CZ297692B6 - Rotorový motor - Google Patents

Abstract

Rotorový motor, zejména spalovací, sestává z pláste (1), tvoreného dutým válcem (101), který je opatren záverným víkem (102) a nosným víkem (103), uzavírajícími jeho vnitrní pracovní prostor (2), v nemz je ulozen dutý píst (5) a hnací hrídel (4), která je vyvedena vne pláste (1). Podstatou vynálezuje, ze hnací hrídel (4) je otocne uchycena a zatesnena v nosném víku (103) a je zavedena dovnitr pístu (5), v jehoz dutine jsou protilehle vytvoreny celní sinusoidové kotoucové vacky (54, 55) a je zde ulozen planetový prevod (3), který je mechanickysprazen jednak s hnací hrídelí (4) a jednak s rolnami (65, 66), které jsou v záberu s kotoucovými vackami (54, 55), kde kotoucové vacky (54, 55) jsouprotilehle upevneny v obvodových cástech vnitrní steny deskového cela (51) a dna (52) pístu (5) a jejich zvlnené vodicí dráhy (541, 551) jsou vytvoreny zrcadlove ve tvaru soubezných sinusoid.

Description

Rotorový motor

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti spalovacích motorů a řeší konstrukci rotorového motoru s rotačním a axiálním pohybem pístu ve válci.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou při realizaci přenosu suvného pohybu pístů na rotační pohyb hřídele používány motory nebo čerpadla s přenášením vratného pohybu pístů na šikmou desku, která je s hnací hřídelí motoru spojena kluznými elementy pístních tyčí, jako jsou například čepy, kolíky, odvalovací kluzáky a jiné. Také jsou známy motory opatřené klikovým mechanismem, které vyžadují poměrně velký zastavovací prostor a jsou výrobně velmi náročné a drahé. Vzhledem ke skutečnosti, že je nutné vyvažovat přímovratný pohyb pohybem rotačním, není možné dosahovat úplné vyváženosti hnacích elementů s přímovratným nebo kombinovaným pohybem, což je velkou nevýhodou při zvyšování rychloběžnosti těchto motorů a dosahování příznivějších výkonových parametrů.

Je známo řešení spalovacího motoru dle CS PAT 144485, který se zabývá konstrukcí čtyřtaktního výbušného motoru s rotujícími písty ve válcích. Podstata řešení spočívá v tom, že pákové ohnuté pístové ojnice zabírají na volných koncích s klouby, které jsou umístěny na obvodě šikmo uložených ozubených kotoučů, pohánějících ozubená kuželová tělesa, která jsou uložena na společné poháněči hřídeli motoru. Nevýhodou tohoto řešení je ovšem velmi složité zachycení sil působících navzájem. Zároveň vzájemné polohy dílů, zajišťující přenos síly z rotujícího pístu na ozubená kola, jsou z hlediska mechaniky nevhodné a navíc tímto řešením vzniká velká možnost tvoření nežádoucího nevyváženého rotačního pohybu ve funkci pákové ohnuté pístové ojnice.

Další ze známých řešení představuje zařízení dle CS PAT 150144, týkající se přeměny přímovratného pohybu na pohyb rotační nebo naopak. Zařízení je opatřené pístem a hnací hřídelí kde je pracovní válec uzavřen z jedné strany pevným rámem, který je pomocí opěrných kladek doléhajících na vačkovou dráhu uložen na dně pracovního pístu, přičemž v pevném rámuje pomocí ložisek uložen hlavní hřídel. Toto řešení je málo účinné neboť opěrné kladky slouží pouze k odvalování vačky a vůbec se nepodílí na vytváření točivého momentu. Dále u tohoto řešení je k přenosu suvného pohybu pístu na hřídel použit drážkový hřídel s kluzným třením, kde vratný pohyb pístu je řešen pružinou, která zbytečně snižuje účinnost.

Mezi další známé řešení patří axiální pístový spalovací motor dle CS zveřejněné PV 1990-4812 s vratným pohybem pístů ve válcích, jehož podstata spočívá v tom, že tvarový řídicí kotouč je pístními tyčemi vysouván z vrcholu stoupání zakřiveného povrchu kotouče s tím, že síla působící v posuvném uložení pístní tyče ve spojovací desce je stejná a nijak aktivně se nepodílí na vytváření točivého momentu, čímž se ztrácí značná část vložené energie, i přes jednoduchou konstrukci je výroba a praktické využití řešení velmi komplikované a zranitelné.

