PL222701B1 - Układ korbowy silnika spalinowego, zwłaszcza dwusuwowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest układ korbowy do silnika spalinowego zwłaszcza dwusuwowego, przeznaczonego do napędu samochodów osobowych. Wynalazek może być stosowany także do silników innych pojazdów mechanicznych, motocykli, statków wodnych i powietrznych, oraz do napędu innych urządzeń technicznych, n.p. generatorów. Istotą wynalazku jest układ korbowy silnika charakteryzujący się tym, że centrycznie, bezpośrednio na czopach wału korbowego (14), obrotowo osadzone są suwaki (9, 10), natomiast wał korbowy (14) osadzony jest obrotowo w przynajmniej jednym walcu obrotowym (13), na obwodzie, którego zamocowane jest koło zębate (15), które jest stale zazębione z przynajmniej jednym kołem zębatym (16), nieruchomo osadzonym na ułożyskowanym w obudowie silnika (51) wałku (17). Koła zębate (15) i (16) są kołami o uzębieniu zewnętrznym.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222701 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 406825 (51) Int.Cl.

F02B 75/32 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 11.03.2013 (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

403092 (54)

Układ korbowy silnika spalinowego, zwłaszcza dwusuwowego

(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 222 701 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ korbowy silnika spalinowego, zwłaszcza dwusuwowego, przeznaczonego do napędu samochodów osobowych. Może być on stosowany także do silników innych pojazdów mechanicznych, motocykli, statków wodnych i powietrznych, oraz do napędu innych urządzeń technicznych, np. generatorów.

Znana jest cała gama tłokowych silników spalinowych, opartych na tradycyjnym układzie korbowym składającym się z wału korbowego i korbowodów. Najbardziej rozpowszechnione są silniki tłokowe czterosuwowe i dwusuwowe. 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, głownie z powodu kłopotów ze smarowaniem, oraz nie spełniania wymogów ekologicznych.

Znane jest także rozwiązanie stosowane w silniku wodzikowym, którego tłok połączony jest z wałem korbowym za pomocą wodzika i korbowodu. Osiąga on bardzo wysoką sprawność, ale z racji na swoje gabaryty i znaczna wagę, znalazł dotąd zastosowanie jedynie do napędu niektórych statków wodnych. Znane jest też rozwiązanie według patentu DE2519908, w którym suwak nie jest osadzony bezpośrednio na czopie wału, lecz na dużej średnicy mimośrodzie, który z kolei osadzony jest na czopie. Do bocznej powierzchni mimośrodu, osiowo względem czopu wału, zamocowane jest koło zębate, stale zazębione z dużym kołem zębatym o wewnętrznym uzębieniu, zamocowanym nieruchomo w obudowie silnika. Dość kłopotliwa forma tego wynalazku prawdopodobnie zdecydowała o braku jego zastosowania.

Istotą wynalazku jest układ korbowy silnika spalinowego, zwłaszcza dwusuwowego zawierający wykonujące ruchy posuwisto-zwrotne suwaki, charakteryzujący się tym, że centrycznie, bezpośrednio na czopach wału korbowego, obrotowo osadzone są suwaki, natomiast wał korbowy osadzony jest obrotowo w przynajmniej jednym walcu obrotowym, na obwodzie którego zamocowane jest koło zębate, które jest stale zazębione z przynajmniej jednym kołem zębatym, nieruchomo osadzonym na ułożyskowanym w obudowie silnika wałku.

Koła zębate są kołami o uzębieniu zewnętrznym.

Posuwisto-zwrotny ruch suwaków i możliwość ich uszczelnienia w korpusie silnika jest podstawą do oddzielenia komory wstępnego sprężania od komory korbowej, a wiec zbudowania nowoczesnego silnika dwusuwowego o ciśnieniowym smarowaniu. Taki silnik będzie miał bardzo wysoka sprawność, równomierną pracę, duży moment obrotowy już przy niskich obrotach, bardzo niskie wolne obroty i niską emisję szkodliwych gazów. Pionowe ustawienie osi spowoduje łatwość przeniesienia napędu z silnika, poprzez sprzęgło, skrzynie biegów aż do układu różnicowego, gdzie nastąpi zmiana kierunku obrotów na poziomy. Silnik zbudowany na planie krzyża, z racji na swój kształt, da się łatwo montować, czy serwisować bez konieczności odsuwania innych elementów. Położenie pierwszego koła zębatego wałka, rozlokowanie wokół niego alternatora, rozrusznika, czy innych elementów, umożliwi zastosowanie bezpośredniego napędu za pomocą kół zębatych, eliminując konieczność stosowania łańcuszków rozrządu, pasków zębatych czy klinowych, jak też znacznie ułatwi serwis.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia przykład budowy układu korbowego, fig. 2 przedstawia kolejne fazy działania tego układu, fig. 3 pokazuje przykład takiego wału z pojedynczym walcem obrotowym i jedną para kół zębatych, fig. 4 przykład wału z trzema walcami obrotowymi i dwoma parami kół zębatych, fig. 5 pokazuje zestaw dwóch wałów z czterema walcami i trzema parami kół zębatych.

