanki do palnika gazowego (10), gdzie zapala się (11) i wchodząc do cylindra, zapala w nim główną część paliwa. Gazy w cylindrze rozszerzają się i popychają tłok do przodu (trzeci skok). Przy tym skoku tłok wykonuje pożyteczną pracę: poprzez drążek (12) przekazuje siłę  do mechanizmu korbowego (13), który wprawia w ruch  koło zamachowe. Cykl IV . Wydech: przez zawór wydechowy (14) gazy spalinowe, które są szybko sprężane z powodu płaszcza chłodzącego (15) w korpusie cylindra, są usuwane z cylindra. Powstaje próżnia (niskie ciśnienie) i tłok wraca (czwarty skok). 

Gaz świetlisty był dość drogim paliwem, więc  w poszukiwaniu nowego rodzaju paliwa dla ICE zwrócono uwagę na inne substancje zawierające węglowodory – produkty naftowe. Pierwszy silnik benzynowy powstał w  firmie Otto G. Daimler i V. Maybach w 1883 roku, który został zainstalowany w pierwszym motocyklu w 1885 roku, a w pierwszym samochodzie w 1886 roku. Ponieważ mieszanka parującej  benzyny  z  powietrzem  była niejednorodna pierwsze silniki pracowały zawodnie, aż do momentu wynalazku gaźnika przez węgierskiego inżyniera D. Banki, który wymyślił sposób rozpylania benzyny w powietrzu. Zawiesina benzyny, równomiernie zmieszana z powietrzem, zasysana była  do cylindra, gdzie po zapaleniu szybko zamieniła się w mieszaninę gazów, zapewniając dobrą reakcję i potężną ekspansję podczas wybuchu.

Dla przypomnienia tradycyjny cykl  Otta, silnika czterosuwowego  zawiera:  cztery oddzielne fazy pracy silnika spalinowego, wytwarzane są przez dwa obroty wału korbowego oraz precyzyjne ustawienie zaworów i zapłonu. Jak widać na poniższej animacji, te fazy to: 1) wlot, 2) kompresja, 3) spalanie i 4) wydech. Każdy odpowiada pełnemu skokowi tłoka w cylindrze.Cykl Otto  http://www.animatedengines.com/otto.html  ma cztery suwy (stąd termin „silnik czterosuwowy”): 1 Skok wlotowy, w którym tłok przemieszcza się w dół z górnego martwego punktu, przy otwartych zaworach dolotowych i zamkniętych zaworach wydechowych, wpuszczając powietrze i dodając trochę paliwa. 2 Skok sprężania – wszystkie zawory są zamknięte, a mieszanka paliwa i powietrza ściska się, gdy tłok wraca do górnego martwego punktu. Tutaj dochodzi do kompresji, powiedzmy, 10:1.  3 Skok mocy – wszystkie zawory pozostały zamknięte, tłok znajduje się w górnym martwym punkcie, a świeca zapłonowa zapala gorącą mieszankę sprężonego paliwa/powietrza, zmuszając tłok do ruchu  z powrotem do dołu. 4 Na koniec suw wydechowy, który otwiera zawory wydechowe, gdy tłok ponownie przemieszcza się z powrotem do górnego martwego punktu i wypycha spalone węglowodory. 

Dla dociekliwych czytelników, zgodnie z przyjętym systemem analizy publikacji opisów patentowych, dostępne,  jest  tłumaczenie maszynowe w/w patentu  w załączonym pliku:  Tłumaczenie US194047 Otto z orginalu, które ułatwi zrozumienie istoty konstrukcji silnika Otto dla powszechnego  użytkownika samochodu.

Silnik  Atkinsona 

     Istnieje   jednak  inny  obieg,  opracowany  teoretycznie  już  w  1882 r.  i opatentowany w 1887 r. przez Jamesa Atkinsona. https://wikipedia.org/wiki/File:Atkinson_Engine_with_Intake.gif.