Konečně jsou známa řešení spalovacích motorů dle spisů DE 2446609 a SU 1613653, u jejichž konstrukčních provedení jsou písty radiálně ustaveny, pohybují se pouze axiálně a roztáčí hřídel v kombinaci působení rolny a kruhové vačky. U spisu JP 59137567 pak píst rotuje i vykazuje axiální pohyb, ale používá nesymetrickou kruhovou vačku a nesymetricky pevně uloženou rolnu, přičemž rotace pístu se z jeho suvného pohybu přenáší drážkovaným hřídelem. Společnou nevýhodou těchto řešení je, že u nich může docházet ke svírání dílů vytvářejících točivý pohyb, což snižuje plynulost běhu, a tím i výkonnost motoru, když v extrémních podmínkách může dojít k jeho zadření.

-1 CZ 297692 B6

Cílem předkládaného vynálezu je odstranit výše uvedené nedostatky při zachování celkové jednoduchosti konstrukce, dokonalého skloubení funkcí všech konstrukčních uzlů a dosažení přeměny přímočarého pohybu na rotační s co nejmenším podílem negativních vlivů, které takovouto 5 přeměnu provází, zejména svírání dílů.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry řeší rotorový motor, zejména spalovací, sestávající z pláště, tvořeného dutým válcem, který je opatřen závěrným víkem a nosným víkem, uzavírajícími jeho vnitřní pracovní prostor, v němž je uložen dutý píst a hnací hřídel, která je vyvedena vně pláště, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že hnací hřídel je otočně uchycena a zatěsněna v nosném víku a je zavedena dovnitř pístu, v jehož dutině jsou protilehle vytvořeny čelní sinusoidové ko15 toučové vačky a je zde uložen planetový převod, který je mechanicky spřažen jednak s hnací hřídelí ajednak s rolnami, které jsou v záběru s kotoučovými vačkami, kde kotoučové vačky jsou protilehle upevněny v obvodových částech vnitřní stěny deskového čela a dna pístu a jejich zvlněné vodicí dráhy jsou vytvořeny zrcadlově ve tvaru souběžných sinusoid.

Dále je podstatou vynálezu, že planetový převod sestává z pevného vnějšího korunového kola a pevného vnitřního centrálního kola, které jsou spřaženy soustavou satelitních kol otočně uložených v kleci, která je upevněna na hnací hřídeli a uzpůsobená pro uložení rolen. Ozubené korunové kolo je upevněno v objímce, připevněné k pouzdru nosného víka, a ozubené centrální kolo je upevněno na dutém náboji, uchyceném na dně pístu a rozměrově uzpůsobeném pro volně otoč25 né uložení vnitřního konce hnací hřídele.

Také je podstatou vynálezu, že klec je tvořena dvěma souběžnými kotouči, které jsou demontovatelně spřaženy segmenty, kde mezi vnitřním kotoučem a vnějším kotoučem jsou uchyceny nosné hřídele ozubených satelitních kol planetového převodu. V obvodové části vnitřního kotouče 30 jsou upevněny domečky, v nichž jsou otočně uchyceny dvojice valivých rolen s osami situovanými kolmo k podélné ose hnací hřídele a s obvodovými plochami přesahujícími vnější boční obrys domečků i kotoučů, přičemž segmenty jsou vytvořeny ve tvaru protilehlých mezikruží.

Zároveň je podstatou vynálezu, že na závěrném víku jsou vytvořeny směrem vně situované spa35 lovací komory symetricky rozmístěné po jeho obvodu a na úrovni jejich vstupních hrdel jsou na vnější straně dna pístu vytvořeny lopatky vedené v radiálním směru.

