PL223928B1

PL223928B1 - Planetary combustion engine with rotating pistons and method of operation of the planetary combustion engine

Info

Publication number: PL223928B1
Application number: PL409299A
Authority: PL
Inventors: Robert Nikodem Marchewka
Original assignee: Robert Nikodem Marchewka
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-11-30
Also published as: PL409299A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Dziedzina techniki. Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy z trzema tłokami wirującymi wokół pionowej osi w przestrzeni torusa o przekroju wielokąta foremnego zbliżonego obwodem do obwodu koła lub o przekroju kołowym.The field of technology. The subject of the invention is an internal combustion engine with three pistons rotating around a vertical axis in the space of a torus with a regular polygon cross-section similar to the circumference of a circle or with a circular cross-section.

Stan techniki. Na podstawie przeprowadzonych przeze mnie badań stanu techniki w tym zakresie, oraz specjalistycznej wiedzy wynikającej z mojego wyższego wykształcenia w tej dziedzinie, nie są mi znane rozwiązania podobne do prezentowanego i uważam, że na dziś jest ono rozwiązaniem pionierskim.State of the art. On the basis of my research on the state of the art in this field, and the expertise resulting from my higher education in this field, I am not familiar with solutions similar to the one presented here, and I believe that today it is a pioneering solution.

Jest to silnik spalinowy czterotaktowy w którym takty napełniania, sprężania i spalania mieszanki paliwowo-powietrznej oddzielone są od taktów pracy i wylotu spalin do dwu różnych poziomów.It is a four-stroke internal combustion engine in which the cycles of filling, compression and combustion of the fuel-air mixture are separated from the cycles of operation and exhaust gas outlet to two different levels.

Spalanie mieszanki odbywa się w przelotowych komorach spalania o stałych objętościach, znajdujących się pod torusem Fig. 8, natomiast takty pracy i wylotu spalin odbywają się w komorach roboczych tworzonych w przestrzeni torusa Fig. 2 po obrotowym wysunięciu się zastawki 21/Zg2 do przestrzeni torusa. W trakcie jednego taktu pracy spalane są kolejno po sobie dwa ładunki mieszanki paliwowo-powietrznej w komorach KsI i KsII Fig. 4.Combustion of the mixture takes place in constant-volume continuous combustion chambers located under the torus Fig. 8, while the work and exhaust gas discharge cycles take place in the working chambers formed in the space of the torus Fig. 2 after the rotary valve 21 / Zg2 extends into the torus space. During one cycle of work, two charges of the fuel-air mixture are burnt successively in the chambers KsI and KsII Fig. 4.

Istota wynalazku. Istotą wynalazku jest realizacja przemian termodynamicznych niezbędnych do uzyskania energii mechanicznej z paliw płynnych w bardziej efektywny sposób, niż to ma miejsce w obecnie stosowanych silnikach spalinowych.The essence of the invention. The essence of the invention is the implementation of thermodynamic transformations necessary to obtain mechanical energy from liquid fuels in a more efficient way than in the currently used internal combustion engines.

Powszechnie wiadomo, że w silniku czterosuwowym z układem korbowo-tłokowym na jeden suw pracy wykonane są cztery suwy tłoków. Maksymalne ciśnienie siły gazowej działa na tłoki w wadliwym momencie najmniejszego wykorbienia wału korbowego w górnym zwrotnym punkcie tłoków. Największe wykorbienie wału przypada w momencie kiedy gazy są już znacznie rozprężone. Dla każdego suwu pracy, tłoki są czterokrotnie rozpędzane i wyhamowywane. Praca ta zamieniana jest na ciepło tarcia tracone w łożyskach wału korbowego, oraz na tarcie tłoków o ścianki cylindrów wywołane siłami składowymi prostopadłymi do osi cylindrów. Wynalazek „Silnik spalinowy planetarny ...” omija te problemy i stanowi w tym względzie nowatorskie rozwiązanie.It is well known that in a four-stroke engine with a crank-piston system, there are four piston strokes per power stroke. The maximum gas force pressure acts on the pistons at the defective moment of the smallest crank of the crankshaft at the upper turning point of the pistons. The greatest crank of the shaft occurs when the gases are significantly expanded. For each power stroke, the pistons are accelerated and decelerated four times. This work is converted into the friction heat lost in the crankshaft bearings and the friction of the pistons against the cylinder walls caused by component forces perpendicular to the cylinder axis. The invention "Planetary internal combustion engine ..." overcomes these problems and provides an innovative solution in this respect.

