CZ10262U1 - Pístový spalovací motor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká pístového spalovacího motoru, tj. zařízení na převod vnitřní energie z kapalného nebo plynného paliva pístovým mechanismem na mechanickou energii rotačního pohybu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy pístové spalovací motory na kapalné a plynné palivo typu zážehové dvoudobé, čtyřdobé a vznětové. Všechny pracují na principu převodu síly z výbuchu zplyněné směsi ve válci s ventily na píst a klikový mechanismus, tvořený ojnicí a klikovým hřídelem. Jejich nevýhodou je složitá konstrukce, velké tření mezi válcem a pístem z důvodu velké pístové rychlosti a velké složky síly kolmé na válcovou plochu pracovního válce a velké pístové rychlosti. Z toho důvodu je nutné účinné mazání klikového mechanismu a pístů ve válcích. U stávajících pístových motorů je nutnost použití ventilů v hlavě každého válce motoru s jejich složitou mechanikou, dále nemožnost jednoduché reverzace otáček. Dále pak nemožnost měnit jednoduše kompresní poměr v pracovním válci a nemožnost měnit jednoduše v závaznosti na změnu kompresního poměru druh paliva. Stávající pístové motory mají velké vibrace, jejichž eliminace vyžaduje složité mechanické konstrukce, mají velkou hlučnost. Nevýhodou je rovněž nedokonalé promísení (zplynění) kapalného paliva před zapálením a tudíž jeho nedokonalé spálení, a z toho důvodu značný obsah toxických látek ve výfukových plynech. Mají malou energetickou účinnost, tj. vzhledem k výkonu velkou spotřebu paliva.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje pístový spalovací motor podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen nejméně jedním pracovním válcem opatřeným na jednom konci nejméně jedním plnicím otvorem a na druhém konci nejméně jedním výfukovým otvorem, v pracovním válci jsou proti sobě suvně uložený levý a pravý píst spojený kyvně levou a pravou ojnicí s levou a pravou kývnou pákou, které jsou jednak pevně uchyceny mezi šestnáctým a sedmnáctým ložiskem, upevněných v levém rotačním klínu a mezi osmnáctým a devatenáctým ložiskem, upevněných v pravém rotačním klínu nebo jednak kyvně uchyceny v levém a pravém tělese pouzder prvního a druhého ložiska, upevněných v levém a pravém rotačním klínu na hřídeli, a jednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska k tělesu skříně. K levé a/nebo pravé kyvné páce je kyvně uchycena alespoň jedna tyč s kompresním pístem, suvně uložená v kompresním válci, který je opatřen sací klapkou k sacímu prostoru a připojen plnicím prostorem k plnicímu otvoru kompresního prostoru pracovního válce, do kterého ústí zapalovací svíčka nebo alespoň jedna vstřikovací tryska se žhavicí svíčkou. Levý a pravý rotační klín je tvořen levou a pravou vnější klínovou částí a levou a pravou vnitřní klínovou částí, jejichž vnitřní svěmé plochy svírají s hřídelem úhel a menší než 90°. Hřídel je uložen nejméně ve dvou pátém a šestém ložisku v tělese skříně. Mezi levou a pravou vnitřní stěnu skříně a levý a pravý rotační klín na hřídeli jsou nasunuty levá a pravá distanční rozpěra. Na hřídeli jsou uchyceny jednak setrvačníky a/nebo řemenice a jednak prvek pro přenos kroutícího momentu a současně je hřídel opatřen na koncích levou a pravou maticí. Pístový spalovací motor podle technického řešení má výhody v tom, že je jednoduché konstrukce. Plněním palivové směsi na jednom konci pracovního válce a výfukem spalin na jeho druhém konci odstraňuje použití ventilů. Odstraňuje použití klikového hřídele a tím i jeho účinné mazání. Umožňuje jednoduchým způsobem reverzaci otáček. Umožňuje měnit kompresní poměr v pracovním válci a v jeho návaznosti i možnost změny paliva.