Představovaným vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že rotorový motor je konstrukčně velmi jednoduchý, a tím i velmi dobře vyrobitelný, přičemž díky uspořádání jeho 40 funkčních dílů dochází při činnosti k minimální mechanické ztrátě. Uložením mechanického převodu dovnitř pístu se pak výrazně zmenšuje celkový zastavěný prostor motoru. Další výhodou vynálezu je, že realizací jednoduchého převodu suvného pohybu na pohyb rotační prostřednictvím planetového soukolí dochází k tomu, že mechanismus pohání v podstatě sám sebe. Nový mechanismus na rozdíl od známých řešení odstraňuje svírání dílů vytvářejících točivý pohyb, 45 všechny díly se svojí funkcí podílejí na vytváření točivého momentu z rotačního a suvného pohybu, a to tak, že každý jejich pohyb vede k rotaci bez rušivých jevů. Vačka se po rolnách valí a nikoliv otáčí, a tím je využíván celý průměr rolny, nikoliv její poloměr. Planetový převod umožňuje a zachycuje točivý moment dílu posunovaného se po hřídeli tím, že se jeho centrální ozubené kolo může plynule zasouvat, tedy zavalovat, mezi satelity planetového převodu, přičemž 50 zpožďování rotace klece, v níž jsou uchyceny satelity a na níž jsou usazeny rolny, umožňuje vlivem vlastností planetového převodu jinou polohu vačky a rolny vůči sobě s efektem využití převodu suvného pohybu na rotační. .Točivý moment vyvedený na výstupní hřídel, kteiý je pevně spojen s klecí se satelity a rolnami, vzniká tedy v planetovém převodu, který netrpí svíráním dílů.

-2CZ 297692 B6

Přehled obrázků na výkresech

Konkrétní provedení rotorového motoru podle vynálezu je schematicky znázorněno na připoje5 ných výkresech, kde obr. 1 je podélný osový vertikální řez motorem, obr. 2 je příčný vertikální řez motorem, obr. 3 je řez motorem v explodovaném provedení.

Příklady provedení vynálezu

Rotorový motor sestává z pláště 1, tvořeného dutým válcem 101, opatřeným závěrným víkem 15 102 a nosným víkem 103, uzavírajícími vnitřní pracovní prostor 2 motoru. Ve středové části nosného víka 103 je vytvořeno pouzdro 1031, jehož vnitřní čelo 1032 je opatřeno kruhovou objímkou 104, ve které je upevněno vnější ozubené korunové kolo 31 planetového převodu 3. V pouzdru 1031 je běžným způsobem otočně uložena a zatěsněna hnací hřídel 4, procházející do vnitřního pracovního prostoru 2, ve kterém je suvně rotačně uložen dutý píst 5, opatřený na stra20 ně přilehlé nosnému víku 103 odnímatelným deskovým čelem 51, kterým je hnací hřídel 4 protažena dovnitř pístu 5. Na závěrném víku 102 jsou pak vytvořeny směrem vně situované spalovací komory 7, které jsou symetricky rozmístěny po jeho obvodu, přičemž na úrovni jejich vstupních hrdel 71 jsou na vnější straně dna 52 pístu 5 vytvořeny lopatky 521 vedené v radiálním směru.

Na vnitřní straně dna 52 pístu 5 je ve středové části upevněn dutý náboj 53 rozměrově uzpůsobený pro volně otočné uložení vnitřního konce 41 hnací hřídele 4. Na koncové části náboje 53 je pak vytvořeno či uchyceno pevné ozubené centrální kolo 32 planetového převodu 3, jehož středovým otvorem hnací hřídel 4 rovněž prochází. V obvodových částech jak vnitřní stěny deskového čela 51, tak dna 52 pístu 5 jsou protilehle upevněny čelní sinusoidové kotoučové vačky 54, 55 30 jejichž zvlněné vodicí dráhy 541, 551 jsou vytvořeny zrcadlově ve tvaru souběžných sinusoid.

Na hnací hřídeli 4 je pak ve své středové části uchycena klec 6 tvořená dvěma souběžnými kotouči 61, 62, které jsou demontovatelně spřaženy segmenty 63 vytvořenými s výhodou ve tvaru protilehlých mezikruží, jak je znázorněno na obr. 2. Mezi vnitřním kotoučem 61 a vnějším 35 kotoučem 62 jsou uchyceny nosné hřídele 33 ozubených satelitních kol 34 planetového převodu funkčně propojujících centrální kolo 32 a korunové kolo 31. V obvodové části vnitřního kotouče 61 jsou upevněny domečky 64, v nichž jsou otočně uchyceny dvojice valivých rolen 65, 66 s osami situovanými kolmo k podélné ose hnací hřídele 4 a s obvodovými plochami přesahujícími vnější boční obrys domečků 64 i kotoučů 61, 62.

