CZ47399A3 - Pístový spalovací motor - Google Patents

Abstract

Pístový spalovací motorje tvořen nejménějednímpracovním válcem(l) opatřenýmnajednomkonci nejménějedním plnicímotvorem(13) a na druhém konci nejménějedním výfukovým otvorem (14). V pracovnímválci (1)jsou proti sobě suvně uložený levý apravý píst (2.1,2.2) spojené kyvně levou a pravou ojnicí (3.1,3.2) s levou a pravou kyvnou pákou(4,l, 4.2), kteréjsoujednak pevně uchyceny mezi šestnáctýma sedmnáctým ložiskem(5.11,5.12), upevněnými v levémrotačnímklínu (6.1) a mezi osmnáctýma devatenáctýmložiskem(5.21,5.22), upevněnými v pravém rotačnímklínu (6.2) nebojednak kyvně uchycený v levéma pravémtělese pouzder (26.1,26.2) prvního a druhého ložiska (5.1.5.2), upevněnými v levéma pravémrotačnímklínu (6.1, 6.2) na hřídeli (7), ajednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska (15.1.15.2) k tělesu skříně (8). K levé a/nebo pravé kyvné páce (4.1,4.2)je kyvně uchycena alespoňjedna tyč s kompresnímpístem(9), suvně uložená v kompresnímválci (10), kterýje opatřen sací klapkou (23) k sacímu prostoru (11) a připojen plnicím prostorem(25) k plnicímu otvoru (13) kompresního prostoru (12) pracovního válce (1), do kterého ústí zapalovací svíčka (16) nebo alespoňjedna vstřikovací tryska se žhavicí svíčkou.

Description

Pístový spalovací motor

Oblast techniky

Vynález se týká pístového spalovacího motoru, tj. zařízení na převod vnitřní energie z kapalného nebo plynného paliva pístovým mechanismem na mechanickou energii rotačního pohybu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy pístové spalovací motory na kapalné a plynné palivo typu zážehové dvoudobé, čtyřdobé a vznětové. Všechny pracují na principu převodu síly z výbuchu zplyněné směsi ve válci s ventily na píst a klikový mechanismus, tvořený ojnicí a klikovým hřídelem. Jejich nevýhodou je složitá konstrukce, velké tření mezi válcem a pístem z důvodu velké pístové rychlosti a velké složky síly kolmé na válcovou plochu pracovního válce a velké pístové rychlosti. Z toho důvodu je nutné účinné mazání klikového mechanismu a pístů ve válcích. U stávajících pístových motorů je nutnost použití ventilů v hlavě každého válce motoru s jejich složitou mechanikou, dále nemožnost jednoduché reverzace otáček. Dále pak nemožnost měnit jednoduše kompresní poměr v pracovním válci a nemožnost měnit jednoduše v závaznosti na změnu kompresního poměru druh paliva. Stávající pístové motory mají velké vibrace, jejichž eliminace vyžaduje složité mechanické konstrukce, mají velkou hlučnost. Nevýhodou je rovněž nedokonalé promísení (zplynění) kapalného paliva před zapálením a tudíž jeho nedokonalé spálení, a z toho důvodu značný obsah toxických látek ve výfukových plynech. Mají malou energetickou účinnost, tj. vzhledem k výkonu velkou spotřebu paliva.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje pístový spalovací motor podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen nejméně jedním pracovním válcem opatřeným na jednom konci nejméně jedním plnicím otvorem a na druhém konci nejméně jedním výfukovým otvorem, v pracovním válci jsou proti sobě suvně uložený levý a pravý píst spojený kyvné levou a pravou ojnicí s levou a pravou kývnou pákou, které jsou jednak pevně uchyceny mezi šestnáctým a sedmnáctým ložiskem, upevněných v levém rotačním klínu a mezi osmnáctým a devatnáctým ložiskem, upevněných v pravém rotačním klínu nebo jednak kyvné uchyceny v levém a pravém tělese pouzder prvního a druhého ložiska, upevněných v levém a pravém rotačním klínu na hřídeli, a jednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska k tělesu skří2 ·· ·· ·· ·· ·· • ···· * · · · • · * · · - e * • ·· · · · ··*··· · · * · · ··· ·· 9··· ·· ·· ně. K levé a/nebo pravé kývné páce je kyvně uchycena alespoň jedna tyč s kompresním pístem, suvně uložená v kompresním válci, který je opatřen sací klapkou k sacímu prostoru a připojen plnicím prostorem k plnicímu otvoru kompresního prostoru pracovního válce, do kterého ústí zapalovací svíčka nebo alespoň jedna vstřikovací tryska se žhavicí svíčkou. Levý a pravý rotační klín je tvořen levou a pravou vnější klínovou částí a levou a pravou vnitřní klínovou částí, jejichž vnitřní svěrné plochy svírají s hřídelem úhel oC menší než 90°. Hřídel je uložen nejméně ve dvou pátém a šestém ložisku v tělese skříně. Mezi levou a pravou vnitřní stěnu skříně a levý a pravý rotační klín na hřídeli jsou nasunuty levá a pravá distanční rozpěra. Na hřídeli jsou uchyceny jednak setrvačníky a/nebo řemenice a jednak prvek pro přenos kroutícího momentu a současně je hřídel opatřen na koncích levou a pravou maticí