Trzy „tłoki” wirujące w torusie o przekroju wielokąta foremnego lub o przekroju kołowym, współpracują z obrotowymi zastawkami 21 pojawiającymi się w przekroju torusa w sposób zsynchronizowany z ruchem wirujących tłoków. Zastawki stanowią wówczas elementy oporowe dla rozprężających się spalin za tłokami oraz opory przed wypychanymi spalinami z torusa. Rozprężające się spaliny działają przez cały czas na trzy tylne denka tłoków na stałym promieniu od osi obrotu, tworząc sprawny układ, pod względem wskaźników jednostkowych: mocy, momentu, wagi z 1 litra pojemności tego silnika. Opis działania silnika przedstawiam poniżej. Rozwiązanie ideowo-konstrukcyjne przedstawione jest na załączonych pięciu kartach Fig. 1-15.The three "pistons" rotating in a regular polygon or circular cross-section torus cooperate with the rotary valves 21 appearing in the cross-section of the torus in a manner synchronized with the movement of the rotating pistons. The valves are then the resistance elements for the expanding exhaust gases behind the pistons and the resistance against the exhaust gases being pushed out of the torus. The expanding exhaust gas constantly acts on the three rear piston caps at a constant radius from the axis of rotation, creating an efficient system in terms of unit indicators: power, torque, weight per 1 liter of engine capacity. The description of the engine operation is presented below. The ideological and constructional solution is presented on the attached five cards Figs. 1-15.

Objaśnienie numerów figur rysunku:Explanation of drawing numbers:

Fig. 1 - Przekrój pionowy silnika w płaszczyźnie A-A zaznaczonej na Fig. 2,Fig. 1 - Vertical section of the engine along the plane A-A marked in Fig. 2,

Fig. 2 - Rzut pionowy przekroju torusa w płaszczyźnie B-B zaznaczonej na Fig. 1,Fig. 2 - Vertical view of the cross-section of the torus in plane B-B marked in Fig. 1,

Fig. 3 - Przekrój pionowy silnika w płaszczyźnie C-C zaznaczonej na Fig. 4,Fig. 3 - Vertical section of the engine along the C-C plane marked in Fig. 4,

Fig. 4 - Rzut pionowy przekroju w płaszczyźnie D-D zaznaczonej na Fig. 3,Fig. 4 - Vertical view of the section in the D-D plane marked in Fig. 3,

Fig. 5 i 6 - Powiększenie fragmentów przekrojów przez komory sprężania (Kspl i Kspll) z Fig. 4 i komory spalania (KsI i KsII) oraz szczeliny (g₁ i g₂),Fig. 5 and 6 - Enlargement of the sections of the sections through the compression chambers (Kspl and Kspll) from Fig. 4 and the combustion chambers (KsI and KsII) and the slots (g ₁ and g ₂ ),

Fig. 7 - Przekrój pionowy budowy wirnika turbo-doładowarki z Fig. 8 z wieńcami łopatek turbiny 6, sprężarki odśrodkowej 7, wirnika alternatora 9,Fig. 7 - Vertical section of the structure of the turbo-charger rotor from Fig. 8 with blade rims of the turbine 6, centrifugal compressor 7, alternator rotor 9,

Fig. 8 - Przekrój pionowy silnika poprzez komory spalania (KsI i KsII), w płaszczyźnie E-E zaznaczonej na Fig. 9, i obieg cieczy chłodzącej Cc-Cc,Fig. 8 - Vertical section of the engine through the combustion chambers (KsI and KsII), in the E-E plane marked in Fig. 9, and the coolant circuit Cc-Cc,

Fig. 9 - Rzut pionowy płyty środkowej 39 w przekroju F-F, oddzielającej korpus torusa 5 od korpusu dolnego 22. Fig.9 wskazuje wyloty otworów (a₁ i a₂) z komór spalania (KsI i KsII) znajdujących się pod płytą 39,Fig. 9 - Elevation of the middle plate 39 in section FF, separating the torus body 5 from the lower body 22. Fig. 9 shows the outlets of the openings (a ₁ and a ₂ ) from the combustion chambers (KsI and KsII) under the plate 39,