Podstatně snižuje hlučnost a vibrace, jelikož většina sil vznikající v levé a pravé polovině motoru se vzájemně vyruší. Odstraňuje velký obsah toxických látek ve výfukových plynech dokonalejším promísením a spálením paliva. Ojnice motoru mají přímočarý pohyb, což snižuje kolmou

-1 CZ 10262 Ul složku síly z pístů na pracovní válec na minimum. Pístová rychlost je vůči klasickým motorům s klikovým mechanismem přibližně poloviční. Tyto dvě charakteristické vlastnosti pístového motoru dle technického řešení mají podstatný vliv na snížení tření mezi písty a pracovním válcem. K podstatně menšímu tření dochází rovněž mezi písty a pístními čepy. Mechanická konstrukce pístového spalovacího motoru dle technického řešení vytváří mnohem příznivější průběh kroutícího momentu na hřídeli, jelikož tento začíná dříve a trvá delší dobu. Maximální kroutící moment působí na hřídeli v úhlu cca 45°. Všechny tyto výhody umožňují oproti klasickým pístovým motorům chod ve vyšších otáčkách, což dohromady ve svém výsledku podstatně zvyšuje výkon a snižuje spotřebu paliva.

ío Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje boční pohled na motor v řezu C-C, obr. 2 znázorňuje boční pohled na motor v řezu D - D, obr. 3 znázorňuje pohled na motor v řezu A-A, obr. 4 znázorňuje pohled na motor v řezu B - B a obr. 5 znázorňuje boční pohled na alternativní provedení motoru s uložením kyvné páky v axiálních ložiscích.

Příklad provedení technického řešení

Pístový spalovací motor v příkladném provedení podle technického řešení je tvořen pracovním válcem I uchyceným v levé a pravé vnitřní stěně 8.1 a 8.2 tělesa skříně 8. Pracovní válec I je opatřen na jednom konci sacími otvory 13 a na druhém konci výfukovými otvory 14. V pracovním válci 1 je chladicí prostor 22.1 se vstupem 22.2 a výstupem 22.3 chladicího média. Pracovní válec 1 může být opatřen chladicími žebiy. Do kompresního prostoru 12 pracovního válce 1 ústí zapalovací svíčka 16. Do kompresního prostoru 12 pracovního válce 1 může ústit vstřikovací tryska se zapalovací nebo se žhavicí svíčkou. V pracovním válci 1 jsou proti sobě suvně uloženy levý a praví píst 2.1 a 2.2, spojeny ojničními čepy kyvně levou a pravou ojnicí 3.1 a 3.2 se sedmým a osmým ložiskem 27.1 a 27.2 levé a pravé kyvné páky 4.1 a 42. Levá a pravá kyvná páka 4.1 a 4.2 jsou jednak kyvně uchyceny na devátém až dvanáctém ložisku 28.11 a 28.22 levého a pravého tělesa pouzder 26.1 a 26.2 levého a pravého ložiska 5.1 a 5.2, upevněných v levém a pravém rotačním klínu 6.1. a 6.2 na hřídeli 7, ajednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska 15.1 a 15.2 k tělesu skříně 8. Třetí a čtvrté ložisko 15.1 a 15.2 levé a pravé kyvné páky 4J a 4.2 může být suvně uchyceno k tělesu skříně 8 pro změnu nastavení kompresního poměru.

