CS265116B1 - Těsnící ústrojí pro rotační plst, zejména spalovacího motoru - Google Patents

Abstract

Předmětem řešení je radiální těsnicí ústrojí, zejména pro rotační trojboký píst spalovacího motoru s oválnou dutinou skříně, za použití unášecího ústrojí pistu, které umožňuje řešení rotačního motoru vznětového s velkými spalovacími tlaky, s možnosti výrazného zvýšeni otáček v porovnání k jiným typům motorů, při eliptické dráze pístu s konstantním momentem hybnosti kolem centra dutiny skříně a při malé ctnosti motoru s malým zastavovacím prostorem. Těsnicí ústrojí každého vrcholu pístu má celou šíří pístu radiálně posuvně uložen na třech opěrných vodítkách vodicí lištu s válcovým zapuštěním, ve kterém je otočně kyvně uložena válcová lišta, jejíž zaoblená válcová úseč je v plošném doteku na oválnou kluznou plochu dutiny skříně. V dutině válcové lišty je uložena pásková lišta, takže v doteku na dutinu skříně jsou tři lišty, jako tři kroužky u klasického spalovacího motoru i s odvodem tepla z vrcholů pístu. Střídavý dotek plošek válcové lišty snižuje střední kluznou rychlost lišt, zvyšující tak jejich trvanlivost a umožňuje plynulý náběh lišt na olejový film dutiny skříně. Těsnicí ústrojí a dutina skříně jsou úsporně mazány s malým přítlakem, nebot působení expanzních tlaků možno konstrukčně stanovit. Nové těsnicí ústrojí umožňuje řešení vznětového motoru vysokootáčkového, zejména pro vojenskou techniku

Description

(57)Předmětem řešení je radiální těsnicí ústrojí, zejména pro rotační trojboký píst spalovacího motoru s oválnou dutinou skříně, za použití unášecího ústrojí pistu, které umožňuje řešení rotačního motoru vznětového s velkými spalovacími tlaky, s možnosti výrazného zvýšeni otáček v porovnání k jiným typům motorů, při eliptické dráze pístu s konstantním momentem hybnosti kolem centra dutiny skříně a při malé ctnosti motoru s malým zastavovacím prostorem. Těsnicí ústrojí každého vrcholu pístu má celou šíří pístu radiálně posuvně uložen na třech opěrných vodítkách vodicí lištu s válcovým zapuštěním, ve kterém je otočně kyvně uložena válcová lišta, jejíž zaoblená válcová úseč je v plošném doteku na oválnou kluznou plochu dutiny skříně.

V dutině válcové lišty je uložena pásková lišta, takže v doteku na dutinu skříně jsou tři lišty, jako tři kroužky u klasického spalovacího motoru i s odvodem tepla z vrcholů pístu. Střídavý dotek plošek válcové lišty snižuje střední kluznou rychlost lišt, zvyšující tak jejich trvanlivost a umožňuje plynulý náběh lišt na olejový film dutiny skříně. Těsnicí ústrojí a dutina skříně jsou úsporně mazány s malým přítlakem, nebot působení expanzních tlaků možno konstrukčně stanovit. Nové těsnicí ústrojí umožňuje řešení vznětového motoru vysokootáčkového, zejména pro vojenskou techniku.

Vynález řeší těsnicí ústrojí rotačního pístu, zejména pro vznětový spalovací motor u kterého je nutno těsnit vysoké spalovací tlaky, takže příkladně lze využít rotačního spalovacího motoru s oválnou dutinou skříně podle AO 221 764, při použití provedeni unáěecího ústrojí pístu podle AO 247 776, kde plst má v porovnání s jinými typy motorů menší odstředivou silu, při eliptické dráze těžiště pístu s konstantním momentem hybnosti.

