CZ19452U1

CZ19452U1 - Ctyrtaktní spalovací motor s rotacním segmentem v rozvodovém mechanismu

Info

Publication number: CZ19452U1
Application number: CZ200920829U
Authority: CZ
Inventors: Cekan@Jozef
Original assignee: Cekan@Jozef
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-03-23
Also published as: WO2008018842A1

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká ětyřtaktního spalovacího motoru s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu použitého jako hnací agregát ve vznětovém, jakož i zážehovém provedení.

Dosavadní stav techniky

Současně známé ctyřtaktní spalovací motory s rotačními segmenty v rozvodovém mechanismu jsou popsány ve vícerých patentových přihláškách. Mimo jiných jsou to například zveřejněné mezinárodní patentové přihlášky WO 03076796 a WO 2006024082. U těchto vynálezu má osa uložení rotačních segmentů, plnících funkci rozdělovacího mechanismu v čase průběhu jednot lito vých pracovních taktů ětyřtaktního spalovacího motoru, horizontální polohu, osově souměrnou s osou hlavy válců a s ní svírá pravý úhel. U více válcových motorů v řadovém uspořádání válců tvoří tyto rotační segmenty jeden celek pro všechny válce. Rotační segmenty v uvedených vynálezech jsou robustního provedení, s čímž souvisejí i následující nedostatky uvedených vynálezů:

Nedostatečně utěsněné funkční plochy a tudíž možnost ztrát kompresního tlaku v pracovním i s taktu komprese na úkor ztrát výkonu motoru; velké třecí plochy funkčních ploch a tudíž i vysoké ztráty výkonu motoru v důsledku tření a též velká pravděpodobnost zadření segmentů bez účinného mazacího systému, jenž v předmětu těchto vynálezů není obsažen; výrazná teplotní dilatace mezi dvěma mezními stavy - studeným motorem v zimním období a pracovní teplotou motoru; technicky a výrobně extrémně náročné provedení i ve vazbě na složitý systém chlazeni hlavy válců u čtyřtaktních spalovacích motoru. Vzhledem k extrémně vysokému tření rotačních elementů je možno předpokládat velmi nízkou životnost. Částečně porovnatelné jsou i kyvné, posuvné nebo šoupátkové systémy rozvodových mechanismů spalovacích motorů, popsané například v US 2004144361 nebo US 5596966, jejichž nevýhodou jsou ale netěsnosti a poměrně velké třecí plochy rozvodových elementů, jakož í značný rozsah zdvihu funkčních částí.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje ctyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu podle tohoto technického řešení, sestávající z bloku válce, v němž je umístěn píst a jenž je v homí části uzavřen hlavou, jehož podstata spočívá v tom, že ve spodní části hlavy je ve tvaru komolého kuželu vytvořeno lůžko, do nějž ústí alespoň jeden sací kanál, .ío alespoň jeden výfukový kanál a iniciační prvek a do nějž je vsazen dutý rotační kuželový segment v podstavě kuželu otevřený, jehož vnější kuželová plocha kopíruje tvar lůžka a jenž je v homí části zakončen dříkem, vyvedeným otvorem pro dřík na vnější stranu hlavy, přičemž v rotačním kuželovém segmentu je vytvořen nejméně jeden segmentový otvor v místě jeho styku se sacím kanálem nebo výfukovým kanálem nebo s iniciačním prvkem a dřík rotačního kuželového segmentu je propojen s krokovacím mechanismem rotačního a zdvihového pohybu rotačního kuželového segmentu proti hlavě v režimu pracovních taktů spalovacího motoru.

Na vrchní části hlavy v místč otvoru pro dřík je uloženo axiální ložisko k zajištění otáčivého pohybu rotačního kuželového segmentu a jeho dříku, na kterém je upevněn opěrný talíř, přičemž mezi axiálním ložiskem a opěrným talířem je na dřík nasazena předpjatá pružina pro vratný po40 hyb rotačního kuželového segmentu. V lůžku je kolem sacího kanálu a nebo výfukového kanálu amebo iniciačního prvku v drážce umístěn alespoň jeden těsnicí kroužek s dotlač ovací pružinou. Mezi lůžkem a rotačním kuželovým segmentem je v místě průchodů dříku do otvoru pro něj vytvořeno těsněni dříku. To může sestávat z alespoň jednoho kruhového výstupku, vytvořeného na vrchní části rotačního kuželového segmentu, zapadajícího do alespoň jedné kruhové drážky, as vytvořené v lůžku. Mezi rotačním kuželovým segmentem a lůžkem je na podstavě mezi jejich styčnými plochami vytvořeno obvodové těsnění. Na vrchní části pístu je vytvořen nástavec, jenž svým tvarem částečně kopíruje tvar spodního profilu rotačního kuželového segmentu a v němž je ' ί'Μ52 Ul vytvořen prušlehový kanál difusního tvaru, ústící svým užším koncem v místě, ve kterém je povrch nástavce v největší blízkosti iniciačnímu prvku,