Rotorový motor je pak dále opatřen neznázoměným sacím potrubím, výfukovým potrubím a přepouštěcími kanálky, propojujícími komory vnitřního pracovního prostoru 2 před a za pístem 5. Rovněž tak je rotorový motor vybaven nezbytným příslušenstvím, jako jsou rozvody, setrvačník, systémy vstřikování paliva a zapalování, elektronické řídicí prvky, těsnicí kroužky a prvky těsně45 ní a další, které nemají vliv na předmět řešení, a proto nejsou popisovány a zobrazovány na připojených schématických výkresech.

Při montáži rotorového motoru se nejprve nasadí deskové čelo 51 pístu 5 s uchycenou přední kotoučovou vačkou 54, na vnější část pouzdra 1031. K vnitřnímu čelu 1032 se posléze připevní 50 kruhová objímka 104 pomocí neznázoměných šroubů. Hnací hřídel 4 je opatřen klecí 6, která sestává ze segmentů 63, dvou souběžných kotoučů 61, 62, satelitních kol 34 a domečků 64 s rolnami 65, 66 se běžným způsobem otočně uloží a zatěsní v pouzdru 1031, čímž je dosaženo spřažení satelitních kol 34 s korunovým kolem 31. Na vnitřní konec 41 hnací hřídele 4 se nasadí píst 5 se zadní kotoučovou vačkou 55 a centrálním kolem 32, čímž centrální kolo 32 zapadne mezi satelitní kola 34 a zároveň zadní kotoučová vačka 55 dosedne na valivé zadní rolny 66. deskové čelo 51 se připevní k pístu 5, a tím se uzavřou rolny 65, 66 mezi kotoučové vačky 54, 55. V konečné fázi se na píst 5 nasadí dutý válec 1 a neznázoměnými šrouby se připevní k nosnému víku 103 a závěrnému víku 102.

Při činnosti motoru dochází při pohybu pístu 5 ve vnitřním pracovním prostoru 2 k působení spalin unikajících ze spalovacích komor 7 na lopatky 521 a ke střídavému působení tlaku na jeho deskové čelo 51 nebo dno 52, což má za důsledek rotační a vratný pohyb pístu 5 ve válci 101 od jedné úvrati ke druhé.

Současně pak působením tlaku na píst 5 v horní úvrati dochází vlivem tvaru zadní kotoučové vačky 55, odvalující se na zadních rolnách 66, k otáčení pístu 5 kolem podélné osy a jeho klesání k dolní úvrati. Vlivem rotace pístu 5 dochází k rotaci pevného centrálního ozubeného kola 32, a tedy otáčení spřažených satelitních kol 34 planetového převodu 3, která se rovněž odvalují ve vnitřním ozubení korunového kola 31, a tím vytváří rotační pohyb hnací hřídele 4. Po dosažení dolní úvrati začnou zadní rolny 66 působit na zadní kotoučovou vačku 55 a píst 5 je tlačen zpět k závěrnému víku 102, zatímco přední rolny 65 odvalující se po přední vodicí dráze 541 přední kotoučové vačky 54 vymezují přesný suvný pohyb pístu 5 a působí stejně jako zadní rolny 66 a zadní kotoučová vačka 55 při působení tlaku na deskové čelo 51. Rozdílem otáček pístu 5 a hnací hřídele 4 je dosaženo rotačně suvného pohybu pístu 5.

Dále dochází v důsledku odvalování se rolen 65, 66 po zvlněných vodicích drahách 541, 551 kotoučových vaček 54,55 k tomu, že vlivem rozdílu otáček hřídele 4 a pístu 5 daného planetovým převodem 3 se kotoučové vačky 54, 55 vůči rolnám 65, 66 předbíhají, a tím se neustále mnění postavení vaček 54, 55 a rolen 65, 66. Zároveň se vlivem uvedeného rozdílu otáček kotoučové vačky 54, 55 odvalují po rolnách 65, 66 plynule, a tím píst 5 vykonává několik zdvihů během jedné otáčky hnací hřídele 4, když plynulost otáček zajišťuje neznázoměný a nepopisovaný setrvačník.

