PL222768B1 - Układ dolotowy silnika dwusuwowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest układ dolotowy silnika dwusuwowego, przeznaczony głównie do jednostek napędzających samochody osobowe. Wynalazek może być stosowany także do silników napędzających inne pojazdy mechaniczne, motocykle, statki wodne i powietrzne oraz inne urządzenia techniczne, np. generatory. Układ charakteryzuje się tym, że kanał dolotowy (53) łączy, oddzieloną od komory korbowej (49), komorę wstępnego sprężania (48) z komorą spalania (50) dowolnego cylindra, przy czym kanał dolotowy (53) oddzielony jest od komory spalania (50) zaworem dolotowym (20), natomiast od komory wstępnego sprężania (48) dodatkowym, niezależnym zaworem kanału dolotowego (52).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ dolotowy silnika dwusuwowego, przeznaczony głównie do jednostek napędzających pojazdy lub urządzenia techniczne

W masowo produkowanych dotąd silnikach dwusuwowych, kanały dolotowe zawsze łączyły komorę wstępnego sprężania, będącą jednocześnie komorą korbową, z komorą spalania tego samego cylindra. Rolę zaworu dolotowego i wydechowego pełnił tłok, który powodował wcześniejsze otwieranie kanału wydechowego niż dolotowego i późniejsze jego zamykanie. Było to bardzo proste rozwiązanie, ale przyczyniało się do niepełnego napełniania cylindra, jak też do ucieczki części mieszanki do kanału wydechowego. Skutkowało to zwiększonym zużyciem paliwa, spadkiem mocy i sprawności silnika. Kanały dolotowe musiały być wąskie i krótkie, gdyż ich pojemność powodowała zwiększenie „szkodliwej pojemność komory wstępnego sprężania”. Znane są też różne prototypowe rozwiązania, w których komory wstępnego sprężania stanowią oddzielne elementy silnika, lub w których tłoki jedynie dostarczają powietrze do komór spalania innych cylindrów roboczych. Tłoki te osadzane są na oddzielnym lub wspólnym wale z tłokami cylindrów roboczych. Znane są też rozwiązania, w których rolę komory wstępnego sprężania pełnią komory z ruchomą przeponą lub wręcz oddzielne sprężarki. Są to jednak rozwiązania dość skomplikowane, kosztowne w produkcji, a zysk z tytułu ich stosowania niweczą podwyższone straty wynikłe z oporów wewnętrznych, czy zwykłej awaryjności. Tych rozwiązań jest wiele, ale żadne z nich nie weszło do masowej produkcji.

Istotą wynalazku jest układ dolotowy silnika dwusuwowego, w którym tłok lub zestaw połączonych ze sobą tłoków, oddziela komorę wstępnego sprężania od komory spalania, a który osadzony jest na wykonującym ruchy posuwisto-zwrotne suwaku, przechodzącym przez tuleję przegrody oddzielającej komorę wstępnego sprężania od komory korbowej silnika, charakteryzujący się tym, że komora wstępnego sprężania, przez którą przechodzi suwak, połączona jest kanałem dolotowym z komorą spalania dowolnego cylindra, przy czym na wejściu tego kanału znajduje się zawór kanału dolotowego, a na wyjściu zawór dolotowy.

Proste rozwiązanie w/g wynalazku, powoduje szybką wymianę gazu w cylindrze, kiedy tłok znajduje się w swojej dolnej pozycji. Przesunięcie w fazie położenia tłoków połączonych komór cylindrów o 90° powoduje przepompowywanie powietrza przez tłok poruszający się z maksymalna prędkością nad dokonujący właśnie zwrotu inny tłok. Zastosowanie niezależnych od siebie zaworów na wejściu i wyjściu kanału dolotowego pozwoliło na skuteczne przepompowanie całej, zgromadzonej pod tłokiem dawki powietrza do komory spalania z uniknięciem strat wynikłych z jego sprężystości, czy „szkodliwej pojemności komory wstępnego sprężania”. Pozwoliło to też na wykorzystanie objętości kanału dolotowego, jako magazynu nie wykorzystanego powietrza z poprzedniego cyklu, jak również spowodowało polepszenie warunków przepływu powietrza, przy znacznie niższych różnicach ciśnień. Wtrysk paliwa bezpośrednio do kanału dolotowego przy otwartym zaworze ssącym i zamkniętym wydechowym, spowodował brak zjawiska ucieczki mieszanki do kanału wydechowego.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku: fig. 1 pokazuje schematyczny obraz połączeń czterech cylindrów silnika kanałami dolotowymi wraz z rozlokowaniem zaworów, fig. 2 przedstawia kolejne fazy działania silnika, fig. 3 przedstawia przykład rozwiązania z zastosowaniem wynalazku.

