PL175683B1 - Silnik spalinowy obrotowy - Google Patents

Abstract

1. Silnik spalinowy obrotowy, zawierajacy nie- ruchoma obudowe, w której jest umieszczony wirnik o cylindrycznej scianie, która otacza umieszczony w obudowie stojan, zawierajacy zespól dostarczania, przekazywania i odprowadzania plynu roboczego i wal zamocowany do wirnika, z n a m i e n n y t y m , ze cy- lindryczna sciana (30) wirnika (28) zawiera co naj- mniej dwa rzedy, ulozonych promieniowo, kolowych kanalów stanowiacych odpowiednio cylindry (34) sprezania i cylindry (36, 38) mocy, oddalonych od sie- bie wzdluz osi obrotu, przy czym kazdy z cylindrów (34, 36, 38) sprezania i mocy jest calkowicie zawarty w scianie (30) wirnika (28) i zawiera swobodne, posu- wisto zwrotne i obrotowe, kuliste tloki (42, 44, 46), a ponadto w obudowie (1 2 ) jest usytuowany zespól nie- ruchomej krzywki z kolowa bieznia (52, 82, 84) za- wierajaca pare oddalonych od siebie krawedzi (AB, CD, EF), otaczajacy kazdy z rzedów cylindrów (34, 36, 38) sprezania i mocy, przy czym kazda para krawe- dzi (AB, CD, EF) nieruchomego zespolu krzywki sty- ka sie z kazdym z tloków (42, 44, 46). F I G . 1A F I G. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy obrotowy.

Z opisu patentowego USA nr 5 257 599 znany jest silnik gwiazdowy zawierający kuliste tłoki ślizgające się po kołowej powierzchni zespołu krzywki, którego oś obrotu jest przesunięta względem osi obrotu cylindrów. Kuliste tłoki oprócz obrotu wokół powierzchni zespołu krzywki ruchem kołowym, wykonują także ruch posuwisto-zwrotny w stosunku do cylindrów.

Niejednostajna prędkość tłoków wzdłuż ich kołowych torów powoduje, podczas zmian prędkości, pewne przesuwanie i ślizganie się kulistych tłoków zamiast czystego tłoczenia wzdłuż powierzchni krzywki. Wadąjest dodatkowe zużycie silnika z powodu tarcia i zwiększony hałas. Ponadto niejednostajny ruch może się okazać przyczyną przypadkowego grupowania tłoków w jedną część w każdym cyklu, powodując zjawisko niewyważenia i zwiększone drganie w silniku.

175 683

Silnik spalinowy obrotowy, według wynalazku, zawierający nieruchomą obudowę w której jest umieszczony wirnik o cylindrycznej ścianie, która otacza umieszczony w obudowie stojan, zawierający zespół dostarczania, przekazywania i odprowadzania płynu roboczego i wał zamocowany do wirnika, charakteryzuje się tym, że cylindryczna ściana wirnika zawiera co najmniej dwa rzędy, ułożonych promieniowo, kołowych kanałów stanowiących odpowiednio cylindry sprężania i cylindry mocy, oddalonych od siebie wzdłuż osi obrotu, przy czym każdy z cylindrów sprężania i mocy jest całkowicie zawarty w ścianie wirnika i zawiera swobodne, posuwisto zwrotne i obrotowe, kuliste tłoki, a ponadto w obudowie jest usytuowany zespół nieruchomej krzywki z kołowąbieżniązawierającąparę oddalonych od siebie krawędzi, otaczający każdy z rzędów cylindrów sprężania i mocy, przy czym każda para krawędzi nieruchomego zespołu krzywki styka się z każdym z tłoków.

Korzystne jest gdy kołowa bieżnia ma oś koindencjalną z osią obrotu wirnika, zaś każda para krawędzi zespołu krzywki styka się z wszystkimi kulistymi tłokami w ich odpowiednim rzędzie, zaś odstęp pomiędzy krawędziami ma zmienną wielkość na długości odpowiadającej obrotowi tłoków o 360 stopni.