Rotační motory i když jsou méně náročné na prostor, konstukčně jednodušší a vyznačuji se pravidelnějším Chodem, brání jejich rozšíření malá těsnost těsnicího ústrojí, zejména ve vrcholech tříbokých pístů s radiálními lištami, které pro vznětový motor nevyhovují pro vysoké tlaky i teploty a způsobují velké ztráty tepelné při větší spotřebě paliva. Vyráběný zážehový rotační spalovací motor s epitrochoidálnl dutinou skříně vykazuje několikanásobně větší opotřebení vrcholového těsnění pístu proti těsnicím kroužkům klasického motoru, což zvyšuje údržbu a provozní náklady. I klasický motor, který prošel velkým vývojem, vykazuje u prvého těsnicího kroužku polosuché tření, zvyšující jeho větší opotřebení i válce v poloze pístu kolem horní úvratě, přičemž zvyšování otáček motoru brání i posuvné setrvačné síly těsnicích kroužků, které vytloukají drážky pístu.

Uvedené nedostatky odstraňuje předmět vynálezu těsnicího ústrojí pro rotační píst spalovacího motoru, u něhož v každém vrcholu pístu je radiálně suvně uložena vodicí lišta, upravená s nejméně dvěmi opěrnými vodítky, která v délce úseku přivráceného k dutině skříně má upraveno válcové zapuštění, do něhož je o stejném poloměru křivosti otočně kyvně uložena válcová lišta se zaoblenou válcovou úsečí s dvojicí střídání dvojplošek kluzného plošného styku na dutinu skříně. V dutině válcové lišty je uložena pásová lišty, která vytváří třetí kluzný plošný styk na dutinu skříně.

Těsnicí ústrojí pro rotační píst podle vynálezu umožňuje trvalý plóšný styk mezi třemi vrcholy rotujícího pístu na kluznou plochu oválné dutiny skříně, přičemž třidotekový plošný styk každého vrcholu je ekvivalentní třem těsnicím kroužkům klasického pístového motoru, což vyhovuje zejména pro vznětové motory osobních automobilů. Těsnicí ústrojí podle vynálezu je určeno především pro rotační spalovací motor s oválnou dutinou skříně, kde výhodně počátek expanze probíhá při největším přítlaku působením odstředivé síly radiálního těsnicího ústrojí, přičemž vodicí lišta svým těsnicím výběhem přispívá jako čtvrtá těsnicí ploška ve vrcholu pistu, takže ztráty plynu profukem jsou minimální, není narušován olejový film kluzné plochy dutiny skříně, její trvanlivost a přitom měrný tlak na lištu je mnohem menší než u kývajících radiálních pásových lišt s tečným dotykem. Ukazatelem velikosti opotřebení a trvanlivosti radiálního těsnicího ústrojí podle vynálezu je jeho střední kluzná rychlost, podobně jako u klasického motoru střední pístová rychlost, kterou těsnicí ústrojí podle vynálezu nepřevyšuje, protože krajní a vnitřní dvojplošky válcoté lišty se v přítlaku na dutinu skříně funkčně střídají, při rovnoměrném opotřebení. Předností radiálního těsnicího ústrojí podle vynálezu, zvyšující jeho trvanlivost při malém opotřebení kluzné plochy dutiny skříně, je snížení účinků od maximálních expanzních tlaků, což umožňuje konstrukční volba protitlaků válcové lišty a vodicí lišty, takže měrné zatížení těsnicího ústrojí pro vznětový motor lze stanovit na úroveň klasického motoru zážehového. Radiální těsnicí ústrojí může být navrženo v provedeni s úsporným mazáním dutiny skříně, při malé spotřebě oleje i při přechodu radiálních lišt přes sací a výfukový kanál. Kývání vrcholu pistu s vodicí lištou v odklonu * 20° má střední kluznou rychlost válcového zapuštění na válcové liště téměř 50krát menší, než je střední kluzná rychlost vrcholu pístu v dutině skříně. Plošný styk těsnicího ústrojí umožňuje odvod tepla z pístu jako u klasického motoru a záběh těsnicího ústrojí nového motoru je časová krátký, protože není třeba záběhu rotujícího pístu. Rotační spalovací motor s využitím těsnicího ústrojí podle vynálezu má velký význam pro specielní použití, zejména ve vojenské technice pro malou hmotnost a malý zastavovací prostor.

