Japoński koncern samochodowy MAZDA wprowadził na rynek nowe jednostki napędowe o oznaczeniu
SKYACTIV-G, są to silniki zasilane benzyną z zapłonem iskrowym o podniesionym stopniu sprężania (1:14 w wersji
2.0 l. i 1:13 w wersji 2.5 l.). Silniki te cechują się znacznie lepszymi parametrami mocy i redukcją spalania o około
15%. Osoby znające się na rzeczy wiedzą, że w silnikach z zapłonem iskrowym nie można stosować stopnia
sprężania wyższego od około 1:10 (w zależności od konstrukcji silnika i kształtu komory spalania), gdyż powyżej
takiego stopnia sprężania występuje zjawisko spalania detonacyjnego niszczącego silnik.
     W jaki sposób firma MAZDA poradziła sobie z tym problemem? - tego nie wiem, lecz wiem, że  29.03.1996r.
dokonałem zgłoszenia patentowego w Urzędzie Patentowym R.P. o numerze: P-313550 pt.: „Sposób zamiany
energii termicznej na energię mechaniczną w silnikach termodynamicznych”, cytuję skrót opisu:
„Wysokoenergetyczny sposób zamiany energii termicznej na energię mechaniczną w silnikach
termodynamicznych, polega na zastosowaniu w silniku spalinowym z zapłonem iskrowym wysokiego stopnia
sprężania oraz regulacji dolotu świeżego ładunku, którego odpowiednia masa utrzymywana jest przez szeroki
zakres prędkości obrotowych silnika.”, na czym ten mój pomysł polega? Otóż możliwe jest konstruowania silników z
zapłonem iskrowym cechujących się wysoką sprawnością energetyczną, ażeby to osiągnąć należy stosować
podwyższony stopień sprężania z regulacją masy dolotu świeżego ładunku wyrażaną współczynnikiem napełniania.
W następstwie stosowania takiego rozwiązania, mimo wysokiego stopnia sprężania zjawisko detonacyjnego
zapłonu nie występuje, gdyż podczas pracy silnika ciśnienie w komorze spalania nie przekracza wartości przy
których występuje spalanie detonacyjne. Z projektem tym byłem w 1996r. w jednej z firm motoryzacyjnych, lecz
niestety specjaliści tej fabryki odrzucili mój projekt. Opis tego zgłoszenia patentowego, oraz potwierdzenie i
odrzucającą mój wniosek decyzję Urzędu Patentowego R.P. zamieszczam poniżej. Oczywiście zgłoszenie jest
sprzed 17 lat, w chwili obecnej opracowałbym je inaczej, proszę wziąć pod uwagę fakt, że mimo tego, iż miałem i
mam rację, to moja znajomość zagadnień termodynamicznych w tamtym czasie stała na niższym poziomie niż w
chwili obecnej.


Sposób zamiany energii termicznej na
energię mechaniczną w silnikach termodynamicznych
Kategoria, numer i data zgłoszenia:
WYN: (21) 313550, (22) 29-03-1996


Dziedzina techniki. Przedmiotem wynalazku jest wysokoenergetyczny sposób zamiany energii termicznej na
energię mechaniczną w silnikach termodynamicznych, umożliwiający uzyskanie sprawności energetycznej powyżej
60%.

Stan techniki. Znane dotychczas sposoby zamiany energii termicznej na energię mechaniczną w silnikach
spalinowych z zapłonem iskrowym, jak również w silnikach z zapłonem samoczynnym, pozwalają uzyskać
sprawność energetyczną wahającą się w granicy 40%.