Korzystne jest gdy każdy z cylindrów sprężania i mocy ma część zwężoną o zmniejszonej średnicy, połączoną ze stojanem.

Korzystne jest gdy przekrój poprzeczny każdego cylindra sprężania i mocy ma wielkość około dwa razy większą od przekroju poprzecznego części zwężonej.

Korzystne jest gdy silnik zawiera zespół recyrkulacji uchodzących gazów do otworów wlotowych powietrza wchodzących do cylindrów sprężania, zaś tłoki mają nieco mniejszy wymiar niż cylindry sprężania i mocy, w których sąone umieszczone, przy czym pomiędzy tłokami i cylindrami sprężania i mocy jest luz dla gazów uchodzących przez cylindry sprężania i mocy.

Korzystne jest gdy silnik zawiera zespół wtryskiwania paliwa i przekazywania sprężonego powietrza do cylindrów mocy i zespół do usuwania produktów sprężania z cylindrów mocy.

Korzystne jest gdy stojan zawiera zespół zapłonowy.

Korzystne jest gdy silnik zawiera zespół chłodzenia sprężonego powietrza połączony z cylindrami mocy.

Zaletą proponowanej konstrukcji jest zapewnienie jednostajnego ruchu tłoczenia każdego tłoka wzdłuż toru kołowego i ruch względny posuwisto-zwrotny w każdym cylindrze.

Silnik według wynalazku nie posiada typowych tłoków wodzikowych, korbowodów, wałów korbowych lub innych wahliwie działających elementów'. Posiada on wirnik z dwoma lub więcej rzędami promieniowo rozmieszczonych cylindrów. W każdym cylindrze porusza się kołowy tłok po torze współśrodkowym z wirnikiem, czego wynikiem jest rzeczywisty ruch jednostajny posuwisto-zwrotny.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia silnik według wynalazku w częściowo schematycznym przekroju pionowym wykonanym wzdłuż linii 1-1 oznaczonej na fig. 7, przy czym tłoki są w dolnym i górnym martwym punkcie, fig. 1A - schematycznie kolejne położenia tłoka podczas ruchu w zespole krzywki, przy obrocie tłoka o 360°, fig. 2 przedstawia przekrój wykonany wzdłuż linii 2-2 oznaczonej na fig. 5, fig. 3 przedstawia przekrój wykonany wzdłuż linii 3-3 oznaczonej na fig. 5, fig. 4 przedstawia przekrój wykonany wzdłuż linii 4-4 oznaczonej na fig. 5, fig. 5 przedstawia widok wzdłuż linii 5-5 na fig. 1, fig. 6 przedstawia przekrój wykonany wzdłuż linii 6-6 oznaczonej na fig. 1, fig. 7 przedstawia przekrój wzdłuż linii 7-7 oznaczony na fig. 1, fig. 8 - przekrój wzdłuż linii 8-8 na fig. 1, fig. 9 - przekrój wzdłuż linii 9-9 oznaczonej na fig. 1, fig. 10 przedstawia przekrój wzdłuż linii 10-10 oznaczonej na fig. 1, fig. 11 - widok wzdłuż linii 11-11 oznaczonej na fig. 1.

Na figurze rysunku strzałkami oznaczono kierunek obrotu części obrotowych i kierunek przepływu płynów.

Jak przedstawiono na fig. 1, 2 i 5 do 11 silnik spalinowy 10 zawiera nieruchomą obudowę cylindryczną 12 ze ścianką zewmętrzną 14, ścianką końcową 16 i otworem kołowym 18. Otwór ma zamknięcie 22 zawierające płytkę 24 przymocowaną śrubami 25 do obudowy 12. Wewnątrz obudowy 12 jest usytuowany cylindryczny stojan 26.

175 683

W obszarze pierścieniowym, pomiędzy stojanem 26 i zewnętrzną ścianką 14 obudowy 12, jest umieszczony wirnik 28 zawierający cylindryczną ściankę 30, ściankę końcową 31 i wał wyjściowy 32, usytuowany w otworze 33 ukształtowanym w ściance końcowej 16 obudowy 12.

