CZ304371B6

CZ304371B6 - Těsnění rotačního pístového spalovacího motoru

Info

Publication number: CZ304371B6
Application number: CZ2012-422A
Authority: CZ
Inventors: Václav Knob
Original assignee: Knob Engines S.R.O.
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-04-02
Also published as: HUE037365T2; WO2013189471A1; JP6190453B2; IN2015MN00035A; US20150144092A1; CZ2012422A3; DK2872743T3; US9366200B2; EA201401343A1; CN104379872A; KR102008044B1; NO2872743T3; CA2875723A1; AU2013279853B2; ES2652672T3; ZA201409216B; CA2875723C; KR20150023456A; JP2015526657A; SI2872743T1

Abstract

Vynález se týká těsnění rotačního pístového spalovacího motoru sestávajícího z rotujícího bloku (11) rotačního tvaru s radiálně umístěnými válci (12) s písty (13) a vně umístěnou pevnou skříní (10) s nejméně jedním sacím otvorem (14) a/nebo výfukovým otvorem (15). Vnější povrch (16) rotujícího bloku (11) je tvořen rotační plochou s přímkovou nebo zakřivenou tvořící křivkou, na který dosedají příčná a/nebo boční těsnění, uložená v pevné skříni (10). V kruhových bočních drážkách (2) je umístěno boční těsnění skládající se z kruhových bočních těsnicích segmentů (1), nacházejících se vždy mezi sousedními příčnými těsnicími lištami (3), které jsou umístěny v příčných drážkách (4). Tyto těsnicí lišty (3) procházejí napříč bočními drážkami (2). Ve spojích bočních těsnicích segmentů (1) s příčnými těsnicími lištami (3) jsou umístěny spojky (5), opatřené zářezy (7) pro vložení bočních těsnicích segmentů (1) a příčných těsnicích lišt (3).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká provedení utěsnění spalovacího motoru, sestávajícího z rotujícího bloku rotačního tvaru s radiálně umístěnými válci s písty přičemž vně rotujícího bloku válcuje umístěna pevná skříň s minimálně jedním sacím a/nebo výfukovým otvorem. Rotující blok válců tak tvoří s pevnou skříní šoupátkový rozvod motoru.

Dosavadní stav techniky

Byla navržena řada motorů s rotujícím blokem rotačního tvaru s radiálně umístěnými válci s písty a vně umístěnou pevnou skříní se sacím a/nebo výfukový m otvorem. Rotující blok válců tak tvoří s pevnou skříní šoupátkový rozvod motoru. Jsou známé návrhy dvoudobých i čtyřdobých, dvou, tří i víceválcových řešení. Některé motory byly opatřeny klikovým mechanismem a některé byly vybaveny jinými známými mechanismy na převedení pohybu pístů na hřídel. Žádná z těchto konstrukcí nedosáhla rozšíření a použití přes to, že mají nesporný potenciál.

Důvodů proč nebyly tyto motory zatím úspěšné je celá řada. Hlavní aleje ten, že utěsnění mezi rotujícím blokem a pevnou skříní nebylo optimálně vyřešeno. Většinou byly prostory válců utěsněny vůči pevné skříni těsněními umístěnými v rotujícím bloku válců. Na ty pak působí odstředivé síly, které vznikají při rotaci bloku válců. To vede s vyššími otáčkami motoru k značnému namáhání těchto těsnění, k velkým ztrátám třením a k problémům s mazáním. Taková řešení jsou popsána například ve spisech DE 2 732 779, FR 2 767 156 Al.