Do tvarově identického lůžka ve spodní části hlavy je vsazen rotační kuželový segment s dříkem vyvedeným kalibrovaným otvorem pro dřík na vnější stranu hlavy tak, že mezi opěrku axiálního ? ložiska a opěrný talíř, fixovaný v horní části dříku dvoudílnou kuželovou vložkou, je vsazena předpjatá pružina, zabezpečující těsné dosednutí rotačního kuželového segmentu do lůžka ve spodní části hlavy, čímž jsou vzájemné mezi sebou odděleny otvory sacího kanálu, výfukového kanálu a iniciačního prvku, přičemž pro zvýšení těsnicího účinku jsou v místech těchto otvoru vytvořeny drážky pro uložení těsnicích kroužků, dotlačovaných k vnějšímu povrchu kuželové ío části rotačního kuželového segmentu dotlaeovací pružinou, zatím co funkci těsněni v osovém směru dříku plní těsnění dříku, funkci nastavení optimálního kompresního poměru tvar kuželového nástavce pístu s prii šleho vým kanálem, funkci přesunu segmentového otvoru rotačního kuželového segmentu do příslušné polohy pracovního taktu spalovacího motoru v daném případě zajišťuje krokovací mechanismus a požadovanou mezeru rotačního kuželového segmentu v lůžku i5 spodní části hlavy v rozsahu míry zdvihu rotačního kuželového segmentu v okamžiku otočení segmentového otvoru do následující pracovní polohy zajišťuje impulsní síla v závislosti na otáčkách klikového hřídele.

Nej důležitějším faktorem v porovnaní s dosavadním stavem techniky je aktivní průřez otvoru sání a výfuků, což v důsledku snížených odporů přispívá k efektivnosti spalovacího procesu.

.?) Druhým významným faktorem je nízká míra vertikálního zdvihu rotačního kuželového segmentu, což významně snižuje hladinu hluku spalovacího motoru. Kromě toho. uspořádání rotačního systému rozvodového mechanismu podle tohoto technického řešení umožňuje vzhledem k nízké míře zdvihu rotačního kuželového segmentu dosáhnout vysoký stupeň komprese v závislosti na tvaru kuželového nástavce pístu, což rovněž přispívá k vyšší efektivitě spalovacího procesu. Cel25 kově se projeví vyšší účinek čtyřtaktního spalovacího motoru podle tohoto technického řešení zvýšeným měrným výkonem, zvýšenou hospodárností ve spotřebě paliva, sníženou hlučností a tím v celém komplexu i sníženými negativními účinky na životní prostředí.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže zřejmé z přiložených výkresů, kde:

so obr. 1 znázorňuje spalovací motor v linii bočního řezu, obr. 2 znázorňuje při pohledu shora uspořádání některých v hlavě umístěných součástí, a obr. 3 znázorňuje dynamiku činnosti spalovacího motoru v jeho jednotlivých taktech.

