CS200605B1 - Spalovaoí motor a oběžným pulsujícím pístem - Google Patents

Description

Vynález se týká spalovaoího motoru a oběžným pulsujíoím pístem, jehož vrcholová hrany opisují obalovou ploohu dutiny nehybná skříně.

Známá spalovaoí motory s přímočarým pohybem pistů se vyznačují nízkým výkonem na hmotnostní i objemovou jednotku, složitostí a nákladností rozvodového meohanismu, jakož i velmi nepříznivým chvěním. Spalovaoí motory jiných konstrukči, zejména motory s rotačním pístem, u niohž se zmíněná nedostatky nevyskytují, se však vyznačují nedostatky jiného druhu, jako například problémy s lokálním opotřebováním praoovníoh plooh skříně, problémy s časováním praoovního oyklu a tím se značnou spotřebou pohonných i mazaoíoh hmot.

Výěe uvedená nedostatky odstraňuje spalovaoí motor s oběžným pulsujícím pístem, sestávej íoí jednak z nehybná skříně s dutinou tvaru čtyřbokáho hranolu a boky vypukle zakřivenými, jednak ze čtyřkloubová uzavřená pístová soustavy čtyř pístovýoh segmentů, dále z klikového hřídele, opatřeného na klikových čepech ozubenými a vystředěnými planetami s prstenci, a z kanálů pro sání a výfuk, zaústěných do dutiny nehybné skříně, podle vynálezu, jehož podstatou jo, že čtyřkloubová pístová soustava obepíná dvěma protilehlými, popřípadě všemi čtyřmi pístovými segmenty dva navzájem axiálně a radiálně odsazené prstenos, otočně uložené na vystřoděných planetách klikových čepů, a jejiohž ozubení zapadá do vnitřního ozubení vík nehybná skříně, přičemž jednak osy prstenců, osy ozubení planet,

AO 200 605

200 605 osy výstředníků planet, jakož 1 oey klikových čepů, jsou rovnoběžné, a Jednak výstředná vzdálenost os kllkovýoh čepů a ozubení planet je od hlavní osy klikového hřídele a dutiny nehybné skříně stejná, a stejně tak i výstředná vzdálenost os výstředníků planet a prstenců od os ozubení planet a klikových čepů je stejná, a v daléím je podstatou vynálezu i to, že těla pístových segmentů se v celé délce kyvných kloubů hřebenovltě prostupují, že píst je spolu s prstene! proti vzájemnému posunutí aretován, a také, že poměr ozubeni planet ku vnitřnímu ozubení vík nehybné skříně je 1 t 2.

Konstrukce spalovacího motoru podle vynálezu prokazuje proti známým konstrukcím spalovacích motorů řadu předností. Uspořádání motoru je kompaktní s maximálním využitím motorového proetoru. Motor je čtyřdobý, bezveatilový, uspořádáním vytvářejioi podmínky pro optimální časování a tím 1 pro dokonalá plnění a vyplaohování praoovníoh komor, jakož 1 pro úspornou práol. Uspořádání pohyblivých součásti do protilehlých dvojic vůči ose motoru vytváří zároveň podmínky jeho zoela vyváženému, klidnému ohodu. Prokázaný zvýšený praoovní výkon, daný v porovnání se známými motory tohoto druhu vyěžím počtem pracovních oyklů na otáčku klikového hřídele, je jednou z nejvýraznějěíoh předností tohoto motoru. Jeho příznivý kroutloi moment, podmlňujíoí příznivou akceleraci, jimž ss vyznačuje jeho dvojvýstředný mechanismus, jeho přednosti jsětě více zvýrasňuje.

