Spalinowy silnik tłokowy

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) 168472
(13) B1
( 2 1) Numer zgłoszenia:
294778
(51) IntCl6:
F02B 53/00
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(22) Data zgłoszenia:
(54)
(43)
(45)
PL 168472
B1
(57)
02.06.1992
Spalinowy silnik tłokowy
Zgłoszenie ogłoszono:
18.10.1993 BUP 21/93
(73)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.02.1996 WUP 02/96
(72)
Spalinowy silnik tłokowy, składający się z cylindra
o kształcie utworzonym przez komorę prostopadłościenną,
przechodzącą z dwóch przeciwległych stron w komory
mające postać wzdłużnych wycinków walca lub doń zbliżone, wyposażonego w kanał wlotowy paliwa płynnego i
w kanał wylotowy spalin oraz ze skrzynkowego tłoka
rotacyjnego o zmiennym cyklicznie w funkcji kąta obrotu
kształcie, utworzonego z czterech ścian połączonych w
czworobok przegubowy zmienny za pośrednictwem przegubów obrotowych i osadzonego w środku geometrycznym na poprzecznym wale, znamienny tym, ze co
najmniej jedna para przeciwległych ścian (8) tłoka (7)
połączonajest z sobą łącznikiem wodzącym (11), zamocowanym końcami do ścian (8) przegubami obrotowymi (12)
i zamocowanym sztywno w środku na wale (6), a ponadto
w ścianie (8), korzystnie w każdej ścianie (8), jest wklęsła
komora robocza (9), przy czym rozmieszczenie komór
roboczych (9) jest równomierne i symetryczne, a poza tym
komora robocza (9)jest w przekroju poprzecznym zbliżona
kształtem do przekroju poprzecznego spadającej kropli
wody z pochyleniem w kierunku obrotu tłoka (7).
Uprawniony z patentu:
Olszański Józef, Kraków, PL
Twórca wynalazku:
Józef Olszański, Kraków, PL
Fig.2
Spalinowy silnik tłokowy
Zastrzeżenie patentowe
Spalinowy silnik tłokowy, składający się z cylindra o kształcie utworzonym przez komorę
prostopadłościenną, przechodzącą z dwóch przeciwległych stron w komory mające postać
wzdłużnych wycinków walca lub doń zbliżone, wyposażonego w kanał wlotowy paliwa płynnego i w kanał wylotowy spalin oraz ze skrzynkowego tłoka rotacyjnego o zmiennym cyklicznie
w funkcji kąta obrotu kształcie, utworzonego z czterech ścian połączonych w czworobok
przegubowy zmienny za pośrednictwem przegubów obrotowych i osadzonego w środku geometrycznym na poprzecznym wale, znamienny tym, ze co najmniej jedna para przeciwległych
ścian (8) tłoka (7) połączona jest z sobą łącznikiem wodzącym (11), zamocowanym końcami do
ścian (8) przegubami obrotowymi (12) i zamocowanym sztywno w środku na wale (6), a ponadto
w ścianie (8), korzystnie w każdej ścianie (8), jest wklęsła komora robocza (9), przy czym
rozmieszczenie komór roboczych (9) jest równomierne i symetryczne, a poza tym komora
robocza (9) jest w przekroju poprzecznym zbliżona kształtem do przekroju poprzecznego
spadającej kropli wody z pochyleniem w kierunku obrotu tłoka (7).
*
*
*
Przedmiotem wynalazku jest spalinowy silnik z wirującym tłokiem, pracujący w cyklu
czterotaktowym.
Z literatury i przemysłowego stosowania znanych jest wiele silników spalinowych o
różnych kształtach cylindrów i konstrukcjach tłoków.
Znany jest na przykład z patentu polskiego nr 43 626 silnik Wankla, złożony z cylindra w
kształcie trochoidy i umieszczonego wewnątrz niego tłoka w kształcie łukowego trójkąta. Tłok
prowadzony jest za pomocą obiegowego zazębienia wewnętrznego oraz korby wiążącej go z
wałem głównym silnika. W efekcie tego porusza się on ruchem obrotowym i mimośrodowym,
przy czym jego wierzchołki znajdują się w stanie ciągłego styku ze ścianką cylindra.
Obieg roboczy silnika Wankla, odpowiadający obiegowi roboczemu silnika czterosuwo
wego, odbywa się w komorach roboczych, czyli w trzech przestrzeniach na obwodzie tłoka,
oddzielonych od siebie listwami uszczelniającymi. Podczas jednego obrotu tłoka każda z trzech
komór dwukrotnie przechodzi od objętości minimalnej do maksymalnej i dwukrotnie od maksymalnej do minimalnej, przy czym kolejne zmiany objętości odpowiadają ssaniu, sprężaniu,
rozprężaniu i wydechowi. Oznacza to, że jeden obrót tłoka, a więc na trzy obroty wału korbowego
przypadają trzy pełne cykle robocze, czyli że jeden cykl roboczy przypada na jeden obrót wału.