Co ciekawe, podaje się, że Atkinson dokonał tego wynalazku, by obejść lub ulepszyć obowiązujący już wtedy patent Otto. Brytyjski badacz zważył, że objętość gazów (pod znormalizowanym ciśnieniem) jest całkiem inna podczas zasysania i sprężania świeżej mieszanki, niż podczas suwu pracy (rozprężania), gdy mamy do czynienia z produktami spalania owego wcześniej zassanego ładunku. Mówiąc w uproszczeniu, produktów spalania jest więcej niż zassanego, zimnego ładunku. Stąd bierze się przyrost ciśnienia nad tłokiem i w rezultacie podczas suwu rozprężania silnik wykonuje dającą się wykorzystać pracę. Teoretycznie korzystne byłoby, gdyby suw pracy silnika czterosuwowego był dłuższy od suwu sprężania tak, aby koniec końców usuwane już spaliny miały jak najmniejsze ciśnienie (by zawarta w nich energia w jak największym stopniu przełożyła się na użyteczny ruch tłoka). Jak wiadomo, w tradycyjnym silniku czterosuwowym spaliny opuszczające cylinder po otwarciu zaworu wydechowego mają jeszcze znaczące ciśnienie, rzędu prawie dziesięciu barów. Inaczej mówiąc, w obiegu wymyślonym przez Atkinsona silnik tłokowy, wykorzystując lepiej ciśnienie spalin, będzie miał nieco większą sprawność.

Cykl Atkinsona, modyfikuje cykl Otta  w  ten sposób, że  pozostawia zawory wlotowe otwarte podczas  wstępnego okresu  suwu sprężania, gdy tłok porusza się w kierunku górnego martwego położenia, co  skutecznie obniża stosunek kompresji,  z przykładowo  10: 1 do  8: 1. Ta regulacja zmniejsza siłę wywieraną na tłok podczas suwu roboczego. W cyklu Otto część siły podczas suwu siłowego idzie na popychanie tłoka w dół, ale wytwarza się więcej siły, niż potrzeba. Ta dodatkowa siła, to w zasadzie marnowana energia, regulacja cyklu Atkinsona zmniejsza tę marnowaną energię, a tym samym czyni silnik bardziej wydajnym. Cykl Atkinsona   opóźnia zamknięcie zaworu wlotowego, aż tłok wykona od 20 do 30 procent swojego ruchu w górę podczas cyklu sprężania. W rezultacie część świeżej mieszanki  jest z powrotem podnoszona do kolektora dolotowego przez podnoszący się tłok, więc cylinder nigdy nie jest całkowicie wypełniony (stąd zmniejszenie mocy przy niskich obrotach). Efekt dodatni  następuje po zapłonie, gdy tłok zaczyna opadać w suwie rozprężania (zwanym również suwem pracy-mocy).  Zgodnie z pierwotnym założeniem Atkinsona skrócenie skoku sprężania w połączeniu z pełnym skokiem pracy wyciska więcej mocy  z każdej porcji mieszanki  paliwa. Ta metoda ma wyraźny minus: mniej mocy. Silnik cyklu Atkinsona wytwarza mniej mocy niż w przeciwnym razie jednostka cyklu Otto, dlatego konstrukcja jest bardziej popularna w modelach hybrydowych, które mają na celu oszczędność paliwa w porównaniu do przyspieszenia i mają silniki elektryczne, które mogą kompensować różnicę.

Drugi patent US367496 Gaz-Engine James Atkinson, Data patentu: 3.08.1887,  przedstawia ulepszony silnik spalinowy  jak opisano w opisie patentowym  i jak pokazano na załączonych rysunkach, na których Fig. 1,2,3,4 są schematycznymi widokami przedstawiającymi cztery pozycje ruchomych części silnika odpowiadające czterem pozycjom czopa korbowego; Fig.5 to przekrój pionowy silnika; Fig. 6 jest jego widokiem z boku; Fig. 7, 8 i 9 to osobne widoki szczegółów silnika. Silnik ma nachylony cylinder, A na dolnym końcu jest zamknięty pokrywą, w której powstają kanały wlotowe gazu i powietrza oraz wylotowe. Drugi koniec pozostaje otwarty w którym  zamontowany jest tłok jednostronnego działania B. Tłok jest połączony za pomocą ogniwa C (zwanych dalej „ogniwem tłoka”) ze sworzniem D, który jest zamocowany w korbowodzie, E, korbowód E jest przymocowany do korby F. Górny koniec korbowodu E jest wyposażony w dodatkowy sworzeń, G, tworząc tym samym  do niego główkę T.  Do sworznia  G przymocowany jest jeden koniec  łącznika H , a drugi koniec jest podłączony do stałej osi, I (zwanego dalej „sworzniem środkowym”, ogniwa H, które wibrują wokół środkowego sworznia, nazywane „wibrującymi ogniwami”).   Z analizy rysunków Fig. 1, 2, 3 i 4, widać, że tłok B ma szczególny ruch nadawany mu przez obrót wału korbowego F, który to  ruch umożliwia cały cykl operacji koniecznych w pracy  silnika gazowego, która ma być wykonywany przez jeden tłok w cylindrze jednostronnego działania, co zapewnia skok roboczy dla każdego obrotu. 