Na obr. 1 je příklad provedení těsnicího ústrojí ve vrcholech trojbokého pistu podle vynálezu, v bočním pohledu jednoho vrcholu pístu spalovacího motoru, s čárkovaným znázorněním maximálního výkyvu vrcholu pístu = 20° k dutině skříně, v provedeni s rozvodem olejového mazání radiálních lišt a kluzné plochy dutiny skříně, avšak bez známých přítlačných pružin těsnicího ústrojí a obr. 2 názorně zobrazuje těsnicí dvojplošky válcové úseče se záměrně volenými velkými rozdíly poloměrů oblouků dutiny skříně, aby byl funkčně patrný rozdíl těsnicích přechodů dvojplošek.

Základní provedení radiálního těsnicího ústrojí podle vynálezu, v příkladu znázorněné rsa obr. 1, sestává z vodicí lišty 2 ^a válcové lišty 4, která je svou válcovou plochou kluzně uložena a přesně zabroušena do válcového zapuštění 2 vodicí lišty 2- Vodicí lišta 2 má tři opěrná vodítka 8, které umožňují v zapuštění do vrcholu 15 pístu 2 radiální pohyb celého těsnicího ústrojí, přičemž válcová lišta 2 má umožněn jen jeden otočný pohyb kyvný v rozsahu výkyvu vrcholu 15 pístu 2 k dutině skříně 2 okolo + 20°. Těsnicí účinek popsaného základního provedení se zvyšuje vsunutím páskové lišty 11 do dutiny válcové lišty 2' čímž se vytvoří ekvivalent tří těsnicích kroužků klasického motoru. Pásková lišta 11 je vedena mezi plošným zakončením 2 válcové lišty 2 ^a plošným vedením 13 pomocí opěrných výstupků 12, takže v dutině válcové lišty 2 ^se vytvoří čtyři dutiny menší, ato dvě dolní dutiny 29 a dvě horní dutiny 30. Vodicí lišta 2 vytvořeny dvě, v okrajích téměř uzavřené podélné drážky 7_, které umožňují při expanzi nepatrné sevření válcové lišty 2 ^a ti™ maximální neprůchodnost tlaku plynů přes válcové zapuštění 3, přičemž jak dále uvedeno, vzniklý prostor v podélných drážkách 2 udržuje mazací olej. Axiální utěsnění v okrajích vodicí lišty 2 umožňují boční vložky 10, zapuštěné v bocích vrcholu 15 pístu 9 s přítlakem známých pružin.

