CZ27194A3 - Rotační spalovací motor - Google Patents

Abstract

Základem rotačního spalovacího motoru jsou dva duté souosé válce, z nichž vnitřní s nálitkem tvaru protaženého zubu (2) plní funkci rotoru a v nálitku (5) vnějšího pevného válce (4) jsou umístěny sací a výfuková uzávěrka (8,10), které v závislosti na úhlu natočení zubu (2) jsou aretovány aretačním mechanlzmemmechanicky spřaženým s rozvodovým mechanizmem (12), který ovládá sací a výfukové ventily (9, 11). V ná-litku (5) je rovněž spalovací prostor (6), do kterého zasahují vstřikovací trysky (7) nebo i zapalovací svíčky. Pohyb a aretace uzávěrek (8, 10) jsou definovány polohou rotoru. Pracovní cyklus jedné komory motoru je realizován v rámci tří otáček. V první dochází ke kompresi vzduchu, ve druhé ke vstřiku paliva, vznětu (event. zážehu), explozi a -------- následné-expanzij-ave-třetí-k současnému-výfuku-a-sánÉ

Description

Popis vynálezu oir (j O

O <jD rJ- Č^V í í5-' v*3 v -· - Γ.' C i 2 5"! σ • o -J z:* cc ΟΓ Název vynálezu: 1

Rotační spalovací motor

Oblast techniky:

Vynález se týká širokého oboru strojírenské techniky.

Lze jej využít všude' tam, kde se doposud využívalo jako zdroje kroutícího momentu pístových spalovacích motorů - tedy v automobilovém, leteckém, lodním, vojenském průmyslu, v železniční dopravě a v radě dalších aplikací jako pohonů pro různé mechanismy.

Dosavadní stav techniky:

Tam, kde doposud jako zdroje kroutícího momentu nelze využít elektromotorů, je využíváno v převážné míře spalovacích motorů. Zvyšování účinnosti stávajících spalovacích motorů je možné pouze na základě zásadní změny v “jejich konstrukci. Wankélbvy "m5tdry:"sHFc~tu jícím pístem "trpí řadou nedostatků, které se dosud nepodařilo úspěšně vyřešit. Pístové motory jsou již téměř na vrcholu možností, a ani v kombinaci s turbodmychadlem již nelze očekávat výraznější zvýšení jejich účinnosti. Převodem přímočarého pohybu pístu na pohyb kruhový, průchody mrtvými body, změnami smyslu pohybu pístů a neefektivním rozkladem působení sil na ojnici dochází ke značným ztrátám energie expan dujícího média, což je limitujícím faktorem pro účinnost daného motoru. Kromě nízké účinnosti pístového motoru, která je taktéž limitujícím faktorem pro spotřebu paliva a tedy i provozní nák-lady, je zde řada delších nedostatků jako např. - nedokonalé spalování paliva, jehož důsledkem je vysoký obsah škodlivin ve výfukových plynech, neklidný chod^ zapříčiněný dynamickými rázy charakteristickými pro pístové motory, relativně nedostatečná životnost a spolehlivost a poměrně značné konstrukční složitost a tedy i značné výrobní náklady. Zásadní změna v koncepci konstrukce spalovacích motorů a odstranění výše uvedených nedostatků je náplní tohoto vynálezu. / - 2 -

Podstata vynálezu:

