RS1590U1 - Motor sa unutrašnjim sagorevanjem sa propusnim klipom i suprotno spregnutnim radilicama - Google Patents

Description

ОБЛАСТ ТЕХНИКЕ HA КОЈУ CE ПРОНАЛАЗАК ОДНОСИ

Област технике на који се проналазак односи, уопштено посматрано спада у област машинства, ближе у област мотора са унутрашњим сагоревањем, а конкретно се односи на бензински или дизел мотор са модификованим пропусним клипом, прстенастим вентилима и супротно спрегнутим радилицама.

Према Међународној класификацији патената (МКР, Intcl. 2018) предмет проналаска је разврстан и означен основним класификационим симболом F02S 3/02, којим су дефинисани клипови са уређајима за компензацију или регулисање термичког ширења, као и секундарним класификационим симболима F02B 13/00, који обухвата моторе са увођењем горива у цилиндре коришћењем помоћног флуида.

Како је, према проналаску, у мотору приказано више варијантних решења прстенастих вентила и употреба спрегнутих радилица то он може бити класификован додатним секундарним симболима F02F 5/00 који се односи на клипне прстенове повезане са главом клипа, односно F01B 1/10 којим су обухваћене машине или погонске машине са више од једног вратила спојених на заједничком излазном вратилу.

ТЕХНИЧКИ ПРОБЛЕМ

Технички проблем који се решава предметним проналаском састоји се у следећем: како конструкцијски решити мотор са унутрашњим сагоревањем на коме су клипови изведени пропусно са прстенастим вентилом или другим типом вентила, тако да обезбеђују усисавање свежег ваздуха у простор за сагоревање без механичког управљања, чиме је остварен потпун термодинамички циклус без сагорелих материја у новој смеши, што му побољшава еколошке параметре, који при том има две симетричне супротно спрегнуте радилице којима се знатно умањују вибрације и поништавају силе које делују на осовину клипа, при чему се предметни мотор одликује и новом конструкцијом прстенастих вентила са N-вођица којима се супституише N-печуркастих вентила, што омогућава да мотор лакше „дише“, а уз то је, овако конструисан мотор примењив за све врсте горива која се убризгавају директно, познатим начинима, или тако што се пре усисавања врши мешање са ваздухом, а потом се смеша уводи у простор за сагоревање.

СТАЊЕ ТЕХНИКЕ

Мотори са унутрашњим сагоревањем припадају групи термичких мотора чија се комора за сагоревање налази у унутрашњости мотора. Саме коморе могу имати различите облике и сагоревањем горива у њима долази до ослабађања енергије која се претвара у механички рад. Са изузетком ракетних мотора за сагоревање се употреб- љава кисеоник из ваздуха, а гориво које се користи налази се у облику паре или гаса, при чему је важно да се однос у смеши одређује и дозира прецизно. Код сагоревањаје битно да се смањи садржај угљен-моноксида и метана чији постотак у издувним га- совима указује на непотпуно сагоревање. Највећи број техничких решења окренут је ка томе да претварање топлотне енергије у енергију кретања буде што ефикасније и уз што веће испуњење све строжијих еколошких захтева.

У патенту 49376 објављеном 19.9.2005. годне, носилац патента Нешић Мио- драг приказао је четворотактни мотор који представља хибрид између клипних и ротационих мотора са карактеристикама и једних и других. За разлику од клипних мо- тора овај мотор нема вентилски развод гасова, већ се гасови одводе обичним каналима. Од садашњих ротационих мотора разликује се по томе што има цилиндре, клип и клипњачу, при чему се носач цилиндра у кућишту окреће у правцу казаљке на сату, док му се коленасто вратило окреће супротно. Кретање клипа у цилиндру се преко клипњаче претвара у кружно кретање коленастог вратила. Овај мотор који представља покушај израде новоконципираног конкурентног Ванкеловог мотора по својим карактеристикама не може да конкурише решењима савремених клипних мотора.

