CZ364796A3 - - Spalovací rotační motor s excentricky uloženým pístem - Google Patents

Abstract

Rotační spalovací motor má píst /3/ umístěn 1 na-hřídelí 75/ -exentricky ve válcovém otvoru průměru libovolněkrát větším než je průměr pístu /3/. Válcová plocha pístu. /3/ se plochy válce dotýká jedinou površkou a osa pístu /3/ i osa válcového otvoru jsou rovnoběžné a vzdálené od sebe o velikost exentricíty pístu. Jednotlivé prostory /18/, /14/, /15/, /23/ a /35/ jsou odděleny klapkami /4/, a společnou površkou pístu a válce /1, 2/ spolu s těsnícími lištami/9/. Spalovací směsJe nasá-. vána pístem /3/ do sacího prostoru /18/ motoru, či dodávána jakýmkoliv externím zařízením /29/ přímo do spalovacího prostoru /15/ válce /2/, kde se zažehne, expanduje a tlakovou silou působí na klapku /4/, následně také na píst /3/ resp. věnec /8/ a tak uvádí do rotace píst, který se působením spalin otáčí na hřídeli /30/.Uspořádání motoru může být bud jednoválcové, dvojválcové nebo ' dvojválcové s externím zařízením.

Description

SPALOVACÍROTAČNÍ MOTOR S EXCENTRICKY ULOŽENÝM PÍSTEM

Oblast techniky:

Vynález se týká rotačního spalovacího dvoutaktního motoru s excentricky uloženým kruhovým pístem, uspořádaného jedno resp. dvojválcově na jednom hřídeli.

Dosavadní stav techniky:

Doposud se rotační motory používají jen ve velmi omezené míře. Je to důsledek jejich nevýhodnosti co do obtížného utěsnění jednotlivých prostor motoru a mnohdy i složitostí mechanizmu motoru. Ode všech motorů se očekávají pokud možno nejlepší parametry. Jsou to minimální mechanické, tepelné, třecí ztráty a maximální využití dodané energie při její transformaci a tedy maximální využití energie spálené směsi. I když u většiny motorů s rotačními, a s posuvnými písty toho zdaleka není dosaženo. Výše zmíněný problém utěsnění jednotlivých částí motoru se týká hlavně neplynulých přechodů, zlomů a hran součástí vzájemně se pohybujících.

Podstata vynálezu:

Předmětem tohoto vynálezu je motor s rotačním excentricky uloženým pístem. Jedná se zde o tři varianty uspořádání tohoto motoru, které jsou popsané dále. Motor má jednoduchou konstrukci, skládající se z jednoho pracovního válce 1 obr.2a,b a obr.3, nebo jednoho přípravného válce 1 a jednoho pracovního válce 2 obr.1, uložených vedle sebe na jednom hřídeli 30. Funkčními částmi v motoru jsou píst 3 a klapka 4 nebo píst 4, věnec 8 pístu a klapka 4.

Přípravný válec 1 je možné nahradit jiným externím zařízením 29 obr.3, funkčně závislém či nezávislém na činnosti válce pracovního 2 .

Motor uspořádaný dvojválcově obr.1 nebo jednoválcově s externím zařízením obr.3 umožňuje využít energii spalin v pracovním válci 2 minimálně během 5/6 otáčky pístu, kde první +.

válec 1 nebo externí zařízení 29 zajišťuje cyklus sání, komprese a přepouštění do válce 2 pomocí ventilu 12,

V jednoválcovém uspořádání obr.2a,b je energie spalin využita minimálně z 1/2 oběhu pístu a konstrukce se stává složitější kvůli většímu počtu členů ve válci.

Motor je může pracovat jako zážehový i jako vznětový motor.

Ί ί)·»* |lt' '

Výhody:

Velkou výhodou je široké pole působnosti týkající se možnosti změn v konstrukci motoru, snadném přehledu jednotlivých kinematických členů .úspora hmotnosti na jednotku výkonu a výše zmíněné využití spalin z 5/6 otáček pístu.

Nevýhody:

Problémem motoru je utěsnění štěrbin nebo-li přechodů mezi kmitající klapkou 4 a válcem 1 a 2 resp. věncem válce 8, a na hranách.mezi válcem 1 a 2 a pístem 3. Dále také těsnění mezi kmitající klapkou a pístem.