W ściance 30 wirnika 28 są usytuowane, rozmieszczone w układzie pierścieniowym, trzy rzędy oddzielonych od siebie cylindrów 34,36 i 38, w których znajdująsię kuliste tłoki odpowiednio 42, 44 i 46.

Zgodnie z fig. 7, każdy cylinder, na przykład cylinder 34, ma usytuowany promieniowo kołowy otwór z kulistym zakończeniem 34B, dopasowanym do kulistego tłoka 42 i część zwężoną 34c, co umożliwia cylindrowi 34 całkowicie przejście przez ściankę 30 wirnika 28.

Cylindry 34 są cylindrami sprężania podczas gdy cylindry 36 i 38 są cylindrami mocy.

Wewnętrzna powierzchnia 48 ścianki 14 obudowy 12 jest zaopatrzona w zespół nieruchomej krzywki, zawierającej kołowąbieżnię 52 po której sąprowadzone kuliste tłoki 42,44. Bieżnia 52 (patrz także .fig. 1) jest uformowana na powierzchni 48 ścianki 14. Obie powierzchnie wewnętrzna 48 ścianki obudowy 14 i zewnętrzna ścianki 30 wirnika 28 mająkształt kołowy oraz tę samą oś X obrotu.

Na figurze 7 oznaczono osi X i Y, przy czym oś Yjest przesunięta w stosunku do osi X i jest środkiem dla kołowej powierzchni 48 zewnętrznej obudowy 14. Szerokość kolistej bieżni 52, oznaczonej na fig. 1i 1 A, która j est odległością pomiędzy zewnętrznymi krawędziami A i B bieżni 52 zmienia się wzdłuż obwodu wewnętrznej powierzchni 48 co umożliwia tłokowi 42 poruszanie się z jednostajną prędkością w każdym cylindrze 34 podczas obrotu wirnika 28. Odległość pomiędzy zewnętrznymi krawędziami A i B jest regulowana wokół obwodu, dla zapewnienia manewrowania w celu otrzymaniajakiegokolwiek innego potrzebnego ruchu względem tłoków, w ich odpowiednich cylindrach.

Kuliste tłoki nie poruszająsię w rzeczywistości ruchem posuwisto-zwrotnym. Obracająsię one również po pobliskiej kołowej bieżni 52.

Kulista przestrzeń zespołu krzywki 52 ma głębokość zmieniającą się wzdłuż obwodu, w celu umożliwienia dopasowania do niej tłoków. Takie samo ukształtowanie mają tłoki 44 i 46. Krawędzie A i B tworzące bieżnię 52, po której ob:r^^^j^się kuliste tłoki, sąumieszczone na wewnętrznej powierzchni 48 ścianki obudowy 14.

Kuliste tłoki 42 poruszają się i wirująna krawędziach A i B podczas obrotu wirnika 28 jak przedstawiono schematycznie na fig. 1A tak, że gdy zmienia się szerokość kulistej przestrzeni zespołu krzywki, tłoki 42 poruszają się ruchem posuwisto-zwrotnym w cylindrach 34.

Siła odśrodkowa utrzymuje tłoki 42 w styczności z krawędziami A i B. Tłoki 42 nigdy nie stykają się z jakąkolwiek inną częścią kulistej przestrzeni zespołu krzywki niż krawędzie A i B, jak pokazano na rysunkach. Tłoki 42 podczas obrotu względem krawędzi A i B wykonują ruch planetarny przedstawiony na fig. 1A.

Jak wynika z fig. 12,3,4 i 7, podczas obrotu wirnika 28 od położenia zwrotnego odkorbowego tłoka 42 do zwrotnego położenia kukorbowego, tłoki 42 poruszają się na zewnątrz, a powietrze wpływa do cylindrów 34 przez szczelinę wlotową 54, usytuowanąw stojanie 26, podczas części cyklu. Stojan 26 ma rurę rozgałęźną 56 wlotu powietrza, do której wlatuje świeże powietrze z wielu otworów wlotowych powietrza 58, jak pokazano także na fig. 5.