Fig.1 pokazuje położenie sworznia korbowego F, oraz pozostałych ogniw, korbowodów i  tłoka na końcu skoku wydechu, podczas gdy w tym położeniu tłok może być umieszczony  tak blisko pokrywy, jak jest to zgodne z bezpieczeństwem, tłoka. Gdy korba E obraca się w kierunku wskazanym przez strzałkę, tłok B jest przesuwany do położenia pokazanego na Fig.2 .Podczas tego ruchu gaz i powietrze, tworząc jednorodną mieszankę wybuchową, są wciągane do cylindra A. Korba F, kontynuując obrót, teraz przesuwa tłok B do tyłu, aby sprężać ładunek, aż do pozycji pokazanej na Fig.3, który  zostaje osiągnięty, gdy ładunek jest gotowy do zapłonu, po czym wzrost ciśnienia spowodowany zapłonem powoduje, że tłok B znajduje się w położeniu pokazanym na Fig.4. W ten sposób zgromadzona energia mieszanki dostarczonej do cylindra, przekazując moc na wał korbowy F, który  będzie się obracał podczas  cyklu wydechu  silnika, tzn. gdy silnik przechodzi z pokazanego położenia na Fig. 4 do tej pokazanej na Fig.1.  Względne proporcje pojemności w cylindrze A w położeniu pokazanym na Fig.1 i 3 można regulować, zmieniając odległość między ośkami D i G lub ich pozycje względne do sworznia korbowego i położenie środka wału głównego. Jeśli te ośki pokrywają się, te pojemności będą takie same, a im dalej od siebie, tym większa ich różnica, pod warunkiem, że środek wału głównego jest umieszczony w taki sposób, że koniec T korbowodu E, łącznik tłoka C i łączniki wibracyjne H są bardziej w linii prostej, gdy znajdują się w pozycji pokazanej na Fig.1, niż w pozycji pokazanej na Fig.3. Trzpień środkowy I może być umieszczony na osiowej linii cylindra B; ale może być również umieszczony z przesunięciem z jednej strony, częściowo w celu uzyskania lepszego działania tłoka, a częściowo w celu utrzymania korzystniejszego kąta połączenia tłoka C podczas wykonywania skoku roboczego. Względne proporcje pojemności w cylindrze A, gdy położenie tłoka jest  pokazanej w  pozycji na Fig.2 i 4 określają wielkość rozszerzenia. Zdolności te są regulowane, głównie poprzez przesuwanie środeka wału korbowego bliżej osiowej linii cylindra A, aby zwiększyć stopień rozszerzenia lub dalej, aby zmniejszyć rozszerzenie. Niezbędne zawory do doprowadzania gazu i powietrza do sterowania silnikiem, powodowania zapłonu i wypuszczania spalin mogą być różnie rozmieszczone w celu dostosowania do warunków, w których silnik musi pracować. W tym silniku zawór wydechowy K  jest sterowany mimośrodowo z wału F poprzez  wałek i dźwignie. Prosty zawór zwrotny L jest umieszczony w rurze wydechowej, co zapobiega cofaniu się spalin do cylindra, gdy zawór regulatora działa, aby zapobiec wprowadzeniu pełnego ładunku roboczego do cylindra, jak to będzie wyjaśnione poniżej.