Popsané provedení není jediným možným řešením podle vynálezu, aleje možné použít i jiné provedení planetového převodu 3, kde je centrální kolo 32 pevně uchyceno a korunové kolo 31 upevněné v pístu 5 rotuje, přičemž toto korunové kolo 31 může být provedeno ve tvaru sinusoidové kotoučové vačky 54, 55. Taktéž tvar pístu 5 může být pozměněn dle potřeby a konstrukce motoru může být vícepístová s výhodou uspořádání suvných pohybů pístů 5 proti sobě a s dosažením ideálně vyváženého pohybu mechanismu.

Průmyslová využitelnost

Rotorový motor dle vynálezu je možné použít zejména jako spalovací motor ať dvoutaktní tak čtyřtaktní, případně může být princip jeho konstrukce využit při konstrukci kompresorů nebo čerpadel.

Claims (6)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Rotorový motor, zejména spalovací, sestávající z pláště (1), tvořeného dutým válcem (101), který je opatřen závěrným víkem (102) a nosným víkem (103), uzavírajícími jeho vnitřní pracovní prostor (2), v němž je uložen dutý píst (5) a hnací hřídel (4), která je vyvedena vně pláště (1), vyznačující se tím, že hnací hřídel (4) je otočně uchycena a zatěsněna v nosném víku (103) a je zavedena dovnitř pístu (5), v jehož dutině jsou protilehle vytvořeny čelní sinusoidové kotoučové vačky (54, 55) a je zde uložen planetový převod (3), který je mechanicky spřažen jednak s hnací hřídelí (4) a jednak s rolnami (65, 66), které jsou v záběru s kotoučovými vačkami (54, 55), kde kotoučové vačky (54, 55) jsou protilehle upevněny v obvodových částech vnitřní stěny deskového čela (51) a dna (52) pístu (5) a jejich zvlněné vodicí dráhy (541, 551) jsou vytvořeny zrcadlově ve tvaru souběžných sinusoid.

2. Rotorový motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že planetový převod (3) sestává z pevného vnějšího korunového kola (31) a pevného vnitřního centrálního kola (32), které jsou spřaženy soustavou satelitních kol (34) otočně uložených v kleci (6) upevněné na hnací hřídeli (4) a uzpůsobené pro uložení rolen (65, 66).

3. Rotorový motor podle nároku 2, vyznačující se tím, že ozubené korunové kolo (31) je upevněno v objímce (104), připevněné k pouzdru (1031) nosného víka (103), a ozubené centrální kolo (32) je upevněno na dutém náboji (53), uchyceném na dně (52) pístu (5) a rozměrově uzpůsobeném pro volně otočné uložení vnitřního konce (41) hnací hřídele (4).

4. Rotorový motor podle nároků laž3, vyznačující se tím, že klec (6) je tvořena dvěma souběžnými kotouči (61, 62), které jsou demontovatelně spřaženy segmenty (63), kde mezi vnitřním kotoučem (61) a vnějším kotoučem (62) jsou uchyceny nosné hřídele (33) ozubených satelitních kol (34) planetového převodu (3), přičemž v obvodové části vnitřního kotouče (61) jsou upevněny domečky (64), v nichž jsou otočně uchyceny dvojice valivých rolen (65, 66) s osami situovanými kolmo k podélné ose hnací hřídele (4) a s obvodovými plochami přesahujícími vnější boční obrys domečků (64) i kotoučů (61, 62).

5. Rotorový motor podle nároku 4, vyznačující se tím , že segmenty (63) jsou vytvořeny ve tvaru protilehlých mezikruží.

6. Rotorový motor podle nároků 1 až 5, vyznačující se t í m , že na závěrném víku (102) jsou vytvořeny minimálně dvě směrem vně situované spalovací komory (7) symetricky rozmístěné po jeho obvodu, přičemž na úrovni vstupních hrdel (71) komor (7) jsou na vnější straně dna (52) pístu (5) vytvořeny lopatky (521) vedené v radiálním směru.