Od zwrotnego położenia odkorbowego do zwrotnego położenia kukorbowego, tłoki 42 poruszają się wewnątrz, sprężając powietrze zanim sprężone powietrze jest wydalone przez otwór 64 w stojanie 26, na krótko przed zwrotnym położeniem odkorbowym tłoka. Sprężone powietrze opuszcza stojan 26 poprzez otwór wylotowy sprężonego powietrza 64 (fig. 5), po czym przechodzi do chłodnicy międzystopniowej 66 przedstawionej schematycznie na fig. 1. Chłodnica międzystopniowa 66 jest typowa, przystosowana do chłodzenia sprężonego powietrza za pomocą otaczającego powietrza.

Jak to przedstawiono na fig. 1i 8 do cylindrów 36 i 38 dostarczane jest sprężone powietrze z chłodnicy międzystopniowej 66 rurąrozgałęźną 68 paliwowo-powietrznąw stojanie 26 i otworami 72 i 73 w zwrotnym położeniu odkorbowym tłoka. Paliwo wtryskuje się do sprężonego po175 683 wietrzą poprzez jeden lub więcej wtryskiwaczy 74 umieszczonych w rurze rozgałęźnej 68 paliwowo-powietrznej.

Jak to widać na fig. 3 zapłon jest dostarczany przez świecę zapłonową 76, umieszczoną w rurze ogniowej 78, w stojanie 26, otwartej od strony cylindrów 36 i 38 mocy za pomocą otworów 72 i 73 w zwrotnym położeniu odkorbowym tłoka.

W cylindrach 36 i 38 kuliste tłoki 44 i 46 są zaopatrzone w podobne krawędzie C, D, E i F stanowiące krawędzie bieżni 82 i 84 zespołu krzywkowego.

Od zwrotnego położenia odkorbowego tłoka do zwrotnego położenia kukorbowego następuje suw rozprężania powiązany z wylotem produktów spalania, poprzez otwór wylotowy 86, j ak pokazano na fig. 8, na krótko przed zwrotnym położeniem odkorbowym. Produkty wylotowe wychodzą poprzez rurę rozgałęźną wylotową 88 i otwór wylotowy 92, do układu wydechowego 94. Nakrętka 95 zamontowana na otworze wylotowym 92 przytrzymuje płytkę 95a zawierającą otwory wlotowe 58.

Zgodnie z fig. 6, gazy wylotowe przechodzą przez tłoki 42,44 i 46 do komory pierścieniowej 96 i przez otwór wydechowy 98, do rozgałęźnej wejściowej rury 56 do powtórnego cyklu. Kuliste tłoki i cylindry są zaprojektowane z prześwitem, aby zmniejszyć w ten sposób tarcie do minimum.

Największy styk powierzchni ma miejsce pomiędzy wewnętrznąpowierzchnią wirnika 28 i zewnętrzną powierzchnią stojanu 26. Powierzchnia przekroju poprzecznego każdego cylindra, na przykład cylindra 34, powyżej kulistego przekroju 34b, jest dwa razy większa od powierzchni przekroju gardzieli 34c. Powoduje to zrównoważenie sił oddziaływających pomiędzy wirnikiem 28 i stojanem 26 i dalsze zmniejszenie tarcia.

W czasie działania silnika 10, cylindry 36 i 38 zawierające kuliste tłoki 44 i 46, podczas ich suwów rozprężania, wywierają nacisk na ich krawędzie krzywkowe C, D i E, F, powodując obrót wirnika 28 i dostarczając energię za pomocą wału 32 i powodują sprężanie powietrza w cylindrach 34.

