CZ13223U1 - Sací nebo výfukový rotační ventil spalovacího motoru - Google Patents

Description

Sací nebo výfukový rotační ventil spalovacího motoru Oblast techniky

Technické řešení se týká rotačního ventilu spalovacího motoru, zejména čtyřdobého spalovacího motoru a to jak sacího tak výfukového rotačního ventilu. Rotační ventily jsou umístěny v bloku spalovacího motoru, příkladně v prostoru po stranách válců s písty, a to s možností otáčení okolo své rotační osy.

Dosavadní stav techniky

Klasické uspořádání běžně používaných ventilů má řadu mechanických a jiných nevýhod, příkladně jejich chod je značně energeticky náročný v důsledku stlačování pružin a překonávání setrvačných sil vratného pohybu, dále je hlučný, technicky a konstrukčně náročný, omezující rychlost chodu spalovacího motoru a také výrobně drahý.

Nedostatky těchto klasických ventilů byly překonány rotačními ventily. Je známa celá řada konstrukcí rotačních ventilů spalovacích motorů. Příkladně se dále uvádějí USA patentové spisy s obsahem jednotlivých konstrukčních uspořádání rotačních ventilů.

Pat. spis USA číslo 1174818 s prioritou ze dne 03.07.1914 obsahuje konstrukci rotačního ventilu uspořádanou po straně spalovací komory válce spalovacího motoru, přičemž rotační ventil ve tvaru válce má vytvořenu v tomto válci průchozí dutinu tvaru písmena S.

USA pat. spis číslo 1182847 s prioritou ze dne 05.06.1915 obsahuje uspořádání rotačního ventilu nad válci spalovacího motoru, přičemž jednotlivé sekce rotačního ventilu každého válce jsou po svém obvodě vybaveny odděleným sacím a výfukovým kanálem.

Řešení s rotačním ventilem umístěným nad válci spalovacího motoru je rovněž obsahem jednak USA pat. spisu číslo 1252753 s prioritou ze dne 13.04.1916, jednak USA pat. spisu číslo 2787988 s prioritou od 22.04.1953, jednak USA pat. spisu číslo 3945364 s prioritou od 24.06.1974 a jednak USA pat. spisu číslo 4116189 s prioritou od 23.12.1976.

Rotační válcový motor podle USA pat. spisu číslo 4279225 s prioritou ze dne 12.04.1979 obsahuje čtveřici pístů uspořádaných po dvojicích proti sobě, mezi nimiž je umístěn rotační ventil se dvěma po jeho obvodě rozmístěnými dutinami. Prostřednictvím těchto dutin v rotačním ventilu jsou propojovány jednotlivé válce motoru s vnějším prostředím a to jednak za účelem sání spalovacího vzduchu a jednak za účelem výfuku spalin.

Motor s vnitřním spalováním podle USA pat. spisu číslo 4311119 s datem přihlášení ze dne 05.04.1979 je vybaven rotačním ventilem tvaru devadesátistupňového kolena, umístěného nad pístem.

Obdobné řešení jako v případě USA pat. spisu číslo 4311119 je obsahem pat. spisu USA číslo 4773364 s datem přihlášení 22.08.1986.

USA pat. spis číslo 4864985 s datem přihlášení z 20.04.1988 obsahuje rotační ventil ve tvaru dutého válce, v jehož vnějším povrchu je vytvořena jedna komora a dále otvor, spojující dutinu válce sjeho vnějším povrchem. Komora umožňuje spojení mezi válci motoru a vnějším prostředím a to pomocí vhodně situovaných propojovacích kanálků. Otvor spojující dutinu rotačního ventilu sjeho vnějším povrchem zase umožňuje odvod spalin z válců směrem do dutiny rotač40 ního ventilu a.to> pfóštřednictvím shora zmíněných vhodně situovaných propojovacích kanálků, spojujících vždy příslušný válec motoru s otvorem v rotačním ventilu.

Konstrukci rotačního kulového ventilu pro spalovací motor obsahuje USA pat. spis číslo 5361739 s datem podání 12.05.1993, podle kterého je rotační kulový ventil umístěn uvnitř dělené hlavy válců, která“ má sací a výfukový kanál spolupracující s každým válcem v dělené hlavě válců.

-1 CZ 13223 Ul

Účelem technického řešení je navrhnout jinou konstrukci rotačního ventilu spalovacího motoru, která by splňovala současné požadavky kladené na zvyšování jednotkového výkonu motoru při zachování nízké spotřeby paliva, to je dosažení vysoké účinnosti celého agregátu.