Ze zgłoszenia patentowego w Polsce nr P. 286 412 znany jest dwukomorowy silnik
tłokowy wyposażony w obrotowe tłoki w kształcie wycinków walca osadzonych obrotowo na
sworzniu oraz połączonych za pośrednictwem wałów korbowych z jednakowymi kołami zębatymi, przy czym tłoki osadzone są parami na jednym sworzniu. Przeciwległe tłoki są połączone
korbowodami z tym samym wałem korbowym. Koła zębate osadzone na wałach korbowych są
połączone z pośrednim kołem osadzonym na niezależnym wałku.
Ze zgłoszenia patentowego w Polsce nr P. 283 448 znany jest tłok o zmiennej geometrii.
Składa się on z wodzika i denka połączonych suwliwie tak, że tworzą one siłownik hydrauliczny.
W poosiowym otworze sworznia tłokowego zabudowane są dwa, skierowane przepływem
w kierunku na zewnątrz, zawory zwrotne. Między zaworami zwrotnymi znajduje się dwustronny
tłoczek sterujący. Dwa odrębne kanały olejowe prowadzone są przez ściankę s worznia tłokowego dwoma otwarciami usytuowanymi po obu stronach tłoczka sterującego oraz przed zaworami
zwrotnymi.
Z polskiego opisu patentowego nr 48 080 znane jest urządzenie z tłokami wirującymi,
które składa się z cylindra oraz wirnika. Cylinder jest zaopatrzony w pokrywy czołowe, mające
168 472
3
otwory, w których jest ułożyskowany wał urządzenia. Krzywa stanowiąca przekrój poprzeczny
cylindra jest krzywą równoodległą od krzywej podstawowej stanowiącej miejsca geometryczne
wierzchołków czworoboków, obracającego się dookoła środka ciężkości w ten sposób, że środki
ciężkości jego boków poruszają się po obwodzie koła. Krzywa ta określona jest równaniem:
gdzie:
ρ - długość połowy przekątnej czworoboku,
φ - kąt nachylenia tej przekątnej do osi pionowej,
2 - długość boku czworoboku,
Θ - największy stosunek wydłużenia przekątnej czworoboku do przekątnej kwadratu o
boku 2a, wyznaczony równaniem:
w którym k jest dowolnie przyjętym parametrem mającym wpływ na wartość stosunku osi
głównych krzywej (przy k= 1 krzywa stanowi koło).
Wewnątrz cylindra urządzenia jest umieszczony wirnik złożony z czterech przegubowo
ze sobą połączonych tłoków jednakowej długości. Tłoki tworzą między swoją powierzchnią
zewnętrzną a wewnętrzną powierzchnią cylindra przestrzenie robocze o zmiennej objętości
warunkujące pracę urządzenia jako silnika lub pompy.
Wewnątrz cylindra jest umieszczony wirnik złożony z czterech przegubowo ze sobą
połączonych tłoków jednakowej długości. Tłoki tworzą między swoją powierzchnią zewnętrzną
a wewnętrzną powierzchnią cylindra przestrzenie robocze o zmiennej objętości warunkujące
pracę urządzenia jako silnika lub pompy. Tłoki są związane z wałem w ten sposób, że przeguby,
współpracujące z odpowiednio kształtowanymi bocznymi powierzchniami tłoków, są połączone
z wałem za pomocą ramion osadzonych przesuwnie w promieniowych gniazdach tulei zaklinowanej na wale, przenosząc na wał moment obrotowy otrzymany w wyniku działania siły parcia
gazów spalinowych na tłoki wirnika. Przeguby są zaopatrzone w elementy ślizgowo - uszczelniające na przykład w postaci uszczelek grafitowo - miedzianych, osadzonych za pomocą
łukowych sprężyn w gniazdach przegubów.
Istota rozwiązania według wynalazku polega na kształcie cylindra i budowie umieszczonego w nim tłoka. Co najmniej jedna para przeciwległych ścian tłoka rotacyjnego, utworzonego
z czterech ścian połączonych w czworobok przegubowy zmienny za pośrednictwem przegubów
obrotowych, połączona jest z sobą łącznikiem wodzącym. Łącznik ten zamocowany jest końcami
do ścian przegubami obrotowymi i zamocowany jest w środku sztywno na wale. W ścianie,
korzystnie w każdej ścianie, tłoka jest wklęsła komora robocza, przy czym rozmieszczenie komór
roboczych jest równomierne i symetryczne. Komora robocza jest w przekroju poprzecznym
zbliżona kształtem do przekroju poprzecznego spadającej kropli wody, z pochyleniem w
kierunku obrotu tłoka.