Pístový spalovací motor podle vynálezu má výhody v tom, že je jednoduché konstrukce. Plněním palivové směsi na jednom konci pracovního válce a výfukem spalin na jeho druhém konci odstraňuje použití ventilů. Odstra nuje použití klikového hřídele a tím i jeho účinné mazání. Umožňuje jednoduchým způsobem reverzaci otáček. Umožňuje měnit kompresní poměr v pracovním válci a v jeho návaznosti i možnost změny paliva. Podstatně snižuje hlučnost a vibrace, jelikož většina sil vznikající v levé a pravé polovině motoru se vzájemně vyruší. Odstraňuje velký obsah toxických látek ve výfukových plynech dokonalejším promísením a spálením paliva. Ojnice motoru mají přímočarý pohyb, což snižuje kolmou složku síly z pístů na pracovní válec na minimum. Pístová rychlost je vůči klasickým motorům s klikovým mechanismem přibližně poloviční. Tyto dvě charakteristické vlastnosti pístového motoru dle vynálezu mají podstatný vliv na snížení tření mezi písty a pracovním válcem. K podstatně menšímu tření dochází rovněž mezi písty a pístními čepy. Mechanická konstrukce pístového spalovacího motoru dle vynálezu vytváří mnohem příznivější průběh kroutícího momentu na hřídeli, jelikož tento začíná dříve a trvá delší dobu. Maximální kroutící moment působí na hřídeli v úhlu cca 45°. Všechny tyto výhody umožňují oproti klasickým pístovým motorům chod ve vyšších otáčkách, což dohromady ve svém výsledku podstatně zvyšuje výkon a snižuje spotřebu paliva.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje boční pohled na motor v řezu C-C, obr. 2 znázorňuje boční pohled na motor v řezu D-D, obr. 3 znázorňuje pohled na motor v řezu A-A, obr. 4 znázorňuje pohled na motor v řezu B-B a obr. 5 zná3

• · • · • · zorňuje boční pohled na alternativní provedení motoru s uložením kývné páky v axiálních ložiscích.

Příklady provedení vynálezu

Pístový spalovací motor v příkladném provedení podle vynálezu je tvořen pracovním válcem 1^ uchyceným v levé a pravé vnitřní stěně 8.1 a 8.2 tělesa skříně 8_. Pracovní válec _1 je opatřen na jednom konci sacími otvory 13 a na druhém konci výfukovými otvory 14.

V pracovním válci 1. je chladicí prostor 22.1 se vstupem 22.2 a výstupem 22.3 chladicího média. Pracovní válec _1 může být opatřen chladicími žebry. Do kompresního prostoru 12 pracovního válce 1^ ústí zapalovací svíčka 16. Do kompresního prostoru 12 pracovního válce 1^ může ústit vstřikovací tryska se zapalovací nebo se žhavicí svíčkou. V pracovním válci _1 jsou proti sobě suvně uloženy levý a pravý píst 2.1 a 2.2, spojeny ojničními čepy kyvně levou a pravou ojnicí 3.1 a 3.2 se sedmým a osmým ložiskem 27.1 a 27.2 levé a pravé kývné páky 4.1 a 4.2. Levá a pravá kývná páka 4.1 a 4.2 jsou jednak kyvně uchyceny na devátém až dvanáctém ložisku 28.11 a 28.22 levého a pravého tělesa pouzder 26.1 a 26.2 levého a pravého ložiska 5.1 a 5.2, upevněných v levém a pravém rotačním klínu 6.1 a 6.2 na hřídeli ]_, a jednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska 15.1 a 15.2 k tělesu skříně 8_. Třetí a čtvrté ložisko 15.1 a 15.2 levé a pravé kývné páky 4.1 a 4.2 může být suvně uchyceno k tělesu skříně 8_ pro změnu nastavení kompresního poměru. K pravé kývné páce 4.2 je pomoci čtrnáctého ložiska 29.2 kyvně uchycen kompresní píst s ojnicí 9_, suvně uložený v kompresním válci 10, který je opatřen např. klapkou 23 k sacímu prostoru 11 a připojen svým plnicím prostorem 25 k plnicím otvorům 13 pracovního válce 1^.

