PL222660B1 - Dwusuwowy silnik spalinowy zwłaszcza do napędu samochodów osobowych - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 403092

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 11.03.2013 (51) Int.Cl.

F02B 75/28 (2006.01) F02B 75/32 (2006.01) F01L 11/00 (2006.01) F01M 1/06 (2006.01) F01P 3/10 (2006.01) F02F 3/16 (2006.01) (54) Dwusuwowy silnik spalinowy zwłaszcza do napędu samochodów osobowych

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 15.09.2014 BUP 19/14	(73) Uprawniony z patentu: MAJEWSKI JACEK, Białystok, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16	(72) Twórca(y) wynalazku: JACEK MAJEWSKI, Białystok, PL

PL 222 660 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwusuwowy silnik spalinowy przeznaczony do napędu pojazdów, zwłaszcza samochodów osobowych. Może on być stosowany także do napędu innych pojazdów, motocykli, statków wodnych i powietrznych oraz do napędu innych urządzeń technicznych, np. generatorów.

Znana jest cała gama tłokowych silników spalinowych, przetwarzających energię pochodzącą ze spalania paliw w energię kinetyczną. Najbardziej rozpowszechnione są silniki tłokowe czterosuwowe i dwusuwowe zasilane benzyną, gazem lub olejem. Silniki dwusuwowe, pomimo swojej prostoty, osiągają znacznie wyższe moce od silników czterosuwowych, przy podobnych parametrach pojemności, obrotów, czy stopnia sprężania. Pomimo prostej i taniej konstrukcji, w praktyce stosowane są one jednak coraz rzadziej z powodu kłopotów ze smarowaniem, krótkich przebiegów międzynaprawczych, dużej hałaśliwości, a zwłaszcza nie spełniania wymogów ekologicznych.

Istotą wynalazku jest dwusuwowy silnik spalinowy, zwłaszcza do napędu samochodów osobowych zawierający tłok osadzony na wykonującym ruchy posuwisto-zwrotne suwaku, pierścienie, komorę wstępnego sprężania i komorę korbową, charakteryzujący się tym, że komora wstępnego sprężania jest szczelnie oddzielona od komory korbowej silnika, natomiast suwak łączący tłok z wałem korbowym, przechodzi przez umieszczoną w przegrodzie między tymi komorami tuleję uszczelniacza.

Korzystnym jest, jeśli między pierścieniami zgarniającymi osadzonego na suwaku tłoka znajduje się element smarujący połączony z doprowadzającymi do niego olej kanałami, a pomiędzy pierścieniami zgarniającymi, na obwodzie tłoka od strony przestrzeni między nimi, znajdują się otwory odprowadzające nadmiar oleju do kanałów.

Korzystnym jest, jeśli w tłok wbudowany jest zawór dolotowy.

Korzystnym jest, gdy bezpośrednio na czopie wału korbowego osadzona jest krzywka sterująca pracą zaworu dolotowego.

Dwusuwowy silnik spalinowy według wynalazku skupia wszystkie pożądane dla tego silnika cechy. Jest to prosta konstrukcja, która oddzielając komorę wstępnego sprężania od komory korbowej, pozwala na wykorzystanie pompy oleju również do smarowania pierścieni tłokowych, rozwiązując przy tym problem czystości spalin. Takie rozwiązanie konstrukcyjne powoduje zniknięcie zjawiska „szkodliwej pojemności komory wstępnego sprężania”. Zastosowanie krzywek sterujących pracą zaworów pozwala na wykorzystanie niesymetrycznych czasów ich otwarcia. Duży skok pozwala na osiągnięcie wysokiego stopnia sprężania, pomimo możliwości zastosowania prostego i taniego systemu dolnozaworowego. Prosta, tania i lekka głowica oraz brak kolizji tłok-zawór to dodatkowe korzyści. Jednakowe obroty wału korbowego i krzywek sterujących upraszczają budowę i nie wymagają stosowania łańcuchów rozrządu, czy pasków zębatych. Wielkość zaworu może być dowolna i nie jest ograniczona miejscem w głowicy. Dodatkowa zaletą jest brak zmian ciśnienia w komorze korbowej.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczną budowę silnika wraz z tłokiem, suwakiem, komorami i wałem, fig. 2 - poszczególne cykle pracy silnika z zaworem w tłoku, fig. 3 - przykład budowy tłoka z zamontowanym w nim zaworem, pierścieniami, elementem smarującym pomiędzy nimi i kanałami doprowadzającymi i odprowadzającymi olej, fig. 4 przedstawia przykład wykonania silnika.