Silnik zbudowany na planie krzyża, w przykładzie wykonania przedstawiony jest na fig. 1 rysunku, w którym zastosowano wał korbowy umożliwiający wykonywania ruchów posuwisto-zwrotnych suwakom 9, 10. Komory wstępnego sprężania 48 każdego z cylindrów, odizolowane są od komory korbowej silnika 49. Komory wstępnego sprężania 48 jednych cylindrów połączone są z komorami spalania 50 innych cylindrów kanałami dolotowymi 53.

Komora wstępnego sprężania 48 cylindra 1, połączona jest z komorą spalania 50 cylindra 4. Komora 48 cylindra 4 połączona jest z komorą 50 cylindra 3. Komora 48 cylindra 3, z komorą 50 cylindra 2, a komora 48 cylindra 2, z komorą 50 cylindra 1.

Każda z komór wstępnego sprężania 48 posiada dwa sterowane różnicą ciśnień, jednokierunkowe zawory 19, 52, które przy braku różnicy ciśnień pozostają zamknięte. Zawory takie są obecnie powszechnie stosowane w silnikach dwusuwowych, jako zawory ssące. Każda z komór wstępnego sprężania 48 napełniana jest powietrzem przechodzącym przez zawór ssący 19, natomiast opróżniana jest poprzez zawór kanału dolotowego 52. Dalej powietrze przechodzi kanałem dolotowym 53 do komory spalania cylindra poprzez zawór dolotowy 20. Komora wstępnego sprężania wraz z tłokiem i dwoma zaworami 19 i 52 działa jak typowa pompa ssąco-tłocząca, która najpierw pompuje powietrze

PL 222 768 B1 do komory wstępnego sprężania 48, następnie do kanału dolotowego 53, a po otwarciu zaworu dolotowego 20, dalej do komory spalania 50.

Działanie silnika polega na tym, że tłok cylindra 1 po przejściu przez Górny Martwy Punkt, naciska na suwak 9, a dalej na wał korbowy 14, który obracając się, przesuwa tłok cylindra 2 w kierunku jego GMP. Nad tłokiem cylindra 2 odbywa się sprężanie wcześniej powstałej mieszanki, a pod nim następuje zasysanie powietrza przez otwarty zawór 19 (pozycja 1, 2). Następuje zapłon w cylindrze 2 (poz. 3). Kiedy tłok cylindra 2 osiąga GMP, ssanie pod nim dobiega końca i zawór 19 zostaje zamknięty. Komora wstępnego sprężania cylindra 2 jest pełna (poz. 4). Tłok cylindra 2 porusza się w kierunku DMP. Nad tłokiem odbywa się spalanie mieszanki, a pod nim odbywa się sprężanie powietrza. Zawór 52 cylindra 2 pozostaje nadal zamknięty z powodu różnicy ciśnień. Ciśnienie w kanale 53 jest wyższe od ciśnienia w komorze 48 cylindra 2 (poz. 5). Zwiększone ciśnienie w kanale 53 pochodzi z nie wykorzystanego powietrza z poprzedniego cyklu. Kiedy wzrastające ciśnienie w komorze 48 cylindra 2 przekroczy poziom ciśnienia w kanale 53, zawór 52 otworzy się i od tej chwili tłok cylindra 2 zaczyna ładować dodatkowym powietrzem kanał 53. W tym czasie w cylindrze 1 kończy się suw pracy i po otwarciu zaworu wydechowego 18 rozpoczyna się wydech (poz. 6). Kiedy otworzy się zawór dolotowy 20 cylindra 1, sprężone powietrze znajdujące się w kanale 53 i komorze 48 cylindra 2 zostaje wtłoczone do komory 50 cylindra 1, wypierając resztki spalin i wypełniając jego objętość. Po osiągnięciu DMP przez tłok cylindra 1, tłok cylindra 2 osiągając właśnie maksymalną prędkość, wymusza najbardziej efektywny przepływ powietrza przez kanał 53 łączący cylinder 2, 1. Powoduje to szybką zamianę spalin na powietrze w cylindrze 1 (poz. 7). Po zamknięciu zaworu wydechowego 18 cylindra 1, następuje wtrysk paliwa z wtryskiwacza 21 do kanału 53 zasilając komorę 50 cylindra 1 w mieszankę (poz. 8). Zawór dolotowy 20 cylindra 1 zostaje zamknięty i rozpoczyna się sprężanie mieszanki. Ponieważ zawór dolotowy 20 jednocześnie zamyka wylot kanału dolotowego 53, a tłok cylindra 2 nadal porusza się w kierunku DMP, w kanale 53 i komorze 48 cylindra 2 rośnie ciśnienie powietrza (poz. 9). W cylindrze 2 kończy się suw pracy i zaczyna się wydech (poz. 10). Kiedy tłok cylindra 2 osiąga DMP, kończy się sprężanie powietrza w kanale 53. Zawór 52 ulega automatycznemu zamknięciu (poz. 11). W ten sposób w kanale 53 pomiędzy cylindrem 2 i 1, który teraz jest z obu stron zamknięty, zmagazynowane zostaje powietrze pod ciśnieniem, do wykorzystanie w następnym cyklu. W cylindrze 1 nadal trwa sprężanie mieszanki, podczas gdy cylinder 2 zasilany jest nową dawką paliwa z wtrysku paliwa do cylindra 2 (poz. 12).

