PL168986B1 - Silnik spalinowy - Google Patents

Abstract

1. Silnik spalinowy o nieruchomym kadłubie i osadzony wjego wnętrzu wirniku, znamienny tym, że kadłub (1) ma wydrążoną komorę w której współśrodkowo usytuowany jest wał (2), na którym z kolei osadzony jest wirnik (3), w wirniku (3) usytuowany jest promieniowo co najmniej jeden cylinder (4) z osadzonym w nim tłokiem (S) połączonym z korbowOdem (6), w denku tłoka (5) wykonana jest profilowana komora spalania (7) o kącie pochylenia mniejszym od 45°, komorę roboczą silnika stanowi przestrzeń nad tłokiem (5) wraz z komorą spalania (7) w denku tłoka (5) oraz komorą spalania (7) usytuowaną na cylindrycznej powierzchni komory kadłuba (1), w stopie korbowodu (6) osadzony jest sworzeń wodzący (8) którego oś jest równoległa do osi walu (2), sworzeń wodzący (8) porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym w promieniowej prowadnicy (9) wykonanej w wirniku (3), natomiast końce sworznia wodzącego (8) usytuowane są w prowadnicach (10), o kształcie krzywych zamkniętych, wykonanych w kadłubie (1) i pokrywie silnika (11), w kadłubie usytuowany jest kanał ssący (12) i kanał wydechowy (13).

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy, niskoprężny lub wysokoprężny.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 83607 silnik spalinowy bez wału korbowego i korbowodu, z rozmieszczonymi na obudowie cylindrami spalania wewnętrznego, których tłoki połączone są przegubowo między sobą, za pomocą ramy o kształcie czworoboku przegubowego zmiennego.

Innym rozwiązaniem jest znany z polskiego opisu patentowego nr 138472 bezkorbowy tłokowy silnik spalinowy, którego wolne końce tłoczysk połączone są za pomocą czterech łukowych ramion, tworzących ramę przegubową, przy czym łożyska tej ramy prowadzone są w prowadnicach kadłuba oraz współpracują z zewnętrzną bieżnią krzywkowego elementu, osadzonego na prostym wale silnika.

Znane jest również z polskiego opisu patentowego nr 51313 rozwiązanie czterosuwowego silnika spalinowego o nieruchomym kadłubie i osadzonym wewnątrz niego wirniku, 'gdzie wirnik z wałem połączony jest za pośrednictwem przekładni nawrotnej o przełożeniu 1:1. Oś wału głównego i oś wirnika są równoległe i przesunięte względem siebie. Tłoki natomiast są połączone przegubowo ze swymi korbowodami.

Kolejnym rozwiązaniem znanym z niemieckiego opisu patentowego nr 1102475 jest konstrukcja silnika zawierająca obrotowy wirnik, z układem czterech tłoków i cylindrów, osadzony w nieruchomej obudowie. Osie cylindrów i tłoków są usytuowane prostopadle do średnicy wirnika, co powoduje nierównomierny rozkład mieszanki paliwowej w komorze spalania, w wyniku działania sił odśrodkowych. Konstrukcja nie zapewnia zrównoważenia działających sił na układy korbowodowe, co powoduje jednocześnie obniżenie ogólnej sprawności silnika.

Znane i stosowane rozwiązania silników spalinowych są skomplikowane pod względem konstrukcyjnym.

168 986

Istota wynalazku polega na tym, że kadłub ma wydrążoną komorę, w której współśrodkowo usytuowany jest wał, na którym z kolei osadzony jest wirnik. W wirniku usytuowany jest promieniowo co najmniej jeden cylinder z osadzonym w nim tłokiem, połączonym z korbowodem. W denku tłoka wykonana jest profilowana komora spalania, o kącie pochylenia mniejszym od 45°. Komorę roboczą silnika stanowi przestrzeń cylindra nad tłokiem wraz z komorą spalania w denku tłoka oraz komorę spalania usytuowaną na cylindrycznej powierzchni komory kadłuba. W stopie korbowodu, osadzony jest sworzeń wodzący, którego oś jest równoległa do osi wału. Sworzeń wodzący porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym w prowadnicy promieniowej, wykonanej w wirniku. Końce sworznia prowadzącego usytuowane są w prowadnicach o kształcie krzywych zamkniętych, wykonanych w kadłubie i pokrywie silnika. W kadłubie usytuowany jest kanał ssący i kanał wydechowy.