Za chodu motoru tři vrcholy 15 pístu 9 neustále sledují kluznou plochu dutiny skříně 2, přičemž na jednu otáčku pístu 2 vykoná každý vrchol 15 dva kmity, takže úhel výkyvu je 4krát nulový, 2krát maximální kladný a 2krát maximální záporný. S vrcholem 15 pístu 9 kýve i vodicí lišta 2, která má umožněn jen radiální pohyb, takže kýve svým válcovým zapuštěním 2 ^na válcové liště 2, která plochou válcové úseše 2 neustále kluzně sleduje dutinu skříně 2. Za klidu motoru umožňují přítlak těsnicího ústroji známé přítlačné pružiny, uložené pod vodicí lištou 2 ^{a za} chodu motoru působí přítlak odstředivé síly i tlak plynů komprese a expanze. Aby probíhal stále kluzný plošný styk válcové lišty 2 ^na dutinu skříně 2, dělí se válcová úseč 2 ^na krajní dvojplošky 31 a vnitřní dvojplošky 32 obr. 2. Je-li válcová lišta 2 ^v přítlaku na větší oblouky 33 dutiny skříně 2> jsou v plošném styku dvě vnitřní dvojplošky 32 a současně i pásková lišta 2i· V úvratích dutiny skříně 2 jsou v plošném styku na menší oblouky 34 dvě krajní dvojplošky 31 válcové lišty 2» přičemž vzniklým rozdílem poloměrů mezi menším obloukem 34 a větším obloukem 33 má pásková lišta 11 ve válcové liště 2 umožněn posuv v diferenci oblouků A , bránící vzájemnému znehybnění od úsad, takže i náběh hran vnitřních dvojplošek 32 má ku kluzné dutině skříně 2 náběhovou vůli při úhlu necelého 1°, což přispívá k plynulému nájezdu na olejový film kluzné plochy dutiny skříně 2, což se týká i náběhu hran krajních dvojplošek 31 na větších obloucích 32· Délka větších oblouků 33 kluzné dráhy dutiny skříně 2 j^{e as}i 60 * celé kluzné dráhy, takže střední kluzná rychlost vnitřních dvojplošek 32 a páskové lišty 11 je prakticky stejná jako u klasického motoru, přičemž na 40 % kluzné dráhy krajních dvojplošek 31 je opotřebení stejné jako u vnitřních dvojplošek 32, nebot zatížení se bez funkce páskové lišty 11 zvětší. Výška válcové úseče 2 je nejvýhodnější 1/4 průměru válcové lišty 2» čímž je určen i poloměr sahající k okrajovým obloukům boků pístu 2 ^a tř™ i ku kluzné ploše dutiny skříně 2, na němž se válcová úseč 2 válcové lišty 2 kyvné otáčí a který je také 1/4 průměru válcové lišty 2· Menší oblouky 32 dutiny skříně 2 je nutno zredukovat o nepatrný rozdíl 1 od teoretického ostrého vrcholu 15 pístu 2 X obvodu kluzné plochy, na niž je válcová úseč 2 ^v kluzném plošném styku. Zvolením výšky válcové úseče 2 ^na 1/4 průměru válcové lišty 2 j^e využito maximálního zapuštění válcové lišty 2 do vodicí lišty 2» při jednoduchém vzájemném nasunutí na sebe, přičemž válcová lišta 2 vsazená do vodici lišty 2 nemůže při montáži motoru vypadávat. Způsob těsnění proti pronikání tlaku plynů komprese a expanze kolem tří opěrných vodítek 2 vodicí lišty 2 je funkčně stejný jako u tří kroužků klasického motoru. Jiný je však boční přítlak, který je u všech tří opěrných vodítek 2 stejný, protože rozdílně od tří kroužků klasického motoru tvoří s vodicí lištou 2 jednu součást. Průnik plynů způsobený netěsností kolem koncových boků válcové lišty 2 ^a dutinou skříně 2 vyexpanduje v dolních dutinách 29 a horních dutinách 30 válcové lišty 2- přičemž přetlak způsobí víření, čehož je využito k olejovému mazání těsnicího ústroji na kluznou plochu dutiny skříně 2, jak je uvedeno dále v popisu.