Fig. 10 - Przekrój pionowy silnika w płaszczyźnie H-H zaznaczonej na Fig. 11 z oznaczeniami literowymi podstawowych wymiarów do obliczeń,Fig. 10 - Vertical section of the engine in the H-H plane marked in Fig. 11 with lettering of the basic dimensions for the calculations,

Fig. 11 - Napęd zastawek 21 i 23 przy pomocy zespołów rolek 29 i 32 z udziałem łącznika 26, łączącego dźwignię dwu-krzywkową 30 z dźwignią dolną 24,Fig. 11 - Drive of the tumblers 21 and 23 by means of roller assemblies 29 and 32 with a link 26 connecting the double cam lever 30 to the lower lever 24,

Fig. 12. - Tarcza 4 z wstawionymi w wycięcia tłokami T_I, T_II, Tm,Fig. 12.- Disc 4 with inserted pistons T _I , T _II , Tm,

Fig. 13 - Tarcza 4 bez wstawionych tłoków w wycięcia,Fig. 13 - Disc 4 without inserted pistons in the notches,

PL 223 928 B1PL 223 928 B1

Fig. 14 - Chwilowe ciśnienia indykowane w komorach rozprężania w torusie w rozwinięciu liniowym przekroju poziomego torusa,Fig. 14 - Instantaneous pressures indicated in the expansion chambers in the torus in the linear development of the horizontal cross-section of the torus,

Fig. 15 - Chwilowe ciśnienia indykowane w komorach rozprężania w torusie.Fig. 15 - Instantaneous pressures indicated in the expansion chambers in the torus.

Wykaz oznaczeń literowych widniejących na Figurach:List of letter symbols appearing in the Figures:

Fig. 1 Zs - zbiorniki spalin do rozruchu pneumatycznego,Fig. 1 Zs - exhaust gas tanks for pneumatic starting,

Fig. 2 Zg - zastawki górne 21, T - tłoki, (a, b, c, d, e, f) - otwory i szczeliny,Fig. 2 Zg - upper valves 21, T - pistons, (a, b, c, d, e, f) - holes and slots,

Fig. 3-6 Pz - powietrze zasilające, g₁, g₂ - otwory szczelinowe, Ksp - komory sprężania mieszanki, Ks - komory spalania mieszanki,Fig. 3-6 Pz - supply air, g ₁ , g ₂ - slotted openings, Ksp - mixture compression chambers, Ks - mixture combustion chambers,

Fig. 7-8 Pal - paliwo, Cc - ciecz chłodząca, S - spaliny, Pz - powietrze zasilające, Pc powietrze chłodzące turbinę, Ws - woda dodawana do spalin.Fig. 7-8 Pal - fuel, Cc - cooling liquid, S - exhaust gas, Pz - supply air, Pc turbine cooling air, Ws - water added to exhaust gas.

Sposób działania „Silnika spalinowego planetarnego”How the "Planetary Internal Combustion Engine" Works

W zależności od przyjętego stopnia sprężania w silniku może być realizowany niskoprężny lub wysokoprężny obieg termodynamiczny. Powierzchniowe uszczelnienia zastawek 23 sprężających mieszankę paliwową lub powietrze, pozwalają uzyskiwać wymagane wysokie stopnie sprężania. Spalanie ładunków paliwowo-powietrznych następuje w komorach spalania KsI i KsIl znajdujących się poniżej komór roboczych w torusie Fig. 8. Trzy tłoki 17 rotujące w torusie, umieszczone i umocowane są w wycięciach tarczy 4 na jej obwodzie co 120°, gdzie na każdy tłok w czasie jednego taktu pracy działają dwukrotnie siły gazowe spalin wylatujących kolejno otworami a1 i a2 z komór spalania KsI i KsIl. Dwukrotne kolejne spalenie i rozprężenie spalin podczas jednego taktu pracy, zwiększa efektywne indykowane pole pracy, jakie wynika z obiegów Otto lub Diesla. Efekt ten zobrazowany jest na wykresach przedstawionych na Fig. 14-15. Spalanie mieszanki w komorach o stałych objętości przebiega w sposób sprawniejszy cieplnie przy wysokich ciśnieniach niż w komorach spalania o zwiększającej się objętości nad tłokami, oraz uodparnia mechanizmy silnika od działania ujemnych efektów spalania stukowego.Depending on the adopted compression ratio, a low-pressure or high-pressure thermodynamic cycle can be realized in the engine. The surface seals of the valves 23, compressing the fuel mixture or the air, make it possible to obtain the required high compression ratios. Combustion of fuel-air charges takes place in the combustion chambers KsI and KsIl located below the working chambers in the torus Fig. 8. Three pistons 17 rotating in the torus, placed and fixed in the notches of the disc 4 on its circumference, every 120 °, where each piston is during one cycle of operation, the gas forces of exhaust gases discharging successively through holes a1 and a2 from the KsI and KsIl combustion chambers act twice. Double consecutive combustion and exhaust gas expansion during one cycle of work increases the effective indicated work area, which results from the Otto or Diesel cycles. This effect is illustrated in the graphs shown in Figs. 14-15. Combustion of the mixture in chambers with constant volumes is thermally more efficient at high pressures than in combustion chambers with increasing volume above the pistons, and makes the engine mechanisms resistant to the negative effects of knocking combustion.