Podstata technického řešení

Podstata rotačního ventilu spalovacího motoru podle technického řešení, umístěného s možností otáčení v bloku spalovacího motoru spočívá vtom, že rotační ventil je tvořen trubkovitým tělesem s vnějším profilem válcového tvaru a s vnitřní dutinou, přičemž ve stěně rotačního ventilu jsou po jeho délce vytvořeny otvory umístěné vůči sobě přesazené a v roztečích odpovídajících rozteči jednotlivých spalovacích komor spalovacího motoru. Mezi jednotlivými spalo10 vacími komorami spalovacího motoru a příslušným rotačním ventilem jsou dále provedeny spojovací průchody s vloženým těsnicím nátrubkem.

Do rozsahu ochrany podle technického řešení rovněž náleží, že sací rotační ventil a výfukový rotační ventil jsou v bloku spalovacího motoru instalovány samostatně, to je odděleně.

Podle dalšího význaku je těsnicí nátrubek v těsném styku s vnějším povrchem rotačního ventilu, přičemž mezi těsnicí nátrubek a blok spalovacího motoru je vloženo těsnění.

Podle jiného význaku technického řešení jek sacímu rotačnímu ventilu přisazeno sací rozvodné potrubí a k výfukovému rotačnímu ventilu výfukové sběrné potrubí. V tomto případě provedení rotačního ventilu jsou jeho obě krajní čela zakončující vnitřní dutinu rotačního ventilu uzavřena.

V alternativním provedení rotačního ventilu je jeho vnitřní dutina propojena s vnějším prostře20 dím pro vstup vzduchu či spalovací směsi a to ve směru rotační osy rotačního ventilu určeného jako sací rotační ventil nebo v případě výfukového rotačního ventilu je jeho vnitřní dutina propojena ve směru rotační osy rotačního ventilu s vnějším prostředím pro výstup výfukových plynů. V.tomto provedení nemá sací rotační ventil nebo výfukový rotační ventil uzavřená krajní čela resp. může být uzavřeno pouze jedno zobou krajních čel rotačního ventilu, zakončující vnitřní dutinu rotačního ventilu.

Do význaku technického řešení také náleží, že jak sací rotační ventil je obklopen sacím průchodem tak výfukový rotační ventil je obklopen výfukovým průchodem, přičemž sací a výfukový průchod jsou vytvořeny v bloku spalovacího motoru. Sací a výfukový průchod zajišťují mezeru mezi vnějším povrchem rotačních ventilů a blokem spalovacího motoru. Tato úprava je výhodná zejména z konstrukčního hlediska pro zajištění spolehlivé funkce rotačního ventilu.

Výhodou navrhovaného řešení je mnohem hladší, klidnější, vyrovnanější, tišší a rychlejší chod spalovacího motoru. Další předností řešení je plynulé otvírání a zavírání sacího a výfukového kanálu, to je plynulá změna příčného průřezu spojovacího průchodu, nacházejícího se mezi spalovací komorou válců a příslušným otvorem ve stěně rotačního ventilu. V blízkosti úvratě pístu je tok plynů relativně nízký a v této fázi je rovněž příčný průřez spojovacího průchodu minimální. Maximální příčný průřez spojovacího průchodu je ve fázi, kdy píst jev polovině zdvihu a pohybuje se maximální rychlostí. Rovněž tok plynů je v této poloze pístu nejvyšší. Přehled obrázků na výkresech

Konstrukce a funkce rotačního ventilu podle technického řešení bude vysvětlena při popisu jednotlivých obrázků spalovacího motoru s rotačními ventily v základním schematickém uspořádání pro ukázání konstrukčního principu rotačního ventilu a pro snadné porozumění jeho konstrukčního uspořádání ve spalovacím motoru, přičemž na výkresech značí obr. 1 příčný řez schematicky znázorněným spalovacím motorem ve fázi po výfuku spalin a před sáním spalovací směsi, který je osazen rotačními ventily, obr. 2 řez spalovacím motorem z obr. 1, který se nachází ve fázi počátku sání, obr. 3 spalovací motor nacházející se uprostřed sání, obr. 4 spalovací motor ve fázi po nasání spalovací směsi a před jejím stlačením, obr. 5 fázi po stlačení spalovací směsi v době zážehu a před expanzí, obr. 6 fázi po expanzi a před výfukem spalin, obr. 7 ve fázi