Předností těsnicího ústrojí podle vynálezu je možnost zvýSení trvanlivosti těsnicího a kluzné plochy dutiny skříně 2, upravením poměru velikostí spodních plošek vnějších opěrných vodítek i) k ploškám těsnicích výběhů 1_4 vodici lišty 2' čímž lze stanovit maximální přítlak lišt od expanze plynů. Těsnicí ústrojí možno vyrábět v běžné výrobní přesnosti, přičemž záběh těsnicího ústrojí bude rychlejší než u klasického motoru, kde mimo pístních kroužků je také záběh celé válcové plochy pístu, aby se motor nezadřel. Aby nedocházelo na kluzné ploše dutiny skříně 2 k většímu opotřebení válcové lišty 2 dříve než u těsnicího výběhu 14 vodicí lišty 2» má tato větší součinitel otěru, což vyhovuje i pro snížení součinitele tření kyvného otočného uložení válcové lišty 4. ve válcovém zapuštění 2 vodicí lišty 2Válcová lišta 4. i pásková lišta 11 mají na dutinu skříně 2 kluzný plošný styk, takže mohou být zhotoveny z materiálů jako u klasických motorů pro výrobu těsnicích kroužků, přičemž pro vodicí lištu 2 vyhovují hliníkové slitiny. Radiální těsnicí ústrojí a kluznou plochu dutiny skříně 2 í^e možno mazat chladicím olejem pístu 9_, který proniká k těsnicímu ústroji odstředivou silou nebo tlakově, využitím čerpacího účinku rotujícího pístu 2 ^na vodicích oválech vík skříně 2» přičemž tlakové mazání může být vířivé nebo souvislé. Při tlakovém mazání vířivém je využito tlakových dávek oleje čerpadla při poloze pístu 2 v dolní úvrati, kdy dávkově mazaný vrchol 15 je v poloze pracovních komor výfuku spalin započatého sání, takže v dutinách válcové lišty _4 není žádný přetlak, který by bránil vstupní dávce oleje. V každém vrcholu 15 pístu 2 3^e P^ro vstup tlakových mazacích dávek čerpadla upraven boční otvor 16 navazující na mazací otvor 17, odkud mazací olej přetlakem nadzvedne ocelovou kuličku těsnícího ventilu 27 a mazací olej pronikne mezi ventilovým sedlem 21 a ocelovou kuličkou, dále pak mezikružím mezi ocelovou kuličkou a vodící trubkou 19 přes dutinu 26 k mazací dírce 20 vodící lišty 1^, přičemž mazací dírka 20 je propojena obvodovou drážkou 24 do podélných drážek T_, které jsou v bocích vodicí lišty 2 téměř uzavřené a zaplní se tlakovým olejem pro mazání válcové lišty 2 ve válcovém zapuštění 2· Vodicí trubka 19 nalisovaná do vodicí lišty 2 středního opěrného vodítka 2 uprostřed její délky, je svým volným koncem uložena do vodícího otvoru 18 s vůlí asi 1/10 poloměru válcové lišty 4, aby vodici lišta 2 měla možnost za chodu motoru vyrovnávat případné malé nerovnosti dutiny skříně 2· Mezi vodicí otvor 18 a vodicí trubku 19 je vložena těsnicí vložka 22 ze syntetického pružného materiálu odolávajícího účinkům oleje a teplu, která brání pronikání přetlaků od vodicí lišty 2, přičemž přetlaky z prostoru dutiny válcové lišty 2 nemohou komunikovat do prostoru pod vodicí lištu 2 a při tlakovém dávkování se nemůže zvyšovat spotřeba mazacího oleje pronikáním kolem vodicí lišty 2 úo pracovních komor. Pro těsnicí vložku 22 však možno použít i kovový vlnovec, jako prstencovitě zvlněný pružící element, který současně přispívá přítlakem těsnicího ústrojí ke kluzné ploše dutiny skříně 2. Za chodu motoru při poloze pístu 2 ^v dolní úvrati není v dutinách válcové lišty 2 žádný přetlak plynů, takže dávkovaný tlakový olej bez odporu proniká z obvodové drážky 24 přes mazací kanálky 23 do dvou dolních dutin 22' které jsou olejem trvale zaplněny, takže dávkovaný olejový přetlak způsobí proniknutí nepatrného množství oleje přes malou vůli mezi opěrnými výstupky 12 a plošným vedením 13 válcové lišty 2 do prostoru dvou horních dutin 30. ^v průběhu maximální expanze a komprese plyny nárazově proniknou boční vůlí kolem válcové lišty 4 a rozvíří olej v horních dutinách 22' který pak v přetlaku pronikne do úzkých mezer mezi plošné zakončení 2 válcové lišty 2 ^a páskovou lištu 11 k mazáni kluzné plochy dutiny skříně 2. Při přechodu válcové lišty 2 přes výfukový kanál plyny dvou horních dutin 30 vyexpandují, čímž se vyčistí mezery mezi páskovou lištou 21 a plošným zakončením 6 válcové lišty 2· Intenzivnější mazání tlakové souvislé probíhá stejně jako tlakové vířivé, avšak pásková lišta 11 má opěrné výstupky 12 u stěn páskové lišty 11 opatřeny přepouštěcími otvory 22' kterými jsou olejem trvale zaplněny i dvě horní dutiny 30, takže přetlak plynů působící při expanzi a kompresi do horních dutin 22' vytlačuje olej do úzkých mezer mezi plošné zakončení ti válcové lišty 2 ^a páskovou lištou 11 a vytváří na kluž né ploše dutiny skříně 2 souvislý olejový plyn. Způsob mazání odstředivou silou je stejný jako u mazání tlakového, avšak vhodný pro vysokootáčkové spalovací motory bez použití tlakového dávkování čerpadlem.