Zawór wlotowy i regulacyjny pokazano na Fig.8.   Gaz jest przeciągany przez pewną liczbę otworów w gnieździe zaworu M (zwanego dalej „zaworem mieszającym”), a powietrze przez większą liczbę otworów, również w gnieździe zaworu M, a czasem także w wewnętrznej części tego gniazda. Zawór ten składa się z lekkiego metalowego dysku utrzymywanego w miejscu osadzenia przez lekką sprężynę, wystarczająco silną, aby zapobiec przepływowi gazu przez zawór M, gdy jest on zamknięty. Kawałek gumy indyjskiej lub innego odpowiedniego materiału można umieścić między metalowym krążkiem zaworu a gniazdem, aby był idealnie szczelny. Gaz i powietrze są następnie wciągane przez zawór ssący N. Zawór ten działa również jako regulator w następujący sposób: Zasysanie gazu i powietrza po wciągnięciu do cylindra powoduje otwarcie zaworu wbrew ciśnieniu lekkiej sprężyny O, gdyż opór  sprężyna uniemożliwia dalsze otwieranie, P. Jeśli jednak prędkość silnika wzrośnie powyżej określonej wartości, zwiększone ciśnienie szczytu gazu i powietrza za zaworem ssącym pokonuje silniejszą sprężynę P, a zawór N zamyka się na dolnym gnieździe, zapobiegając w ten sposób dopływ gazu i powietrza do cylindra, co powoduje kolejny skok roboczy ze zmniejszonym ładunkiem i rozwija mniejszą moc. Sprężyna P jest dalej ściskana w celu zwiększenia prędkości silnika i luzowana w celu zmniejszenia prędkości. Zawór L w rurze wydechowej zapobiega cofaniu się spalin do silnika, gdy zawór regulatora odcina część ładunku, a także gdy sprężyna na zaworze wydechowym K jest zbyt słaba, aby przytrzymać ją podczas  częściowej próżni w cylindrze, podczas pobierania ładunku. Zapłon jest spowodowany przez małą rurkę Y, utrzymywaną na czerwono za pomocą zewnętrznego płomienia i jest dokładnie taktowany za pomocą małego suwaka, Q , napędzanego krzywką lub mimośrodem na wale głównym, tuż przed pożądanym czasem zapłonu – to znaczy, gdy silnik znajduje się w położeniu pokazanym na Fig.3. Podczas gdy  mieszanka  jest sprężana w cylindrze, część mieszanki wpada do czerwonej gorącej rurki, gdzie zostaje zapalona i inicjuje ładunek w cylindrze. Podczas  innej części suwu zaworu suwakowego, najlepiej na krótko przed czasem zapłonu, suwak otwiera przejście z wnętrza rurki do atmosfery, a tym samym uwalnia ciśnienie, które w innym przypadku mogłoby zostać zamknięte w rurce i zapobiegać zapłonowi.

Silnik  Millera

To kolejny milowy krok w udoskonaleniu konstrukcji silnika spalinowego.  Miller stwierdził, że symetria pracy klasycznego układu korbowo-tłokowego to jedno, a rzeczywista droga tłoka w cylindrze, na której następuje proces sprężania mieszanki, a potem rozprężania gazów spalinowych, to zupełnie co innego. W pierwszym okresie konstrukcji silników czterosuwowych przyjmowano, wydawałoby się całkowicie zdroworozsądkową zasadę, że zawór dolotowy silnika musi się otworzyć dokładnie na początku suwu ssania i zamknąć na jego końcu, a zawór wydechowy na początku suwu wydechu, by zamknąć się na jego końcu. Było to może słuszne w przypadku silników bardzo wolnoobrotowych, w których procesy dynamiczne oraz falowe w układzie dolotowym i wylotowym nie miały jeszcze istotnego znaczenia. Jednak z czasem, gdy silniki stawały się bardziej wysokoobrotowe, okazało się, że punkty otwarcia i zamknięcia zaworów nie powinny pokrywać się z dolnym i górnym położeniem tłoka (DZP i GZP), a odpowiednio je dobierając, można uzyskać jak najlepszy współczynnik napełnienia cylindra oraz znacznie kształtować charakterystykę silnika. Miller zauważył, że bardzo opóźniając moment zamknięcia zaworu dolotowego, uzyskamy coś jeszcze – zupełnie nie zmieniając konstrukcji silnika (tylko stosując inny kształt i ustawienie krzywki zaworu dolotowego), uzyskamy jednostkę pracującą według zasady i cyklu Atkinsona: rzeczywisty suw sprężania będzie odpowiednio skrócony, natomiast suw rozprężania (pracy) pozostanie taki (długi), jaki był. Odpowiedni patent na to rozwiązanie Miller uzyskał w 1957 r., jednak nie znalazło ono natychmiast zastosowania w przemyśle samochodowym.