Sposób działania silnika planetarnegoHow a planetary motor works

Filtrowane powietrze zasysane przez wieniec łopatek 7 sprężarki odśrodkowej, wpływa do otworów kolektora ssącego 13. W kolektorze ssącym 13 powietrze rozdzielane jest na trzy strum ienie. Strumień pierwszy prowadzi czyste powietrze do centralnej komory, nad którą znajduje wtryskiwacz paliwa 11. W komorze pod wtryskiwaczem powstaje bogata mieszanka paliwowo-powietrzna, która kanałami przepływa do otworów i rozpylaczy 14, a następnie porywana jest przez powietrze strumienia drugiego, przepływające wcześniej przez przepustnicę 10 i pomiędzy uzwojeniami alternatora 8 i 9. Łopatki sprężarki porywają i mieszają bogatą mieszankę z płynącym w drugim strumieniu powietrzem chłodzącym alternator i tłoczą tę mieszaninę przez kanały w tarczy 4 do wnętrza tłoków 17, a następnie z tłoków 17 do ruchomych klinów rozrządowych 27 obracanych o kąt 8° ± 2° wokół osi zastawek w korpusie 22 przez mechanizm nawrotny 28, napędzany krzywką na dźwigni 30 Fig. 1 i 3. Ruch obrotowo-powrotny ruchomych klinów rozrządowych 27 znajdujących się nad klinami nieruchomymi 25 o kąt 8° ± 2° powoduje odsłanianie i zasłanianie otworów szczelinowych g₁ lub g₂ pokazanych na Fig. 5-6, przez które mieszanka Pz Fig. 3 wypływa z ich wnętrza na przemian do komór sprężania Kspl lub Kspll a następnie wtłaczana jest do komór spalania KsI lub KsIl w czasie obrotu zastawek 23 w lewą i w prawą stronę. Paliwo znajdujące się w mieszance przepływając przez gorące drążone tłoki 17, dobrze odparowuje i jednocześnie chłodzi tłoki od wewnątrz. Strumień trzeci, prowadzi czyste powietrze z kolektora ssącego przez wnętrza drążonych łopatek turbiny 6 na zewnątrz silnika. Łopatki turbiny 6 wymagają ciągłego chłodzenia, ponieważ są omywane strumieniami bardzo gorących spalin. To czyste nagrzane powietrze może zostać wykorzystane do podgrzewania wnętrza pojazdu lub otoczenia w którym znajduje się pracujący silnik. Skład stechiometryczny mieszanki paliwowo-powietrznej regulowany jest w zależności od zapotrzebowania mocy silnika wydatkiem wtryskiwacza 11 i przepustnicą powietrza 10. Tłoki wewnątrz posiadają kierownice 18, które kierują mieszankę paliwowo-powietrzną na ich ścianki, powodując lepsze chłodzenie oraz lepsze wymieszanie i odparowanie mieszanki. Ściany boczne tłoków są cienkie, ponacinane i sprężyste. Deflektory tłoków /denka/ 43 i 44 poddawane są działaniu wyższym temperaturom, wykonane są z większymi luzami między ściankami torusa. Na dolnej powierzchni tłoków przylegającej do tarczy 39, znajdują się dwa „łukowofasolkowe” wycięcia c i d Fig. 2, rozdzielone ścianką i kierownicą 18. Mieszanka wpływa do tłoków z kanałów w tarczy 4, otworami c, opływa kierownice i omywa ścianki tłoków a następnie wypływa z tłoków przez drugie otwory fasolkowe d połączone z kanałem f, którymi dalej przepływa poprzezFiltered air, sucked in by a ring of blades 7 of a centrifugal compressor, flows into the openings of the intake manifold 13. In the intake manifold 13, air is divided into three streams. The first stream carries clean air to the central chamber, above which the fuel injector 11 is located. In the chamber under the injector, a rich fuel-air mixture is formed, which flows through the channels into the holes and nozzles 14, and then is entrained by the air of the second stream, previously flowing through the throttle 10 and between the windings of the alternator 8 and 9. The compressor blades pick up and mix the rich mixture with the alternator cooling air flowing in the second stream and force this mixture through the channels in the disc 4 into the pistons 17, and then from the pistons 17 to the movable timing wedges 27 rotated by an angle 8 ° ± 2 ° about the axis of the valves in the body 22 by the reversing mechanism 28, driven by a cam on the lever 30 Figs. 1 and 3. The rotary and reciprocating movement of the movable timing wedges 27 located above the stationary wedges 25 by an angle of 8 ° ± 2 ° exposes and covering the slotted openings g ₁ or g ₂ shown in Figs. 5-6 through which the mixture Pz F ig. 3 flows from their interior alternately into the compression chambers Kspl or Kspll and then is forced into the combustion chambers KsI or KsIl during the rotation of the valves 23 to the left and right. The fuel in the mixture, flowing through the hot hollow pistons 17, evaporates well and at the same time cools the pistons from the inside. The third stream guides clean air from the intake manifold through the interior of the hollow turbine blades 6 to the outside of the engine. The blades of the turbine 6 require constant cooling as they are washed by jets of very hot exhaust gas. This clean, warm air can be used to heat the interior of the vehicle or the environment in which the engine is running. The stoichiometric composition of the air-fuel mixture is regulated depending on the engine's power demand by means of the injector 11 and the air throttle 10. The pistons inside have vanes 18 which direct the fuel-air mixture to their walls, resulting in better cooling and better mixing and evaporation of the mixture. The side walls of the pistons are thin, notched and resilient. Piston / bottom / 43 and 44 deflectors are subjected to higher temperatures, they are made with greater clearances between the walls of the torus. On the lower surface of the pistons adjacent to the disc 39, there are two "arcuate" notches c and d Fig. 2, separated by a wall and a steering wheel 18. The mixture flows into the pistons from the channels in the disc 4 through holes c, flows around the wheels and washes the walls of the pistons and then flows out of pistons through the second bean-shaped holes d connected to the channel f, through which it flows through