-2CZ 13223 Ul počátku výfuku spalin, obr. 8 fázi uprostřed výfuku, obr. 9 pohled shora a v řezu vedeném v linii A - A na spalovací motor ve fázi z obr. 3, obr. 10 detail spojovacího průchodu s těsnicím nátrubkem mezi spalovací komorou a rotačním ventilem, obr. 11 detail nátrubkového těsnění a peřové podložky těsnicího nátrubku, obr. 12 detail ložiska a ventilového těsnění rotačního ventilu, obr. 13 detail těsnicího nátrubku, obr. 14 příčný řez schematicky znázorněným spalovacím motorem v jiném konstrukčním uspořádání s rotačními ventily, nacházejícími se ve fázi po výfuku spalin a před sáním spalovací směsi a obr. 15 pohled shora a v řezu vedeném v linii A - A na spalovací motor v uspořádání a ve fázi z obr. 14.

Příklady provedení technického řešení ío Spalovací motor podle příkladného provedení (obr. 1 až 9) je opatřen výfukovým rotačním ventilem 8 a sacím rotačním ventilem 21, které jsou umístěny v bloku 24 spalovacího motoru po stranách spalovacích komor 2,18 válců, v nichž se pohybuje píst 14 spojený s klikovým hřídelem 25, otáčejícím se ve směru hodinových ručiček, naznačeném šipkou provedenou tlustou čarou. Výfukový rotační ventil 8 je nalevo od pístu 14 a sací rotační ventil 21 je vpravo od pístu

14. Do spalovacích komor 2, 18 jsou shora zaústěny zapalovací svíčky 1. Obr. 1 znázorňuje spalovací motor ve fázi po výfuku spalin a před sáním spalovací směsi.

Rotační ventily 8, 21 jsou uloženy otočně v ložiskách 29. před nimiž je provedeno ventilové těsnění 28 (obr. 9) a otáčejí se ve směru hodinových ručiček podle šipek provedených tlustou čarou. Pohon rotačních ventilů 8, 21 je odvozen od pohybu klikového hřídele 25 prostřednictvím ozubeného řemenu 16, upraveného na trojici ozubených kol 12, Γ7. Konstantní a plynulá rychlost otáčení rotačních ventilů 8, 21 je v poměru 1:2 k rychlosti otáčení klikového hřídele 25. ,

Rotační ventily 8, 21 jsou tvořeny trubkovitým tělesem s vnějším profilem válcového¹ tvaru, obsahujícím vnitřní dutinu 7, 20. Ve stěně 30 rotačních ventilů 8, 21 jsou ve směru jejich rotační osy 32 vytvořeny otvory 10, 23, umístěné vůči sobě přesazené a v roztečích odpovídajících rozteči jednotlivých spalovacích komor 2, 18 spalovacího motoru. Mezi jednotlivými spalovacími komorami 2,18 a příslušným rotačním ventilem 8, 21 jsou provedeny spojovací průchody 6, 19, ve kterých je vložen těsnicí nátrubek 5, pružně přitlačovaný na vnější povrch rotačních ventilů 8, 21. Příkladné provedení těsnicího nátrubku 5 je ukázáno v detailu na obr. 13, znázorňujícím nárys, bokorys a půdorys těsnicího nátrubku 5. Styčný konec těsnicího nátrubku 5 je vytvarován podle řezu označeného písmeny B - B v souladu s vnějším povrchem rotačních ventilů 8, 21, čímž je vytvořena vzájemná těsnicí plocha. Těsnicí nátrubky 5 jsou drženy konstantně ve styku s vnějšími povrchy rotačních ventilů 8, 21 a to jednak vnitřními tlaky plynů ve válcích běžícího spalovacího motoru a jednak pro případ podtlaku při sání a vyrovnaných tlaků motoru v klidu některým z mnohých technických principů, v tomto konkrétním případě je zvolena jak bude uvedeno dále, pro jednoduchost a snadné pochopení, peřová podložka.

Detail umístění těsnicího nátrubku 5 mezi spalovací komoru 2,18 a rotační ventil 8, 21 je na obr. 10 a 11. Mezi těsnicí nátrubek 5 a blok 24 spalovacího motoru je vloženo radiálně umístěné nátrubkové těsnění 3 a těsnicí nátrubek 5 je přitlačován na vnější povrch rotačního ventilu 8, 21 v tomto případě provedení peřovou podložkou 4. Peřová podložka 4 se opírá o blok 24 spalovacího motoru.