Byly navrženy i konstrukce s těsněním umístěným v pevné skříni motoru. Nejjednodušší je utěsnění boční po obou stranách obvodu rotačního bloku s použitím kroužků. Další utěsnění je provedeno s příčnými těsnicími lištami umístěnými v pevné skříni napříč k pohybu obvodového povrchu rotujícího bloku. Takováto řešení jsou popsána například ve spisech FR 2 639 676 Al, US 1705 130 A, WO 9823850 Al, WO 8302642 Al, a podobně. Toto řešení má výhodu v odstranění odstředivých sil na těsnicí prvky. Z hlediska minimalizace spár ve spalovacím prostoru je třeba, aby boční těsnění bylo umístěno co nejblíže k otvorům válců. Pokud se ale boční kroužky umístí blízko otvorů válců, budou příčné lišty jen málo přesahovat přes otvory válců při přeběhu těchto otvorů přes lišty. To zvyšuje opotřebení a snižuje těsnost a životnost lišt. Vzhledem k velké celkové délce těsnění prostoru s velkým tlakem je třeba dosáhnout co možná dokonalého utěsnění. Problémem je netěsnost v místě, kde se stýkají lišty s kroužky. Profukovat plyn může jak ve vůli mezi těsnicími prvky, tak zejména ve dně jejich spojených drážek. Pokud se použije více bočních kroužků tak plyn, který překoná první kroužek, může profukovat obvodovou spárou mezi bočními kroužky.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny těsněním rotačního pístového spalovacího motoru sestávajícího z rotujícího bloku rotačního tvaru s radiálně umístěnými válci s písty a vně umístěnou pevnou skříní s nejméně jedním sacím otvorem a/nebo výfukovým otvorem, přičemž vnější povrch rotujícího blokuje tvořen rotační plochou s přímkovou nebo zakřivenou tvořící křivkou, na který dosedají příčná a/nebo boční těsnění, uložená v pevné skříni, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že v kruhových bočních drážkách je umístěno boční těsnění skládající se z kruhových bočních těsnicích segmentů, nacházejících se vždy mezi sousedními příčnými těsnicími lištami, které jsou umístěny v příčných drážkách. Tyto těsnicí lišty procházejí napříč bočními drážkami. Ve spojích bočních těsnicích segmentů s příčnými těsnicími lištami

- 1 CZ 304371 B6 jsou umístěny spojky, opatřené zářezy pro vložení bočních těsnicích segmentů a příčných těsnicích lišt.

Spojky jsou s výhodou uloženy ve vývrtech v pevné obvodové skříni. Spojky jsou v průřezu ve tvaru n-stěnu, kde n je 3 až oo, tzn., že průřez může být i ve tvaru mnohastěnu, kruhu nebo oválu a podobně. Mezi spojkami a pevnou skříní jsou umístěny pružiny. Spojky zároveň dosedají dnem zářezů na boční těsnicí segmenty a/nebo příčné těsnicí lišty, pro jejich přitlačování k vnějšímu povrchu rotujícího bloku. Boční těsnicí segmenty a/nebo příčné těsnicí lišty jsou s výhodou opatřeny dalšími pružinami, uloženými v bočních drážkách a/nebo v příčných drážkách v pevné skříni.

Boční těsnicí segmenty jsou s výhodou alespoň ve dvou řadách vedle sebe v alespoň ve dvou bočních drážkách, přičemž nejbližší řada bočních těsnicích segmentů je umístěna v těsné blízkosti otvorům válců v rotačním bloku.

Spojka je s výhodou umístěna v místě spoje alespoň jedné příčné lišty a alespoň dvou bočních těsnicích segmentů.

Příčná těsnicí lišta je s výhodou opatřena úkosem na dosedací ploše, který je orientovaný směrem od zapalovací svíčky.

Těsnění rotačního pístového spalovacího motoru umožňuje účinné utěsnění rotujícího bloku vůči pevné skříni. Umístění těsnicích prvků v pevné skříni zajišťuje přítlačnou sílu těsnicích prvků nezávislou na výši otáček motoru, a to umožňuje dosáhnout vysokých otáček a tím i vysokých měrných parametrů. Všechny příčné těsnicí lišty i boční těsnicí segmenty mají plošný styk s rotačním vnějším povrchem rotujícího bloku. To snižuje nároky na materiál těsnicích prvků i na kvalitu vnějšího povrchu rotačního bloku. Plošný styk těsnění též snižuje nároky na mazání těsnění a zvyšuje jeho účinnost i životnost. Výhodou tohoto řešení je zejména to, že příčné těsnicí lišty mohou být dlouhé a přesahují dostatečně na obě strany přes nej širší místo otvoru válce v rotačním bloku při přeběhu tohoto otvoru přes příčnou lištu. Zároveň je možno umístit boční těsnicí segmenty těsně k otvorům válců v rotačním bloku a tím minimalizovat prostor štěrbiny mezi rotačním blokem a pevnou skříní. Utěsnění prostoru s vysokým tlakem ve válci mezi rotačním blokem a pevnou skříní může být jak ve směru příčném, tak i bočním vícenásobné, a to zajistí vysokou míru utěsnění.

Důležité jsou též těsnicí spojky, které zajistí utěsnění vůlí mezi příčnými těsnicími lištami a bočními těsnicími segmenty. Pokud spojka dosedá dnem svého zářezu na příčnou těsnicí lištu nebo boční těsnicí segment, tak uzavírá tuto vůli u dna drážky a brání profukování vůlemi ve dně příčné drážky i ve dně boční drážky.

