PL223371B1 - Dwusuwowy silnik gwiazdowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwusuwowy silnik gwiazdowy, przeznaczony do stosowania w szczególności w pojazdach z napędem śmigłowym.

Znany jest z opisu patentowego US nr 1 811 625 dwusuwowy silnik gwiazdowy, w którym na skrzyni korbowej zamontowane są promieniście w kierunku osi wału korbowego pary połączonych ze sobą cylindrów, przykrytych wspólną głowicą spalania. Jeden z cylindrów każdej pary ma pośrodku swej ścianki bocznej otwór wlotu mieszanki paliwowej, przyłączony do wspólnego przewodu zasilania paliwem, natomiast drugi z cylindrów każdej pary ma, również pośrodku swej ścianki bocznej, otwór wylotu spalin, przyłączony do kolektora wydechowego. Umieszczone w cylindrach tłoki połączone są wahliwymi korbowodami z wałem korbowym, przy czym wykorbienia wału, które przynależne są każdej parze cylindrów, mają niewielkie wzajemne przesunięcie kątowe. Skutkiem tego tłok w cylindrze, do którego doprowadzane jest paliwo, jest w swoim ruchu nieznacznie opóźniony względem drugiego tłoka w cylindrze z wyprowadzaniem spalin, co umożliwia otwarcie przez ten tłok otworu wylotu spalin przed otwarciem otworu wlotu mieszanki paliwowej przez drugi tłok tej pary i zmniejszenie ciśnienia oraz usprawnienie dopływu paliwa. W znanym silniku przestrzenie robocze poszczególnych tłoków odizolowane są od skrzyni korbowej oraz od siebie własnym uszczelnieniem tłoków w cylindrach, co powoduje brak wzajemnego oddziaływania zespołów cylindrów w układzie gwiazdowym. Silnik ten nie znalazł jednak szerszego praktycznego zastosowania z uwagi na jego prawdopodobne wady eksploatacyjne związane z zasysaniem paliwa i kompresją w przestrzeni roboczej cylindrów.

Ponadto, znany jest powszechnie silnik dwusuwowy, który ma nałożoną na cylinder głowicę ze świecą zapłonową i posiada w ścianie cylindra otwór kanału wlotowego, przez który doprowadzana jest mieszanka paliwowa z układu gaźnika do przestrzeni cylindra pod tłokiem oraz połączonej z nią przestrzenią skrzyni korbowej, a nadto umieszczony wyżej w ścianie cylindra otwór kanału wylotowego do odprowadzania spalin do kolektora wydechowego. Obie przestrzenie cylindra, pod tłokiem i nad tłokiem, połączone są bocznymi pionowymi kanałami przepłukującymi, umożliwiającymi przemieszczanie mieszanki paliwowej z przestrzeni spod tłoka do przestrzeni roboczej nad tłokiem w jego ruchu posuwisto-zwrotnym. Tłok w znanym silniku połączony jest za pomocą wahliwego korbowodu z wykorbieniem wału korbowego, umieszczonego w skrzyni korbowej. Odległość pionowa pomiędzy kanałami wlotowym i wylotowym jest dobrana tak, aby kanały te były naprzemiennie zamykane i otwierane z wykorzystaniem ścianki bocznej tłoka. Zasadniczą wadą tego silnika jest obecność mieszanki paliwowej w przestrzeni skrzyni korbowej, co uniemożliwia zalanie jej olejem do smarowania elementów ruchomych, a przez to wymusza stosowanie paliwa z dodatkiem oleju. Olej wraz z mieszanką paliwową przedostaje się w trakcie pracy silnika do przestrzeni roboczej nad tłokiem i w znacznej ilości w ydalany jest na zewnątrz wraz ze spalinami. Czyni to znane rozwiązanie silnika dwusuwowego mało ekologicznym i ze względu na obowiązujące przepisy ma on ograniczone zastosowanie. Natomiast ze względu na brak oddzielenia przestrzeni skrzyni korbowej od cylindra silnik ten nie nadaje się do zastosowania w układach gwiazdowych.