Na připojených výkresech je znázorněn příklad provedení spalovacího motoru podle vynálezu, kde obr. 1 znázorňuje řez spalovaoím motorem s krajní polohou meohanlsmu, vedený v rovině B-B na obr. 3, obr. 2 znázorňuje řez spalovaoím motorem po natočení klikového hřídele o 60° z krajní polohy meohanlsmu, vedený v rovině B-B na obr. 3, obr. 3 znázorňuje řez spalovaoím motorem, vedený v rovině A-A na obr. 1, obr. 4 je sohematlokým nákresem vysvětlujícím práol motoru v okamžiku výohozí, svislá polohy ramen klikového hřídele,' obr.

je sohematlokým nákresem vysvětlujícím práol motoru po natočeni klikového hřídele o 45° z výohozí polohy na obr. 4, obr. 6 je sohematlokým nákresem vyevětlujíoím práol motoru po natočení klikového hřídele o 90° z výohozí polohy na obr. 4 a obr. 7 je sohematlokým nákresem vyevětlujíoím práci motoru po natočení klikového hřídele o 135° a výohosí polohy na obr. 4.

V dutině, omezené vnitřními povrchy pláětě 1 a vík 2 a 3 nehybná skříně js umístěn píst, sestávejíoí ze čtyř pistových segmentů £, kyvně spojenýoh rovnoběžnými čepy Jg. Dutina ja tvořena v pláěti 1 nehybné skříně a má v osovém směru tvar čtyřbokáho symetriokého hranolu s rovinnými základnami a se zakřivenými boky, jejichž vzdálenost od osy dosahuje minima na jeho hranáoh. Povrchy dutiny jsou jemně opracovány. Těla pístovýoh segmentů £ jsou tvaru trojbokého hranolu s rovfJkhýml základnami a ss zakřivenými boky, z niohž povrchy boků, přlvráoenýoh k obvodu dutiny pláětě 1 nehybné skříně jsou konvexní, a povroh boku, přivráceného k ose dutiny, Js konkávní, přičemž styk obou konvexních povrchů js upraven jako těsnloí hrana, a styky konvexních povrohú s konkávním povrohem jsou upraveny jako kyvná klouby. Těla pístovýoh segmentů 4 ss v celé délos kyvnýoh kloubů hřebenovlte prostupují, přičemž tělo vždy jednoho pístového segmentu 4 přechází nad kloubem v plynulý, dělloé spárou nepřeruSený těsnloí můstek 6. Osové roztoče kloubů věooh pístovýoh segmentů £ jsou

200 stejné. Pístové segmenty £ svými tísnícími hranami doléhají na obvod dutiny nehybné skříní, kde vytvářejí čtyři samostatné praoovní komory l_t II. III. IV. Dutinou nehybné skříně shodně a její osou probíhá klikový hřídel J se dvěma klikovými čepy, jejichž úhel vzájemného natočení kolem osy hlavních čepů je 180°, a který je svými hlavními čepy valivě uložen ve víkách J a j nehybné skříně. Na každém klikovém čepu klikového hřídele 1 je valivě uložena planeta 8, jejíž tělo je upraveno jednak jako výstředník, osou rovnoběžný s osou klikového čepu, jednak jako čelní ozubené kolo s ozubenímJ, souosým a klikovým čepem a zabírajícím do vnitřního ozubení 10 víka 2 nebo J nehybné skříně, osově a osou dutiny nehybné skříně shodného. Poměr ozubení J planety 8 a vnitřního ozubení 10 nehybné skříně je

I t 2. Na kruhovém povrohu vystředěné části planet 8 je valivě uložen prstenec 11, který spolu a prstencem 11 druhé planety 8 vytváří navzájem axiálně a radiálně odsazené dvojkolí, aa němž spočívá svými segmenty £ samotný píst, proti pootočení po obvodech prstenoů 11 šrotovaný svými čepy Jj, zapadajícími do sedel 12 prstenců 11. Do dutiny nehybné skříně je zaústěn jednak sací kanál 13 pro vedení nasávané výbušné směsi paliva a vzduohu, jednak výfukový kanál 14 pro odvedení spalin, přičemž tyto kanály lze do dutiny nehybné skříně zaústit jednak z těla pláště 1 nehybné skříně a řízení plynů ovládat těsnioími hranami pístových segmentů £, jednak z těl vík 2 a £ a řízení plynů ovládat čely pístových segmentů £. Utěsnění pístovýoh segmentů £ jednak vůči povrchům dutiny nehybné skříně, jednak vzájemně mezi sébou se děje pomooí soustavy radiálních a axiálních těsnioíoh lišt a těsnicích čepů, v těleoh pístových segmentů £ uložených posuvně, a přitlačovanýoh na těsněné ploohy pomocí pružných tělísek, pod těsnicími prvky umístěných, popřípadě využitím tlaku plynů v pracovních komorách. Pláží 1 a víka 2 a J nehybné skříně jsou spolu spojeny svorníky 16. Chlazení nehybné skříně lze provést jednak pomocí chladící kapaliny, protékající dutinami 15, popřípadě pomooí vzduohu nebo jiného plynného média, proudícího kolem žebrování skříně, za tím účelem na povrohu skříně eventuálně provedeného. Poměry pro odvedení tepla z pístu a z pohybového mechanismu jsou u epalovaoího motoru podle vynálezu značně příznivější, než tomu je například u známýoh motorů s kruhovým pohybem pístu, neboí mezi pístem a prstene!

