PL166305B1 - Łopatkowy silnik wirnikowy - Google Patents

Abstract

opadcowy» silnik wirnikowy» posiadający pus złożony korzystnie z kadłuba cylindra i zamocowanych do niego pokryw bocznych, w których ulożyskowanyjest wirnik zaopatrzony w wał napędowy i wysuwne łopatki umieszczone w rowkach wirnika, przy czyim korpus ten posiada kanał ssący i kanał wylotowy oraz zabudowane w nim urządzenie zapłonowe, a łopatki mają rowki pod listwy uszczelniające dociskane sprężynami do bieżni cylindra, a ponadto wirnik posiada centralny kanał olejowy połączony promieniowymi otworami z rowkami łopatek oraz z kanałami chłodzącymi, doprowadzającymi i odprowadzającymi czynnik chłodzący, natomiast czoła kadłuba cylindra mają rowek obwodowy pod pierścienie uszczelniające podparte sprężyną znamienny tym, że łopatki (7) zaopatrzone są w trzpienie (24), usytuowane po ich przeciwnych stronach, na których osadzone są łożyska (25) prowadzone po co najmniej jednej bieżni (26) wykonanej w korpusie (2), przy czym profil bieżni (26) odpowiada profilowi bieżni (37) cylindra (3) korpusu (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest łopatkowy silnik wirnikowy, będący odmianą silnika spalinowego typu Wankla. Silnik może być stosowany do napędu wszelkich środków transportu lub do napędu urządzeń wymagających bezpośredniego napędu.

Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego RFN nr 3 528 139 wirnikowy silnik czterołopatkowy, posiadający korpus, w którym znajduje się wirnik zaopatrzony w cztery łopatki ślizgujące się po powierzchni bieżni wewnątrz korpusu. Łopatki usytuowane są w rowkach wykonanych w wirniku. Wirnik ma zewnętrzną powierzchnię walcową i ułożyskowany jest w pokrywach bocznych, które umocowane są do korpusu. Korpus zaopatrzony jest w kanał ssący i kanał wylotowy. W korpusie zabudowane jest urządzenie zapłonowe. Łopatki zaopatrzone są w rowek, w którym umieszczona jest listwa uszczelniająca, dociskana sprężyną, a wirnik zaopatrzony jest w wał napędowy dla wyprowadzenia momentu obrotowego.

Wadą opisanego rozwiązania jest to, że w celu zapewnienia docisku łopatek do bieżni korpusu jeden brzeg łopatki, bliższy osi obrotu, prowadzony jest po krzywoliniowej płytce, co znacznie komplikuje konstrukcję silnika.

Z kolei znany z polskiego opisu patentowego nr 65 918 silnik wirnikowo-łopatkowy z przesuwnymi łopatkami posiada centralny wlotowy kanał olejowy, połączony z kanałami odprowadzającymi czynnik chłodzący.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 62 192 maszyna łopatkowa, której korpus składa się z kadłuba cylindra oraz z dwóch pokryw bocznych. Wirnik posiada dwie ściany czołowe połączone ze sobą, przy czym wewnątrz wirnika znajdują się przewody służące do doprowadzania i odprowadzania czynnika chłodzącego wirnik. Części wirnika posiadają ścianki zewnętrzne wchodzące pomiędzy kadłub cylindra i pokrywę boczną, przy czym obustronnie w czołach kadłuba cylindra wykonane są rowki obwodowe, w których znajdują się pierścienie uszczelniające, podparte sprężyną. Pierścienie uszczelniające są dociskane do ścianek zewnętrznych pokryw bocznych.

Wadą maszyny łopatkowej opisanej w przytoczonym opisie patentowym jest skomplikowany kształt wirnika, a zwłaszcza skomplikowany układ rowków wykonanych w wirniku maszyny.

Dodatkowo znane konstrukcje wirnikowych silników łopatkowych mają małą żywotność, co wynika z dużych sił docisku łopatki do bieżni cylindra w miejscach o dużej krzywiźnie.

Zgodnie z wynalazkiem łopatki zaopatrzone są w dwa trzpienie, usytuowane po ich przeciwnych stronach, na których osadzone są łożyska prowadzone po co najmniej jednej bieżni wykonanej w korpusie, przy czym profil tej bieżni odpowiada profilowi bieżni cylindra korpusu. Do wirnika silnika przymocowane są obustronnie tarcze uszczelniające, stykające się z pierścieniem uszczelniającym, osadzonym w ścianie czołowej kadłuba cylindra. Korzystnym jest, gdy łopatka zaopatrzona jest w ścianki uszczelniające, zamykające rowek i usytuowane w pobliżu trzpieni, jak również, gdy w bocznych ściankach usytuowanych w rowkach wirnika wykonane są podłużne rowki, w których znajdują się płytki uszczelniające, dociskane do boków łopatek przy pomocy sprężyn. Korzystnym jest także, gdy trzpienie łopatek okresowo prowadzone są po dolnej bieżni, związanej z daną pokrywą boczną, oraz gdy łopatka posiada dwie uszczelniające ścianki, usytuowane w promieniowych rowkach wykonanych w tarczach uszczelniających.