PL 223 928 B1 otwór w płycie 39 do wnętrza ruchomego klinowego rozdzielacza 27, wykonanego w postaci drążon ego wycinka koła. Komory sprężania Kspl i KspII rozdzielone są klinami stałymi 25 wykonanymi w postaci wycinków kół w których ułożyskowane są mechanizmy nawrotne 28 sterujące klinami ruchomymi 27. Ruch obrotowo powrotny zastawek 23 o kąt 80° ± 4° powoduje sprężanie mieszanki raz z lewej, raz z prawej strony klina stałego 25 i klina ruchomego 27 oraz wtłaczanie jej przez otwory w korpusie 22 do komór spalania KsI lub Ks II, znajdujących się pod torusem Fig. 8. Zastawki 23 są sprężyste bardzo dobrze smarowane, uszczelnione powierzchniowo pomiędzy osią i korpusem w którym się obracają.An opening in the plate 39 for the interior of the movable wedge distributor 27, formed as a hollow segment of a circle. The Kspl and KspII compression chambers are separated by fixed wedges 25 made in the form of wheel sections in which the reversing mechanisms 28 are mounted, which control the movable wedges 27. The rotary-return movement of the valves 23 by an angle of 80 ° ± 4 ° causes the mixture to be compressed once on the left and once on the right. The fixed wedge 25 and the movable wedge 27 and forcing it through the holes in the body 22 into the combustion chambers KsI or Ks II, located under the torus Fig. 8. The valves 23 are resilient, very well lubricated, surface sealed between the axis and the body in which they rotate.