Pro lepší vyváženost celé soustavy může být k levé kývné páce 4♦1 pomocí třináctého ložiska 29.1 upevněna tyč další kompresní soustavy. Levý rotační klín 6.1 je tvořen vnější částí levého rotačního klínu 6.11 a vnitřní částí levého rotačního klínu 6.12.Pravý rotační klín 6.2 je tvořen vnější částí pravého rotačního klínu 6.21 a vnitřní částí pravého rotačního klínu 6.22.Vnitřní svěrné plochy levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 6.2 svírají s hřídelem 7_ úhel > s výhodou 60°. Vnitřní otvory levého a pravého rotačního klínu

6.1 a 6.2 jsou opatřeny drážkami pro suvné rotační upevnění na drážkovaném hřídeli 7.Levý a pravý rotační klín 6.1 a 6.2 může být opatřen svěrným klínovým spojem pro upevnění na hladkém hřídeli 7.Hřídel 2 je uložen nejméně ve dvou pátém a šestém ložisku 18.1 a 18.2 v tělese skříně 2 ^a to v levé a pravé vnitřní stěně 8.1 a 8.2.Uložení hladkého nebo drážkovaného hřídele 7,podle obr.1,2 a 5,je doplněno • ·· · · · ··· • · · · · o patnácté a šestnácté ložisko 30.1 a 30.2 pro zvýšení tuhosti a snížení namáhání hřídele J7· Na hřídeli ]_ mohou být uchyceny jednak setrvačníky 20, a jednak prvek 21 pro přenos kroutícího momentu. Současně je hřídel 7_ opatřen na koncích levou a pravou maticí 17.1 a 17.2 pro stažení součástí na něm nasunutých. Těleso skříně 8_ je tvořeno levou a pravou vnitřní stěnou 8.1 a 8.2, levou a pravou vnější stěnou 8.3 a 8.4, levým a pravým krytem 8.5 a 8 ♦ 6 a spojovacími tyčemi 8.7 a 8.8. Těleso skříně 8_ může všek být tvořeno z odlitků nebo výlisků vzájemně spojených. Mezi levou a pravou vnitřní stěnu 8.1 a 8.2 tělesa skříně 8^ a levý a pravý rotační klín 6.1 a 6.2 na hřídeli J_ mohou být nasunuty první a druhá distanční rozpěra 19.1 a 19.2. Změnou objemu plnicího prostoru 25 lze rovněž měnit kompresní poměr pístového spalovacího motoru. Pístový spalovací motor podle vynálezu může však obsahovat více popsaných jednotek vzájemně propojených. Např. na levé a pravé kyvné páce 4.1 a 4.2 může být umístěno přes další ložiska 27 a 29 více ojnic _3 s protiběžnými písty s čepy v pracovních válcích 1 a více kompresních pístů s ojnicemi v kompresních válcích 10. Možná varianta uchycení prvního a druhého ložiska 5.1 a 5.2 v levém a pravém rotačním klínu 6.1 a 6.2, znázorněná na obr. 5 nahrazuje druhé ložisko 5.2 s pravým tělesem pouzdra 26.2 dvěmi ložisky devatnáctým a tvacátým ložiskem 5.21 a 5.22 např. axiálními, mezi nimi je pevně uchycena pravá kývná páka 4.2. Pro změnu kompresního poměru je však nutné, aby čtvrté ložisko 15.2 bylo k tělesu skříně j3 uchyceno suvně. V daném případě není nutné, aby na hřídeli 1_ byla nasunuta druhá distanční rozpěra 19.2. Takto je provedena současně i náhrada prvního ložiska 5.1 s tělesem pouzdra 26.1.