У пријави патента П-2012/033 објављеној 05. 10. 2013. године под називом „Мотор са унутрашњим сагоревањем, са два наспрамна прстенаста клипа, продуженом експанизијом, механизмом преноса кретања клипова на вратило са котрљањем куглица у полукружним каналима и једним циклусом по обрту вратила“ који је изведен као мотор кружног облика са кућиштем у коме су смештена два прстенаста клипа и који

садржи три коморе: комору за припрему смеше, комору експанзије и комору допунске експанизије са каналским разводом гасова између њих и два обртна разводника у каналима коморе допунске експанзије када је мотор изведен у ОТТО и DIESEL верзији. Испирање гасова и пуњење смешом коморе експанзије врши се из коморе припреме, а пуњење коморе допунске експанзије на почетку друге половине хода клипа, док се допунска експанзија врши током целог хода клипа у допунској комори. Овај мотор се одликује мањим габаритом и тежином, али се уочава да није теоретски довољно утемељен због чега и није нашао конкретну примену.

У патентној пријави П-811/02 објављеној 28. 02. 2003. године, подносиоца Тодоровић Божидара под називом „Мотор са унутрашњим сагоревањем са два или три коленаста вратила“ приказано је техничко решење СУС мотора који садржи два паралелна коленаста вратила, при чему једно коленасто вратило врши све функције у вези са радом мотора, а друго обртно коленасто вратило, на чијем је крају уграђен замајац, врши погон возила или других машина. Специфичност овог проналаска представља то што су оба коленаста вратила исте дужине, а мотори, према овом решењу, предвиђени су за погон возила, пловила, па чак и ваздухоплова. Пажљивом анализом рада овог мотора уочава се комплексност и сложеност за израду уз проблематичну ефикасност.

У патентној пријави П-52/03 објављеној 10. 06. 2005. године проналазача Сич Тихомира и Видаковић Миладина, под називом „Двотактни мотор са вентилским разводним системом“, приказан је СУС мотор који има ефикаснију размену медиа, остварену новом конструкцијом усисног вентила, клипа и уградњом издувног вентила у главу мотора. Овим је омогућено директно дозирање медиа у кошуљицу цилиндра и аутоматско раздвајање кошуљице цилиндра од кућишта мотора. На тај начин регулисано је пражњење кошуљице цилиндра и њено боље пуњење уз већи степен компресије и боље еколошке параметре у емисији издувних гасова. Није познато зашто је проналазач одустао од реализације овог решења.

Побољшање у вези са паљењем, код мотора са унутрашњим сагоревањем описано је и приказано у енглеском патентном спису број 721025. Новост овог проналаска огледа се у чињеници да побољшани мотор може да ради са свећицом за мале брзине (као што су брзине мотора при празном ходу) или да ради паљењем услед сабијања при већим брзинама коленастог вратила, чиме се добија тиши рад.

На основу пажљивог прегледа стања технике утврђено је да не постоје примери решења примењени у раду двотактних мотора са унутрашњим сагоревањем, код којих се испирање флуида врши усисавањем свеже смеше или ваздуха кроз клип. Овим претраживањем, такође је констатовано да не постоје решења мотора са унутрашњим сагоревањем који користе прстенасте вентиле, а такође нису пронађени ни СУС мотори са две спрегнуте радилице и преносом вектора силе раздвајањем на две симетричне клипњаче.

Управо последње констатације представљале су иницијални подстицај за рад на изналажењу новог решења СУС мотора који је еколошки прихватљивији, једноставне конструкције уз могућност коришћења свих врста горива, а који се одликује тишим радом са вибрацијама сведеним на минимум уз мању потрошњу горива.

ИЗЛАГАЊЕ СУШТИНЕ ПРОНАЛАСКА

Мотором са унутрашњим сагоревањем са пропусним клипом и супрутно спрегнутним радилицама решен је напред дефинисан технички проблем.

У објашњењу суштине проналаска у даљем тексту користиће се термин вентил, који ће подразумевати да се констукција мотора може извести са једним или више прстенастих вентила постављених у форми концентричних кругова или други облици конструкција са познатим печуркастим вентилима. Такође, у даљем тексту ће се користити термин флуид, који подразумева усисавање свежег ваздуха или усисавање смеше ваздуха и горива.

