CZ304326B6

CZ304326B6 - Pohonná jednotka zahrnující spalovací motor, pístové hydraulické čerpadlo a hydrogenerátor

Info

Publication number: CZ304326B6
Application number: CZ2012-891A
Authority: CZ
Inventors: Jan Novotný
Original assignee: Jan Novotný
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-03-05
Also published as: CZ2012891A3

Abstract

Pohonná jednotka (1), která zahrnuje dvoudobý spalovací motor (2), pístové hydraulické čerpadlo (3) a hydrogenerátor (4). Na pístnici (12), která propojuje píst (8) s ojnicí (11) klikové hřídele (9) je uspořádán hydraulický píst (13) pístového čerpadla (3). Čerpadlo (3) je součástí tlakového okruhu (5) s hydraulickou kapalinou (6). Okruh zahrnuje hydrogenerátor (4), tlakový zásobník (18) kapaliny (6) a zásobník (15) kapaliny (6). Výstupní krouticí moment pohonné jednotky je odebírán na hydrogenerátoru (4).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká pohonné jednotky zahrnující dvoudobý spalovací motor, pístové hydraulické čerpadlo a hydrogenerátor pro pohon hnacích agregátů.

Dosavadní stav techniky

U stávajících pohonných jednotek, opatřených spalovacím motorem s přímočaře vratným pohybem pístu, se pro přenos síly z pístu na pohonné agregáty využívá klikový hřídel. Nevýhoda takového řešení spočívá v tom, že přenos síly přes klikový hřídel probíhá s nízkou účinností, což se negativně odráží v celkové nízké účinnosti spalovacího motoru, má to za následek vysokou spotřebu pohonných hmot a s tím související vyšší množství vyprodukovaných spalin škodlivých pro životní prostředí.

U běžných spalovacích motorů je ojnice převádějící přímočarý vratný pohyb propojena najedná straně s pístem spalovacího motoru a na druhé straně s klikovou hřídelí, avšak nevýhodou takového provedení je poměrně velké vychýlení ojnice při pohybu, které se promítá do nákladnější konstrukce motoru, a vede ke ztrátám výkonu při převodu posuvného pohybu na rotační.

Alternativa k provedení výše popsaného řešení spočívá v tom, že se mezi píst spalovacího motoru a ojnici vloží spojovací táhlo a tím se vychýlení ojnice při pohybu přenese do prostoru klikové skříně. Takové řešení je popsáno například v dokumentu přihlášky vynálezu CZ 2012-295. Řešení přináší rozměrové výhody, problém účinnosti ale neřeší.

Další možností, jak lze řešit přenášení síly z pístu spalovacího motoru, je změna konstrukce motoru. Například jsou známy motory s rotačním pohybem pístu, mezi nejznámější patří Wankelův motor.

Wankelův motor nepoužívá k přenosu síly na pohonné agregáty klikovou hřídel, takže má při podobných rozměrech vyšší účinnost, než výše vypsaná řešení. Nevýhody Wankelova motoru spočívají v tom, že nelze u něj dosáhnout vyššího kompresního poměru, motor díky své konstrukci má enormní spotřebu oleje, který je nedostatečně spalován, což vede k vysoké ekologické zátěži ve formě karcinogenů uvolněných do ovzduší. Problematické je také těsnění pístu v přechodech mezi vrcholy epitrochoidní křivky. Jsou známa i jiná řešení rotačních motorů, vesměs trpící obdobnými nedostatky, které brání jejich většímu rozšíření v praxi.

Nakonec jsou známé pohonné jednotky zahrnující spalovací motor pohánějící pístové nebo zubové, případně lamelové hydraulické čerpadlo, které čerpá hydraulickou kapalinu v uzavřeném tlakovém okruhu do hydrogenerátoru, jehož výstupní hřídel s točivým momentem slouží pro pohon dalších mechanismů. Běžně jsou takové pohonné jednotky využívány např. u hydraulických systémů traktorů a nákladních vozidel.

Nevýhoda těchto pohonů spočívá v již zmíněné nízké účinnosti přenosu síly z posuvně pohyblivých pístů na klikový hřídel.

Úkolem vynálezu je vytvořit pohonnou jednotku s řešením přenosu síly z přímočaře vratného pohybu pístu připojeného motoru na pohyb rotační, která odstraní výše uvedené nedostatky známých řešení, zejména bude mít vyšší účinnost.

Vyšší účinnost se projeví v menší spotřebě a nižších hodnotách emisí výfukových plynů.