Popis částí motoru:

Klapka 4 je otočně upevněná v záhlubních 14,15 a 24 válce 1 a 2 Čepem 6 upevněným ve víku válce 20, 21 a 22. S pístem 3 resp. věncem 8 je klapka spojená trvale pomocí otočného čepu 7, obr.6b,c, nebo dotekem obr.6a,d pomocí pružiny 32 obr.6e.

Možné změny v konstrukci klapky jsou možné zejména ve volbě průřezu, tvaru klapky nebo-li v libovolné změně zakřivení jejího tvaru od přímé, až po zakřivení libovolným rádiusem, či křivkou.

To umožní zminimalizovat i změnou umístění klapky nežádoucí velké zrychlení klapky při jejím míjení pístem. Změnou umístění klapky se rozumí umístění jejího středu otáčení 6 dále/blíže od/ke středu válce 1 a 2.

Otočný čep 7 je ke klapce 4 napevno připevněn přes podložku 27. Je otočně uložen ve věnci 8 pístu 3.

Píst 3 rotuje uvnitř válcového otvoru v tělese válce 1 a 2, a je upevněn excentricky rotačně na hřídeli 30. Varianty konfigurace pístu 3 a klapky 4 jsou na obr.6. A to buď s věncem pístu odvalujícím se po obvodu válce a v němž se píst otáčí, nebo píst homogenní dotýkající se válce jen vhodně upravenou radiální těsnící lištou 31 obr.6d. V pístu je vytvořen otvor 19 vyvažující jej staticky i dynamicky vzhledem k ose rotace 5 pístu 3.

Válec 1 a 2 je tvořen kruhovým otvorem v homogenním tělese, kde osa válce je totožná s osou rotace pístu. Dále je tvořen jednou, dvěma či třemi místními záhlubněmi 14 a 15 a 24 pro klapky 4 a dvěma rovnými stěnami s otvory pro hřídel 30, tvořenými dvěmi deskami 20, 21 a 22 kolmými k ose rotace 5 pístu 3. Prostor mezi tělesem válce 1 nebo 2 a pístem 3 je přerušen jednou klapkou 4 při dvojválcovém uspořádání obr.1, a také při jednoválcovém uspořádání s externím zařízením 29 obr.3. Při jednoválcovém uspořádání obr.2a,bje prostor přerušen dvěma nebo třemi klapkami 4. Do válců 1 a 2 je veden kanál sací 17, přepouštěci 11a výfukový 16 v závislosti na uspořádání motoru. V

• •sy.

záhlubní 15 obr.1 spalovacího prostoru omezené válcem 2, klapkou 4 a pístem 3 resp. věncem 8 pístu, je v ústí přívodního kanálu 11 svíčka 13 nebo vstřikovací zařízení. Podél pracovní dráhy 26, pístu ve válci 1 a 2, jsou pravidelně rozmístěny radiální těsnící lišty 9.

Těsnění mezi klapkou 4 a kolmou stěnou desky 20, 21 a 22 válců 1 a 2 je zajištěno axiálními těsnícími lištami resp. deskami 10, které mohou mít s ohledem na odvod tepla do stěn válce 20, 21 a 22 různě zvolený tvar boků obr.5a,b. Těsnění mezi rotujícím pístem 3 a stěnami 20,21 a 22 válce 1 a 2 je zajištěno axiálními těsnícími kroužky 28 obr.l. Těsnění mezi kmitajícím koncem klapky 4 a pístem 3 je řešeno pevným spojením klapky a pístu. To znamená spojení volné dotekem obrS.a.d, nebo pomocí otočného čepu 7 umístěného ve věnci 8 pístu, a napevno spojeného s klapkou 4 obr 6.b,c. Věnec 8 pístu se smýká po stěně 21 a 22 a povrchu 25 válce 1 a 2.

Prostor sací 18 a kompresní 14, dále prostor spalovací 15 a výtlačný 23 jsou těsněny a odděleny několika radiálními těsnícími lištami 9 umístěnými podél celé stěny oběhu 25 pístu 3.

Přívodní přepouštěcí kanál 11 přivádí stlačenou směs z přípravného válce 1, nebo ze zařízení 29 obr.3. Přívodní kanál 11 může vést přímo tělesem válce 1 a 2 motoru a z venku je zakryt pouze prostoru ventilu 12 obr.7b, nebo vně tělesa obr.7a. Koncová část kanálu 11 ústící do spalovacího prostoru 15 je uzavřena ventilem 12, který se otevírá před horní úvratí konce klapky. Stlačená směs tak vyplní prostor omezený jen klapkou 4 a válcem 2.