K pravé kyvné páce 4.2 je pomoci čtrnáctého ložiska 29.2 kyvně uchycen kompresní píst s ojnicí 9, suvně uložený v kompresním válci 10, který je opatřen např. klapkou 23 k sacímu prostoru U a připojen svým plnicím prostorem 25 k plnicím otvorům 13 pracovního válce L Pro lepší vyváženost celé soustavy může být klevé kyvné páce 4.1 pomocí třináctého ložiska 29.1 upevněna tyč další kompresní soustavy. Levý rotační klín 6.1 je tvořen vnější částí levého rotačního klínu 6.11 a vnitřní částí levého rotačního klínu 6.12. Pravý rotační klín 6.2 je tvořen vnější částí pravého rotačního klínu 6.21 a vnitřní částí pravého rotačního klínu 6.22. Vnitřní svěmé plochy levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 6.2 svírají s hřídelem 7 úhel a s výhodou 60°. Vnitřní otvory levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 6.2 jsou opatřeny drážkami pro suvné rotační upevnění na drážkovaném hřídeli 7. Levý a pravý rotační klín 6.1 a 6.2 může být opatřen svěmým klínovým spojem pro upevnění na hladkém hřídeli 7. Hřídel 7 je uložen nejméně ve dvou pátém a šestém ložisku 18.1 a 18.2 tělese skříně 8 a to v levé a pravé vnitřní stěně 8.1 a 8.2. Uložení hladkého nebo drážkovaného hřídele 7, podle obr. 1, 2 a 5 je doplněno o patnácté a šestnácté ložisko 30.1 a 30.2 pro zvýšení tuhosti a snížení namáhání hřídele 7. Na hřídeli 7 mohou být uchyceny jednak setrvačníky 20, ajednak prvek 21 pro přenos kroutícího momentu.

Současně je hřídel 7 opatřen na koncích levou a pravou maticí 17.1 a 17.2 pro stažení součástí na něm nasunutých. Těleso skříně 8 je tvořeno levou a pravou vnitřní stěnou 8.1 a 82. levou a pravou vnější stěnou 8.3 a 8.4. levým a pravým krytem 8.5 a 8.6 a spojovacími tyčemi 82 a 8.8. Těleso skříně 8 může však být tvořeno z odlitků nebo výlisků vzájemně spojených. Mezi levou a pravou vnitřní stěnu 8.1 a 8.2 tělesa skříně 8 a levý a pravý rotační klín 6.1 a 62 na

-2CZ 10262 Ul hřídeli 7 mohou být nasunuty první a druhá distanční rozpěra 19.1 a 19.2. Změnou objemu plnicího prostoru 25 lze rovněž měnit kompresní poměr pístového spalovacího motoru. Pístový spalovací motor podle technického řešení může však obsahovat více popsaných jednotek vzájemně propojených. Např. na levé a pravé kyvné páce 4.1 a 4.2 může být umístěno přes další ložiska 27 a 29 více oj nic 3 s protiběžnými písty s čepy 2 v pracovních válcích J a více kompresních pístů s ojnicemi 9 v kompresních válcích JO. Možná varianta uchycení prvního a druhého ložiska 5.1 a 5.2 v levém a pravém rotačním klínu 6.1 a 6.2, znázorněná na obr. 5 nahrazuje druhé ložisko 5.2 s pravým tělesem pouzdra 26.2 dvěmi ložisky devatenáctým a dvacátým ložiskem 5.21 a 5.22 např. axiálními, mezi nimi je pevně uchycena pravá kyvná páka

4.2. Pro změnu kompresního poměru je však nutné, aby čtvrté ložisko 15.2 bylo k tělesu skříně 8 uchyceno suvně. V daném případě není nutné, aby na hřídeli 7 byla nasunuta druhá distanční rozpěra 19.2. Takto je provedena současně i náhrada prvního ložiska 5.1 s tělesem pouzdra 26.1.