Суштину проналаска представља конструкција мотора са три вентила, једним издувним и два усисна од којих је један позициониран у клипу чиме је омогућено усисавање флуида испод клипа мотора и његово пребацивање кроз клип у горњу комору где се врши сабијање и паљење, при чему усисни вентил испод клипа и вентил на самом клипу раде на основу разлике у притисцима и немају механичко управљање. Приликом експанзије и кретања клипа на доле у једном тренутку се отвара издувни вентил, који се контролисано отвара механичким путем. услед чега у горњој комори пада притисак, тако да притисак у доњој комори потискује вентил у клипу, услед чега флуид из доње коморе испод клипа прелази у горњу комору. Такав начин размене издувних гасова и флуида омогућава потпуно издувавање сагорелих материја, чиме је остварен потпун термодинамички циклус без сагорелих материја у новој смеши.

Суштина проналаска огледа се у конструкцији мотора са две спрегнуте узупче- не радилице које се окрећу у супротним смеровима, услед чега долази до поништавања вибрација и сила које делују на осовину клипа, па мотор ради мирније и тише. Оваквим начином трансформације праволиниског кретања клипа у обртно кретање спрегнутих радилица остварен је бољи обртни момент, јер су нападни углови сила које делују на радилице повољнији, а клип има само аксијална оптерећења.

Суштина проналаска огледа се и у томе што је оваквом конструкцијом мотора, у једном ходу клипа, остварена чистија смеше и боље избацивање сагорелих гасова, чиме је омогућено испуњење еколошких стандарда у односу на постојеће двотактне моторе, а са друге стране је остварен повећан степен искоришћења у односу на широко примењене четворотактне моторе.

Новост проналаска огледа се и у новој конструкцији трансформације праволинијског кретања клипа у кружно кретање радилица, преко клипњача које омогућавају само аксијална оптерећења клипа, што није случај код постојећих решења.

Посебну новост проналаска карактерише конструкција и примена прстенастих вентила који према проналазачкој идеји аутора, могу имати N-вођица, (N=3, 4, 5...), при чему мотор ради на истом принципу као када се, уз минималне измене у конструкцији, користи N-печуркастих вентила, уз напомену да се употребом прстенастих вентила постиже знатно мирнији рад мотора односно да мотор лакше „дише“, јер приликом усисавања и издувавања долази до веће пропусности за проток флуида, чему иначе теже сви произвођачи мотора са унутрашњим сагоревањем. Потребно је напоменути да позиционирање издувних и усисних канала омогућава перманентно струјање флуида од доње према горњој страни радног дела мотора, чиме је остварено и боље хлађење клипа и испирање мотора.

Значајна карактеристика мотора према проналаску је да он може да користи све врсте горива (бензин, дизел, TNG, CNG...).

Предметни проналазак у односу на до сада позната техничка решења има више предности од којих се најважније наводе и то:

- чистије и ефикасније сагоревање у односу на постојеће двотактне моторе, јер нема сагоревања уља и заосталих издувних гасова у смеши;

- једноставност конструкције омогућава јефтинију производњу у односу на постојеће четворотактне моторе, мању тежину и повољнији однос тежине и снаге;

- јефтиније одржавање због једноставности конструкције и постојања само аксијалних оптерећења на клипу, чиме је трење клипа и цилиндара сведено на минимум, а уз то је максимално смањен број покретних делова, јер нема брегасте осовине, ланаца или зупчастог каиша и сл.;

- значајно мања потрошња горива због ефикасније размене флуида, повољнијег обртног момента и добијања веће снаге са истим радним запреминама.

KPATAK ОПИС СЛИКА И НАЦРТА

У циљу лакшег разумевања проналаска као и због приказивања како се он може реализовати у пракси, аутор се само примера ради, позива на приложене нацрте који се односе на предметну пријаву и где:

Слика 1. представља шематски приказ мотора у фази експанзије када су сви вентили затворени у вертикалном попречном пресеку;

Слика 2. представља шематски приказ мотора у фази паљења када је клип у горњој мртвој тачки у вертикалном попречном пресеку;

Слика 3. представља шематски приказ мотора у фази отварања издувног вентила у глави мотора, услед деловања подизача на клацкалице издувног вентила, када у горњој комори изнад клипа нагло опада притисак, а испод клипа притисак постаје већи услед предходног сабијања у доњој комори, тако да се аутоматски отвара усисни вентил у клипу, у вертикалном попречном пресеку;