Zaletą łopatkowego silnika wirnikowego według wynalazku jest to, że jego konstrukcja umożliwia zminimalizowanie nacisków listwy uszczelniającej na bieżnię kadłuba cylindra. Zastosowanie łożysk prowadzących łopatki obustronnie po bieżniach pokryw bocznych powoduje, że silnik może pracować przy bardzo dużych prędkościach obrotowych bez obaw o nadmierne zużycie listwy uszczelniającej i bieżni. Dodatkowo zaletą silnika jest również zastosowany bardzo skuteczny sposób uszczelniania przestrzeni roboczej oraz możliwość smarowania ruchomych łopatek.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia złożony przekrój poprzeczny przez silnik, przy czym część przekroju do osi dokonana jest przez wirnik i łopatki, zaś pozostała część przekroju dokonana jest przez trzpienie, na których osadzone są łożyska, a fig. 2 - fragment przekroju osiowego z uwidocznionym sposobem zamocowania i prowadzenia łopatek za pomocą kulkowych łożysk tocznych.

Jak uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunkach łopatkowy silnik wirnikowy posiada wirnik 1 zabudowany i ułożyskowany w korpusie 2. Korpus 2 składa się z kadłuba cylindra 3 oraz pokryw bocznych 3’. Wirnik 1 ułożyskowany jest w pokrywach bocznych 3’ na końcach wału 4. Jeden koniec wału 4 służy do przekazania momentu obrotowego do urządzenia napędzanego, drugi - do napędu agregatów pomocniczych. W wale 4 wykonany jest centralny kanał olejowy 5, którym od strony napędu agregatów dopływa olej przeznaczony do smarowania wirnika 1. W wirniku 1 wykonane są symetryczne rowki 6, w których poruszają się łopatki 7. W bocznych ściankach 6’ rowków 6 wykonane są podłużne rowki 8, w których znajdują się płytki uszczelniające 9, dociskane do boków łopatek 7 sprężynami 10. Do każdego rowka 6 doprowadzany jest promieniowymi otworami 11 olej, który dopływa z centralnego kanału olejowego 5. Wewnątrz wirnika 1 pomiędzy rowkami 6 wykonane są kanały chłodzące 12. Centralny kanał olejowy 5 połączony jest otworami 13 z kanałami chłodzącymi 12. Odprowadzające olej z komory chłodzącej 12 otwory odprowadzające 14 wykonane są w tarczach uszczelniających 15, które przykręcone są po obu stronach wirnika 1. W tarczach uszczelniających 15 wykonane są symetrycznie promieniowe rowki 16, w których poruszają się boczne krawędzie łopatek 7. W pobliżu zewnętrznej średnicy tarcz uszczelniających 15 wykonany jest rowek obwodowy 17, w którym usytuowany jest pierścień uszczelniający 18. Pierścień uszczelniający 18 zabudowany jest w obwodowym rowku 19, w którym znajduje się sprężyna 20 dociskająca wspomniany pierścień uszczelniający do tarczy uszczelniającej 15.

166 305

W pobliżu krawędzi łopatki 7 wykonany jest rowek 21, w którym usytuowana jest listwa uszczelniająca 22, dociskana do bieżni kadłuba cylindra 3 sprężyną 23. W pobliżu swojej górnej krawędzi łopatki 7 posiadają, usytuowane po obu stronach, ścianki uszczelniające 40, zabezpieczające przed przepływem czynnika roboczego pomiędzy sąsiadującymi przestrzeniami roboczymi 39, obok listwy uszczelniającej 22 i poprzez promieniowy rowek 16 znajdujący się w tarczy uszczelniającej 15. Z obu stron łopatki 7 i w pobliżu jej dolnej krawędzi każda łopatka 7 zaopatrzona jest w cylindryczne trzpienie 24. Na każdym z trzpieni 24 osadzone jest boczne łożysko 25, poruszające się po górnej bieżni 26, usytuowanej w pokrywie bocznej 3’. Okresowo końcówka trzpienia 24 współpracuje z dolną bieżnią 27, również wykonaną w pokrywie bocznej 3’. W pobliżu dolnej krawędzi łopatki 7 i symetrycznie po obu stronach łopatki 7 posiadają ścianki uszczelniające 20 zamykające nadmierny wypływ oleju z rowka 6. Bieżnia 37 kadłuba cylindra pokryta jest warstwą materiału ceramicznego 29 ograniczającego tarcie, zużycie i przepływ ciepła. Zewnętrzna powierzchnia kadłuba cylindra 3 pokrytajest żebrami 30 zwiększającymi skuteczność chłodzenia powietrznego silnika. Po obu stronach kadłuba cylindra 3 znajdują się kołnierze 31, do których mocowane są przy pomocy śrub 32 pokrywy boczne 3’. W ścianie czołowej 31 ’ kadłuba cylindra 3 wykonany jest wspomniany obwodowy rowek 19.