Sací rotační ventil 21 je opatřen otvory 23, umístěnými proti spojovacímu průchodu 19, zatímco otvory 10 ve stěně 30 výfukového rotačního ventilu 8 jsou umístěny proti spojovacímu průchodu

6. To platí pro případ probíhajícího sání a pro případ probíhajícího výfuku. Otvory 10, 23 ve stěně 30 rotačního ventilu 8, 21 jsou uspořádány vůči sobě přesazené a to o 90°. K sacímu rotačnímu ventilu 21 je přisazeno sací rozvodné potrubí 22 a k výfukovému rotačnímu ventilu 8 je přisazeno výfukové sběrné potrubí 9 (obr. 9). V tomto případě provedení rotačních ventilů 8, 21 jsou jejich obě krajní čela 31 uzavřena a zakončují vnitřní dutinu 7, 20 rotačních ventilů 8, 21.

-3 CZ 13223 Ul

Dále je sací rotační ventil 21 obklopen sacím průchodem 27 a výfukový rotační ventil 8 výfukovým průchodem 26 (obr. 9). Sací průchod 27 umožňuje vstupnímu vzduchu resp. vstupní spalovací směsi vstup do prostoru po celém vnějším obvodu sacího rotačního ventilu 21. Do vnitřní dutiny 20 sacího rotačního ventilu 21 vstupuje vzduch resp. vstupní spalovací směs ze sacího rozvodného potrubí 22 otvory 23 ve stěně 30 sacího rotačního ventilu 21 a to ve směru šrafovaných šipek. Výfukový průchod 26 umožňuje vstup výfukových plynů do prostoru po celém vnějším odvodu výfukového rotačního ventilu 8. Do vnitřní dutiny 7 výfukového rotačního ventilu 8 vstupují výfukové plyny z jednotlivých spalovacích komor 2 ve směru vyšrafované šipky a odtud otvory 10 ve stěně 30 výfukového rotačního ventilu 8 do výfukového sběrného ío potrubí 9 ve směru vyšrafovaných šipek. Mimo dobu sání, tj. plnění a výfuku, tj. vyprazdňování celistvé vnější povrchy obou rotačních ventilů 8, 21 přejímají funkce uzavírajících prvků spalovacích komor 2, 18 válců spalovacího motoru.

Obr. 12 znázorňuje detail uložení rotačního ventilu 8, 21 na kuličkových ložiskách 29 včetně ventilového těsnění 28 umístěného mezi blokem 24 spalovacího motoru a tělesem rotačního ventilu 8, 21.

Jiné konstrukční uspořádání rotačních ventilů 8, 21 je ukázáno na obr. 14 a 15, podle nichž je sací rozvodné potrubí 22 a výfukové sběrné potrubí 9 nahrazeno příkladně vstupním kolenem 33 a výstupním kolenem 34· V tomto případě provedení je otevřeno jedno krajní čelo 31 jak sacího rotačního ventilu 21 tak výfukového rotačního ventilu 8 za účelem propojení vnitřní dutiny 7, 20 rotačních ventilů 8, 21 s vnějším prostředím. Vnitřní dutina 20 sacího rotačního ventilu 21 je ve směru jeho rotační osy 32 otevřena pro vstup vzduchu či vstup spalovací směsi. Propojení vnitřní dutiny 7 výfukového rotačního ventilu 8 s vnějším prostředím pro možnost výstupu výfukových plynů je opět uskutečněno ve směru rotační osy 32 výfukového rotačního ventilu 8. Šrafované šipky u sacího rotačního ventilu 21 naznačují vstupní cestu vzduchu či spalovací směsi přes vstupní koleno 33. Šrafované šipky u výfukového rotačního ventilu 8 značí výstupní cestu výfukových plynů přes výstupní koleno 34 (obr. 15). Jiné konstrukční změny u rotačních ventilů

8, 21 nejsou u tohoto uspořádání provedeny.

Při sání spalovacího motoru vzduch nebo směs vzduchu a paliva (obr. 2 až 4 a 9) se dostává přes sací rozvodné potrubí 22, sací průchod 27 a otvory 23 do vnitřní dutiny 20 sacího rotačního ventilu 21 a odtud je nasávána do vnitřního prostoru prvého válce spalovacího motoru ve směru šrafované šipky, u kterého se nachází otvor 23 ve stěně 30 sacího rotačního ventilu 21 proti spojovacímu průchodu 19 do spalovací komory 18 po dobu plnění. Na obr. 9 je prvý válec spalovacího motoru umístěn na spodní části výkresu. Mezi otvory 23 sacího rotačního ventilu 21 a válci spalovacího motoru jsou umístěny těsnicí nátrubky 5.