Výfukový kanál 16 sloužící k vypuštění spálené směsi je umístěn tak, aby spaliny mohly odcházet již v době, kdy se průběh velikosti kroutícího momentu začíná blížit nule resp. nulové poloze. Je třeba zajistit, aby moment klesající k nule nepřešel v zápornou hodnotu.

Je-li varianta obr.6e spojení klapky 4 s pístem 3 pružinou 32 použita, pak za nulovou polohou pístu, by záporným momentem měla působit na píst pouze klapka 4 tlačená touto pružinou 32.

Přípravou směsi rozumím smísení paliva s okysličovadlem a komprese na požadovaný kompresní tlak.

Nulová poloha je taková poloha pístu 3, kdy kroutící moment otáčející pístem je roven nule. Moment je složen ze dvou složek. První jeho složka vzniká působením tlaku spalin na klapku a z klapky na píst, a druhá složka momentu vzniká od obtížení, působícího přímo na píst. Obě složky momentu se vztahují ke středu otáčení pístu. Po překročení této nulové polohy by spaliny působily již proti otáčení pístu až do nové horní úvratě pístu. Nulové polohy dosáhne píst po minimálně 1/2 své otáčky v jednoválcovém uspořádání obr.2,3 a 5/6 své otáčky v dvojválcovém uspořádání obr.1 a jednoválcovém uspořádání s externím zařízením obr.3, kde otáčka se počítá od horní úvratě klapky 4, umístěné v spalovacím prostoru 15.

•- '>*»

A

Provedeni motoru

Jednoválcové uspořádání motoru, obr.2a,b:

Jednoválcové uspořádání motoru obr.2 je takové, kdy sání, komprese, zažehnutí, expanze a výfuk směsí jsou zajištěny a probíhají v jednom válci během jedné otáčky pístu. Takový motor je tvořen válcem 2 se třemi záhlubněmi 14,15,24 pro tň klapky 4a,b,c při spojení klapky a pístu dotekem, nebo se dvěmi záhlubněmi 15,24 pro dvě klapky při spojeni klapky a pístu pomocí otočného čepu 7, dále pístem 3 případně s věncem 8, ventilem 12 a hřídelí 30, Využití směsi je v tomto případě z 1/2 otáčky.

Pracovní cyklus začíná nasáním směsi z kanálu 17 do prostoru 18 ohraničeného dvěma klapkami 4a, 4b obr.2a, nebo 4a,4d obr.2b, pístem 3 věncem pístu 8 a tělesem válce 2.

Poté je směs rotací pístu stlačena do prostoru 14 a do přepouštěcího kanálu 11. Zároveň” s kompresí se nasává nová směs do prostoru 18. Uvolněním ventilu 12 je stlačená směs přepuštěna před horní úvratí klapky 4c z přepouštěcího kanálu 11 do spalovacího prostoru 15 a následně po uzavření ventilu 12 zažehnuta svíčkou 13. Expandující spaliny působí na klapku 4c obr.2a nebo 4d obr.2b a následně na příslušnou část pístu, která se stále zvětšuje. Po pootočení pístu o cca 1/2 otáčky či více jsou spaliny odvedeny výfukovým kanálem 16 z motoru. Během první poloviny otáčky pístu po zažehnutí směsi, se opět nasává směs do prostoru 18.

Klapky 4a, 4b, 4c oddělují sací prostor od spalovacího prostoru na obr.2a. Klapky 4b, 4c však mohou být nahrazeny klapkou jedinou 4d, obr.2b, použije-li se otočného čepu 7 obr.2b ke spojení klapky a věnce 8 pístu-3.

Umístění klapky 4a obr,2a,b resp. volba velikosti, nebo-li poměru sacího a pracovního prostoru ve válci, je závislá pouze na volbě optimálního kompresního poměru a odpovídající požadovanému využití expandujících spalin.

Jednoválcové uspořádání motoru s externím zařízením. obr,3:

Jednoválcové uspořádání motoru s externím zařízením 29 zajišťujícím přípravu směsi, je provedením obdobné dvojválcovému uspořádání obr.1, ale s rozdílem, že příprava směsi není zajištěna v přípravném válci 1, ale v jakémkoliv externím zařízení 29 jako je dmychadlo, kompresor, tlaková nádoba atd., které je, či není funkčně závislé na činnosti motoru.