Trzeci patent US2817322   SUPERCHARGED ENGINE,  Ralph Miller,  Data patent: 30.04.1957  zastrzega sposób technicznej  adaptacji typowego silnika czterosuwowego do pracy w cyklu Aktinsona.

 Silnik Millera przedstawiony na rysunku Fig.1 posiada zwykły cylinder 12 z tłokiem 14, przy czym głowica 16 wyposażona jest w dwa zawory wlotowy  18 i wydechowy 20. Kolektor wlotowy 22 jest zasilany powietrzem pod wysokim ciśnieniem ze   turbosprężarki  24 pokazanej na Fig.3. Powietrze jest schładzane w chłodnicy między stopniowej 26, zanim zostanie doprowadzone do cylindra przez odpowiedni otwór wlotowy 28 kontrolowany przez zwykły  zawór 30.  Spaliny mogą być usuwane z cylindra przez odpowiedni otwór wylotowy 32 kontrolowany przez odpowiedni zawór wylotowy 34,  a  następnie  gromadzone w kolektorze wydechowym zwykłego typu lub w dowolnym odpowiednim  układzie wydechowym. Gorące gazy można wykorzystać do napędzania turbiny 38, która jest sprzężona, jak pokazano na Fig. 3, ze sprężarką, tak że energia gazów spalinowych wykonuje pracę sprężania powietrza wlotowego. Głowica zaopatrzona jest wtryskiwacz paliwa 40 oraz zawór sterujący sprężaniem 42, który  steruje portem buforowym  44,  połączonym z kolektorem wylotowym 36 według Fig.1,2. . Mechanizm sterujący dla tego zaworu, ogólnie oznaczony jako 46 na Fig.1, realizuje funkcje zamykania tego  zawór który jest zamykany podczas suwu sprężania tłoka, tak aby powietrze, które normalnie jest uwięzione w cylindrze, po zamknięciu „zaworu wlotowego”, mogło zostać częściowo przekazane do portu buforowego. Automatyka  w składzie elementów 46,64,78 poprzez mimośród 88 steruje dźwignia 98 zaworu  sterującego sprężaniem 42 poprzez popychacz 96.  Należy jednak zauważyć, że skok zaworu 42  będzie się zmieniać, w zależności od położenia popychacza 96, w odpowiedzi na ciśnienie powietrza wlotowego przenoszonego przez mechanizm  automatyki  46. Normalne zawory wlotowe i wylotowe działają w dowolny konwencjonalny sposób. Krzywka 104 może być umieszczona na tradycyjnym wałku rozrządu, a ta krzywka jest zaprojektowana w taki sposób, że zawór sterujący sprężaniem jest przystosowany do zamykania podczas suwu sprężania tłoka.  Działanie zaworu  sprężania 42  polega  na tym, że reguluje  ilość buforowanego  powietrza będzie określona przez wielkość  wzniesienia zaworu 42  przekazanego do zaworu sterującego przez mechanizm  automatyki, który może reagować na wartość  ciśnienie w kolektorze. wlotowym. Czas otwarcia zaworu sterującego sprężaniem 42 jest również stały,  a krzywka może być zaprojektowana do otwierania tego zaworu w dowolnym czasie w cyklu silnika, aby pomóc w buforowaniu  powietrza podczas suwu sprężania.

W przypadku  silnika dwusuwowego z Fig.4,  w odróżnieniu do konstrukcji  silnika czterosuwowego przedstawionego na rysunkach Fig.1,2,3, jego konstrukcja  zawiera zwykły  cylinder 112 wyposażony   w  otwory wlotowe 114  i  otwory wylotowe 116 rozmieszczone w dowolnym odpowiednim układzie wokół ścianki cylindra  z  tłokiem  118.  Zawór 120 sterowania sprężaniem  mieszanki  paliwowej  jest umieszczony w kanale buforującym 122  w  głowicy cylindra, który zapewnia regulacje  ilości buforowanego powietrza przez odpowiedni kanał 124  połączony z kolektorem wydechowego 126. Podobnie jak dla silnika czterosuwowego zawór 120 sterowany jest kombinacja elementów mechanicznych, poprzez popychacz 136  sprzężony z elementem mimośrodowym 128 oraz krzywką rozrządu 140,  napędzaną przez wałek korbowy. W przypadku silników dwusuwowych mechanizm sterujący zaworem 120  jest tak skonstruowany, aby zamykać i otwierać zawór sterujący sprężaniem w stałym czasie podczas suwu sprężania tłoka. Może to być wykorzystane do istotnego zmniejszenia skutecznego współczynnika sprężania, a stopień otwarcia zaworu 120, który  określa stopień dławienia w kanale 122, jest kontrolowany w odpowiedzi na obciążenie. Ilość powietrza, które jest buforowane, a zatem  ilość i objętość zatrzymywanego powietrza jest kontrolowana przez zmianę wysokości podnoszenia zaworu regulacyjnego sprężania zgodnie z obciążeniem silnika. Zawór kontroli kompresji działa jak przepustnica. Ilość siły nośnej nadanej temu zaworowi zmienia wielkość buforowania porcji powietrza.