Dwusuwowy silnik spalinowy posiada tłok 5 osadzony na wykonującym ruchy posuwisto-zwrotne suwaku 9, przechodzącym przez tuleję uszczelniacza 47. Uszczelniacz 47 oddziela komorę wstępnego sprężania 48, od komory korbowej 49. Tłok 5 zaopatrzony jest w pierścień, lub pierścienie uszczelniające 34, przynajmniej dwa pierścienie zgarniające 35 i 36 oraz element smarujący 38 zlok alizowany między nimi.

Olej dozowany jest ciśnieniowo kanałami 37 do rowka elementu smarującego 38. Następnie, olej rozprowadzany jest przez ten element po ściance cylindra 1. Tłok 5 poruszając się w obu kieru nkach smaruje ścianki cylindra 1. Nadmiar oleju zgarniany jest przez pierścienie zgarniające 35, 36, po czym kanałami 39 odprowadzany jest do misy olejowej. Otwory odprowadzające olej do kanałów 39 zlokalizowane są na obwodzie tłoka 5 tuż przy pierścieniach zgarniających 35, 36 od strony przestrzeni między nimi. Takie rozwiązanie powoduje zgarnianie nadmiaru oleju przy każdym ruchu tłoka 5.

W tłoku 5 może być zamontowany zawór dolotowy 20. W silniku o parzystej liczbie cylindrów, zawory te sterowane mogą być jedną krzywką 29 zamontowaną nieruchomo na obracającym się czopie wału korbowego 14.

Figura 1 pokazuje poszczególne fazy działania silnika w rozbiciu na dwie lokalizacje: nad tłokiem/pod tłokiem.

PL 222 660 B1

Poz. 1. Sprężanie/ssanie (otwarty zawór ssący 19).

Poz. 2. Sprężanie (wtrysk paliwa z wtryskiwacza 21)/ssanie.

Poz. 3. Zapłon mieszanki (świeca zapłonowa 22)/koniec ssania.

Poz. 4. Praca/sprężanie.

Poz. 5. Wydech (otwarty zawór wydechowy 18)/sprężanie.

Poz. 6. Wydech, wtłaczanie powietrza nad tłok (otwarty zawór dolotowy 20)/spadek ciśnienia.

Poz. 7. Wentylacja, ładowanie powietrza/ciśnienie zerowe.

Poz. 8. Sprężanie/ssanie (otwarty zawór ssący 19).

Duża sprawność silnika przekraczająca 50%, czego dowiodły badania nad silnikiem wodzikowym, duża moc jednostkowa, wysoki moment obrotowy, małe gabaryty, lekkość konstrukcji, a przede wszystkim doskonałe osiągi i zachowanie norm czystości spalin powinny sprawić, ze znajdzie on szerokie zastosowanie do napędu wszelkich pojazdów, a w szczególności samochodów osobowych i motocykli.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest przykładowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia budowę układu korbowo-tłokowego silnika, fig. 2 przedstawia fazy działania układu korbowotłokowego, fig. 3 przedstawia fazy działania silnika bez kompresora, fig. 4 przedstawia fazy pracy silnika z kompresorem z ujęciem fazy wentylacji i doładowania, fig. 5 przedstawia przekrój całego silnika, fig. 6 przedstawia budowę systemu sterowania zaworami dolotowymi, fig. 7 przedstawia schemat sterowania zaworami wydechowymi, fig. 8 przedstawia schemat sterowania zaworami wydechowymi i kompresora, fig. 9 przedstawia przekrój tłoka z systemem smarowania pierścieni, fig. 10 przedstawia system wewnętrznego chłodzenia tłoka, fig. 11 przedstawia przekrój komory spalania silnika z kompresorem, a fig. 12 przedstawia przykład układu napędowego samochodu.