Uvažujme, že v přívodním kanálu 11 před ventilem 12 je stálý kompresní tlak směsi připravené externím zařízením 29. Toto externí zařízení připraví směs a tak plně nahradí přípravný válec 1 z dvojválcového uspořádání obr.1. V době kdy se klapka 4 blíží k horní úvrati, čili kmitající konec. ...

klapky se vzdaluje od středu otáčení 5 pístu 3 a míjí okraj válcové plochy 25, se otevře ventil 12 a •w:*»—v —

předem stlačená směs vnikne do prostoru 15 omezeného klapkou 4 a tělesem válce 2. Těsně před tím, než klapka 4 dosáhne homí úvratě, čili kmitající konec klapky bude nejdále od středu otáčení pístu, ventil uzavře přívodní kanál. Svíčka 13 právě přivedenou směs zažehne. Expandující spaliny působí na klapku 4 a ta působí buď přímo dotekem, nebo přes otočný čep 7 ve věnci 8 ha píst 3. Věnec pístu 8 se začne odvalovat či spíše smýkat po obvodu 25 válce 2 a tak otáčí excentrický píst přes pero 33 spolu s hřídelí 30. Spaliny působí obtížením tlaku nejen na klapku. Postupně začnou působit i na část pístu a toto obtížení pístu tlakem spalin se zvětšuje stále až do pootočení do nulové polohy obr.3.

Dvoíválcové uspořádání motoru, obr.2:

Dvojválcové uspořádání motoru obr.1 je takové, kde sání, komprese a přepouštění směsi je zajištěno v prvním přípravném válci 1. Zažehnutí, expanze a výfuk probíhá v druhém pracovním válci 2. Celý motor je tvořen dvěma válci 1 a 2, uloženými vedle sebe na jednom hřídeli 30. V každém válci je jedna klapka 4, jeden píst 3 a ve válci 2 je ventil 12.

Pracovní válec 1 se od přípravného válce 2 konstrukčně liší orientací klapek 4 a konstrukcí v ' části přepouštěcího kanálu 11.

Konstrukční rozdíl mezi válci 1 a 2 je v opačné orientaci uložení klapek 4 válců 1 a 2 obr.1. U ·*,· přípravného válce 1 je klapka 4 uložena proti smyslu rotace pístu a u pracovního válce 2 po směru rotace pístu. Při spojení klapky s pístem pomocí otočného čepu 7, lze eventuelně pro jednoduchost spojit dva naprosto shodné válce s přizpůsobeným přepouštěcím kanálem a otvorem pro svíčku.

Na začátku cyklu, začne píst v přípravném válci 1 nasávat směs ze sacího kanálu 17 do prostoru 18. Během začínajícího sání se stlačuje směs nasátá v předchozí otáčce pístu, Směs’se stlačuje do prostoru 14, a do přepouštěcího kanálu 11. Ke konci komprese směsi v přípravném válci, před horní úvratí kmitajícího konce klapky 4 ve válci 2 se otevře ventil 12 v pracovním válci 2 a směs stlačená v přepouštěcím kanálu 11 a prostoru 14 vnikne do spalovacího prostoru 15 omezeného klapkou 4, tělesem válce 2 a ventilem 12. Poté ventil uzavře přepouštěcí kanál 11a svíčka 13 zažehne směs. Píst 3 v přípravném válci 1 začíná během expanze spalin v pracovním válci 2 nasávat další spalovací směs do prostoru 18, Expanze a sání probíhají současně až do doby, dosažení nulové polohy pístu v pracovním válci 2 po 5/6 otáčky. Během expanze spalin ve válci 2 jsou tedy zároveň' vytlačovány spaliny z válce 2 z předchozího cyklu a nasávána směs do prostoru 18 ve válci 1.

obr 1..................schematická sestava dvojválcového uspořádání motoru obr 2a,b.............schematická sestava jednoválcového uspořádání motoru obr 3.................. schematická sestava uspořádání motoru s externím zařízením obr 4..................typy a tvary klapek obr 5. a,b ...........druhy těsnících desek u klapek obr 6a,b,c,d,e.....druhy spojení pístu a klapky obr 7a,b.............typy vedení přepouštěcího kanálu

Přehled obrázků na výkresech

Průmyslová využitelnost

Spalovací motory.