- 1 CZ 304326 B6

Podstata vynálezu

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením pohonné jednotky zahrnující dvoudobý spalovací motor, pístové hydraulické čerpadlo a hydrogenerátor, podle předloženého vynálezu.

Pohonná jednotka zahrnuje dvoudobý spalovací motor, pístové hydraulické čerpadlo, hydrogenerátor a tlakový okruh hydraulické kapaliny mezi čerpadlem a hydrogenerátorem. Spalovací motor obsahuje válec s přímočaře vratným pístem, klikový hřídel, klikovou skříň, ojnici spojenou s klikovým hřídelem a pístnici, která propojuje píst s ojnici. Pístnice je v motoru uložena s možností suvného, přímočarého a vratného pohybu, přičemž hydraulický píst čerpadla je spojen s pístnici, neboje uspořádán na pístnici.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že hydraulický válec čerpadla je uspořádán mezi válcem a klikovou skříní spalovacího motoru, přičemž pístnice prochází hydraulickým válcem a prochází z válce motoru až do klikové skříně. Hydraulický píst čerpadla tvoří integrální část pístnice. Síla pístu motoru je přenášena do hydraulické kapaliny v čerpadle a kliková hřídel především vymezuje horní a dolní ůvrať pístu a neslouží primárně k přenosu kroutícího momentu na poháněné zařízení.

Pístnice se pohybuje vratně a přímočaře, takže může nést hydraulický píst, který se pohybuje rovněž vratně a přímočaře v hydraulickém válci a vytlačuje hydraulickou kapalinu do tlakového okruhu v průběhu celého pohybu pístu do dolní úvratě. Při pohybu do horní úvratě naopak nasává hydraulickou kapalinu pro další cyklus.

Ve výhodném provedení pohonné jednotky podle vynálezu je hydraulický píst vytvořen jako válcové těleso, které je koaxiálně uspořádané na pístnici. Pístnice má kruhový průřez ajejí průměr „d“ je menší, než průměr „D“ hydraulického pístu. Při použití hydraulického pístu s kruhovým tvarem dochází k rovnoměrnému rozložení působícího tlaku kapaliny a kruhová pístnice čerpadlo snadněji utěsňuje.

V jiném výhodném provedení pohonné jednotky podle vynálezu je tlakový okruh hydraulické kapaliny opatřen zásobníkem kapaliny, ve kterém je uložen sací ventil, který přepouští kapalinu do hydraulického válce. Kapalina pod tlakem následně odchází přes výtlačný ventil do hydrogennerátoru, kde odevzdá svoji energii k přeměně na kroutící moment a následně je kapalina odvedena zpět do zásobníku, přičemž sací ventil, výtlačný ventil a zásobník kapaliny jsou uspořádány v části pohonné jednotky situované mezi válcem a klikovou skříní. Díky takovému uspořádání se ideálně využije prostor v oblasti hydraulického válce a hydraulického pístu, čímž se minimalizuje celková prostorová náročnost pohonné jednotky.

Také je výhodné provedení pohonné jednotky podle vynálezu, ve kterém je prostor zásobníku kapaliny uspořádaného v motoru od prostoru hydraulického válce oddělen přepážkou, která je opatřena otvorem pro sací ventil a otvorem pro výtlačný ventil. Při použití této konstrukce není potřeba propojení pomocí nespolehlivých tlakových hadic, a minimalizuje se objem hydraulické kapaliny.

V dalším výhodném provedení pohonné jednotky podle vynálezu je mezi výtlačný ventil a hydrogenerátor vřazen tlakový zásobník hydraulické kapaliny. Tlak v zásobníku lze využít při startování pohonné jednotky pro její snazší rozběhnutí, a rovněž pro stabilní chod hydrogenerátoru a plynulou změnu otáček resp. výkonu.

S výhodou je u pohonné jednotky podle vynálezu použit tlakový membránový nebo pístový zásobník.

-2 CZ 304326 B6

V neposlední řadě je výhodné, pokud pohonná jednotka podle vynálezu má mazací kapalinu pro mazání ojnice a klikové hřídele uloženou v uzavřené klikové skříni, přičemž skříň je opatřena utěsněnou průchodkou umožňující posuvný pohyb pístnice.

S výhodou je pohonná jednotka podle vynálezu opatřena dvoudobým spalovacím motorem opatřeným samostatným okruhem mazací kapaliny a pístem, kterým procházejí kanály pro přívod palivové směsi nebo vzduchu do válce. Takový typ motoru má nízké hodnoty vypuštěných karcinogenních spalin, protože nedochází ke spalování oleje pro mazání pístu a válce smíchaného v palivové směsi.