Silnik według wynalazku, jest czterocylindrowym, silnikiem o stosunku skoku tłoka do jego średnicy: 1,5-2,5. Składa się z obudowy, układu korbowo-tłokowego, układu przeniesienia napędu, cylindrów wraz z głowicami oraz układów: sterującego, zasilającego, smarującego i chłodzącego. Cylindry 1,3 oraz 2 i 4 wraz z tłokami 5, 7 i 6, 8 skonfigurowane są ze sobą parami. Cylindry 1 i 3 ustawione naprzeciw siebie tworzą jedną parę, natomiast cylindry 2 i 4 - drugą. Osie obu par przecinają się pod kątem prostym w pewnej odległości od siebie. Cylindrom 1, 3 przyporządkowane są tłoki 5, 7, natomiast cylindrom 2, 4 - tłoki 6, 8. Każda para tłoków jest nieruchomo połączona ze sobą za pomocą suwaków 9, 10. Tłoki 5, 7 łączy suwak 9, natomiast tłoki 6, 8 - suwak 10. Suwaki 9, 10 poruszają się ruchem posuwisto-zwrotnym w prowadnicach, odpowiednio: 11, 12. W przestrzeni między suwakami 9, 10 znajduje się ułożyskowany w obudowie silnika walec obrotowy 13, wewnątrz którego m imośrodowo ułożyskowany jest korpus wału korbowego 14. Oba, zewnętrzne czopy wału 14 połączone są obrotowo z suwakami 9, 10. Do walca obrotowego 13 zamocowane jest, znajdujące się na jego obwodzie koło zębate 15. Jest ono stale zazębione z kołem zębatym 16, którego wałek 17 stanowi wyjście z silnika. Działanie układu korbowo-tłokowego polega na tym, że siły powstałe w wyniku spalania, poprzez tłoki 5, 7 i suwak 9 oraz tłoki 6, 8 i suwak 10 wywierają naciski na zewnętrzne czopy wału korbowego 14, który wprawia w ruch walec obrotowy 13. Walec ten obracając się wraz z zespolonym z nim kołem zębatym 15 przenosi moment obrotowy na koło zębate 16, a dalej na wałek 17.

Na rysunku fig. 2 pokazane są poszczególne fazy działania układu korbowo-tłokowego:

Poz. 1. Suwak 9 wykonuje nawrót, a suwak 10 porusza się w prawo z maksymalną prędkością.

Poz. 2. Suwak 9 porusza się w dół, a suwak 10 w prawo.

Poz. 3. Suwak 9 osiąga maksymalną prędkość, a suwak 10 dokonuje nawrotu.

Poz. 4. Suwak 9 nadal porusza się w dół, a suwak 10 w lewo.

Poz. 5. Suwak 9 dokonuje nawrotu, a suwak 10 porusza się z maksymalna prędkością w lewo.

Poz. 6. Suwak 9 porusza się w górę, a suwak 10 w lewo.

Każdy z suwaków, przechodząc przez podstawę cylindra jest uszczelniony, zapewniając odizolowanie komory wstępnego sprężania od komory korbowej. Komora spalania każdego z cylindrów posiada zawór wydechowy 18. W podstawie każdego cylindra, pod tłokiem, znajduje się stosowany w obecnych rozwiązaniach, sterowany podciśnieniowo zawór ssący 19. Tłoki wyposażone są w zawory dolotowe 20, które doprowadzają powietrze spod tłoka do przestrzeni ponad nim. Głowice posiadają wtryskiwacze 21 oraz świece zapłonowe 22.

Figura 3 pokazuje poszczególne fazy działania silnika w rozbiciu na dwie lokalizacje: działanie nad tłokiem/działanie pod tłokiem.

Poz. 1. Sprężanie/ssanie.

Poz. 2. Sprężanie, wtrysk paliwa/ssanie.

PL 222 660 B1

Poz. 3. Zapłon mieszanki/koniec ssania.

Poz. 4. Praca /sprężanie.

Poz. 5. Wydech/sprężanie.