Ta konstrukcja krzywki pozwala kulistym tłokom na wytworzenie obrotowej energii kinetycznej podczas obrotu o 180° ze zwrotnego położenia odkorbowego tłoka do zwrotnego położenia kukorbowego, w czasie gdy punkty styku przemieszczają się na każdej kuli, bardzo podobnie do działania yo-yo. Ta energia kinetyczna jest następnie wykorzystywana do wspomagania ruchu tłoków w kierunku do wewnątrz, wbrew siłom odśrodkowym, podczas następnych 180°. Wyeliminowanie wału korbowego i prętów łączących, naturalne drgania wywoływane ich ruchem, są wyeliminowane.

Zastosowanie cylindrycznego stojana z otworami do dostarczania ładunku oraz rurami rozgałęźnymi wydechowymi umożliwia silnikowi działanie w czterosuwowym cyklu mechanicznym bez stosowania zaworów wlotowych lub wydechowych. Uszczelnienie między wirnikiem i stojanemjest utrzymywane przez kontrolowanie prześwitu i taki dobór obszaru pogłębienia w cylindrze (to jest części zwężonej 34c), aby był on równy połowie obszaru części cylindrycznej. Wpływa to na utworzenie warunku równowagi na powierzchni rozdziału wirnika i stojana. W rezultacie, w każdych warunkach działania, przy ciśnieniu dodatnim lub ujemnym w cylindrze, siła oddziaływania wirnika 28 na stojan 26 jest zrównoważona i zmniejsza zużycie na powierzchni rozdziału wirnika 28 i stojana 26. Ta cechajest ważna przy długookresowej kontroli uszczelnienia.

Opisany powyżej silnik nie posiada typowych tłoków wodzikowych, korbowodów, wałów korbowych lub innych wahliwie działających urządzeń. W zamian zawiera wirnik z cylindrami z dwoma lub więcej rzędami promieniowo rozmieszczonych cylindrów'. W każdym cylindrze porusza się kołowy tłok po torze współśrodkowym z wirnikiem, czego wynikiem jest rzeczywisty ruch jednostajny posuwisto-zwrotny.

Cylindryczny wirnik 28 zawierający wiele obracających się cylindrów 34, 36,38 w czasie, gdy kulisty tłok w każdym cylindrze obraca się wokół wewnętrznej ścianki obudowy silnika wzdłuż zespołu krzywkowego w innym okręgu koła i jest utrzymywany w tym położeniu za pomocą siły odśrodkowej. Dwa opisane powyżej okręgi koła są pod względem wymiarowym koncentryczne względem siebie powodując poruszanie się każdego kulistego tłoka 42, 44, 46

175 683 ruchem posuwisto-zwrotnym w swoim cylindrze. Zespół krzywkowyjest tak ukształtowany, aby zapewnić rzeczywisty ruch jednostajny posuwisto-zwrotny każdego kulistego tłoka 42,44,46 w jego cylindrze 34, 36, 38.

Oddzielne cylindry 34,36,38 sądostarczane do i dla zapłonu, spalania i rozprężania (cylindry mocy).

Kuliste tłoki 42,44,46 w cylindrach 34 sprężających spełniają rolę zasysania i sprężania powietrza wlotowego. Podczas jednego obrotu wszystkie kuliste tłoki 42,44,46 w cylindrach 34 sprężających przechodzą przez suw zasysania, suw sprężania i następnie wypychania sprężonego powietrza na zewnątrz silnika do chłodnicy międzystopniowej.

Sprężone powietrze z dodatkiem paliwa jest następnie podawane za pomocą rury pośredniej do cylindrów 36, 38 mocy. Po otrzymaniu mieszanki paliwowo-powietrznej z rury pośredniej cylindry i tłoki cylindrów mocy przechodzą przez rurę ogniową w celu zapłonu uwięzionej mieszanki.

Zespół krzywki dla cylindrów 36, 38 mocy jest tak ukształtowany, że przy zapłonie tłok rozpoczyna swój ruch na zewnątrz. Po całkowitym rozprężeniu gazu, podczas suwu pracy, otwiera się otwór wylotowy i tłoki kuliste 42, 44,46 poruszają się do wewnątrz, wydalając produkty spalania. Wymiary cylindra 36, 38 mocy i suw tłoka 44, 46 są tak dobrane, aby dokonało się całkowite wydalenie produktów spalania. W korzystnym przykładzie wykonania stosuje się dwa rzędy cylindrów 36, 38 mocy z jednym rzędem cylindrów 34 sprężania.