Silnik gwiazdowy według wynalazku zawiera przymocowane promieniście do korpusu skrzyni korbowej co najmniej trzy cylindry. Każdy z cylindrów zamknięty jest od góry głowicą z umieszczoną w niej świecą zapłonową, zaś od spodu zamknięty jest przegrodą, która oddziela przestrzeń cylindra od wnętrza skrzyni korbowej. Nadto, nad przegrodą do cylindra doprowadzony jest kanał wlotowy, zaś powyżej niego z cylindra wyprowadzony jest kanał wylotowy. Każdy z cylindrów ma pionowe kanały przepłukujące, które łączą jego dolną przestrzeń pod tłokiem z przestrzenią roboczą nad tłokiem. Poza tym, pośrodku przegrody każdego z cylindrów osadzone jest liniowe łożysko ślizgowe, które wyposażone jest od spodu w element uszczelniający. Poprzez łożysko ślizgowe przeprowadzony jest drążek popychacza, korzystnie w postaci szlifowanego wałka. Górny koniec drążka popychacza połączony jest z tłokiem, natomiast jego dolny koniec połączony jest wahliwie z korbowodem zaczepnym, znajdującym się w skrzyni korbowej. Korbowód połączony jest wahliwie z wałem korbowym za pośrednictwem przyporządkowanego mu sworznia w tarczy pośredniczącej, osadzonej na wykorbieniu wału korbowego.

W pierwszym wariancie wynalazku, w głowicy każdego cylindra zamontowany jest wtryskiwacz, natomiast do kanału wlotowego cylindra korzystnie przyłączony jest wylot przyporządkowanego mu wentylatora.

PL 223 371 B1

W drugim wariancie wynalazku do kanału wlotowego cylindra przyłączone jest wyjście przyp orządkowanego mu gaźnika, do którego wejścia korzystnie przyłączony jest wylot przyporządkowanego mu wentylatora.

Dodatnią cechą silnika gwiazdowego według wynalazku jest zastosowanie w nim elementów silnika dwusuwowego, znacznie upraszczających konstrukcję całego silnika gwiazdowego. Jedną z zalet silnika jest obniżenie poziomu szkodliwych produktów spalania wydalanych do atmosfery. Uzyskane to jest w wyniku zastosowania szczelnych przegród, odcinających przestrzenie cylindrów wzajemnie od siebie i od wnętrza skrzyni korbowej, co umożliwia oddzielenie obiegu paliwa i spalin od układu smarowania. Do przestrzeni roboczych cylindrów podawane jest, inaczej niż w stosowanych dotąd popularnych rozwiązaniach silników dwusuwowych, tylko czyste paliwo i powietrze bez dodatku oleju smarowniczego. Powoduje to, że wydalane spaliny nie zawierają w sobie kropel oleju smarowniczego. Ponadto w wyniku szybszego przepłukiwania przestrzeni roboczych cylindrów powietrzem, w pierwszym wariancie wynalazku, lub mieszanką powietrza z paliwem, w drugim wariancie wynalazku, redukuje się całkowicie lub w znacznym stopniu wydalanie nie spalonego paliwa do układu wyd echowego. Nie ma wobec tego potrzeby, w celu obniżenia poziomu wydalanych zanieczyszczeń, jak ma to miejsce w dotychczasowych rozwiązaniach silników dwusuwowych, stosowania ciężkiego układu rezonansowego do zawracania części niedopalonego paliwa. Ta cecha silnika według wynalazku oraz brak skomplikowanego układu rozrządu pracą zaworów, jaki stosowany jest w powszechnie stosowanych silnikach gwiazdowych czterosuwowych, czyni przedmiotowy silnik gwiazdowy bardzo lekkim, przy równoczesnym znacznym zwiększeniu stosunku uzyskiwanej mocy do ciężaru całej konstrukcji.

Wynalazek pokazany został w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia silnik gwiazdowy z trzema cylindrami w wersji z wtryskiwaczem w przekroju bocznym, fig. 2 przedstawia zespół cylindra silnika z wtryskiwaczem w przekroju bocznym wraz z przyłączonym do kanału wlotowego cylindra wentylatorem w ujęciu schematycznym, fig. 3 - ten sam zespół cylindra w przekroju w płaszczyźnie prostopadłej do poprzedniego przedstawienia, natomiast na fig. 4 pokazano zespół cylindra silnika bez wtryskiwacza w przekroju bocznym wraz z przyłączonymi do kanału wlotowego cylindra szeregowo gaźnikiem i wentylatorem w ujęciu schematycznym.