II se nachází prostor, který při práoi motoru po pístu obíhá. V tomto případě lze kromě známého chlazení těchto tepelně namáhaných součástí pomooí chladicího oleje použít jako chladicího média také buč jen nasávaného vzduchu, popřípadě nasávané směsi paliva a vzduchu, a před jejioh vstupem do praoovní komory dosáhnout jejioh předehřátí převzetím tepla z chlazených součástí a přitom zároveň využít účinku zmíněného prostoru navío k dokonalému směšování paliva a vzduohu. Z rozdílných postavení součástí pohybového meohanlsmu na obr. 1 a na obr. 2, ké kterým došlo natočením klikového hřídele J o 60° z krajní polohy mechanismu, lze vysledovat funkce jednotlivých částí mechanismu motoru, jakož 1 funkci meohanlsmu jako celku. Z obr. 4 až 7, kde klikový hřídel J je na každém následujícím obrazci pootočen o 45° proti obrazci předcházejícímu, je vidět práoe motoru v průběhu 3/8 otáčky klikového hřídele J, přičemž pokračující sled práoe motoru.lze odvodit přechodem od obr. 7 k obr. 4 a dále k obr. 5, 6 a 7.

Planety 8, osou svýoh ozubení 2 uloženy do os Οχ čepů klikového hřídele £ a svými ozubeními £ zabírajíoími do vnitřního ozubení 10 vík 2 a £ nehybné skříně jsou silovým působě200 605 ním pístových segmentů £ přes prstence 11 ha osy Og nuceny do planetového pohybu, přičemž s sebou unášejí čepy klikového hřídele J, kterýítím uvádějí do otáčivého pohybu· Porovnáním výohozíoh postavení funkčních součástí meohanismú na obr. 1 s jejich postavením na obr. 2 a sledováním smyslu jejloh otáčení, označených šipkami, lze odvodit, že klikový hřídel 7 a prsteneo 11 se otáčejí v témže smyslu, ale různými rychlostmi, a planety 8 se otáčí ve smyslu opačném. Z obr. 1 a obr. 2 současně vyplývá, že výstředná ramena V klikového hřídele J, otáčející se kolem osy 0_m, a výstředná ramena planet 8, otáčející se kolem osy 0^ klikových čepů, se účainkem ozubení 9 a 10 otáčí stejnými úhlovými ryohlostmi, avšak v opačném smyslu, čehož důsledkem je, že vzájemá vzdálenost os 0g prstenců 11 se mění, neboť se pohybují kolem osy 0_B v protilehlém postavení po eliptické dráž· E, pro obě osy 0g prstenoů 11 totožné.

Píst spolu s oběma prstenci 11, která obepíná po obvodu a na niohž je proti posunutí aretován v sedleoh 12 svými čepy 2» vytváří vázaný pístový meohanlsmus, o němž bude dále hovořeno tímto výrazem, a jehož vnější geometrie 1 jeho poloha v dutině nehybná skříně je odvislá od okamžitého postavení os 0g prstenoů 11 na jejich eliptická dráze B.