175 683

175 683

TDC - zwrotne położenie odkorbowe

FIG.3

8L 82

FIG.4

175 683

ζ>1

FIG.5

175 683

Wylot sprężonego powietrza

360°

Wlot sprężonego powietrzaZpaliwa

FIG.6

175 683

FIG.7

175 683

Wydech

FIG.8

175 683

FIG.9

175 683

FIG.10

175 683

FIG.11

175 683

TDC - zwrotne położenie odkorbowe

BUC - zwrotne położenie kukorbowe-

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Silnik spalinowy obrotowy, zawierający nieruchomą obudowę, w której jest umieszczony wirnik o cylindrycznej ścianie, która otacza umieszczony w obudowie stojan, zawierający zespół dostarczania, przekazywania i odprowadzania płynu roboczego i wał zamocowany do wirnika, znamienny tym, że cylindryczna ściana (30) wirnika (28) zawiera co najmniej dwa rzędy, ułożonych promieniowo, kołowych kanałów stanowiących odpowiednio cylindry (34) sprężania i cylindry (36, 38) mocy, oddalonych od siebie wzdłuż osi obrotu, przy czym każdy z cylindrów (34,36,38) sprężania i mocy jest całkowicie zawarty w ścianie (30) wirnika (28) i zawiera swobodne, posuwisto zwrotne i obrotowe, kuliste tłoki (42,44,46), a ponadto w obudowie (12) jest usytuowany zespół nieruchomej krzywki z kołowąbieżnią(52,82,84) zawierającą parę oddalonych od siebie krawędzi (AB, CD, EF), otaczający każdy z rzędów cylindrów (34,36,38) sprężania i mocy, przy czym każda para krawędzi (AB, CD, EF) nieruchomego zespołu krzywki styka się z każdym z tłoków (42, 44, 46).
2. 2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kołowa bieżnia (52) ma oś (X) koindencjalnąz osią obrotu wirnika (28), a każda para krawędzi (AB, CD, EF) zespołu krzywki styka się z wszystkimi kulistymi tłokami (42, 44, 46) w ich odpowiednim rzędzie, zaś odstęp pomiędzy krawędziami (AB, CD, EF) ma zmienną wielkość na długości odpowiadającej obrotowi tłoków (42, 44, 46) o 360 stopni.
3. 3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z cylindrów (34, 36, 38) sprężania i mocy ma część zwężoną (34c, 36c) o zmniejszonej średnicy, połączoną ze stojanem (26).
4. 4. Silnik według zastrz. 3, znamienny tym, że przekrój poprzeczny każdego cylindra (34, 36,38) sprężania i mocy ma wielkość około dwa razy większą od przekroju poprzecznego części zwężonej (34c, 36c).
5. 5. Silnik według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera zespół recyrkulacji uchodzących gazów do otworów wlotowych powietrza wchodzących do cylindrów (34) sprężania, zaś tłoki (42,44,48) mająnieco mniejszy wymiar niż cylindry (34,36,38) sprężania i mocy, w których są one umieszczone, przy czym pomiędzy tłokami (42,44,48) i cylindrami (3-4,36,38) sprężania i mocy jest luz dla gazów uchodzących przez cylindry (34, 36, 38) sprężania i mocy.
6. 6. Silnik według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera zespół wtryskiwania paliwa (74) i przekazywania sprężonego powietrza do cylindrów (36) mocy i zespół do usuwania produktów sprężania z cylindrów (36) mocy.
7. 7. Silnik według zastrz. 3, znamienny tym, że stojan (26) zawiera zespół zapłonowy (76).
8. 8. Silnik według zastrz. 6, znamienny tym, że zawiera zespół chłodzenia (66) sprężonego powietrza połączony z cylindrami (36) mocy.