W górnej części kadłuba cylindra 3 usytuowany jest otwór 33, do którego wkręcona jest świeca iskrowa 34. ,

W dolnej części kadłuba cylindra 3, symetrycznie względem osi pionowej, usytuowane są kanał wydechu spalin 35 oraz kanał ssący. Dwie pokrywy boczne 3’ zaopatrzone są w łożyska 36, w których osadzony jest wał 4 wirnika 1. Usytuowane po wewnętrznych stronach pokryw bocznych 3’ górna bieżnia 26 oraz dolna bieżnia 27, przeznaczone dla prowadzenia łopatek 7, mają profil odpowiadający profilowi bieżni 37 kadłuba cylindra 3. W pobliżu zewnętrznej średnicy tarczy uszczelniającej 15 usytuowany jest w pokrywie bocznej 3’ obwodowy rowek 38, z którego odbierany jest olej przez pompę olejową nie uwidocznioną na rysunku.

Olej dostarczany jest centralnym kanałem 5 do wnętrza wirnika 1, skąd promieniowymi otworami 11 doprowadzany jest do rowków 6, gdzie smarowane są przesuwające się łopatki 7. Płytki uszczelniające 9 zabezpieczają przed wypływem oleju do przestrzeni roboczej 39. Część oleju obok ścianek uszczelniających 28 przepływa omywając łożyska 25, do obwodowego rowka 38, skąd odprowadzana jest do chłodnicy.

W odmianie wykonania kadłub cylindra 3 w miejscu żeber chłodzących zaopatrzony jest w kanały wodne w przypadku zastosowania chłodzenia cieczowego. Ilość otworów i świec może być podwojona, jeżeli wymaga tego na przykład lotnicze zastosowanie silnika.

Zasada działania łopatkowego silnika wirnikowego jest taka sama jak tradycyjnego czterosuwowego silnika spalinowego. Przestrzeni roboczej .nad tłokiem w silniku czterosuwowym odpowiada przestrzeń robocza 39 ograniczona dwoma płaskimi ściankami sąsiadującymi z sobą łopatek 7, bieżnią 37 oraz cylindryczną powierzchnią wirnika 1. W trakcie pełnego obrotu wirnika 1 przestrzeń robocza 39 płynnie zmienia dwukrotnie swoją objętość od maksymalnej do minimalnej i dwukrotnie od minimalnej do maksymalnej. Tak więc mogą zostać zrealizowane w czasie jednego obrotu wirnika cztery takty pracy silnika w każdej przestrzeni ograniczonej łopatkami 7, a mianowicie: sprężanie, rozprężanie, wydech i napełnianie. Zmiana objętości przestrzeni roboczej 39 w trakcie obrotu wirnika 1 jest wynikiem odpowiednio zaprojektowanej bieżni 37 oraz wynikiem prowadzenia łopatek 7 przy pomocy łożysk 25 po górnej bieżni 26.

166 305

Fig2

166 305

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Łopatkowy silnik wirnikowy posiadający korpus złożony korzystnie z kadłuba cylindra i zamocowanych do niego pokryw bocznych, w których ułożyskowany jest wirnik zaopatrzony w wał napędowy i wysuwne łopatki umieszczone w rowkach wirnika, przy czym korpus ten posiada kanał ssący i kanał wylotowy oraz zabudowane w nim urządzenie zapłonowe, a łopatki mają rowki pod listwy uszczelniające dociskane sprężynami do bieżni cylindra, a ponadto wirnik posiada centralny kanał olejowy połączony promieniowymi otworami z rowkami łopatek oraz z kanałami chłodzącymi, doprowadzającymi i odprowadzającymi czynnik chłodzący, natomiast czoła kadłuba cylindra mają rowek obwodowy pod pierścienie uszczelniające podparte sprężyną znamienny tym, że łopatki (7) zaopatrzone są w trzpienie (24), usytuowane po ich przeciwnych stronach, na których osadzone są łożyska (25) prowadzone po co najmniej jednej bieżni (26) wykonanej w korpusie (2), przy czym profil bieżni (26) odpowiada profilowi bieżni (37) cylindra (3) korpusu (2).

2. Łopatkowy silnik według zastrz. 1 znamienny tym, że do wirnika (1) przymocowane są obustronnie tarcze uszczelniające (15), stykające się z pierścieniem uszczelniającym (18) osadzonym w ścianie czołowej (31’) kadłuba cylindra (3).

3. Łopatkowy silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że łopatka (7) zaopatrzona jest w ścianki uszczelniające (28) zamykające rowek (6) i usytuowane w pobliżu trzpieni (24).

4. Łopatkowy silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w bocznych ścianach (6’) usytuowanych w rowkach (6) wirnika (1) wykonane są podłużne rowki (8), w których znajdują się płytki uszczelniające (9) dociskane do boków łopatek (7) przy pomocy sprężyn (1θ).

5. Łopatkowy silnik według zastrz. 2, znamienny tym, że trzpienie (24) łopatek (7) okresowo prowadzone są po dolnej bieżni (27) związanej z daną pokrywą boczną (3’).

6. Łopatkowy silnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym że łopatka (7) posiada dwie' uszczelniające ścianki (40) usytuowane w promieniowych rowkach (16) wykonanych w tarczach uszczelniających (15).