Zaletą przedstawionego powyżej rozwiązania jest jego prostota i zawartość konstrukcyjna,
co umożliwia w efekcie łatwość produkcji oraz wykonywania robót remontowych i obsługowych.
Przedmiot rozwiązania według wynalazku objaśniony jest przykładem wykonania, zilustrowanym rysunkami, z których fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4 i fig. 5 przedstawiają różne pozycje
tłoka obrotowego, a tym samym różne fazy robocze silnika.
Korpus silnika składa się z bloku cylindrowego i połączonych z nim śrubami pokryw.
Cylinder 1 ma kształt złożony zasadniczo z trzech prostych brył, połączonych z sobą
bezpośrednio, bez ścian. Centralna bryła stanowi komorę prostopadłościenną 1a o podstawie
kwadratu. Komora prostopadłościenna 1a przechodzi z dwóch przeciwległych stron w komory
1b i 1c, mające postać wzdłużnych wycinków figury walcowej o podstawie elipsy. W łukowej
ścianie komory 1b w pobliżu przejścia w ścianę komory prostopadłościennej 1a znajduje się wlot
kanału wylotowego 3 spalin. W łukowej ścianie komory 1c w pobliżu przejścia z prostej ściany
komory la znajduje się wylot kanału wlotowego 2 mieszanki paliwowej.
4
168 472
W przeciwległej stronie w stosunku do wzdłużnej osi cylindra 1 w prostej ścianie komory
prostopadłościennej 1 a usytuowane jest gniazdo 4 świecy zapłonowej 5.
Przez środek geometryczny cylindra 1 przechodzi poprzeczny wał 6, na którym osadzony
jest rotacyjny tłok 7 o cyklicznie zmiennym w funkcji kąta obrotu kształcie. Tłok 7 ma budowę
skrzynkową, utworzony jest z czterech prostokątnych w widoku frontowym ścian 8, połączonych
w czworobok przegubowy zmienny za pośrednictwem przegubów obrotowych 10. w każdej
ścianie 8 znajduje się wklęsła komora robocza 9. Komory robocze 9 rozmieszczone są w tłoku
7 równomiernie i symetrycznie względem osi obrotu wału 6. Przekrój poprzeczny komory
roboczej 9 ma kształt wycinka koła. Dwie przeciwległe ściany 8 tłoka 7 połączone są z sobą
łącznikiem wodzącym 11, zamocowanym końcami do osi 8 za pomocą przegubów obrotowych
12. W połowie długości łącznik wodzący 11 zamocowany jest stabilnie do wału 6.
Zasada działania opisanego silnika jest zbieżna z zasadą działania znanych silników
czterosuwowych.
W pozycji tłoka 7, przedstawionej fig. 1, objętości części przestrzeni roboczej cylindra 1
oznaczone literami A i C są minimalne i równają się objętości odpowiednich komór roboczych
9 tłoka 7, natomiast objętości oznaczone literami B i D są maksymalne. W części A jest
maksymalne sprężenie mieszanki paliwowej i następuje w tym momencie jej zapłon od iskry
świecy zapłonowej 5. W efekcie tego gwałtownie zwiększa się objętość gazów, powstałych ze
spalenia mieszanki paliwowej, które dążąc do rozprężenia, do zajęcia jak największej objętości,
wywierają ciśnienie na powierzchnię ścianki 8 powodując obrót tłoka 7 z wałem 6. W tym czasie
objętość części przestrzeni roboczej cylindra 1 oznaczona literą C wypełniona jest rozrzedzonymi, resztkowymi ilościami spalin i zaczyna być wypełniana mieszanką paliwową przez kanał
wlotowy 2.
Z miarą obrotu tłoka 7 (fig. 2) zwiększają się objętości przestrzeni roboczych A i C i
równocześnie zmniejszają się objętości przestrzeni B i D. Po obrocie tłoka o 90° w pozycji
przedstawionej fig. 3 objętości przestrzeni A i C osiągają maksimum, z równoczesnym wypływem spalin z przestrzeni A poprzez kanał wylotowy 3 i zamknięciem kanału wlotowego 2. W
pozycji tej następuje zapłon mieszanki paliwowej sprężonej w komorze roboczej 9 przestrzeni
D. Dalszy obrót tłoka 7 (fig. 4), spowodowany rozprężaniem spalin w przestrzeni D, powoduje
zmniejszanie przestrzeni A i C aż do pozycji przedstawionej fig. 5, która jest powieleniem pozycji
według fig. 1 i fig. 3 i powstała przez obrót tłoka 7 odpowiednio o 360° i 180°.
Jak wynika z przedstawionego opisu obrót tłoka o 360° wywołuje cztery pełne cykle
robocze, co umożliwia równomierną pracę silnika i uzyskiwanie stosunkowo wysokich obrotów.
168 472
Fig.5
168 472
Fig.3
Fig. 4
168 472
Fig.1
Fig.2
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 1,50 zł