Układ korbowy według wynalazku skonfigurowany jest głównie do silnika czterocylindrowego. Każda para tłoków jest nieruchomo połączona ze sobą za pomocą suwaków. Tłoki 5, 7 łączy suwak 9, natomiast tłoki 6, 8 suwak 10. Suwaki 9, 10 poruszają się ruchem posuwisto-zwrotnym wymuszonym przez tuleje uszczelniaczy 47 osadzonych w obudowie silnika 51. W przestrzeni między suwakami 9, 10 znajduje się ułożyskowany w obudowie silnika 51 walec obrotowy 13, wewnątrz którego, mimośrodowo, obrotowo osadzony jest wał korbowy 14. Walców obrotowych 13 może być więcej, wtedy znajdują się one również po zewnętrznych stronach suwaków. Czopy wału korbowego 14 połączone są bezpośrednio z suwakami 9, 10. Do walca obrotowego 13, osiowo zamocowane jest koło zębate 15. Jest ono stale zazębione z nieruchomo osadzonym na wałku 17 kołem zębatym 16. Wałek 17 osadzony jest obrotowo w obudowie silnika 51. Każdy dodatkowy walec obrotowy 13 może posiadać koło zębate 15 i odpowiadające mu koło zębate 16. Przy założeniu, że przełożenie między kołami 15 i 16 wynosi 1:1, na wałku 17 mogą być również zamontowane krzywki sterujące zaworami. Działanie ukłaPL 222 701 B1 du korbowego polega na tym, że siły naciskające na tłoki 5, 6, 7, 8 poprzez suwaki 9, 10, wywierają naciski na czopy wału korbowego 14. Wał korbowy 14 wprawia w ruch walec obrotowy 13. Walec obrotowy 13 obracając się wraz z zespolonym z nim kołem zębatym 15 przenosi moment obrotowy przez koło zębate 16, na wałek 17. W przypadku zastosowania kilku walców obrotowych, osadzone nieruchomo względem wałka 17 koła zębate 16, stabilizują i synchronizują położenie walców obrotowych względem siebie, zapobiegając ich drganiom, lub przemieszczeniom. Konstrukcja układu korbowego według wynalazku, pozwala na oddzielenie komory wstępnego sprężania od komory korbowej silnika dwusuwowego, oraz zapewnia wydłużenie efektywnego czasu nacisku na czopy wału korbowego. W tradycyjnym silniku, zamiana przenoszonej przez poszczególne korbowody siły w moment obrotowy odbywa się przez 100-120° obrotu wału korbowego. Wynika to z rozejścia się kierunku działania siły przenoszonej przez korbowód, z kierunkiem obrotu wału, szczególnie w początkowej i końcowej fazie cyklu pracy. Układ korbowy w/g wynalazku zbudowany na planie krzyża zwiększa ten kąt do 150-160° znacznie poprawiając geometrię tych sił również w tych krytycznych położeniach. W tradycyjnym silniku, efektywny, sumaryczny nacisk na wał istnieje przez 400-480° na 720° obrotu wału, natomiast rozwiązanie w/g wynalazku pozwala na osiąganie efektywnego nacisku przez 600-640° na 360° obrotu wału czterocylindrowego silnika dwusuwowego. Wynika to z rozkładu działania sił. Nakładające się wzajemnie na siebie naciski generują powstanie stabilnego i równomiernego momentu obrotowego, co pozwoli na obniżenie wolnych obrotów silnika nawet do 100-300 obr/min. Powyższe rozwiązanie ma również na celu zlikwidowanie nacisków bocznych tłoków na ścianki cylindrów. Rozwiązanie przenosi to niepożądane zjawisko do skrzyni korbowej na dobrze smarowane prowadnice suwaków 11, 12, znacząco przy tym ograniczając wewnętrzne tarcie silnika. Niskie obroty i wysoki moment obrotowy przełożą się na dobre własności trakcyjne samochodu, który bez szarpnięć będzie mógł ruszać już z wolnych obrotów. Obniży to zużycie paliwa, również w cyklu miejskim, gdzie podczas częstego zatrzymywania się, silnik pracujący na niskich wolnych obrotach będzie zużywał 40-60% mniej paliwa od silnika pracującego przy standardowych 900 obr/min. Niskie obroty przyczynią się również do większej żywotności jego podzespołów, wpłyną na zmniejszenie strat wynikających z wewnętrznego tarcia, spowodują zmniejszenie hałasu, czy wibracji.

Fig. 2 pokazuje poszczególne fazy działania układu korbowego:

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.

Układ korbowy w/g wynalazku może być wykorzystany zarówno w silnikach czterosuwowych, jak też dwusuwowych. Silnik zbudowany na planie krzyża, z osią obrotu w pionie świetnie zaadaptuje się pod maską samochodu. Może też być zastosowany do innych statków lądowych, wodnych, czy powietrznych, jak również do napędu innych urządzeń technicznych.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ korbowy silnika spalinowego, zwłaszcza dwusuwowego, zawierający wykonujące ruchy posuwisto-zwrotne suwaki zakończone tłokami, znamienny tym, że centrycznie, bezpośrednio na czopach wału korbowego (14), obrotowo osadzone są suwaki (9, 10), natomiast wał korbowy (14) osadzony jest obrotowo w przynajmniej jednym walcu obrotowym (13), na którym, centrycznie względem jego osi zamocowane jest koło zębate (15), które jest stale zazębione z przynajmniej jednym kołem zębatym (16), nieruchomo osadzonym na ułożyskowanym w obudowie silnika (51) wałku (17).
2. 2. Układ korbowy według zastrz. 1 , znamienny tym, że koła zębate (15) i (16) są kołami o uzębieniu zewnętrznym.
3. 3. Układ korbowy według zastrz. 1 , znamienny tym, że wszystkie osadzone na wałku (17) koła zębate (16) są osadzone nieruchomo względem siebie.