Poz. 6. Wydech, wtłaczanie powietrza nad tłok/spadek ciśnienia.

Poz. 7. Wentylacja, ładowanie powietrza/nadciśnienie zerowe.

Poz. 8. Sprężanie/ssanie.

Silnik może współpracować z kompresorem lub sprężarką 23. Kompresor może być przyłączony do kanału ssącego lub bezpośrednio do komory spalania poprzez dodatkowy zawór 24, jak pok azuje fig. 4. Takie rozwiązanie ma na celu lepsze usuwanie resztek spalin, lepszą wentylację komory spalania, jak też większe ciężarowe napełnianie cylindrów. Przekłada się to na poprawę parametrów spalania, polepszenie czystości spalin oraz wzrost mocy silnika.

Na rysunku fig. 4 pokazano poszczególne fazy działania silnika z zastosowaniem kompresora.

Poz. 1-7. Pokazują fazy jak w silniku bez kompresora.

Poz. 8. Wentylacja, doładowanie. Przejście do opcji doładowania możliwe jest przez przedłużenie czasu otwarcia zaworu 24 poza moment zamknięcia zaworu wydechowego 18/ssanie.

Poz. 9. Doładowanie/ssanie.

Poz. 10. Sprężanie/ssanie.

Właściwa wentylacja komory spalania wymaga odpowiedniego kształtu. Fig. 11 pokazuje przekrój komory spalania, gdzie strumień sprężonego powietrza z kompresora wtłaczany jest do niej przez kanał 25, następnie za pomocą przegrody 26 kierowany jest do przestrzeni nad tłokiem 27. Po zawróceniu nad powierzchnia tłoka, kieruje się do kanału wydechowego 28. Przegroda głowicy 26 zabe zpiecza strumień powietrza przed jego ucieczką bezpośrednio do kanału wydechowego 28, z pominięciem wnętrza cylindra. Figura 6 przedstawia schemat pojedynczego suwaka wraz z parą toków i zaworami dolotowymi 20. Na zamontowanym obrotowo na czopie wału korbowego 14 suwaku, zamontowana jest nieruchomo para tłoków. W każdym z tłoków zamontowany jest zawór dolotowy 20. Zawory te sterowane są na przemian jedną krzywką zamontowaną nieruchomo na czopie wału korbowego. Schemat napędu zaworów wydechowych 18 w silniku bez kompresora przedstawia fig. 7, natomiast fig. 8 przedstawia schemat sterowania zaworami wydechowymi 18 i zaworami kompresora 24 w silnikach z kompresorem. Zawory wydechowe 18 pierwszej pary cylindrów sterowane są za pomocą krzywki 30, natomiast drugiej pary za pomocą krzywki 31. Zawory kompresora 24, odpowiednio, za pomocą krzywki 32, 33. W silniku zastosowano tradycyjny sposób smarowania wału korbowego i walca obrotowego za pomocą pompy oleju. Jednakże odizolowanie komory korbowej od wnętrza cylindrów spowodowało brak możliwości rozbryzgowego smarowania powierzchni cylindrów. To odizolowanie było niezbędne dla uzyskania szczelności komory wstępnego sprężania. Jednakże cylindry, pomimo braku bocznych nacisków tłoków na ich ścianki wymagają smarowania. Zastosowano więc oddzielny system smarowania. System ten składa się z dozownika, oddzielnego zbiornika na olej, kanałów łączących, tłoków i pierścieni. Tłok pokazany na fig. 9 zaopatrzony jest w pierścień uszcze lniający 34, pierścień smarujący 38 i przynajmniej dwa pierścienie zgarniające 35 i 36. Olej dozowany jest kanałem 37 do rowka pierścienia smarującego 38. Następnie poprzez pierścień smarujący 38 rozprowadzany jest po ściance cylindra. Pierścień ten znajduje się pomiędzy pierścieniami zgarniającymi. Tłok poruszając się w obu kierunkach, poprzez pierścień smarujący smaruje ścianki cylindra. Nadmiar oleju zgarniany jest przez pierścienie zgarniające i kanałem 39 odprowadzany jest do zbiornika. Otwory odprowadzające olej zlokalizowane są wewnątrz obu rowków pierścieni zgarniających. Otwory te znajdują się w czołowych powierzeniach tych rowków od strony pierścienia smarującego w sposób umożliwiający blokowanie ich przez pierścienie w zależności od ich położenia w rowku w granicach luzu osiowego. Kiedy tłok porusza się w dół, oba pierścienie, w granicach luzu przemieszczają się w górę i przylegają do górnych powierzchni czołowych tych rowków. Powoduje to zablokowanie otworów przez pierścień 36, a odblokowanie otworów przez pierścień 35. Kiedy tłok porusza się w górę blokują się otworki w rowku pierścienia 35, a odblokowują w rowku pierścienia 36. Takie rozwiązanie powoduje zgarnianie nadmiaru oleju przy każdym ruchu tłoka i odprowadzanie go do zbiornika. Odizolowanie wnętrza cylindrów od komory korbowej spowodowało również brak kontaktu produktów spalania z olejem znajdującym się w skrzyni korbowej. Zaowocowało to zachowaniem doskonałych własności smarnych tego oleju i brak konieczności jego cyklicznej wymiany. W silniku zastosowano też system wewnętrznego chłodzenia tłoków olejem. Fig. 10 przedstawia przekrój takiego tłoka. Olej pod ciśnieniem doprowadzany jest do tłoka kanałem 40. Następnie, przemieszczając się