Vnější geometrický tvar a postavení vázaného pístového mechanismu na obr. 1, kde Jednak osy 0g se nacházejí na konoíoh hlavní osy jejich eliptické dráhy E a kde současně s oběma prstenci 11 jsou ve styku všechny pístové segmenty £, čímž vytvářejí na obvodu dutiny nehybná skříně jednu dvojioi protilehlýoh praoovníoh komor objemem v maximu, a jednu dvojioi protilehlýoh praoovníoh komor objemem v minimu, nazveme výrazem krajní poloha vázaného pístového meohanismú.

Z obr. 2 dále je patrnu, že přemístěním os 0g do novýoh postavení na Jejich eliptické dráze B byl vázaný pístový donucen přizpůsobit svou původní krajní polohu na obr. 1 na polohu novou, geometricky odpovídající postavením os 0g, která je reprezentována jednak jeho pootočením jako oelku kolem osy 0_m ve smyslu pohybu os 0^, jednak vzájemným osovým přiblížením prstenců 11 a jejloh současným pootočením na výstřednících planet 8, a Jednak také sestoupením dvou protilehlýoh pístových segmentů £ z kruhových povrohů prstenoů 11 jakožto projevu změny geometrie pístu, jejímž vlivem došlo ke zvětšení objemu těoh praoovníoh komor, které byly objemem v minimu, a zmenšení objemu praoovníeb komor, které byly v maximu.

Pootočením vázaného pístového meohanismú v dutině nehybné skříni došlo současně k přemístění praoovníoh komor a tšsnloíoh hran pístovýoh segmentů £ po jejim obvodu do poloh, umožňujících jednak neomezené proudění nasávané smšsi vzduohu a paliva saoím kanálem 13 do praoovní komory, naeházejíoí se v oblasti jeho ústí, jednak umožňující neomezená odvádtaí spalin výrukovým kanálem 14 z praoovní komory, nacházející se v oblasti ústí tohoto kanálu.

Přerušený etyk zmiňované dvojloe pístovýoh segmentů £ s kruhovými povrohy příelušnýoh prstenoů 11, který lze vidět v počáteční fázi jednak na obr. 2 a v celé fázi na obr. 4 až 7, probíhá od okamžiku přerušeni krajní polohy vázaného pístového meohanismú až do okamžiku zaujetí nové krajní polohy, při níž jednak každý pístový segment £ této dvojloe naběhne po tečně na obvod prstence 11. souaedíoího prstene! opuštěnému, přičemž v okamžiku jejího

200 nového přerušení sebéhne po tečně z povrchu prstenců 11 druhé dvojice protilehlých pístových segmentů £, a do se stále periodioký opakuje* Tímto způsobem píst po prstencích 11 obíhá a svým měníoím se geometrickým tvarem vykonává současně pulzní pohyb.

Z celkového popisu vyplývá, Se objemové změny pracovníoh komor, řízení vstupu pohonná směsi do praoovníoh komor, á řízení výstupu spalin z praoovníoh komor je ovládáno měnící se vnějěí geometrií a současně měnící se polohou vázaháho pístového mechanismu, odvislou od poloh os JJg prstenců 11 na jejich eliptické dráze B, určené mechanismem, sestávajíoím z klikového hřídele J, z planet fi s ozubením 2» zabírajícím do vnitřního ozubení 10 nehybné skříně.

Schematloká vyobrazení na obr. 4 aS 7, vysvětlující práci motoru, ukazují vázaný pístový mechanismus ve čtyřech poloháoh. Poloha na obr. 4 je totožná a polohou na obr. 1 a jak bylo již řečeno, je polohou krajní. ¥ následujíoím popisu práoe motoru budiž považována jako poloha výohozí. Každý následující obraz ukazuje polohu vázaného pístového meohanismu po pootočení klikového hřídele o 45° proti obrazu předoházejíoímn, přičenž v pracovních komorách, označených J, II. III. IY« přemisíujíoíoh se spolu β vázaným pístovým mechanismem a měníoíeh současně svůj objem, probíhají praoovní děje, popsané následovně.

Na obr. 4< komora I - předešlá komprese končí, obsah komory je v minimu, blesk naznačuje zážeh zkomprimovaná směsi) komora II - předešlé sání končí, obsah komory je v maximu, saoí kanál je před uzavřením) komora III - předešlý výfuk končí, obsah komory je v minimu, eaoí i výfukový kanál pootevřen) komora IY - předešlá expanze končí, obsah komory je v maximu, výfukový kanál je již pootevřen.