Pístový spalovací motor podle technického řešení pracuje následujícím způsobem: Vzduch nebo spalovaný plyn nebo směs paliva se vzduchem (dále jen palivová směs) se nasává sacím potrubím 24 např. od karburátoru do sacího prostoru 11, kde např. přes klapu sání 23 se nasává dále kompresním pístem 9 do kompresního válce 10. Při zpětném chodu kompresního pístu 9 se uzavírá klapka sání 23 a palivová směs se stlačuje. Když dosahuje kompresní píst 9 horní úvrati, dosahují levý a pravý píst 2.1 a 2.2 dolní úvrati, přičemž je možné jejich časování nastavit pootočením levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 6.2 na hřídeli 7 tak, že nejdříve dosahuje dolní úvrati pravý píst 22, dochází k výfuku spalin přes výfukové otvoiy Γ4 z pracovního válce I do výfukového prostoru. Když končí výfuková fáze současně levý píst 2.1 otevírá pohybem své horní válcové plochy plnicí otvory 13 v pracovním válci J a stlačená palivová směs dokonale promíchaná a kompresní zplyněná je vtlačena do kompresního prostoru 12 pracovního válce L Tato současně pomáhá vytlačit spaliny do výfukového prostoru ale tak, aby sloupec palivové směsi ve válci i neproniknul do výfukového prostoru. Tohoto se dosáhne právě natočením levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 62. Po uzavření výfukových otvorů Γ4 pravým pístem 22 dochází následně k uzavření plnicích otvorů 13. levým pístem 2.1. Dalším protiběžným pohybem levého a pravého pístu 2.1 a 2.2 v pracovním válci J dochází ke kompresi palivové směsi. Těsně před horní úvrati dochází k zapálení palivové směsi jiskrou zapalovací svíčky 16 u zážehového systému nebo samovznícením u vznětového systému. Přechod ze zážehového systému chodu motoru na vznětový lze provést změnou komprese, tj. současným posunutím alespoň jednoho ložiska 15 s kyvnou pákou 4, ložiskem rotačního klínu 5, rotačním klínem 6 ojnicí 3 pístem 2 nebo s kompresním pístem s ojnicí 9 na hřídeli 7 a ve skříni 8. Špatně zplyňující palivo, např. motorovou naftu je možno vstřikovat obvyklým způsobem přímo do kompresního prostoru 12 pracovního válce i vstřikovacími otvory. Po zážehu palivové směsi v pracovním válci J dochází k expanzi hořící palivové směsi, která je umocněna její předkompresí již v kompresním válci JO. V důsledku expanze palivové směsi způsobuje její tlak sílu F na levý a pravý píst 2.1 a 22, která se přes pístní čepy přenáší na levou a pravou ojnicí 3.1 a 3.2 přes sedmé a osmé ložisko 27.1 a 27.2 na levou a pravou kyvnou páku 4,1 a 4.2, které tak vykonávají kyvný pohyb kolem osy třetího a čtvrtého ložiska 15.1 a 15.2. která jsou upevněna k tělesu skříně 8. Kývavým pohybem levé a pravé kyvné páky 4.1 a 4.2 se přenáší síla přes deváté až dvanácté ložisko 28.11 a 28,22 na přenáší síla přes první a druhé ložisko 5.1 a 5.2 např. axiální nebo s kosoúhlým stykem na levý a pravý rotační klín 6.1 a 6.2. Tyto sestávají ze dvou dílů. Levý rotační klín 6.1 je tvořen vnější částí levého rotačního klínu 6.11 a vnitřní částí levého rotačního klínu 6.12. Pravý rotační klín

6.2 je tvořen vnější částí pravého rotačního klínu 6.21 a vnitřní částí pravého rotačního klínu

6.22. Vnější a vnitřní část levého a pravého rotačního klínu svírají mezi sebou pod úhlem a levé a pravé ložisko 5.1 a 5.2 na hřídeli 7, například pomocí levé a pravé matice 17.1 a 17.2. Síla vycházející z prvního a druhého ložiska 5.1 a 5.2 na levý a pravý rotační klín 6.1 a 6.2 způsobuje vlastní rotaci hřídele 7 a vytváří na něm kroutící moment. Hřídel 7 je v tělese skříně 8 upevněn pomocí pátého a šestého ložiska 18.1 a 18.2. Kroutící moment lze z motoru již vyvést obvyklým způsobem, například přes prvek přenosu kroutícího momentu 21 například řetězové kolo na další agregáty dle potřeby a má v závislosti na otáčkách motoru velmi příznivý charakter. Smysl otáčení hřídele 7 pístového spalovacího motoru je takový, jaký dostane prvotní impulz od

-3 CZ 10262 Ul startovacího zařízení: Znamená to, že motor je běžně vyřešen a načasován tak, že se točí vpravo. V případě potřeby reverzace, tj. změny smyslu otáček, se udělí motoru opačný prvotní impulz od startovacího zařízení vlevo a motor se začne se zachováním všech parametrů točit opačně, tj. vlevo.