W czasie sprężania mieszanki w komorach sprężania Kspl i KspII oraz w czasie tłoczenia jej do komór spalania KsI i KsII, otwory wylotowe a, i a₂ Fig. 2 zasłaniane są od góry wycinkiem tarczy 4 bez szczeliny b. Nad tym wycinkiem tarczy w tym czasie trwa takt wylotu. Otwory a, i a₂ zostają kolejno odsłaniane w czasie taktu rozprężania, kiedy zamknie się zastawka 21 za tłokiem. Wówczas palące się spaliny wylatują kolejno przez otwory a, i a₂ oraz szczeliny fasolkowe b do komór rozprężania w torusie. Otwory wlotowe do komór spalania KsI i KsII na czas spalania i rozprężania zamykane są od dołu zastawkami dolnymi 23, które tak jak zastawki 21 pozostają na ten czas nieruchome. Po ro zprężeniu się spalin z komór spalania KsI i KsII, zastawka Zg1 otwiera się przed tłokiem T_I. Tłok T_I mijając wnękę z otwartą zastawką Zg1 odsłania otwór wylotowy e do kolektora wylotowego w korpusie. Zastawki górna i dolna po przejściu tłoka obracają się w prawo /zgodnie z ruchem wskazówek zegara/ o kąt 80° ± 4°. Zastawka Zg1 zamyka przekrój torusa rozpoczynając następny takt pracy i jednocześnie wytwarza opór dla wypychanych spalin przez następny tłok T_II pojawiający się w torusie za rozprężonymi spalinami a zastawka dolna spręża w tym czasie następną porcję mieszanki w Kspl i KsI. Tłok T_II wypycha spaliny w kierunku łopatek turbiny przez otwory wylotowe e do kolektorów Fig. 2.When the mixture is compressed in the Kspl and KspII compression chambers and when it is forced into the KsI and KsII combustion chambers, the outlet openings a, and a ₂ Fig. 2 are covered from the top with a disk section 4 without a slot b. departure tact. The openings a, and a ₂ are successively exposed during the expansion cycle as the valve 21 behind the piston closes. Then, the burning flue gas flows out successively through the openings a, ia ₂ and bean-shaped gaps b to the expansion chambers in the torus. The inlet openings to the combustion chambers KsI and KsII are closed at the bottom with lower valves 23 for the duration of combustion and expansion, which, like the valves 21, remain stationary for this time. After the exhaust gases from the KsI and KsII combustion chambers have decompressed, the valve Zg1 opens in front of the piston T _I. The piston T _I, passing the cavity with an open valve Zg1, exposes the outlet e to the outlet manifold in the body. The upper and lower valves, after passing the piston, rotate to the right / clockwise / by an angle of 80 ° ± 4 °. The valve Zg1 closes the cross-section of the torus by starting the next cycle of work and at the same time creates resistance for the exhaust gas being pushed out by the next piston T _II appearing in the torus behind the expanded exhaust gas, while the lower valve compresses the next portion of the mixture into Kspl and KsI at that time. The piston T _II pushes the exhaust gas towards the turbine blades through the outlet openings e into the manifolds Fig. 2.

Krótkie kolektory wylotowe, pozwalają zachować dużą energię kinetyczną spalin, lecz stwarzają niebezpieczeństwo przegrzania wieńca łopatek turbiny czemu zapobiega woda wtryskiwana w kolektory wylotowe wtryskiwaczami 16. Woda jest podgrzana wstępnie w wężownicach 15 opasujących kolektory wylotowe. Woda zamienia się natychmiast w parę wodną, chłodzi spaliny, zwiększa ich masę, podnosi ich prężność i zwiększa energię kinetyczną spalin. Na wirniku turbiny osadzony jest również wirnik alternatora 9. Otrzymujemy w ten sposób w centralnej części torusa, generator energii elektrycznej, możliwej do wykorzystania w hybrydowym zespole napędowym, oraz na potrzeby zesp ołu napędowego, podnosząc w ten sposób sprawność cieplną silnika i układu napędowego.Short exhaust manifolds allow to maintain high exhaust gas kinetic energy, but pose the risk of overheating the rim of the turbine blades, which is prevented by water injected into the exhaust manifolds by the injectors 16. Water is preheated in the coils 15 surrounding the exhaust manifolds. The water immediately turns into water vapor, cools the exhaust gas, increases its mass, increases its elasticity and increases the kinetic energy of the exhaust gas. The rotor of the alternator 9 is also mounted on the turbine rotor. In this way, in the central part of the torus, we obtain an electric energy generator that can be used in the hybrid power unit and for the drive unit, thus increasing the thermal efficiency of the engine and drive system.