Korzystnym według wynalazku jest, aby prowadnice w których usytuowane są końce sworznia miały kształt dwóch połączonych półokręgów o identycznym promieniu, przy czym środek jednego okręgu pokrywa się z osią symetrii wału a środek drugiego półokręgu jest przesunięty w odległości równej długości skoku tłoka.

Objętość komory spalania silnika jest regulowana, poprzez wydrążony promieniowo w kadłubie otwór o średnicy odpowiadającej średnicy cylindra i zamknięty od zewnątrz głowicą o regulowanym położeniu.

Silnik według wynalazku może pracować jako silnik niskoprężny lub wysokoprężny. Posiada prostą i zwartą budowę oraz wysoką moc użyteczną. Dodatkowo natomiast można zrealizować postulaty ograniczenia toksyczności spalin, zmniejszenia zużycia paliwa, pracy silnika w najkorzystniejszym zakresie jego sprawności mechanicznej, przy jednocześnie wysokim momencie obrotowym. Możliwość budowy silników o dowolnej mocy, poprzez zwielokrotnienie wirników osadzonych na wspólnym wale.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia silnik w przekroju płaszczyzną prostopadłą do osi wału i przechodzącą przez osie symetrii cylindrów, fig. 2 - silnik w przekroju prostopadłym do płaszczyzny rozmieszczenia cylindrów, natomiast fig. 3 przestawia tłok w widoku z góry a fig. 4 tłok w przekroju oraz fig. 5 przedstawia silnik z regulowaną objętością komory spalania.

Silnik spalinowy o zapłonie iskrowym stanowi kadłub 1 z wykonaną wewnątrz komorą, w której usytuowany jest współśrodkowo wał 2 a na nim osadzony jest cylindryczny wirnik 3. W wirniku 3 rozmieszczone są promieniowo cztery cylindry 4, z usytuowanymi wewnątrz tłokami 5, z których każdy połączony jest z korbowodem 6. W denku tłoka 5 wykonana jest profilowana komora spalania 7, której krawędź ma kształt okręgu, a usytuowana jest w bliskim sąsiedztwie krawędzi denka tłoka 5. Niesymetryczny profil komory spalania 7 w denku tłoka 5 i taki sam profil komory spalania 7 wykonanej w kadłubie 1 potęguje działanie siły normalnej, która jest głównie wykorzystana do obrotu wirnika 3, a jednocześnie powoduje obniżenie wartości siły korbowodowej.

W stopie każdego korbowodu 6 osadzony jest sworzeń wodzący 8, którego oś jest równoległa do osi wału 2. Sworzeń wodzący 8 wykonuje dwa rodzaje ruchów. Jednym jest ruch posuwisto-zwrotny realizowany w promieniowych prowadnicach 9, wykonanych w wirniku 3. Prowadnice promieniowe 9 usytuowane są w osi symetrii cylindrów 4. Drugim rodzajem ruchu wykonywanego przez sworzeń wodzący 8 jest ruch postępowy, realizowany poprzez usytuowanie końcówek sworznia wodzącego 8 w prowadnicach 10, których kształt stanowią połączone ze sobą dwa półokręgi o tym samym promieniu, przy czym środek jednego półokręgu pokrywa się z osią wału 2, a środek drugiego półokręgu jest przesunięty w odległości równej długości skoku tłoka 5. Jedna prowadnica 10 ustytuowana jest w kadłubie 1 a druga w pokrywie silnika 11. Przekrój poprzeczny prowadnic 10 ma kształt kwadratu. Komory robocze silnika stanowią przestrzenie cylindrów 4 nad denkiem tłoka 5, wraz z komorą spalania 7 w denku tłoka 5 i komorą spalania 7 wydrążoną w cylindrycznej powierzchni komory kadłuba 1. Wewnętrzna cylindryczna powierzchnia komory kadłuba 1 spełnia jednocześnie rolę głowicy silnika.