Слика 4. представља шематски приказ мотора у фази доње мртве тачке када су поново сви вентили затворени, у вертикалном попречном пресеку;

Слика 5. представља шематски приказ мотора у фази сабијања ваздуха и када се услед подпритиска отвара усисни вентил у делу испод клипа и усисава флуид у комору испод клипа, у вертикалном попречном пресеку;

Слика 6. представља изглед клипа са прстенастим вентилом и осам вођица у погледу одозго;

Слика 7. представља изглед клипа без прстенастог вентила са осам вођица у погледу одозго;

Слика 8. представља изглед клипа са осам печуркастих вентила у погледу одозго;

Слика 9. представља изглед клипа без печуркастих вентила у погледу одозго (4); Слика 10. представља шематски приказ клипа у вертикалном попречном пресеку;

Слика 11. представља упрошћену шему главе мотора са дизнама , свећицом и издувним вентилом, у вертикалном попречном пресеку;

Слика 12. представља изглед прстенастог вентила у погледу одоздо;

Слика 13. аксонометријски приказ прстенастог вентила;

Слика 14. представља шематски приказ усисника који затвара цилиндар са усисним вентилом, у вертикалном попречном пресеку;

Слика 15. представља шематски приказ предметног мотора у вертикалном попречном пресеку, у погледу са бока.

ДЕТАЉАН ОПИС ПРОНАЛАСКА

Посматрањем слика приложеног нацрта може се сагледати да се суштински део приказаног двотактног мотора са унутрашњим сагоревањем односи на конструкцију клипа 1, смештеног у цилиндар 2 у кућишту 3 мотора, са осовином 4 клипа и клипњачама 5 покретно повезаним са међусобно, зупчаницима 30 спрегнутим радилицама 6, 7 на којима су изведене контра масе 13 које су тако обликоване да регулишу рад подизача 20 издувних вентила 10.

Потребно је пре свега нагласити, да су склопови клипа са осовином клипа и радилицама (коленастим вратилима), као и систем подмазивања са картером и рад познатих типова вентила, нпр. печуркастих, остали непромењени у односу на познате класичне клипне моторе са унутрашњим сагоревањем, па су захваљујући томе склопови на приложеном нацрту приказани само шематски, због чега је нацрт добио на бољој прегледности и јасноћи. Детаљно су у опису дати и објашњени само они делови мотора који представљају конструкцијску новост, па је због тога потребно посебно образложити начин њиховог рада и остварене ефекте у смислу побољшања функци- оналности мотора и повећања његових еколошких параметара.

Цилиндар 2 је са горње стране затворен главом мотора 9 у коју су по потреби аксијално уметнуте дизне 18 и/или свећице 8, издувни вентил 10 са опругама 11 и клацкалицама 12 покретно преко подизача 20 спојени са контра масама 13 радилица 6, 7 и радијално изведеним издувним каналима 16, док је са доње стране затворен усисником 14 (који може бити и изливен у склопу блока мотора) у коме је аксијално уметнут усисни вентил 15 са опругама 29 и радијално изведени усисни канали 21. Усисник 14 одваја радни део мотора од картера 19 у коме се налази уље за подмазивање покретних делова. На глави мотора 9, како се то види са слика 1, 2, 3, 4 и 5, радијално су изведени издувни канали 16 повезани са горњом комором 17, а на њој су по потреби аксијално уметнуте дизне 18 и/или свећица 8. У усиснику 14 уметнут је усисни вентил 15 повезан са радијално изведеним усисним каналима 21. Потребно је нагласити да усисник 14 може бити конципиран тако да су му на крају усисних канала 21 позиционирани печуркасти вентили чијим радом би се управљало на неки од познатих начина. На клипу 1 уграђен је пропусни вентил 22 са опругама 23 чија је функција да омогући комуникацију флуида између доње коморе 24 и горње коморе 17 у цилиндру 2. Кроз средиште осовине 4 клипа изведен је аксијални канал 25 кружног пресека кроз који пролази уље за подмазивање клипа 1. Оваквим дизајном мотора и пропусног клипа 1, као и начином подмазивања клипа 1 смањено је трење између клипа 1 и цилиндра 2 и знатно је мање него код тренутно примењених решења мотора са једном радилицом. Рад усисног вентила 15 и издувног вентила 10 са опругама 11, 29, клацкалицама 12, добро је познат у стању технике, па зато није посебно објашњаван, већ су ови делови мотора на нацрту дати само ради доказа изводљивости и применљивости проналаска и у циљу објашњења остварених побољшања рада мотора изведеног према овом проналаску.