Silnik gwiazdowy zawiera przymocowane promieniście do korpusu skrzyni korbowej 1 trzy cylindry 2. Każdy z cylindrów 2 zamknięty jest z góry głowicą 3 z umieszczoną w niej świecą zapłonową 4, zaś od spodu zamknięty jest szczelną przegrodą 5, która oddziela przestrzeń wewnętrzną cylindra 2 od wnętrza skrzyni korbowej 1. Nadto, nad przegrodą 5 do cylindra 2 doprowadzony jest kanał wlotowy 6, natomiast powyżej niego z cylindra 2 wyprowadzony jest kanał wylotowy 7. Wzajemne rozsunięcie kanału wlotowego 6 i kanału wylotowego 7 wzdłuż ściany cylindra 2 jest takie, że zapewnione jest naprzemienne otwieranie jednego i zamykanie drugiego z tych kanałów przez powierzchnię boczną tłoka 8, umieszczonego w cylindrze 2, w jego ruchu posuwisto-zwrotnym. Każdy z cylindrów 2 ma pionowe kanały przepłukujące 9, łączące jego dolną przestrzeń pod tłokiem 8 z przestrzenią roboczą nad tym tłokiem. Poza tym, pośrodku przegrody 5 każdego z cylindrów 2 osadzone jest liniowe łożysko ślizgowe 10, które wyposażone jest od spodu w element uszczelniający 12. Poprzez łożysko ślizgowe 10 przeprowadzony jest drążek popychacza 12 w postaci szlifowanego wałka. Górny koniec drążka popychacza 12 połączony jest z tłokiem 8, natomiast jego dolny koniec połączony jest wahliwie z korbowodem zaczepnym 13, znajdującym się w wypełnionej olejem smarowniczym skrzyni korbowej 1. Korbowód zaczepny 13 połączony jest z drugiej strony wahliwie z wyposażonym w przeciwwagę 14 wałem korbowym 15 za pośrednictwem przyporządkowanego mu sworznia 16 w tarczy pośredniczącej 17, osadzonej na wykorbieniu wału korbowego 15.

W pierwszym wariancie wynalazku w głowicy 3 każdego cylindra 2 zamontowany jest wtryskiwacz 18, zaś do kanału wlotowego 7 cylindra 2 przyłączony jest wylot przyporządkowanego mu wentylatora W.

W drugim wariancie wynalazku do kanału wlotowego 7 każdego cylindra 2 przyłączone jest wyjście przyporządkowanego mu gaźnika G, do którego wejścia z kolei przyłączony jest wylot przyporządkowanego mu wentylatora W.

Działanie silnika według wynalazku podobne jest do działania znanego silnika dwusuwowego.

W pierwszym wariancie wynalazku, w chwili uruchomienia, przy ruchu posuwistym tłoka 8 w górę i otwarciu przez niego kanału wlotowego 6, z wyjścia wentylatora W zasysane jest powietrze do dolnej przestrzeni cylindra 2 pod tłokiem 8 oraz do otwartych od dołu kanałów przepłukujących 9. Przy dalszym ruchu tłoka 8 w górę następuje całkowite zamknięcie kanału wylotowego 7 i podanie przez wtryskiwacz 18 paliwa do przestrzeni roboczej nad tłokiem 8. W chwili osiągnięcia przez tłok 8 GMP nastę4

PL 223 371 B1 puje zapłon mieszanki paliwowej od iskry świecy zapłonowej 4, a następnie ruch tłoka 8 w kierunku DMP. W przestrzeni pod tłokiem 8 odbywa się wstępne sprężenie dostarczonego tam powietrza, które po otwarciu górnej szczeliny kanału przepłukującego 9 przedostaje się do przestrzeni roboczej nad tłokiem 8 i poprzez kanał wylotowy 7 wypycha resztki spalin do kolektora wydechowego silnika. Po dotarciu tłoka 8 do DMP rozpoczyna on ponownie ruch posuwisty w górę i omówiony cykl się powtarza.