Také je výhodné provedení pohonné jednotky podle vynálezu, kde pístnice je spojena s pístem pomocí závitu. Závit umožňuje pevné a přitom rozebíratelné spojení.

Nakonec je výhodné, pokud v provedení pohonné jednotky podle vynálezu je hydraulický válec opatřen utěsněnou průchodkou pro hydraulický píst, uspořádanou mezi válcem a hydraulickým válcem. Hydraulická kapalina nekontaminuje spalovací směs ve válci, neboť je v hydraulickém válci utěsněna.

Pohonná jednotka, která zahrnuje dvoudobý spalovací motor, pístové hydraulické čerpadlo a hydrogenerátor, podle vynálezu dosahuje vyšší účinnosti pohonu připojených agregátů, než při běžně používaném připojení dvoudobých spalovacích motorů ke klikové hřídeli. Spotřebovává méně pohonných hmot a zároveň produkuje méně spalin, které jsou škodlivé životnímu prostředí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schematický řez pohonnou jednotkou s hydraulickým pístem těsněným v hydraulickém válci, obr. 2 představuje schematický řez pohonnou jednotkou s hydraulickým pístem těsněným v oblasti přechodu mezi válcem spalovacího motoru a hydraulickým válcem.

Příklady provedení vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady provedení vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu dále uvedených patentových nároků.

Pohonná jednotka 1 zahrnuje dvoudobý spalovací motor 2, pístové hydraulické čerpadlo 3 a hydrogenerátor 4.

Na obr. 1 a 2 je vyobrazen dvoudobý spalovací motor 2 se samostatným okruhem mazací kapaliny 19 pístu 8 ve válci 7. Jedná se o spalovací motor 2 s přímočaře vratným pohybem pístu 8, který je opatřen skrz něj vedoucími kanály 26 pro přívod palivové směsi nebo vzduchu 27 do válce

7. Pohonná jednotka může být opatřena i jiným známým typem spalovacího motoru.

Píst 8 je přes pístnici 12, která vykonává suvný, přímočarý, vratný pohyb, připojen k ojnici 11 klikového hřídele 9. Pístnice 12 je na jednom svém konci opatřena integrovaným hydraulickým pístem 13. Hydraulický píst 13 sestává ze dvou ěástí. Z hydraulické části pro výtlak hydraulické kapaliny 6 a z připojovací části opatřené závitem 28, která je upevněna do závitového otvoru ve středu pístu 8.

-3 CZ 304326 B6

Mazání klikové hřídele 9 a ojnice lije zajištěno mazací kapalinou 19, která je v klikové skříni 10. Kliková skříň 10 je uzavřena aje opatřena těsnicí průchodkou 25 pro pístnici 12.

Pístové hydraulické čerpadlo 3 zahrnuje výše zmíněný hydraulický píst 13, který se pohybuje v hydraulickém válci 14. Do hydraulického válce J_4 je otvorem 22 v přepážce 21 vpouštěna hydraulická kapalina 6 ze zásobníku 15, přes sací ventil 16. Při naplnění hydraulického válce 14 hydraulickou kapalinou 6 se hydraulický píst 13 začne pohybovat spolu s pístem 8 motoru 2 směrem do dolní úvratě. Hydraulický píst 13 začne tlačit na kapalinu 6 v hydraulickém válci 14. Sací ventil 16 je následně uzavřen a hydraulická kapalina 6 opouští hydraulický válec 14 výtlačným ventilem 17, který je osazen v trubce 24, do tlakového zásobníku £8. Trubka 24 prochází otvorem 23 v přepážce 21 přes zásobník J_5 do tlakového zásobníku 18.

Z tlakového zásobníku 18 nemůže kapalina 6 zpět do hydraulického válce 14, neboť se výtlačný ventil 17 uzavře a hydraulická kapalina 6 je s konstantním tlakem vedena do hydrogenerátoru 4, kde odevzdá svoji energii a hydrogenerátor 4 se roztočí. Po přeměně tlakové energie v hydrogenerátoru 4 na kroutící moment se kapalina 6 vrací zpět do zásobníku 15. Takto se cyklus opakuje při každém cyklu spalovacího motoru 2.

Hydraulický píst 13 a hydraulický válec 14 na obr. 1 jsou utěsněny od válce 7 pomocí kruhového těsnění 29, které je uloženo ve vybrání 30 na obvodu hydraulického válce 13, a kliková skříň l_0 je utěsněna těsnicí průchodkou 25 pro pístnici 12.