Начин функционисања предметног мотора је једноставан и може се пратити посматрањем слика 1, 2, 3, 4 и 5. При кретању клипа 1 на горе, претходно усисан флуид се сабија, а испод клипа 1 настаје подпритисак који узрокује да се отварањем усисног вентила 15 на усиснику 14 кроз усисне канале 21 врши усисавање новог флуида. У горњој мртвој тачки клипа 1, сабијен флуид се запали помоћу свећице 8 или самозапаљивањем услед убрузгавања горива у сабијени ваздух, након чега долази до експанзије па се клип 1 креће на доле преносећи силу преко осовине 4 клипа и клипњача 5 на, преко зупчаника 30 спрегните радилице 6, 7. У тој фази рада мотора сви вентили су затворени, јер је притисак изнад клипа 1 већи од притиска испод њега. Када клип 1 пређе око две трећине хода, контра масе 13 подижу подизаче 20 издувног вентила 10 и преносе силу на клацкалице 12 које отварају издувни вентил 10. У том тренутку изнад клипа 1 нагло пада притисак, а испод њега, због сабијања флуида, долази до пораста притиска тако да се пропусни вентил 22 на клипу 1 сам отвара и пропушта флуид у простор изнад клипа 1. На тај начин се додатно потискују сагорели гасови кроз издувне канале 16. По напред описаном принципу врши се испирање мотора све док је издувни вентил 10 отворен. Када клип 1 дође у доњу мртву тачку, пропусни вентил 22 на клипу 1 се аутоматски затвара, када се затвара и издувни вентил 10 . У наставку кретања клип 1 иде на горе и сабија флуид, при чему се изнад њега повећава притисак, а испод клипа 1 притисак пада, па се аутоматски отвара усисни вентил 15 на усиснику 14 тако да нови флуид, преко усисних канала 21, улази у простор испод клипа 1. Након тога клип 1 се креће на горе до горње мртве тачке у којој је флуид сабијен и спреман за експанзију, а простор испод клипа 1 је испуњен свежим флуидом под мањим притиском, када се усисни вентил 15 аутоматски затвара због изјадначења притиска у доњој комори 24 са притиском у усисном каналу 21.

Спрегнуте радилице 6 и 7 са зупчаницима 30, ротирају у супротним смеровима чиме је постигнуто смањење вибрације мотора. Конструкцијом, према проналаску, предвиђено је да масе за балансирање радилица 6, 7 односно контра масе 13 служе и за подизање подизача 20 издувних вентила 10 чијим радом управљају клацкалице 12. Радом издувног вентила може се управљати преко електромагнета, брегастом плочом или на други начин, зависно од захтева конструктора мотора.

Поред елиминисања вибрација спрегнуте радилице 6, 7 омогућавају да се клип 1 креће само по вертикалној оси, без већег трења или са занемарљивим трењем са цилиндром 2, при чему се оваквим кретањем остварује знатно бољи обртни моменат због повољнијих нападних углова сила које се преносе на радилице 6, 7 приликом експанзије. Свођењем вибрација мотора на минимум знатно је смањена и бука коју мотор производи у раду. Приликом хода клипа 1 на доле (експанзија) он се креће спорије него приликом кретања на горе (сабијање), због тога што приликом експанзије радилице 6, 7 направе угао око 210° (од горње до доње мртве тачке), а при сабијању приближно 150° (од доње до горње мртве тачке), чиме се постиже и ефикасније испирање мотора и повољнији обртни момент.

Чист флуид који у мотор улази преко усисних канала 21 пожељно је, из разлога бољег испирања мотора, додатно компримовати турбо пуњачем.