U příkladu konkrétního provedení těsnicího ústrojí podle vynálezu, pro spalovací motor zážehový nebo vznětový o zdvihovém objemu komory 0,5 dm s oválnou dutinou skříně 2, ve které tříboký píst 2 ^za rotace svými třemi vrcholy 15 sleduje kluznou plochu, jejíž oválný profil určuje unášeci ústrojí pístu 9 s pětibokými kladkami pro přenos vysokých spalovacích tlaků;je průměr válcové lišty 2 D « 10 mm při její délce L = 73 mm, což je i šíře pístu 9 a oválné dutiny skříně 2, jejíž větší oblouky 33 jsou o poloměru R = 136 mm a menší oblouky 34 poloměru R = 67 mm. Diference oblouků Δ = 3/100 mm a rozdíl Δ1 = 1/60 průměru válcové lišty 2·

Při eliptickán profilu dutiny skříně je přítlak válcové lišty opět dvojploškový s plynulejším přechodem, přibližně při stejné střední kluzné rychlosti a stejném opotřebení jako na oválné dutině skříně. Páskovou lištu možno vyrobit s válcovou lištou společně jako jednu součást, bez opěrných výstupků páskové lišty, při použití pro souvislé tlakové mazání. Válcovou lištu lze upravit z více slabších do sebe nasunutých, takže v přítlaku mohou pružností lépe sledovat dilatační nerovnosti kluzné plochy dutiny skříně. Ve střední části obou okrajových boků válcové lišty a vodicí lišty mohou být upraveny labyrintové zářezy, které brání průniku plynů mezi pracovními komorami motoru. Pokud není třeba odvádět teplo z pístu radiálním těsnicím ústrojím, vyhovuje odlehčení ústrojí výztužným žebrováním.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Těsnicí ústrojí pro rotační píst, zejména spalovacího motoru, tvořené v bocích rotačního pístu lištovým axiálním těsněním a ve vrcholech pístu radiálně posuvnými vodícími lištami v okrajích s bočními vložkami, vyznačené tím, že vodicí lišta (1) opatřená nejméně dvěmi opěrnými vodítky (8), má ze strany k dutině skříně 2 upraveno válcové zapuštění (3), ve kterém o stejném poloměru křivosti je otočně uložena válcová lišta 4, upravená se zaoblenou válcovou úsečí (5) v kluzném styku na dutinu skříně (2).
2. 2. Těsnicí ústrojí pro rotační píst podle bodů 1 vyznačené tím, že válcová lišta (4) je trubi cového tvaru průřezu písmene C, jejíž podélné okraje jsou proti sobě s plošným zakončením (6).
3. 3. Těsnicí ústrojí pro rotační píst podle bodů 1 až 2 vyznačené tím, že mezi plošné zakončení (6) válcové lišty (4) je vložena pásková lišta (11) vedená podélně svými opěrnými výstupky (12) v plošném vedení (13) dutiny válcové lišty (4).
4. 4. Těsnicí ústrojí pro rotační píst podle bodů 1 až 3 vyznačené tím, že válcová lišta (4) má plochu válcové úseče ,5) rozdělenu na krajní dvojplošky (31) a vnitřní dvojplošky (32).
5. 5. Těsnicí ústrojí pro rotační píst podle bodů 1 až 4 vyznačené tím, že vodicí lišta (1) má ve válcovém zapuštění (3) upravenu nejméně jednu polouzavřenou podélnou drážku (7), příčně propojenou na obvodovou drážku (24), do které ústí mazací dírka (20) středem vodicí lišty (1) od olejového rozvodu pístu (9).
6. 6. Těsnicí ústrojí pro rotační píst podle bodů 1 až 5 vyznačené tim, že vodicí lišta (1) je v okrajích opatřena boční vložkou (10) , která s půlkruhovými okraji pláště má průřez pásku, v němž je vytvořen profil suvného uloženi, dle vnějšího obrysu opěrných vodítek (8) vodicí lišty (1).