Příklady provedeni

Příklad 1

Ctyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu sestává (obr. 1) z bloku válce 2, v němž je umístěn píst 3 s oj ničí 4 a jenž je v horní části uzavřen hlavou I, přičemž mezi blokem válce 2 a hlavou i je umístěno hlavově těsnění 5. Ve spodní části hlavy 1 je vytvořeno lůžko 22 ve tvaru komolého kuželu, do nějž ústí sací kanál 6, výfukový kanal 7 a iniciační prvek U5, který reprezentuje zapalovací svíčka. Do lůžka 22 je vsazen dutý rotační kuželoví vý segment 8 v podstavě kužele otevřený, jehož vnější kuželová plocha kopíruje tvar lůžka 22. Rotační kuželový segment 8 je v horní části zakončen dříkem 9, vyvedeným otvorem 24 pro dřík 9 na vnější stranu hlavy l. V rotačním kuželovém segmentu 8 je vytvořen jeden segmentový otvor 23 v místě jeho styku se sacím kanálem 6 nebo výfukovým kanálem 7 nebo iniciačním prvkem 18_. Dřík 9 je propojen s krokovacím mechanismem f9 pro zajištění rotačního a zdviho45 vého pohybu rotačního kuželového segmentu 8 proti hlavě ]_ v režimu pracovních taktů spalovacího motoru. Na vnější straně hlavy 1 je umístěn vratný mechanismus, uzavřený krytem U rozvodového mechanismu. Vratný mechanismus obsahuje axiální ložisko 10, umístěné v místě otvoru 24 pro dřík 9, zajišťující bezodpoiovv otáčivý pohyb rotačního kuželového segmentu 8 a jeho . M52 1 dříku 9, na němž je upevněn opěrný talíř ]_3, fixovaný v horní části dříku 9 dvoudílnou kuželovou vložkou jj, přičemž mezi axiálním ložiskem 10 a opěrným talířem 1.3 je na dřík 9 vsazena předpjatá pružina 12 pro vratný pohyb rotačního kuželového segmentu 8. V lužku 22 jsou kolem sacího kanálu 6, výfukového kanálu 7 a iniciačního prvku J_8 v drážkách osazeny těsnicí kroužky [6 s dotlačovacími pružinami 17. Mezi lůžkem 22 a rotačním kuželovým segmentem 8 je v místě průchodů dříku 9 do otvoru 24 pro dřík 9 vytvořeno těsněni J_5 dříku 9, provedené jako labyrintové těsnění, sestávající ze dvou kruhových výstupku, vytvořených na vrchní části rotačního kuželového segmentu 8, a zapadající do dvou kruhových drážek, vytvořených v lůžku 22. Na obvodu podstavy mezi rotačním kuželovým segmentem 8 a lůžkem 22 je mezi jejich styčnými in plochami vytvořeno obvodové těsnění 25. Na vrchní části pístu 3 je vytvořen nástavec 20, svým tvarem částečně kopírující tvar spodního profilu rotačního kuželového segmentu 8, ve kterémžto nástavci 20 je vytvořen prúšlehový kanál 21 difúsního tvaru, ústící svým užším koncem v místě, kde je povrch nástavce 20 v největší blízkosti iniciačnímu prvku 18.

V průběhů jednotlivých taktů spalovacího motoru vykonává rotační kuželový segment 8 vůči lůžku 22 v hlavě 1 rotační a zdvihový pohyb pomocí krokovacího mechanismu 19, propojeného s dříkem 9 rotačního kuželového segmentu 8. Při tom dochází k překryvu segmentového otvoru 23 sc sacím kanálem 6 v poloze I. nebo iniciačním prvkem 18 v poloze II. nebo výfukovým kanálem 7 v poloze lil. Při střídání jednotlivých poloh 1., 11., ΙΠ. segmentového otvoru 23 je rotační kuželový segment 8 fixován v lůžku 22 pomocí předpjaté pružiny 12 a utěsněn prostřednictvím těsnicích kroužků 16 těsnění 15 dříku 9 a obvodového těsnění 25. Po dobu přesunu segmentového otvoru 23 mezi jednotlivými polohami I., II., 1Π. je rotační kuželový segment 8 krátkodobě uvolněn a posunut o zdvih a prostřednictvím krokovacího mechanismu 19 impulsní silou F; na překonaní direktivní síly předpjaté pružiny 12. Krokovaeí mechanismus je řízen elektronickou logikou ve vazbě na otáčky klikového hřídele motoru. V době taktu nasávání (obr. 3a) je seg25 mentový otvor 23 v poloze I., přičemž se překrývá se sacím kanálem 6, jímž proudí do spalovací komory spalovací směs, a výfukový kanál 7 s iniciačním prvkem 18 přitom zůstávají zakryté. V době taktu komprese a expanze (obr. 3b a 3c) je segmentový otvor v poloze II., přičemž se překrývá s iniciačním prvkem 18, díky čemuž může iniciační prvek 18 vyvolat v komoře expanzi, a sací kanál 6 a výfukový kanál 2 zůstávají přitom zakryté. V době taktu výfuku (obr. 3d) je segmentový otvor 23 v poloze ΙΠ., přičemž se překrývá s výfukovým kanálem 7, kterým proudí ven ze spalovací komory spaliny, a sací kanál 6 s iniciačním prvkem 18 zůstávají přitom zakryté.

Příklad 2

Hlava f a blok válce 2 jsou vzájemně odděleny hlavovým těsněním 5. V bloku válce 2 je pohyblivě uložen píst 3, spojený oj ničí 4 s klikovým hřídelem motoru. V hlavě 1 je jako ústřední ele35 ment rozvodového mechanismu uložen rotační kuželový segment 8 s jedním segmentovým otvorem 23 ve své kuželové části, jehož těsné dosednutí do lůžka 22 ve spodní části hlavy f zabezpečuje předpjatá pružina 12, umístěná mezi opěrkou axiálního ložiska 10 a opěrným talířem 13, fixovaným na dříku 9 rotačního kuželového segmentu 8 dvoudílnou kuželovou vložkou 1_L Funkci těsnění spalovací komory plní těsnění 15 dříku 9 v horní části rotačního kuželového seg40 mentu 8 a v pozici otvoru sacího kanálu 6, výfukového kanálu 7 a iniciačního prvku 18 těsnicí kroužky 16, tlačené k vnějšímu plášti rotačního kuželového segmentu 8 dotlačovací pružinou 17Impuls vznětu zajišťuje iniciační prvek 18, reprezentovaný zapalovací svíčkou, který v horní úvrati pistu 3 v taktu komprese zapálí stlačenou směs paliva ve vymezeném prostoru nitra rotačního kuželového segmentu 8 a kuželového nástavce 20 pístu 3. Pro rychlejší hoření směsi v době