W drugim wariancie wynalazku powietrze dostarczane jest z wyjścia wentylatora W do gaźnika G, skąd po zmieszaniu z paliwem przechodzi do kanału wlotowego 6. Przy ruchu posuwistym tłoka 8 w górę i otwarciu przez niego kanału wlotowego 6, z wyjścia gaźnika G zasysana jest mieszanka paliwowa do dolnej przestrzeni cylindra 2 pod tłokiem 8 oraz do otwartych od dołu kanałów przepłukujących 9. W trakcie dalszego ruchu tłoka 8 w górę zamknięty zostaje kanał wylotowy 7 i w chwili osiągnięcia przez tłok 8 GMP następuje zapłon mieszanki paliwowej w przestrzeni roboczej cylindra 2 nad tłokiem 8, a następnie ruch tłoka 8 w kierunku DMP. W przestrzeni pod tłokiem 8 oraz w kanałach przepłukujących 9 odbywa się wstępne sprężenie mieszanki paliwowej, która po otwarciu górnych szczelin kanałów przepłukujących 9 dostaje się do przestrzeni roboczej nad tłokiem 8. Część mieszanki paliwowej wypycha poprzez kanał wylotowy 7 resztki spalin do kolektora wydechowego silnika, natomiast jej zasadnicza część pozostaje w przestrzeni roboczej cylindra 2 nad tłokiem 8 jako paliwo do kolejnego cyklu pracy. Po dotarciu tłoka 8 do DMP rozpoczyna on ponownie jego ruch posuwisty w górę i omówiony cykl się powtarza.

W obydwu wariantach wynalazku posuwisto-zwrotny ruch każdego z tłoków 8 przenosi się poprzez przymocowane do nich drążki popychaczy 12 na korbowody zaczepne 13, znajdujące się w wypełnionej olejem skrzyni korbowej 1, które za pomocą tarczy pośredniczącej 17 wprawiają w ruch obrotowy wał korbowy 15.

Zastosowanie wentylatora W sprężającego wstępnie powietrze ma na celu usprawnienie przepłukiwania cylindrów 2 oraz, w przypadku zastosowania silnika w pojazdach lotniczych, zwiększenie dopływu powietrza do cylindrów 2 w warunkach lotów na większych wysokościach.

Do smarowania zespołów tłokowo-korbowych silnika stosowany jest oddzielny układ smarowania, znany z silników czterosuwowych.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dwusuwowy silnik gwiazdowy zawierający przymocowane promieniście do korpusu skrzyni korbowej co najmniej trzy cylindry z tłokami posuwisto-zwrotnymi oraz przestrzeniami cylindrów oddzielonymi od wnętrza skrzyni korbowej, a nadto elementy zapłonowe i system zasilania paliwem c ylindrów, wał korbowy z przeciwwagą oraz z przymocowaną do niego mimośrodowo tarczą pośredniczącą z osadzonymi na tej tarczy wahliwie korbowodami, ponadto każdy z cylindrów ma boczne kanały przepłukujące, które łączą jego przestrzeń pod tłokiem z przestrzenią roboczą nad tłokiem, a nadto w dolnej części swej ścianki, bliżej korpusu skrzyni korbowej, ma wprowadzony kanał wlotowy oraz powyżej niego wyprowadzony kanał wylotowy, znamienny tym, że każdy z przymocowanych promieniście do korpusu skrzyni korbowej (1) cylindrów (2) zamknięty jest od spodu przegrodą (5) oddzielającą przestrzeń wewnętrzną cylindra (2) od wnętrza skrzyni korbowej (1), natomiast pośrodku przegrody (5) każdego z cylindrów (2) osadzone jest liniowe łożysko ślizgowe (10), wyposażone korzystnie od spodu w element uszczelniający (11), przez które przeprowadzony jest drążek popychacza (12), korzystnie w postaci szlifowanego wałka, którego górny koniec połączony jest z tłokiem (8), natomiast jego dolny koniec połączony jest wahliwie ze znajdującym się w skrzyni korbowej (1) korbowodem zaczepnym (13), który z drugiej strony połączony jest wahliwie zwałem korbowym (15) za pośrednictwem przyporządkowanego mu sworznia (16) w tarczy pośredniczącej (17), osadzonej na wykorbieniu tegoż wału korbowego.
2. 2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w głowicy (3) każdego cylindra (2) zamontowany jest wtryskiwacz (18).
3. 3. Silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do kanału wlotowego (6) każdego z cylindrów (2) przyłączony jest wylot przyporządkowanego mu wentylatora (W).
4. 4. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że do kanału wlotowego (6) każdego z cylindrów (2) przyłączone jest wyjście przyporządkowanego mu gaźnika (G).
5. 5. Silnik według zastrz. 4, znamienny tym, że do wejścia gaźnika (G) przyłączony jest wylot przyporządkowanego mu wentylatora (W).