Uszczelnienie zespołów tłok 5 i cylinder 4 wykonane jest przy użyciu typowych pierścieni.

Między powierzchnią wirnika 3 z rozmieszczonymi cylindrami 4 a cylindryczną powierzchnią

168 986 komory kadłuba 1 powstaje niewielka szczelina, w kształcie pierścienia kołowego, której szerokość w ustalonych warunkach cieplnych wynosi około 0,05 mm.

W przedstawionym przykładzie wykonania umieszczone są pierścienie uszczelniające 16, które swą zewnętrzną powierzchnią czołową przylegają do cylindrycznej powierzchni komory kadłuba 1. W kadłubie 1 wykonany jest kanał ssący 12, usytuowany na długości odpowiadającej 88° obwodu cylindrycznej powierzchni komory kadłuba 1. W bliskim sąsiedztwie kanału ssącego 12 wykonany jest kanał wydechowy 13, na długości 88° obwodu cylindrycznej powierzchni komory kadłuba 1.

Odległość między początkiem kanału ssącego 12 a końcem kanału wydechowego 13 jest mniejsza od średnicy cylindra 4, co pozwala na przepłukanie komór roboczych silnika. Efektem tego zabiegu jest recyrkulacja spalin a w rezultacie obniżenie zawartości tlenków azotu w spalinach.

Kadłub 1 zamknięty jest pokrywą silnika 11 za pomocą śrub rozmieszczonych na jego obwodzie. Świeca zapłonowa 14 osadzona jest w komorze spalania 7 usytuowanej w kadłubie 1.

Sposób działania silnika dla tego przykładu wykonania przedstawiony jest na fig. 1 i fig. 2. W przedstawionej na fig. 1 fazie pracy silnika, denko tłoka 5 znajduje się na odcinku wewnętrznej powierzchni cylindrycznej komory kadłuba 1, rozdzielającym kanał ssący 12 i kanał wydechowy 13 tak, że objętość komory roboczej przynależnego do cylindra 4 osiąga minimum. Oczywiście tłok 5 jest maksymalnie oddalony od osi wału 2. Przy obrocie wirnika 3, tłoka 5 oddala się od cylindrycznej powierzchni komory kadłuba 1, ponieważ jego ruch jest sterowany prowadnicami 10, a dzięki panującemu w cylindrze 4 podciśnieniu wskutek zwiększającej się objętości komory roboczej, zawartej między tłokiem 5, a cylindryczną powierzchnią komory kadłuba 1, następuje proces zasysania mieszanki paliwowej. Po obrocie wirnika o kąt 90° w kierunku wskazanym strzałką następuje zakończenie procesu zasysania mieszanki paliwowej, a komora robocza uzyskuje maksymalną objętość. Następnie realizowany jest proces sprężania mieszanki paliwowej, dzięki sterowaniu tłoka 5 za pomocą prowadnic 10 zmniejsza się objętość komory roboczej. Po osiągnięciu zmiany położenia wirnika 3 o 180° następuje zapłon mieszanki paliwowej od iskry z świecy zapłonowej 14. Następnie tłok 5 rozpoczyna suw rozprężania - suw roboczy.

Gazy spalinowe rozprężając się, dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu komory spalania 7 w denku tłoka 5 wywołują siłę, która oddziaływuje na powierzchnię komory spalania 7 usytuowaną w kadłubie 1, powodując w trakcie rozprężania obrót wirnika 3. Cykl pracy kończy się z chwilą uzyskania przez wirnik 3 obrotu o 270°, ponieważ cylinder 4 wchodzi w strefę kanału wydechowego 13. Gazy spalinowe w tym momencie są pod wpływem największego ciśnienia w komorze spalania 7 i wyrzucane są do kanału wydechowego 13, a proces ten kończy się z chwilą uzyskania przez wirnik 3 położenia wyjściowego. Wirnik 3 w tym czasie wykonał pełny obrót.