Vhodným tvarováním profilu příčné lišty lze využít tlaku ve válci ke zvýšení přítlaku k rotujícímu bloku. Při snížení tlaku ve válci nebo při přeběhu otvoru válce přes příčnou lištu pak dojde k jejímu odlehčení, což snižuje ztráty třením a opotřebení.

Spojky mohou být uloženy ve vývrtech v pevné obvodové skříni, které jsou snadno vyrobitelné v podstatě v jakékoli fázi výroby motoru. Spojky mohou mít v průřezu různé tvary, od trojúhelníku až po kruh. Pružiny mezi spojkami a pevnou skříní, zajišťují dostatečný přítlak těsnicích segmentů a/nebo příčných těsnicích lišt k vnějšímu povrchu rotujícího bloku. K přítlaku slouží i další pružiny. Úkos na příčné těsnicí liště orientovaný směrem od zapalovací svíčky, zajišťuje lepší vedení a dosednutí těsnicí lišty.

Užití tohoto těsnění u rotačního pístového spalovacího motoru umožní realizaci jednoduchého, výrobně levného motoru malých rozměrů, s malým počtem pohyblivých součástí, s vyváženým, tichým chodem a vysokými měrnými parametry.

-2CZ 304371 B6

Přehled obrázků na výkresech

Těsnění rotačního pístového spalovacího motoru podle vynálezu bude blíže objasněno na příkladných provedeních s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je axonometrický pohled na soustavu těsnění s polovinou pevné skříně motoru a rotující blok s válci a písty. Blok s válci a písty je pro lepší názornost osově vysunut z vnější pevné skříně.

Na obr. 2 je znázorněn rozvinutý pohled na vnitřní plochu pevné skříně a také řez rotačním motorem vedený rovinou procházející osou rotace.

Na obr. 3 je schematicky znázorněn řez rotačním pístovým motorem vedený kolmo k ose rotace, kde jsou zobrazeny příčné lišty s úkosy.

Příklady provedení vynálezu

Příkladné těsnění rotačního pístového spalovacího motoru dle obr. 1 je tvořeno z kruhových bočních těsnicích segmentů i, příčných těsnicích lišt 3, spojek 5, pružin 8 a dalších pružin 9. Všechny tyto prvky jsou umístěny v pevné skříni 10, ve které je umístěn rotující blok 11 s radiálně umístěnými válci 12 a písty 13. Jeho vnější povrch 16 je rotační válcová plocha. Pevná skříň 10 je opatřena sacím otvorem 14 a výfukovým otvorem 15. Boční těsnicí segmenty 1 jsou uloženy ve dvou řadách v kruhových bočních drážkách 2. Pružiny 8 a spojky 5 jsou umístěné ve vývrtech

6. Příčné těsnicí lišty 3 jsou umístěné v příčných drážkách 4 a další pružiny 9 jsou umístěny v příčných drážkách 4 a v bočních drážkách 2. Mezi svíčkou 19 a sacím otvorem 14 i výfukovým otvorem j_5 se nacházejí tři příčné lišty 3. Spojky 5 jsou opatřeny zářezy 7, do kterých zasahují boční těsnicí segmenty i a příčné těsnicí lišty 3. Spojka 5 spojuje vždy jednu příčnou lištu 3 se čtyřmi bočními těsnicími segmenty 1.

Provedení těsnění rotačního pístového spalovacího motoru dle obr. 2 vychází z provedení dle obr. 1. Rozdíl je v použití různých spojek 5. Mají navzájem odlišné tvary i provedení zářezů 7. Některé spojují jednu příčnou lištu 3 se čtyřmi bočními těsnicími segmenty i. Některé spojují jednu příčnou lištu 3 jen se dvěma bočními těsnicími segmenty i a některé spojují dvě příčné lišty 3 se čtyřmi bočními těsnicími segmenty I.

Provedení těsnění rotačního pístového spalovacího motoru dle obr. 3 vychází z provedení dle obr. 1. Příčné těsnicí lišty 3 mají úkos 17 na dosedací ploše 18, který je orientovaný směrem od zapalovací svíčky 19.