Na obr. 2 je hydraulický válec 14 těsněn od válce 7 těsnicí průchodkou 31 pro hydraulický píst 13 v oblasti přechodu mezi válcem 7 spalovacího motoru 2 a hydraulickým válcem j_4 a mezi klikovou skříní 10 a hydraulickým válcem 14 je rovněž uspořádána těsnicí průchodka 25 pro vratný pohyb pístnice 12.

Průmyslová využitelnost

Pohonná jednotka podle vynálezu je vhodná zejména k pohonu vozidel a dále ve všech oblastech využití, kde lze použít dvoudobé spalovací motory.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pohonná jednotka (1) zahrnující dvoudobý spalovací motor (2), pístové hydraulické čerpadlo (3), hydrogenerátor (4) a tlakový okruh (5) hydraulické kapaliny (6) mezi čerpadlem (3) a hydrogenerátorem (4), kde spalovací motor (2) obsahuje válec (7) s přímočaře vratným pístem (8), klikový hřídel (9) uložený v klikové skříni (10), který je opatřený ojnicí (11), a pístnici (12) propojující píst (8) s ojnicí (11), přičemž pístnice (12) je uložena s možností suvného, přímočarého a vratného pohybu, přičemž hydraulický píst (13) čerpadla (3) je spojen s pístnici (12), neboje uspořádán na pístnici (12), vyznačující se tím, že hydraulický válec (14) čerpadla (3) je uspořádán mezi válcem (7) a klikovou skříní (10) spalovacího motoru (2), pístnice (12) prochází hydraulickým válcem (14) z válce (7) do klikové skříně (10) a hydraulický píst (13) čerpadla (3) tvoří integrální část pístnice (12).
2. Pohonná jednotka podle nároku 1, vyznačující se tím, že hydraulický píst (13) je vytvořen jako válcové těleso koaxiálně uspořádané na pístnici (12) kruhového průřezu, přičemž průměr (D) hydraulického pístu (13) je větší, než průměr (d) pístnice (12).

-4CZ 304326 B6
3. Pohonná jednotka podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tlakový okruh (5) hydraulické kapaliny (6) je tvořen zásobníkem (15) hydraulické kapaliny (6), který je opatřený sacím ventilem (16) pro přepouštění kapaliny (6) do hydraulického válce (14), hydraulický válec (14) je propojen s hydrogenerátorem (4) přes výtlačný ventil (17) pro jednosměrný pohyb kapaliny (6) v okruhu (5) a hydrogenerátor (4) je propojen se zásobníkem (15), přičemž zásobník (15), sací ventil (16) a výtlačný ventil (17) jsou uspořádány mezi válcem (7) a klikovou skříní (10).
4. Pohonná jednotka podle nároku 3, vyznačující se tím, že prostor zásobníku (15) uspořádaného v motoru (2) je od prostoru hydraulického válce (14) oddělen přepážkou (21), která je opatřena alespoňjedním otvorem (22) pro sací ventil (16) a alespoňjedním otvorem (23) pro výtlačný ventil (17).
5. Pohonná jednotka podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že v tlakovém okruhu (5) je mezi výtlačným ventilem (17) a hydrogenerátorem (4) uspořádán tlakový zásobník (18) hydraulické kapaliny (6).
6. Pohonná jednotka podle nároku 5, vyznačující se tím, že tlakový zásobník (18) je propojen s hydraulickým válcem (14) pomocí trubky (24), kteráje osazená v otvoru (23) přepážky (21), prochází prostorem zásobníku (15) a vystupuje do tlakového zásobníku (18), přičemž uvnitř trubky (24) je osazen výtlačný ventil (17).
7. Pohonná jednotka podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že tlakový zásobník (18) je membránový nebo pístový.
8. Pohonná jednotka podle alespoň jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že mazací kapalina (19) klikové hřídele (9) a ojnice (11) je uložena v klikové skříni (10), přičemž skříň (10) je uzavřená aje opatřena utěsněnou průchodkou (25) pro pístnici (12).
9. Pohonná jednotka podle alespoň jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že dvoudobý spalovací motor (2) je opatřen se samostatným okruhem (20) mazací kapaliny (19) ajeho píst (8) je opatřen kanály (26) procházejícími pístem (8) pro přívod palivové směsi nebo vzduchu (27) do válce (7).
10. Pohonná jednotka podle alespoň jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že pístnice (12) je spojena s pístem (8) pomocí závitu (28).
11. Pohonná jednotka podle alespoň jednoho z nároků lažlO, vyznačující se tím, že hydraulický válec (14) je opatřen utěsněnou průchodkou (31) pro hydraulický píst (13), uspořádanou mezi válcem (7) a hydraulickým válcem (14).