WNIOSKI

Ale się narobiło – telewizja analogowa odeszła do lamusa, radio analogowe jeszcze walczy z radiem cyfrowym, ale jego dni są już policzone, a  na dodatek nadchodzi zmierzch klasycznych silników spalinowych z cyklem Otta, które królują od 150 lat na naszych drogach. Trudno uwierzyć ale motoryzacja stawia na napędy hybrydowe, w których silniki spalinowe pracują w cyklu Atkinsona-Millera. Powód jest prosty,  zaczęto zwracać coraz większą uwagę na zużycie paliwa oraz wpływ motoryzacji na środowisko naturalne co doprowadziło do odświeżenia istoty silnika Atkinsona, który charakteryzuje się większą  sprawnością, zwłaszcza w średnim zakresie obrotów.  Odświeżona  koncepcja tego silnika, okazała się doskonałym rozwiązaniem zwłaszcza w samochodach hybrydowych, w których niedobór mocy, potrzebnej zwłaszcza podczas ruszania i przyspieszania, kompensowany jest przez silnik elektryczny. Dlatego właśnie silnik pracujący w zmodyfikowanym cyklu Atkinsona znalazł zastosowanie w samochodach hybrydowych.

Toyota jako pierwsza zaczęła stosować w seryjnie produkowanych autach hybrydowych zmodyfikowany cykl Atkinsona. Na czym polega taki zmodyfikowany cykl ? Wyjasnienie jest proste – mimo iż silnik zachowuje klasyczną, prostą budowę konwencjonalnych silników czterosuwowych, a w każdym z suwów tłok pokonuje taką samą drogę, efektywny suw pracy jest dłuższy od suwu sprężania (efektywny suw sprężania jest krótszy od suwu pracy). Osiągnięto to dzięki opóźnieniu zamknięcia zaworu ssącego, który zamyka się chwilę po rozpoczęciu suwu sprężania. W ten sposób część mieszanki paliwowo-powietrznej jest cofana do kolektora ssącego. Ma to dwojakie konsekwencje: ilość gazów spalinowych powstałych z jej spalenia jest mniejsza i jest w stanie rozprężyć się całkowicie przed rozpoczęciem suwu wydechu, przekazując całą energię tłokowi, a sprężanie mniejszej ilości mieszanki wymaga mniejszej ilości energii, co zmniejsza wewnętrzne straty silnika.

W ramach kontynuacji wniosków odsyłam do genialnego artykułu Obieg ekonomiczny (https://www.automotoserwis.com.pl/inne/pe%C5%82ne-artyku%C5%82y/3664-obieg-ekonomiczny), który obrazowo wyjaśnia meandry omawianych zagadnień z zakresu konstrukcji hybrydowych silników spalinowych autorstwa Jerzego Dyszy.

UWAGA: Nauczony doświadczenie, w którym podawane linki do zamieszczonych dokumentów w artykułach  bloga  przestały działać, (w  czasie czteroletniego okresu edycji bloga)   pozwolę sobie na umieszczenie całego artykułu Pana Jerzego Dyszy w formie załącznika Obieg ekonomiczny,  ponieważ taki artykuł nie może zginąć w wirtualnym świecie. 

    Krótki film ilustrujący mechaniczne rozwiązanie koncepcji silnika Atkinsona przedstawia film:

 

Aktualny spis treści zawartości bloga Patenty ależ to bardzo proste przedstawia załącznik:  Patentblog.pl2016-2020