Pístový spalovací motor podle vynálezu pracuje následujícím způsobem: Vzduch nebo spalovaný plyn nebo směs paliva se vzduchem (dále jen palivová směs) se nasává sacím potrubím 24 např. od karburátoru do sacího prostoru 11, kde např. přes klapku sání 23 se nasává dále kompresním pístem _9 do kompresního válce 10. Při zpětném chodu kompresního pístu 9_ se uzavírá klapka sání 23 a palivová směs se stlačuje. Když dosahuje kompresní píst 9_ horní úvrati, dosahují levý a pravý píst 2.1 a 2.2 dolní úvrati, přičemž je možné jejich časování nastavit pootočením levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 6.2 na hřídeli 7 tak, že nejdříve dosahuje dolní úvra5 ti pravý píst 2.2, dochází k výfuku spalin přes výfukové otvory 14 z pracovního válce _1 do výfukového prostoru. Když končí výfuková fáze současně levý píst 2.1 otevírá pohybem své horní válcové plochy plnicí otvory 13 v pracovním válci _1 a stlačená palivová směs dokonale promíchaná a kompresí zplyněná je vtlačena do kompresního prostoru 12 pracovního válce _1. Tato současně pomáhá vytlačit spaliny do výfukového prostoru ale tak, aby sloupec palivové směsi ve válci 1. neproniknul do výfukového prostoru. Tohoto se dosáhne právě natočením levého a pravého rotačního klínu 6.1 a 6.2. Po uzavření výfukových otvorů 14 pravým pístem 2♦2 dochází následně k uzavření-plnicích otvorů 13 levým pístem 2.1. Dalším protiběžným pohybem levého a pravého pístu 2♦1 a 2.2 v pracovním válci 1. dochází ke kompresi palivové směsi. Těsně před horní úvratí dochází k zapálení palivové směsi jiskrou zapalovací svíčky 16 u zážehového systému nebo samovznícením u vznětového systému. Přechod ze zážehového systému chodu motoru na vznětový lze provést změnou komprese, tj. současným posunutím alespoň jednoho ložiska 15 s kývnou pákou ložiskem rotačního klínu _5, rotačním klínem 6_ ojnicí 3- pístem nebo s kompresním pístem s ojnicí 9_ na hřídeli Ί_ a ve skříni 8_. Špatně zplyňující palivo, např. motorovou naftu je možno vstřikovat obvyklým způsobem přímo do kompresního prostoru 12 pracovního válce 1^ vstřikovacími otvorv.

Po zážehu palivové směsi _v pracovním válci 1^ dochází k expanzi hořící palivové směsi, která je umocněna její předkompresí již v kompresním válci 10. V důsledku expanze palivové směsi způsobuje její tlak sílu F na levý a pravý píst 2.1 a 2.2, která se přes pístní čepy přenáší na levou a pravou ojnicí 3.1 a 3.2 přes sedmé a osmé ložisko 27.1 a 27.2 na levou a pravou kývnou páku 4♦1 a 4.2, které tak vykonávají kyvný pohyb kolem osy třetího a čtvrtého ložiska

15.1 a 15.2, která jsou upevněna k tělesu skříně 8_. Kývavým pohybem levé a pravé kývné páky 4.1 a 4.2 se přenáší síla přes deváté až dvanácté ložisko 28.11 a 28.22 na levé a pravé těleso pouzder

26.1 a 26.2. Z prvního a druhého tělesa pouzder 26.1 a 26.2 se přenáší síla přes první a druhé ložisko 5.1 a 5.2 např. axiální nebo s kosoúhlým stykem na levý a pravý rotační klín 6.1 a 6.2. Tyto sestávají ze dvou dílů. Levý rotační klín 6.1 je tvořen vnější částí levého rotačního klínu 6.11 a vnitřní částí levého rotačního klínu 6.12. Pravý rotační klín 6.2 je tvořen vnější částí pravého • · · * *· ·· • · rotačního klínu 6.21 a vnitřní částí pravého rotačního klínu 6.22. Vnější a vnitřní část levého a pravého rotačního klínu svírají mezi sebou pod úhlem cC levé a pravé ložisko 5.1 a 5.2 na hřídeli 1_, například pomocí levé a pravé matice 17.1 a 17.2. Síla vycházející z prvního a druhého ložiska 5.1 a 5.2 na levý a pravý rotační klín