Na obr. 5 až 7t komora I - probíhá expanze, obsah komory vzrůstá) komora II - probíhá výfuk, obsah komory klesá, výfukový kanál otevřen) komora III - probíhá sání, obsah komory vzrůstá, saoí kanál otevřen) komora IV - probíhá komprese, obsah komory klesá.

Dalším pootočením klikového hřídele o 45° ve stejném smyslu zalijme vázaný pístový meohanlsmus novou krajní polohu, kterou naznačuje obr. 4, a při které se výie popsaná praoovní doba každé praoovní komory dokončí. Klikový hřídel zaznamenal mezi dvěma krajními polohami vázaného pístového meohanismu 1/2 otáčky a píst vykonal 1/4 otáčky. Pracovní komory mezitím vystřídaly svou polohou praoovní komory jim předcházející. Z toho plyne, že na oelou otáčku pístu proběháš v každé pracovní komoře jeden oelý praoovní oyklus a klikový hřídel vykoná dvě otáčky. Na jednu otáčku klikového hřídele připadají tedy dva čtyřdobé praoov*

200 605 ní impulsy.

Spalovaoí motor podle vynálezu praouje výhodně jako zážehový a za předpokladu dosažení potřebného kompresního poměru, odvislého od vhodné úpravy praoovnioh povrohů pístových segmentů, může tento motor praoovat rovněž jako vznětový. Konstrukoe tohoto motoru umožňuje řadit víoo motorových jednotek za sebou na spoloěném klikovém hřídeli. Principu opalovacího motoru podle vynálezu lz| využít u konstrukcí hnacích strojů jiného druhu, například u motorů pneumatiokýoh, hydraulických, jakož 1 u strojů praoovnioh, například u kompresorů a dmychadel.

Claims (7)

1. Spalovaoí motor e oběžným pulsujícím pístem, sestávající z nehybné skříně a dutinou tvaru Styřbokého hranolu a boky vzhledem k podélné ose dutiny vypukle zakřivenými, ee čtyřkloubové uzavřené pístové soustavy čtyř pístových segmentů, s klikového hřídele se dvěma klikovými čepy, souosého s osou dutiny nehybné skříně, vyznačený tím, že pístová soustava obepíná dvěma protilehlými, popřípadě věeml čtyřmi pístovými segmenty (4) dva prstence (11) otočně uložené na výstřednícíoh planet (8), jejiohž ozubení (9) zapadá do vnitřního ozubení (10) vík (2, 3) nehybné skříně, přičemž každá planeta (8) je otočně uložena na příslužném klikovém čepu klikového hřídele (7).

2. Spalovaoí motor e oběžným pulsujíoím pístem podle bodu 1, vyznačený tím, že ahodné oey (Oj) ozubení (9) planet (8) a klikových čepů a shodná osy (Og) prstenců (11) a výstředníků planet (8) jsou rovnoběžná.

3. Spalovaoí motor s oběžným pulsujíoím píetem podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že výstředná vzdálenost (V) os (Og) klikových čepů a ozubení (9) planet (8) Je od oey <°m> klikového hřídele (7) a dutiny nehybné skříně stejná.

4. Spalovací motor s oběžným pulsujícím pístem podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, žo výstředná vzdálenost (Vj) os (Og) výstředníků planet (8) a prstenců (11) od oe (Oj) ozubení (9) planet (8) a klikovýoh čepů je stejná.

5. Spalovaoí motor s oběžným pulsujíoím píetem podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, žo těla pístovýoh segmentů (4) se v oelé déloe kyvných kloubů hřebenovitě prostupují.

6. Spalovaoí motor s oběžným pulsujíoím píetem podle bodů 1 až 5, vyznačený tím, že píst je epolu a prstenci (11) proti vzájemnému posunutí aretován.

200 605

7. Spalovací motor s oběžným pulsujícím pístem podle bodů 1 až 6, vyznačený tía, že poměr ozubení (9) planet (8) ku vnitřnímu ozubení (10) vík (2, 3) nehybné skříně je 1 » 2»