Na cylindrycznej powierzchni wirnika 3, współśrodkowo do każdego cylindra 4 osadzony jest pierścień uszczelniający 16. Dzięki sterowaniu przez prowadnice 10 tłok 5 do chwili osiągnięcia stanu początkowego jest w położeniu maksymalnego oddalenia od osi wału 2. W momencie osiągnięcia położenia wyjściowego cylinder 4 jest przepłukiwany, ponieważ jest w strefie połączenia się kanału ssącego 12 i kanału wydechowego 13. Po oczyszczeniu cylindra 4 tłok 5 przemieszcza się, w wyniku obrotu wirnika 3 ku dolnemu martwemu punktowi. Sterowany prowadnicami tłok 5 zasysa mieszankę paliwową i proces się powtarza. Każdy następny cylinder 4 wykonuje identyczny obieg z tym, że mamy tu do czynienia z przesunięciem kątowym o 90°. Utworzone przez kanał ssący 12 i kanał wydechowy 13 duże przekroje przepływowe powodują, że napełnianie lub opróżnianie komór roboczych silnika odbywa się przy znacznie mniejszych stratach niż w silnikach zaworowych, których przekroje przepływowe są znacznie mniejsze.

Na fig. 3 przestawiony jest przykład wykonania silnika według wynalazku z komorą roboczą o regulowanej objętości. W tym celu w kadłubie 1 wykonany jest promieniowy otwór

15, o średnicy odpowiadającej średnicy cylindra 4, stanowiący niejako jego przedłużenie. Od zewnątrz otwór 15 zamknięty jest głowicą 17, a głębokość jej osadzenia w otworze 15 jest regulowana za pomocą śruby 18, osadzonej w płytce oporowej 19.

168 986

Sposób pracy silnika jest taki sam jak silnika według poprzedniego przykładu wykonania z tą różnicą, że konstrukcja silnika w tym przykładzie wykonania pozwala na pracę silnika jako niskoprężnego, przy zastosowaniu zapłonu iskrowego. Natomiast zastosowanie w miejsce świec zapłonowych 14 wtryskiwaczy pozwala na pracę tego silnika jako silnika wysokoprężnego.

li J_ 7_ 4_ 5 46 B-B

Fig. 2

168 986

Fig. 3

Fig. 4

168 986

Fg. 5

168 986

Fg. Ί

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Silnik spalinowy o nieruchomym kadłubie i osadzony w jego wnętrzu wirniku, znamienny tym, że kadłub (1) ma wydrążoną komorę w której współśrodkowo usytuowany jest wał (2), na którym z kolei osadzony jest wirnik (3), w wirniku (3) usytuowany jest promieniowo co najmniej jeden cylinder (4) z osadzonym w nim tłokiem (5) połączonym z korbowodem (6), w denku tłoka (5) wykonana jest profilowana komora spalania (7) o kącie pochylenia mniejszym od 45°, komorę roboczą silnika stanowi przestrzeń nad tłokiem (5) wraz z komorą spalania (7) w denku tłoka (5) oraz komorą spalania (7) usytuowaną na cylindrycznej powierzchni komory kadłuba (1), w stopie korbowodu (6) osadzony jest sworzeń wodzący (8) którego oś jest równoległa do osi wału (2), sworzeń wodzący (8) porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym w promieniowej prowadnicy (9) wykonanej w wirniku (3), natomiast końce sworznia wodzącego (8) usytuowane są w prowadnicach (10), o kształcie krzywych zamkniętych, wykonanych w kadłubie (1) i pokrywie silnika (11), w kadłubie usytuowany jest kanał ssący (12) i kanał wydechowy (13).

2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnice (10) w których usytuowane są końce sworznia wodzącego (8), mają kształt dwóch połączonych półokręgów o identycznym promieniu, przy czym środek jednego półokręgu pokrywa się z osią symetrii wału (2) a środek drugiego jest przesunięty w odległości równej długości skoku tłoka (5).

3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość komory spalania (7) silnika jest regulowana poprzez wydrążony w kadłubie (1) otwór (15), o średnicy odpowiadającej średnicy cylindra (4) i zamknięty od zewnątrz głowicą (17), o regulowanym położeniu.