-15 taktu expanze je v kuželovém nástavci 20 pístu 3 proveden prúšlehový kanál 21 plamenu. Součástí takto zhotoveného rozvodového mechanismu je ještě krokovaeí mechanismus ý9, který zajišťuje přesun segmentového otvoru 23 rotačního kuželového segmentu 8 do příslušné pozice pracovního taktu spalovacího motoru, a generátor impulsní sily P_b jež v okamžiku změny pracovního taktu spalovacího motoru působí na dřík 9 rotačního kuželového segmentu 8 a tím vys(i tváří mezi lůžkem 22 hlavy 1 a rotačním kuželovými segmentem 8 mezeru, rovnající se míře vertikálního zdvihu u rotačního kuželového segmentu 8. Vnější části rozvodového mechanismu jsou z důvodu účinného mazaní zakryly schematicky vyznačeným krytem 14.

⁷ , -i52 Cl

Claims

1. Čtyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu s jedním segmentovým otvorem v kuželové části segmentu, otočně přesouvaným v kroku přesně 120° směrem od sacího k výfukovému kanálu tak, aby segmentový otvor rotačního' kuželového segs mentu v jednotlivých pracovních taktech překryl otvor právě jen probíhajícího taktu, vyznačující sc tím, že do tvarově identického lůžka (22) ve spodní části hlavy (1) je vsazen rotační kuželový segment (8) s dříkem (9) vyvedeným kalibrovaným otvorem (24) pro dřík (9) na vnější stranu hlavy (1) tak, že mezi opěrku axiálního ložiska (10) a v horní části dříku (9) dvoudílnou kuželovou vložkou (11) fixovaný opěrný talíř (13) je vsazena předpjatá pružina (12), jíž je ío zajišťováno těsné dosednutí rotačního kuželového segmentu (8) do lůžka (22) ve spodní části hlavy (1) a tím vzájemně mezi sebou oddělován otvor sacího kanálu (6), otvor výfukového kanálu (7) a otvor iniciačního prvku (18). přičemž pro zvýšení těsnicího účinku jsou v místech těchto otvorů (6. 7. 18) zhotoveny drážky pro uložení těsnicích kroužků (16), dotlačovaných k vnějšímu povrchu kuželové části rotačního kuželového segmentu (8) dotlačovaeí pružinou (17),

15 zatím co funkce těsnění v axiálním směru dříku (9) je plněna těsněním (15) dříku (9), funkce nastavení optimálního kompresního poměřuje plněna tvarem kuželového nástavce (20) pístu (3) s průšlehovým kanálem (21), funkce přesunu segmentového otvoru (23) rotačního kuželového segmentu (8) do příslušné pozice pracovního taktu spalovacího motoru je v daném případě zajišťována krokovacím mechanismem (19) a požadovaná mezera rotačního kuželového segmentu (8) ío v lůžku (22) spodní části hlavy (1) v rozsahu míry zdvihu (a) rotačního kuželového segmentu (8) v okamžiku otočení segmentového otvoru (23) do následující pracovní polohy je vytvářena působením impulsní síly (Fj) v závislosti na otáčkách klikového hřídele.

2. Čtyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi lůžkem (22) a rotačním kuželovým segmentem (8) je v

25 místě průchodu dříku (9) otvorem (24) pro dřík (9) vytvořeno těsněni (15) dříku (9).

3. Čtyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu podle libovolného nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že těsnění (15) dříku (9) sestává z alespoň jednoho kruhového výstupku, vytvořeného na vrchní částí rotačního kuželového segmentu (8), zapadajícího do alespoň jedné kruhové drážky, vytvořené v lůžku (22).

30

4. Čtyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu podle libovolného nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že mezi rotačním kuželovým segmentem (8) a lůžkem (22) je na podstavě mezi jejich styčnými plochami vytvořeno obvodové těsnění (25).

5. Čtyřtaktní spalovací motor s rotačním segmentem v rozvodovém mechanismu podle libo35 volného nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že na vrchní části pístu (3) je vytvořen nástavec (20), svým tvarem částečně kopírující tvar spodního profilu rotačního kuželového segmentu (8).