Istota sposobu. Celem sposobu było opracowanie takiego przebiegu pracy silnika, który umożliwi uzyskanie
sprawności energetycznej przewyższającej 60%. Rozwiązanie to uzyskuje się poprzez zastosowanie w silniku z
zapłonem iskrowym wysokiego stopnia sprężania, oraz regulatora dolotu świeżego ładunku, który przez długi
zakres prędkości obrotowych silnika utrzymuje stałą masę doprowadzanego do cylindra ładunku. Masa
doprowadzanego do cylindra ładunku wyrażana jest współczynnikiem napełniania, który w sposobie według
wynalazku,jest odwrotnie proporcjonalny do stopnia sprężania i nosi nazwę wymuszonego współczynnika
napełniania. Tak też jeśli założymy, że dla silnika z zapłonem iskrowym najkorzystniejszym stopniem sprężania jest
proporcja 1:9, a silnik według sposobu cechuje stopień sprężania o proporcji 1:23, to najkorzystniejszym
wymuszonym współczynnikiem napełniania dla tego silnika, będzie wartość wyrażona ilorazem 9/23 f = 0,39 , co
też w silniku według sposobu o stopniu sprężania 1:23 pozwoli w momencie zapłonu uzyskać ciśnienie
odpowiadające ciśnieniu uzyskiwanemu w tym samym momencie w klasycznym silniku o stopniu sprężania 1:9.
Zachowanie takiego ciśnienia podczas wzrastającej prędkości obrotów w wolnossącym silniku klasycznym staje się
niemożliwe, gdyż rosnący wraz z obrotami naturalny opór napełniania ładunku sprawia, iż w chwili zapłonu ciśnienie
mieszanki jest coraz mniejsze, a przebieg spalania coraz wolniejszy. W silniku według sposobu zachowanie
takiego ciśnienia mimo wzrastających obrotów silnika, umożliwia przepustnica regulatora dolotu świeżego ładunku,
której okno prześwitu zwiększa się wraz z prędkością obrotową aż do całkowitego otwarcia, kiedy to naturalne
opory napełniania ładunku, związane z budową kanałów dolotowych, dają współczynnik napełniania równy,
wymaganemu dla danego stopnia sprężania, wymuszonemu współczynnikowi napełniania. Należy tutaj zaznaczyć,
iż przy zwiększającej się prędkości obrotowej silnika, kiedy to zwiększa się prędkość posuwisto-zwrotnych ruchów
tłoka, szybsze spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej, można uzyskać poprzez wyprzedzenie kata zapłonu, jak
również poprzez zwiększenie masy zasysanego ładunku, co pozwoli podnieść ciśnienie mieszanki w chwili
zapłonu, przy czym ciśnienie gazów i kąt wyprzedzenia zapłonu dostosowane są do określonych obrotów tak, aby
uniknąć efektu detonacyjnego spalania. W sposobie według wynalazku, cykle pracy silnika są identyczne jak w
obecnie stosowanych silnikach spalinowych, a fazy rozrządu i kąt wyprzedzenia zapłonu dostosowane są do
charakteru pracy silnika.

Zasadniczymi czynnikami wpływającymi na podniesienia sprawności energetycznej silnika według sposobu, są :
- Możliwość kontrolowania ciśnienia ładunku w szerokim zakresie prędkości obrotowych, co wpływa korzystnie na
przebieg spalania.
- Możliwość całkowitego wykorzystania, podniesionego na skutek podgrzania, przyrostu ciśnienia gazów.

Sposób według wynalazku pozwala konstruować silniki wysokoobrotowe, charakteryzujące się następującymi
cechami :
- Wysoka sprawność energetyczna.
- Niski poziom hałasu podczas pracy.
- Mała ilość ciepła odprowadzonego do czynnika chłodzącego.
- Mała ilość ciepła odprowadzonego ze spalinami.
- Niska średnia temperatura pracy, zwiększa żywotność wielu elementów, a co za tym idzie i samego silnika.
- Bardzo dobre spalenie mieszanki.
- Charakterystyczna praca silnika pozwalająca wyeliminować wielostopniowe skrzynie przekładniowe w pojazdach
samochodowych.
- Możliwość pracy przy niskim ciśnieniu atmosferycznym pozwala na szerokie zastosowanie silnika w przemyśle
lotniczym.
- W porównaniu z obecnie stosowanymi silnikami, dwukrotnie mniejsze zanieczyszczenie środowiska naturalnego.
- W porównaniu z obecnie stosowanymi silnikami, dwukrotnie niższy koszt eksploatacji.

Dynamika i sprawność energetyczna silnika według sposobu została porównawczo z silnikiem klasycznym
uwidoczniana na rysunkach przedstawiających: fig. 1 - bilans cieplny silnika według sposobu i silnika klasycznego.
fig. 2 - tabele z przybliżoną sprawnością energetyczną w odniesieniu do różnych stopni sprężania i odpowiadającym
im wymuszonym współczynnikom napełniania. Fig. 3 - wykres z przybliżoną charakterystyka momentu obrotowego
dla poszczególnych stopni sprężania z fig. 2.
Pozdrawiam

Radosław Pełka
Copyright © 2013 - 2018 by "Radosław Pełka" • Wszystkie Prawa Zastrzeżone • polityka plików cookies
Radosław Pełka
Radosław Pełka na LinkedIn