U těsnění rotačního pístového spalovacího motoru je činnost následující. Pružiny 8 přitlačují spojky 5 k vnějšímu povrchu 16 rotačního bloku 11. Spojky 5 mohou dosedat dny svých zářezů 7 na boční těsnicí segmenty i a/nebo na příčné těsnicí lišty 3. Pak je přítlačná síla pružin 8 přenesena i na boční těsnicí segmenty i a/nebo na příčné těsnicí lišty 3 a ty jsou přitlačovány k vnějšímu povrchu 16 rotačního bloku 11. Boční těsnicí segmenty i a/nebo příčné těsnicí lišty 3 mohou být také přitlačovány k vnějšímu povrchu 16 rotačního bloku Π_ dalšími pružinami 9. Otvor válce 12 při pohybu rotačního bloku 11 v pevné skříni 10 postupně přechází přes příčné těsnicí lišty 3, které ho ale dostatečně přesahují na obě strany a nehrozí tedy jejich poškození. V době zápalu je mezi otvorem válců 12 a sacím otvorem 14 a/nebo výfukovým otvorem 15 umístěno s výhodou více příčných lišt 3, které zajišťují kvalitní utěsnění prostoru válce 12. S výhodou jsou i boční těsnicí segmenty i ve více řadách vedle sebe, a to též přispívá ke kvalitnímu utěsnění. Spojky 5 mohou spojovat více bočních těsnicích segmentů 1 s jednou nebo více příčnými lištami

3. Příčné lišty 3 mohou mít úkos L7 na dosedací ploše 18, který je orientovaný směrem od zapalovacích svíček 19. Tlak ve válci 12 pak vytváří přídavnou přítlačnou sílu na příčné lišty 3 a ta dále zlepšuje jejich těsnost.

-3 CZ 304371 B6

Průmyslová využitelnost

Těsnění rotačního pístového spalovacího motoru dle vynálezu lze použít například v leteckých motorech, motocyklových motorech, závodních automobilových motorech i v dalších aplikacích rotačních pístových motorů, kde je prvořadý vysoký výkon při malé hmotnosti a rozměrech motoru. Díky své jednoduchosti a malým rozměrům můžou pístové rotační motory, opatřené těsněním dle vynálezu, najít uplatnění i jako pohon zahradní techniky, záložních generátorů apod. Pokud se podaří minimalizovat spotřebu mazacího oleje lze uvažovat i o uplatnění v automobilech. Například jako range extender pro elektromobily.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Těsnění rotačního pístového spalovacího motoru sestávajícího z rotujícího bloku (11) rotačního tvaru s radiálně umístěnými válci (12) s písty (13) a vně umístěnou pevnou skříní (10) s nejméně jedním sacím otvorem (14) a/nebo výfukovým otvorem (15), přičemž vnější povrch (16) rotujícího bloku (11) je tvořen rotační plochou s přímkovou nebo zakřivenou tvořící křivkou, na který dosedají příčná a/nebo boční těsnění, uložená v pevné skříni (10), vyznačující se tím, že v kruhových bočních drážkách (2) je umístěno boční těsnění skládající se z kruhových bočních těsnicích segmentů (1), nacházejících se vždy mezi sousedními příčnými těsnicími lištami (3), které jsou umístěny v příčných drážkách (4), a tyto těsnicí lišty (3) procházejí napříč bočními drážkami (2), přičemž ve spojích bočních těsnicích segmentů (1) s příčnými těsnicími lištami (3) jsou umístěny spojky (5), opatřené zářezy (7) pro vložení bočních těsnicích segmentů (1) a příčných těsnicích lišt (3).
2. Těsnění rotačního pístového spalovacího motoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že spojky (5) jsou uloženy ve vývrtech (6) v pevné obvodové skříni (10).
3. Těsnění podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že spojky (5) jsou v průřezu ve tvaru n-stěnu, kde n je 3 až co a mezi spojkami (5) a pevnou skříní (10) jsou umístěny pružiny (8), a spojky (5) zároveň dosedají dnem zářezů (7) na boční těsnicí segmenty (1) a/nebo příčné těsnicí lišty (3) pro jejich přitlačování k vnějšímu povrchu (16) rotujícího bloku (11).
4. Těsnění podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že boční těsnicí segmenty (1) a/nebo příčné těsnicí lišty (3) jsou opatřeny dalšími pružinami (9) uloženými v bočních drážkách (2) a/nebo v příčných drážkách (4) v pevné skříni (10).
5. Těsnění podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že boční těsnicí segmenty (1) jsou alespoň ve dvou řadách vedle sebe v alespoň ve dvou bočních drážkách (2), přičemž nejbližší řada bočních těsnicích segmentů (1) je umístěna v těsné blízkosti otvorům válců (12) v rotačním bloku (11).
6. Těsnění podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že spojka (5) je umístěna v místě spoje alespoň jedné příčné lišty (3) a alespoň dvou bočních těsnicích segmentů (1).
7. Těsnění podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že příčná těsnicí lišta (3) je opatřena úkosem (17) na dosedací ploše (18), který je orientovaný směrem od zapalovací svíčky (19).