Podstata rotačního spalovacího motoru spočívá v tom, že převod tlaku expandujícího média přímo na rotační válec je proveden ve spalovacím prostoru vymezeném uzávěrkami a ventily umístěnými na vnějším pevném válci a zubem vnitřního rotačního váleě .~Na "pT£ž ťi~Jitřního' 'rotačního· válce""je" podélný-nál-i-tek· tvaru protaženého zubu* který plní funkci pístu a zabezpečuje přenos tlaku expandujícího média na rotor ve smyslu žádané rotace, Základem rotačního spalovacího motoru jsou dva duté -souosé—v-álce-f—z^nichž„jvniířnír.. s výše uvedenou úpravou, je ro-tační, vnější válec je pevný. Na vnějším pevném válci je speciální nálitek,kde jsou umístěny sací a .výfukové uzávěrky, sací a výfukové ventily, rozvodový a aretační mechanismus a spalovací prostor s tryskami a svíčkami, které mají stejnou funkci jako u klasických pístových motorů. Výbušná směs je vytvářena tak, Že do komprimovaného vzduchu.ve spalovacím prostoru je palivovým vstřikovacím.čerpadlem vstřikováno zápalné médium. Zapálení směsi je v závislosti na stupni komprese realizováno bučí vznětem nebo zážehem. Stejně jako u pístových motorů je možno v zájmu zvyšování výkonů rotační motor doplnit turbodmychadlem.. Výhodou navrhovaného řešení-je podstatně lepší zhodnocení energie -paliva, neboí- tlak expandujícího'--média-je využit v'. . rámci celé otáčky, nedochází k energetickým ztrátám při rozkladu sil na ojnici a tření ve válcích, v jejichž důsledku pak dochází u pístových motorů k jejich přehřívání a tepelným ztrátám, což zase zpětně souvisí s jejich nízkou účinností. Rovněž odpadá složitý chladící systém, nebot energie paliva je ve značně' vyšší míře transformována na energii kinetickou a tepelné ztráty jsou podstatně nižší. Vytvořením ventilačních otvorů v čelech pevného i rotačního válce /ev. instalací lopatek v duté části rotačního válce/ dojde k dostatečnému vnitř-.,. . nímu chlazení1 motoru.'Při optimálním návrhu spalovacího prostoru a optimálním dávkováni palivových čerpadel současně dochází k podstatně dokonalejšímu vyhoření směsi a tedy i ke značně ekologičtějšímu provozu. Mohou se využít i méně hodnotná nebo speciální /např. propan-butan, vodík/ paliva, nebot toto řešení nevyžaduje vysoce kvalitní paliva se snažnou antideto-nační schopností. Vzhledem k tomu, že zde- nedochází k žádným dynamickým rázům, jedná se o ryze rotační pohyb, lze očekávat klidný a tichý chod tohoto motoru a s tím související vysokou spolehlivost. Výhodná je taktéž konstrukční jednoduchost, což je základní podmínkou pro nízké výrobní náklady, nenáročnou údržbu a vysokou živitnost.

Objasnění výkresů:

Ka. přiložených výkresech je schématicky znázorněn příklad technického řešení rotačního spalovacího motoru - obr. 1,' zjednodušené schéma jednotlivých fází pracovního cyklu rotačního motoru - obr. 2 a detail řešení stykové plochy zubu s pevným válcem - obr. 3.

Obr. 1 - rotační spalovací motor se skládá z dutého vnitřního rotačního válce 1, na jehož vnějším obvodu je podélný' nálitek tvaru protaženého zubu 2_. lía protilehlé straně vnitřního ro- _ tažního válce 1 je na jeho vnitřní, straně vyvažovači nálitek £ Rotační válec 1 je navržen s ohledem na moment setrvačnosti tak, že současně plní funkci setrvačníku. Plá-Št celého motoru má tvar pevného souosého válce 4_> jehož vnitřní průměr je roven vnějšímu průměru vnitřního rotačního válce 1 zvětšenému o dvojnásobek výšky zubu 2, Iva plášti motoru je nálitek speciál-ního tvaru 2? ve kterém jsou umístěny spalovací prostor ___ trysky a svíčky 7, sací uzávěrka fi, sací ventily £, výfuková uzávěrka 10, výfukové ventily 11 a rozvodový mechanismus 12_.

Iva Čele nálitku je aretační mechanismus /elektromagnetický ,ev. mechanický/, který definuje polohu uzávěrek v závislosti na úhlovém natočení zubu 2. Spalovací prostor 6 je navrhován s ohledem na požadovaný stupeň komprese a .tedy i na předpokládaný režim provozu - vznětový x zážehový. Uzávěrky £ a 10-jsou řešeny jako zasouvací přepážky oddělující spalovací prostor 6. od ventilů 9 a 11 ε tedy i od sacího a výfukového otvoru. Ventily 9 a 11, rozvodový mechanismus 12, trysky a svíčky 7 jsou prvky z klasických spalovacích motorů. Ka základě optimalizačních kritérií je v řadě za sebou umístěno několik sacích a výfukových ventilů 9 a 11, které mohou mít ev. tvar válcové výseče