Figura 2 pokazuje poszczególne fazy działania silnika w rozłożeniu na: cylinder 1, cylinder 2, w ujęciu: nad tłokiem (komora spalania 50)/pod tłokiem (komora wstępnego sprężania 48).

Poz. 1, cyl.1 praca/komora napełniona powietrzem. cyl.2 sprężanie mieszanki/ssanie.

Poz. 2, cyl.1 praca/sprężanie powietrza.

cyl.2 sprężanie mieszanki/ssanie.

Poz. 3, cyl.1 praca/ładowanie powietrzem kanału łączącego cylindry 1,4. cyl.2 zapłon mieszanki/ssanie.

Poz. 4, cyl.1 praca/przepompowywanie powietrza do cylindra 4 przez kanał łączący cylindry 1,4. cyl.2 praca/komora napełniona powietrzem.

Poz. 5, cyl.1 praca/ładowanie powietrzem kanału łączącego cylindry 1,4. cyl.2 praca/sprężanie powietrza.

Poz. 6, cyl.1 wydech/ładowanie powietrzem kanału łączącego cylindry 1,4. cyl.2 praca/ładowanie powietrzem kanału łączącego cylindry 2,1.

Poz. 7, cyl.1 wydech, wentylacja/komora pusta.

cyl.2 praca/przepompowywanie powietrza do cylindra 1 przez kanał łączący cylindry 2,1.

Poz. 8, cyl.1 wtrysk paliwa do cylindra 1 i napełnianie mieszanką cylindra 1/ssanie.

cyl.2 praca/przepompowywanie powietrza do cylindra 1 przez kanał łączący cylindry 2,1.

Poz. 9, cyl.1 sprężanie mieszanki/ssanie.

cyl.2 praca/ładowanie powietrzem kanału łączącego cylindry 2,1.

Poz.10, cyl.1 sprężanie mieszanki/ssanie.

cyl.2 wydech/ładowanie powietrzem kanału łączącego cylindry 2,1.

Poz. 11, cyl.1 sprężanie mieszanki/ssanie.

cyl.2 wydech, wentylacja/komora pusta.

Poz.12, cyl.1 sprężanie mieszanki/ssanie.

cyl.2 wtrysk paliwa do cylindra 2 i napełnianie mieszanką cylindra 2/ssanie.

PL 222 768 B1

Schematyczny przykład budowy silnika z zastosowaniem wynalazku pokazuje fig. 3. Jest to czterocylindrowy, dwusuwowy silnik spalinowy, który może być wykorzystany do napędu pojazdów mechanicznych takich jak samochody lub motocykle. Może też znaleźć zastosowanie w silnikach stosowanych do napędu statków wodnych i powietrznych, jak tez urządzeń stacjonarnych, np. generatorów. Z racji na swoje parametry: wysokie osiągi (sprawność, moc i moment obrotowy), niski koszt produkcji, niską emisję zanieczyszczeń, niskie zużycie paliwa, może stać się jednostką wypierająca współczesne, ogólnie stosowane silniki czterosuwowe. Zastosowanie go do napędu samochodów osobowych znacznie zmniejszyłoby cenę samochodu, obniżyłoby koszty eksploatacji, przy jednoczesnym wzroście jego osiągów. Wysoka sprawność silnika przyczyniłaby się także do spopularyzowania stosowania pojemnościowo mniejszych jednostek bez uszczerbku na ich parametrach użytkowych. Mniejsze silniki i wyższa sprawność przełożyłaby się na mniejsze zapotrzebowanie na paliwa, a więc stałyby się też elementem zmniejszającym ogólne zanieczyszczenie powietrza.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ dolotowy silnika dwusuwowego, w którym tłok lub zestaw połączonych ze sobą tłoków oddziela komorę wstępnego sprężania od komory spalania, a który osadzony jest na wykonującym ruchy posuwisto-zwrotne suwaku, przechodzącym przez tuleję przegrody oddzielającej komorę wstępnego sprężania od komory korbowej silnika, znamienny tym, że komora wstępnego sprężania (48), przez którą przechodzi suwak (9), połączona jest kanałem dolotowym (53) z komorą spalania (50) dowolnego cylindra, przy czym na wejściu tego kanału znajduje się zawór kanału dolotowego (52), a na wyjściu zawór dolotowy (20).