Doby stlačení a expanze včetně zážehu nebo vznícení směsi probíhají podle klasického cyklu čtyřdobého Ottova motoru v uzavřeném válci (obr. 5 a 6).

Při výfuku jsou spálené plyny z kteréhokoliv válce spalovacího motoru, v němž probíhá doba vyprazdňování (obr. 7 a 8), vytlačovány skrz těsnicí nátrubek 5 propojený s příslušným otvorem 10 ve stěně 30 výfukového rotačního ventilu 8 do vnitřní dutiny 7 výfukového rotačního ventilu

8 a odtud přes další otvory 10 a výfukový průchod 26 do prostoru výfukového sběrného potrubí

9. Podle obr. 9 probíhá fáze výfuku u čtvrtého, to je u horního válce spalovacího motoru a výfukové plyny postupují ve směru šrafovaných šipek u výfukového rotačního ventilu 8

Cykly sání, stlačení, expanze a výfuku se u spalovacího motoru opakují podle zvoleného časování daného vzájemnou polohou pístů 14 a rotačních ventilů 8, 21.

V případě alternativního provedení sacího rotačního ventilu 21 podle obr. 14 a 15 se vzduch resp. směs vzduchu a paliva nasává přímo do vnitřní dutiny 20 sacího rotačního ventilu 21 a to ve směru jeho vlastní rotační osy 32 přes vstupní koleno 33 a odtud potom do kteréhokoliv válce spalovacího motoru v němž probíhá sací doba. V případě výfukového rotačního ventilu 8 podle obr. 14 a 15 se spálené plyny z kteréhokoliv válce spalovacího motoru v němž probíhá doba výfuku odvádějí přímo z vnitřní dutiny 7 výfukového rotačního ventilu 8 do neznázorněného

-4CZ 13223 Ul výfukového potrubí a to ve směru rotační osy 32 výfukového rotačního ventilu 8 přes výstupní koleno 34.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Sací nebo výfukový rotační ventil spalovacího motoru, zejména čtyřdobého spalovacího 5 motoru, umístěný v bloku spalovacího motoru s možností otáčení, vyznačující se tím, že je tvořen trubkovitým tělesem s vnějším profilem válcového tvaru a s vnitřní dutinou (7, 20), přičemž ve stěně (30) rotačního ventilu (8, 21) jsou po jeho délce vytvořeny otvory (10,

   23) umístěné vůči sobě přesazené a v roztečích odpovídajících rozteči jednotlivých spalovacích komor (2, 18) spalovacího motoru, v jehož bloku (24) jsou mezi jednotlivými spalovacími ío komorami (2, 18) a příslušným rotačním ventilem (8, 21) provedeny spojovací průchody (6, 19) s vloženým těsnicím nátrubkem (5).
2. 2. Sací nebo výfukový rotační ventil spalovacího motoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že těsnicí nátrubek (5) je v těsném styku s vnějším povrchem rotačního ventilu (8, 21).

   15
3. 3. Sací nebo výfukový rotační ventil podle nároku 1, vyznačující se tím,, že mezi těsnicí nátrubek (5) a blok (24) spalovacího motoru je vloženo nátrubkové těsnění (3). ‘
4. 4. Sací nebo výfukový rotační ventil podle nároku 1, vyznačující se ,tím, že rotační ventil (8, 21) je obklopen sacím průchodem (27) vytvořeným v bloku (24) spalovacího motoru a/nebo obklopen výfukovým průchodem (26) vytvořeným v bloku (24) spalovacího

   20 motoru.
5. 5. Sací nebo výfukový rotační ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že k rotačnímu ventilu (8, 21) je přisazeno sací rozvodné potrubí (22) a/nebo výfukové sběrné potrubí (9).
6. 6. Sací nebo výfukový rotační ventil podle nároku 5, vyznačující se tím, že 25 rotační ventil (8, 21) vykazuje uzavřená obě krajní čela (31), zakončující vnitřní dutinu (7, 20) rotačního ventilu (8, 21).
7. 7. Sací nebo výfukový rotační ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní dutina (7, 20) rotačního ventilu (8, 21) je ve směru jeho vlastní rotační osy (32) propojena s vnějším prostředím pro vstup vzduchu či spalovací směsi a/nebo pro výstup výfukových plynů.

   30 8. Sací nebo výfukový rotační ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že sací rotační ventil (21) je oddělen od výfukového rotačního ventilu (8).

   15 výkresů