Obr. 2 - při popisu funkce rotačního spalovacího motoru využijeme schématického znázornění pracovního cyklu rotačního motoru rozloženého do jednotlivých fází pracovní činnosti. 'Uvedení-mo'toru "do chodu·-je--totožné--jako--u pístových motorů --—- pomocí akumulátoru a startéru dojde k roztočení vnitřního rotačního válce 1. Vycházíme z předpokladu,, že. zub 2_ se nachází v polze dle 1«, sací ventil 5, je otevřen, sací uzávěrka 8 oďaretována, výfukový ventil 11 uzavřen, výfuková uzávěrka 1C zaaretována. Při pohybu zubu 2 ve smyslu šipky dochází za zubem 2 k postupné kompresi viz. 2.. Po průchodu zubu 2 za výfukový otvor viz. 3. dochází k odaretovéní výfukové uzávěrky 11, která sjíždí po Čele zubu 2_ a uzavírá spalovací prostor i5 viz. 4.. Současně dochází k uzavření sacího ventilu £. Po průchodu zubu £ za spalovací prostor 6 viz. 5- dochází ke vstřiku paliva a vznětu /zážehu/ výbušné směsi. Sací uzávěrka 8 zůstává zaaretována. Následkem exploze tlačí expandující médium zub · 2 k výfukovému otvoru viz. 6. a po jeho průchodu za výfukový otvor se výfukové uzávěrka 10 opět vrací do původní polohy a odděluje spalovací prostor 6 od výfukového otvoru viz. 8.. Po průchodu zubu 2 za sací otvor dochází k otevření sacího.ventilu 9 a sadní strana sudu 2 začíná vytlačovat vyhořelou směs go výfukového otvoru viz., 9... .Po průchodu zubu-ů. za výfukový otvor ' viz. 10. se výfukový ventil 11 uzavře a výfuková uzávěrka 10 zaaretuje. Po průchodu zubu 2 za spalovací prostor 6 se sací uzávěrka 8 odaretuja viz. 11. = 1., pracovní cyklus je u konce a začíná další pracovní cyklus.

Obr. 3 - zde je naznačeno řešení problému profuků, kdy zub £ prochází kolem výfukového otvoru. Ve stykové ploše zubu _2 s vnějším válcem _4 jsou umístěny těsnící válečky 13, které jsou stabilně přitlačovény k tělesu vnějšího válce 4, a plní funkci těsnících kroužků u pístů. Obdobnou funkci plní válečky 13_ u, uzávěrek 8 a 1C. Přiklaď uskutečnění vynálezu: Příklad technického řešení vynálezu je dostatečně zře jarý z přiložených výkresů. Realizace zkušebních prototypů bude --závisl-á-na—rozpracování do-stadi a-· výrobní - dokumentace'," 'což; by.....- mělo být úkolem pro profesionální konstrukční a vývojové útvarv automobilek. Takto koncipovaný motor lze samozřejmě skládat oď jednokomorových až po n - komorové, což bude zcela záležet na úvaze konstruktéra. Jako optimální se jeví tříkomorové uspořádání, které zajišíuje, že rotační motor je stabilně v tahu, Z hlediska výkonových parametrů.lze takto konstruovat výkonové řady od jednotek W až po-KW - od mikromotorků až po megamotory.

Frůroyslová využitelnost:'

Rotační spalovací motor lze s výhodou využít jako zdroje, kroutícího momentu ve všech oborech průmyslové činnosti, všude tam, kde se dnes využívají pístové spalovací motory, nebct má vyšší účinnost, a tedy i nižší provozní náklady,~měříší nároky n£r"výrebu''énúarl5u7'vys^TTÍ7otňoštrXTpoTěinrí^T,^menTi ] nároky na kvalitu paliva a je ekologičtější.

Claims (1)

1. P* ' rn Λ 1 Τ C V X Á Η C Κ Υ Rotační spalovací motor vytvořený ze dvou dutých souosých válců, v y z'n a 5 u j í c í se t í m, že kroutící moment ' je 'vyvoláván" přeno'senTtláku expšndu jíč“í ho médi a "přímo" na ' vnitrní rotační válec /1/, na jehož plášti je podélný nálitek tvaru protaženého· zubu /2/ s na tělese vnějšího pevného válce /4/ jsou umístěny- sací a výfuková uzávěrka /8/ a /10/, které jso_u_elektromagnejticky_ne.b.o_me.c.hani.c.ky^£retovány,_s.ací_a_výfu·^ kové ventily /9/ ε /11/, ovládané klasickým rozvodovým mechanismem, spalovací prostor /6/ v němž jsou umístěny trysky a zapalovací svíčky /7/, přičemž uzávěrky /8/ a /10/ jsou v závislosti na úhlovém natočení zubu /2/ aretovány a oddělují tak spalovací prostor /6/ od sacího nebo výfukového otvoru, které jsou uzavírány a otevírány sacími a výfukovými ventily /9/ s /11/, podle fáze pracovní činnosti, ve které se motcr nachází a definují tak pracovní režim motoru* ;oi i* -c C/J f ~ a. c O O C/> r— oc