Claims (9)

Patentové nároky

1. Rotační spalovací motor s excentricky umístěným pístem (3) vyznačující se ohraničením jednotlivých procesů zpracování směsi, jako jsou sání, stlačení, zažehnutí, expanze, výfuk, pístem (3, resp. věncem (8), klapkou (4), válcem (1), (2), stěnami (20), (21) a (22) válce (1), (2, a ventilem (12) s tím, že píst (3) je na hřídeli (5) umístěn excentricky ve válcovém otvoru průměru libovolněkrát většího než je průměr pístu (3), s tím, že válcová plocha pístu (3) se plochy válce dotýká jedinou površkou a osa pístu (3) i osa válcového otvoru jsou rovnoběžné a vzdálené od sebe o velikost excentricity pístu a jednotlivé prostory (18), (14), (15), (23) a (35) jsou odděleny klapkami (4), a společnou površkou pistu a válce (1), (2) spolu s těsnícími lištami (9), přičemž spalovací směs je nasávána pístem (3) do sacího prostoru (18) motoru, či dodávána jakýmkoliv externím zařízením (29) přímo do spalovacího prostoru (15) válce (2), kde se zažehne, expanduje a tlakovou silou působí na klapku (4), následně také na píst (3) resp. věnec (8) a tak uvádí do rotace píst, který se působením spalin otáčí na hřídeli (30), kde uspořádání motoru může být jednoválcové bod 5, dvojválcové bod 6 a dvojválcové s externím zařízením bod 7.

2. Jednoválcové uspořádání motoru podle bodu 1, které se vyznačuje jedním válcem (2), dvěma, třemi a více klapkami (4) podle bodu 3 a 4 a tím, že sání, stlačení, zažehnuti, expanze a výfuk proběhne v jednom válci (2) během jedné otáčky pístu (3), kde směs se nasává do prostoru (18), rotací pístu (3) se stlačí do prostoru (14), odkud se přepustí kanálem (11) do spalovacího prostoru (15) před horní úvratí pístu ventilem (12), svíčkou (13) se směs. zažehne, následně expanduje v prostoru (23) a tlak spalin otáčí pístem (3).

3. Dvojválcové uspořádání motoru podle bodu 1, které se vyznačuje dvěma válci (1) a (2), kde v prvním přípravném válci (1) se směs nasává a stlačuje, a v druhém pracovním válci (2) směs přepuštěná kanálem (11) z válce (1) ventilem (12) a zažehnutá svíčkou (13) expanduje, otáčí píst (3, ve válci (2) a odtud odchází kanálem (16).

4. Jednoválcové uspořádání motoru s externím zařízením podle bodu 3, přičemž první přípravný válec je zde nahrazen externím zařízením, které nahradí jeho funkci sání a komprese směsi.

5. Jakékoliv uspořádání kinematiky motoru co do počtu a rozmístění klapek (4), kanálů sacích (17), prepouštěcích (11) a výtokových (16), záhlubní kompresních (14), výtlačných (24) a prostor sacích (18), kompresních (35), spalovacích (15) a expanzních (23), dále ventilů (12) a svíček (13), podél obvodu (25) válce (1) a (2) potřebných k zajištění funkce motoru podle bodu 1, 2, 3 a 4.

ΰ

6. Klapka (4) libovolného tvaru, průřezu, umístění a jejího spojení s pístem (3) resp. věncem pístu (8) rotačně umístěná na čepu (6) v záhlubních (14) a (15) u dvojválcového uspořádání motoru podle bodu 3, v záhlubních (14) a (15) a (24) u jednoválcového uspořádání motoru podle bod 2 a v záhlubni (15) u jednoválcového uspořádání motoru s externím zařízením podle bodu 4.

7. Jakékoliv společné kinematické uspořádání válce (1) a (2), pístu (3), věnce (8) a klapky (4) do jednoho ceíku, vyznačujícího se tím, že klapka (4) rotačně umístěna ná čepu (6) je trvale spojena kinematickou vazbou obecnou, posuvnou či rotační přímo s pístem (3) otáčejícím se na hřídeli (30), nebo pomocí věnce (8) s tím, že věnec (8) otáčející se na pístu (3), není nutnou podmínkou pro činnost motoru v závislosti na volbě spojení klapky s pístem a zajištění 1-ho stupně volnosti mechanizmu.

8. Spojení klapky (4) s pístem (3) je provedené Obecnou vazbou dotekem klapky s pístem, kde klapka je na píst tlačena pružinou (32), nebo je klapka připevněna k věnci (8) pomocí čepu (7), přičemž věnec (8) rotuje na/kolem pístu (3).

9. Libovolný počet, tvar a průřez těsnících desek (10) klapky (4), radiálních těsnících lišt (9), těsnících lišt (28) a radiální těsnící lišty (31) sloužících ke vzájemnému utěsnění prostor sacích (18), kompresních (35), spalovacích (15) expanzních (23) a výměně tepla s okolím.