Важно је нагласити да коришћење прстенастих вентила има низ предности, јер мотор може лакше да „дише“ због веће пропусности флуида. Позиционирање издувних 16 и усисних канала 21 омогућава перманентно струјање флуида од доње према горњој страни радног дела мотора и боље хлађење клипа 1 и цилиндра 2. Због овакве ефикасније размене флуида остварена је већа снага са истим радним запреминама, а на прототиповима је констатована и мања потрошња горива.

На слици 13 приказан је изглед прстенастог вентила изведеног тако да га чини челични прстен 26 са управно интегрално изведеним, симетрично распоређеним, вођицама 27. Како се то види са слика нацрта, број вођица 27 може бити од три до N, зависно од намене и конструкције вентила.

НАЧИН ИНДУСТРИЈСКЕ ИЛИ ДРУГЕ ПРИМЕНЕ ПРОНАЛАСКА

Индустријска израда предметног проналаска апсолутно је могућа у фабрикама за израду СУС мотора на основу техничке документације коју стручњаци из предметне обла- сти могу лако да ураде коришћењем описа и нацрта из ове пријаве.

Проналазак je погодан за серијску производњу и примењив је свуда тамо где има потребе за коришћењем клипних мотора са унутрашњим сагоревањем. Ту се пре свега мисли на уградњу тих мотора у: друмска возила (путнички аутомобили, теретни аутомобили, аутобуси, војна или друга специјална возила), мотоцикле, као и бродове, тракторе, авионе, индустријске машине и слично. Потребно је напоменути да је у бродоградњи могућа конструкција мотора који погони две елисе које се крећу у супротним смерови- ма, при чему је једна елиса повезана на једну радилица, а друга на другу радилицу предметног мотора. Такође, примена овог мотора могућа је и у авио индустрији код елисних авио мотора који погоне две елисе које се крећу у супротним смеровима, при чему је и у овом случају једна елиса повезана на једну радилица, а друга на другу радилицу.

У зависности од врсте погонског горива које се користи, дефинишу се битне карактеристике, као што су нпр. запремина цилиндра, начин убризгавања горива и паљења смеше, однос запремина горње и доње коморе, степен компресије, пречници усисних и издувних канала, пречници вентила, пречници зупчаника за спрезање радилица чиме се одређује њихов размак и димензије клипњача, као и размак клипњача на осовини клипа и слично. Све те карактеристике битно утичу на повећење ефективне снаге (kW), на обртни моменат мотора (Nm), на средњи ефективни притисак (Bar) и на степен компресије без појава детонације и других нуспојава сагоревања које утичу на миран и тих рад мотора.

Осим горе поменуте примене, клипни мотори са унутрашњим сагоревањем, према овом проналаску, могу се користити и као индустријски мотори за разне погоне у инду- стрији, а такође и као агрегатни мотори за погон разних пумпи, генератора електричне енергије и сл.

Claims (2)

ПАТЕНТНИ ЗАХТЕВИ

1. Мотор са унутрашњим сагоревањем са пропусним клипом и супротно спрег- нутним радилицама, назначен тиме, што је у кућишту (3) двотактног мотора изведен цилиндар (2) са горње стране затворен главом мотора (9) на којој су радијално изведени издувни канали (16) и у којој су аксијално уметнуте дизне (18) и/или свећице (8), издувни вентили (10) са опругама (11) и клацкалицама (12) покретно преко подизача (20) спојеним са контра масама (13), док је са доње стране затворен усисником (14) у коме је аксијално уметнут усисни вентил (15) са опругама (29) и радијално изведени усисни канали (21), при чему је усисник (14) позициониран тако да одваја радни део мотора од картера (19), и тиме што је кроз средиште осовине (4) клипа изведен аксијални канал (25) кружног пресека, док је на клипу (1) аксијално постављен пропусни вентил (22) са опругом (23), и тиме што је осовина (4) клипа покретно преко клипњача (5) спојена са супротно спрегнутим радилицама (6, 7) које се окрећу у супротним смеровима и на којима су изведене контра масе (13) повезане са доњим крајевима подизача (20).

2. Мотор са унутрашњим сагоревањем са пропусним клипом и супротно спрегнутним радилицама, према захтеву 1, назначен тиме, што су пропусни вен- тил (22), као и вентили (15, 10), изведени као прстенасти вентил сачињен од прстена (26) и најмање три вођице (27).