6.1 a 6.2 způsobuje vlastní rotaci hřídele 1_ a vytváří na něm kroutící moment. Hřídel Ί_ je v tělese skříně 8^ upevněn pomocí pátého a šestého ložiska 18.1 a 18.2. Kroutící moment lze z motoru již vyvést obvyklým způsobem, například přes prvek přenosu kroutícího momentu 21 například řetězové kolo na další agregáty dle potřeby a má v závislosti na otáčkách motoru velmi příznivý charakter. Smysl otáčení hřídele J_ pístového spalovacího motoru je takový, jaký dostane prvotní impuls od startovacího zařízení: Znamená to, že motor je běžně vyřešen a načasován tak, že se točí vpravo. V případě potřeby reverzace, tj. změny smyslu otáček, se udělí motoru opačný prvotní impuls od startovacího zařízení vlevo a motor se začne se zachováním všech parametrů točit opa ě, tj. vlevo.

Tato konstrukce pístového spalovacího motoru umožňuje všechna ložiska použít jako uzavřená se stálou náplní tuku. Mazání motoru se tak omezuje na mazání kompresního pístu _9 v kompresním válci 10 a na mazání levého a pravého pracovního pístu 2.1 a 2.2 v pracovním válci _1· Toto je možno provést přidáním maziva do palivové směsi nebo použitím speciálních maziv, která vytvářejí na povrchu válců mikrofilm např. PTFE, snižující tření a zamezující zadření.

Claims (6)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pístový spalovací motor používající pracovní válec, písty, ložiska, skříň spojovací prvky a chlazení vyznačující se tím, že je tvořen nejméně jedním pracovním válcem (1) opatřeným na jednom konci nejméně jedním plnicím otvorem (13) a na druhém konci nejméně jedním výfukovým otvorem (14), v pracovním válci (1) jsou proti sobě suvně uložený levý a pravý píst (2.1 a 2.2) spojeny kyvně levou a pravou ojnicí (3.1 a 3.2) s levou a pravou kývnou pákou (4.1 a 4.2), které jsou jednak pevně uchyceny mezi šestnáctým a sedmnáctým ložiskem (5.11 a '5.12), Upevněných v levém rotačním klínu (6.1) a mezi osmnáctým a devatnáctým ložiskem (5.21 a 5.22), upevněných v pravém rotačním klínu (6.2) nebo jednak kyvně uchyceny v levém a pravém tělese pouzder (26.1 a 26.2) prvního a druhého ložiska (5.1 a 5.2), upevněných v levém a pravém rotačním klínu (6.1 a 6.2) na hřídeli (7), a jednak pomocí třetího a čtvrtého ložiska (15.1 a 15.2) k tělesu skříně (8).

2. Pístový spalovací motor podle nároku 1 vyznačující se tím, že k levé a/nebo pravé kývné páce (4.1 a/nebo 4.2) je kyvně uchycena alespoň jedna tyč s kompresním pístem (9), suvně uložená v kompresním válci (10), který je opatřen sací klapkou (23) k sacímu prostoru (11) a připojen plnicím prostorem (25) k plnicímu otvoru (13) kompresního prostoru (12) pracovního válce (1), do kterého ústí zapalovací svíčka (16) nebo alespoň jedna vstřikovací tryska se žhavicí svíčkou.

3. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároků 1 až 2 vyznačující se tím, že levý a pravý rotační klín (6.1 a 6.2) je tvořen levou a pravou vnější klínovou částí (6.11 a 6.21) a levou a pravou vnitřní klínovou částí (6.12 a 6.22 ),jejíchž vnitřní svěrné plochy svírají s hřídelem (7) úhel (o<.) ,menší než 90°.

4. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároku 1 až 3 vyznačující se tím, že hřídel (7) je uložen nejméně ve dvou pátém a a šestém ložisku (18.1 a 18.2) v tělese skříně (8).

5. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že mezi levou a pravou vnitřní stěnu (8.1 a 8.2) skříně (8) a levý a pravý rotační klín (6.1 a 6.2) na hřídeli (7) jsou nasunuty levá a pravá distanční rozpěra (19.1 a 19.2).

6. Pístový spalovací motor podle jednoho z nároků 1 až jící se tím, že na hřídeli (7) jsou uchyceny jednak a/nebo řemenice (20) a jednak prvek (21) pro přenos momentu a současně je hřídel (7) opatřen na koncích pravou maticí (17.1 a 17.2).