PL 222 660 B1 siecią kanałów 41 rozlokowanych w denku tłoka, chłodzi go, po czym wraca do komory korbowej k anałem 42.

Silnik w/g wynalazku może być stosowany do napędu statków wodnych, powietrznych, czy generatorów, ale najbardziej odpowiednim zastosowaniem jest użycie go do napędu samochodów os obowych. Silnik zbudowany na planie krzyża, z osią obrotu w pionie świetnie adaptuje się pod maską samochodu. Fig. 12 pokazuje zespół napędowy z silnikiem 43, komorą sprzęgłową 44, skrzynią biegów 45 i układem różnicowym wraz z półosiami 46. Pionowe ustawienie osi powoduje łatwość przeniesienia napędu z silnika aż do układu różnicowego, gdzie następuje zmiana kierunku obrotów na poziomy. Taki zespół napędowy, z racji na swój kształt, daje się łatwo montować, czy serwisować bez konieczności odsuwania innych elementów, znajdujących się w pobliżu silnika. Położenie koła zębatego 16 i rozlokowanie wokół niego alternatora, rozrusznika, czy wszelkich pomp daje możliwość zastosowanie bezpośredniego napędu za pomocą kół zębatych, eliminując konieczność stosowania pasków klinowych, jak tez ułatwia do nich dostęp i serwis.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dwusuwowy silnik spalinowy zwłaszcza do napędu samochodów osobowych zawierający tłok osadzony na wykonującym ruchy posuwisto-zwrotne suwaku, pierścienie, komorę wstępnego sprężania i komorę korbową, znamienny tym, że komora wstępnego sprężania (48) jest szczelnie oddzielona od komory korbowej (49) silnika, natomiast suwak (9), łączący tłok (5) z wałem korbowym (14), przechodzi przez umieszczoną w przegrodzie między tymi komorami tuleje uszczelniacza (47).
2. 2. Dwusuwowy silnik spalinowy wg zastrz. 1, znamienny tym, że między pierścieniami zgarniającymi (35) i (36), osadzonego na suwaku (9) tłoka (5), znajduje się element smarujący (38) połączony z doprowadzającymi do niego olej kanałami (37), a pomiędzy pierścieniami zgarniającymi (35,36), na obwodzie tłoka (5) od strony przestrzeni między nimi, znajdują się otwory odprowadzające nadmiar oleju do kanałów (39).
3. 3. Dwusuwowy silnik spalinowy wg zastrz. 1, znamienny tym, że w tłok (5) wbudowany jest zawór dolotowy (20).
4. 4. Dwusuwowy silnik spalinowy wg zastrz. 1, znamienny tym, że bezpośrednio na czopie wału korbowego (14) osadzona jest krzywka (29) sterujące pracą zaworu dolotowego (20).