Tato konstrukce pístového spalovacího motoru umožňuje všechna ložiska použít jako uzavřená se stálou náplní tuku. Mazání motoru se tak omezuje na mazání kompresního pístu 9 v kompresním válci 10 a na mazání levého a pravého pracovního pístu 2.1 a 2.2 v pracovním válci 1. Toto je možno provést přidáním maziva do palivové směsi nebo použitím speciálních maziv, která vytvářejí na povrchu válců mikrofilm např. PTFE, snižující tření a zamezující zadření.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Pístový spalovací motor používající pracovní válec, písty, ložiska, skříň, spojovací prvky a chlazení, vyznačující se tím, že je tvořen nejméně jedním pracovním válcem (1) opatřeným na jednom konci nejméně jedním plnicím otvorem (13) a na druhém konci nejméně

   15 jedním výfukovým otvorem (14), v pracovním válci (1) jsou proti sobě suvně uloženy levý a pravý píst (2.1 a 2.2) spojeny kyvné levou a pravou ojnicí (3.1 a 3.2) s levou a pravou kyvnou pákou (4.1 a 4.2), které jsou jednak pevně uchyceny mezi šestnáctým a sedmnáctým ložiskem (5.11 a 5.12), upevněných v levém rotačním klínu (6.1) a mezi devatenáctým a dvacátým ložiskem (5.21 a 5.22), upevněných v pravém rotačním klínu (6.2) nebo jednak kyvné uchyceny

   20 v levém a pravém tělese pouzder (26.1 a 26.2) prvního a druhého ložiska (5.1 a 5.2), upevněných v levém a pravém rotačním klínu (6.1 a 6.2) na hřídeli (7), a jednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska (15.1 a 15.2) k tělesu skříně (8).
2. 2. Pístový spalovací motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že k levé a/nebo pravé kyvné páce (4.1 a/nebo 4.2) je kyvné uchycena alespoň jedna tyč s kompresním pístem (9),

   25 suvně uložená v kompresním válci (10), který je opatřen sací klapkou (23) k sacímu prostoru (11) a připojen plnicím prostorem (25) k plnicímu otvoru (13) kompresního prostoru (12) pracovního válce (1), do kterého ústí zapalovací svíčka (16) nebo alespoň jedna vstřikovací tryska se žhavicí svíčkou.
3. 3. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že

   30 levý a pravý rotační klín (6.1 a 6.2) je tvořen levou a pravou vnější klínovou částí (6.11 a 6.21) a levou a pravou vnitřní klínovou částí (6.12 a 6.22), jejichž vnitřní svěmé plochy svírají s hřídelem (7) úhel (a), menší než 90°.
4. 4. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že hřídel (7) je uložen nejméně v pátém a šestém ložisku (18.1 a 18.2) v tělese skříně (8).

   35
5. 5. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že mezi levou a pravou vnitřní stěnu (8.1 a 8.2) skříně (8) a levý a pravý rotační klín (6.1 a 6.2) na hřídeli (7) jsou nasunuty levá a pravá distanční rozpěra (19.1 a 19.2).
6. 6. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že na hřídeli (7) jsou uchyceny jednak setrvačníky a/nebo řemenice (20) a jednak prvek (21) pro

   40 přenos kroutícího momentu a současně je hřídel (7) opatřen na koncích levou a pravou maticí (17.1 a 17.2).