Do komór spalania KsI i KsII wkręcone są świece zapłonowe 41 Fig. 8 /lub wtryskiwacze paliwa w obiegu Diesla/. Przy pięciu zastawkach górnych 21, na tylne denko każdego tłoka, w czasie 1 obrotu, działa dziesięć ładunków cieplnych gazów wypływających kolejno z dziesięciu komór spalania ro zmieszczonych co 36° na obwodzie torusa. W czasie jednego obrotu wału, za trzema tłokami zapala się i rozpręża się trzydzieści ładunków. Tłoki są obciążone cieplnie, muszą być bezwzględnie chłodzone. Cienkie ścianki tłoków, niewielka masa, kontakt z chłodzonymi ściankami torusa, oraz przepływającą w ich wnętrzu mieszanką palną lub powietrzem pozwalają na ich dostateczne ochłodzenie.Spark plugs 41 Fig. 8 are screwed into the combustion chambers KsI and KsII / or fuel injectors in the diesel cycle /. With five upper valves 21, ten thermal charges of gases discharging successively from ten combustion chambers r, arranged every 36 ° around the circumference of the torus, act on the rear head of each piston during 1 revolution. During one shaft revolution, thirty charges are ignited and expanded behind three pistons. The pistons are thermally stressed and must absolutely be cooled. The thin walls of the pistons, low mass, contact with the cooled walls of the torus and the combustible mixture or air flowing inside them allow them to be sufficiently cooled.

Duża ilość rozprężanych ładunków w czasie jednego obrotu wału powoduje korzystną równomierność pracy, płaski wykres momentu obrotowego oraz dynamikę silnika. Teoretyczny rozkład c iśnienia indykowanego w torusie w czasie jednego obrotu obrazuje Fig. 14. Z wykresu wynika, że praktycznie w każdej chwili na trzy tylne denka tłoków działa co najmniej 2-krotna siła maksymalnego ciśnienia indykowanego rozprężanych gazów. W czasie jednego taktu rozprężania w jednej komorze torusa, następuje spalenie i rozprężenie spalin kolejno z dwóch komór spalania KsI i KsII.A large number of expanded charges during one revolution of the shaft results in favorable smoothness of operation, flat torque diagram and engine dynamics. The theoretical distribution of the pressure indicated in the torus during one revolution is shown in Fig. 14. The diagram shows that practically at any moment, at least twice the force of the maximum indicated pressure of expanded gases exerted on the three rear ends of the pistons. During one expansion cycle in one torus chamber, combustion and depressurization of exhaust gases from two combustion chambers KsI and KsII takes place.

Na dolnych końcówkach tulejek zastawek 20 ułożyskowanych na łożyskach igiełkowych na osiach 19 znajdują się dźwignie 24 Fig. 1, 11, połączone poprzez łącznik 26 z ramieniem dłuższym dźwigni z dwiema krzywkami 30. Dźwignie 30 poruszane są obrotowo-zwrotnie zespołami trzech rolek 29 i 32, ułożyskowanymi na osiach 31 osadzonych w obracającej się z wałem 33 piaście 34. Trzy wirujące rolki 29 krążące na większym promieniu, wywierają nacisk na jedną z krzywizn dwukrzywkowej dźwigni 30, obracając dźwignię w lewo. Obrót dźwigni 30 w lewo, powoduje obrót zastawek górnych i dolnych w prawo /zgodnie z ruchem wskazówek zegara/. Zastawki 21 tym ruchem przegradzają przekrój torusa, zastawki 23 sprężają ładunki w komorach Kspl i KsI. Trzy rolki 32 wir ujące na mniejszym promieniu, obracają dźwignię 30 i zastawki w stronę przeciwną. Zastawki 23 sprężają wówczas ładunek w komorach KspII i KsII.On the lower ends of the valve sleeves 20, mounted on needle bearings on the axles 19, there are levers 24 Fig. 1, 11, connected via a link 26 to the longer lever arm with two cams 30. The levers 30 are rotatably moved by sets of three rollers 29 and 32, mounted on axles 31 mounted in a hub 34 rotating with the shaft 33. The three rotating rollers 29 circulating on a larger radius exert pressure on one of the curves of the cam lever 30, turning the lever counterclockwise. Turning the lever 30 to the left causes the upper and lower valves to rotate to the right (clockwise). The valves 21 with this movement partition the cross-section of the torus, the valves 23 compress the charges in the chambers Kspl and KsI. The three whirling rollers 32 on a smaller radius rotate the lever 30 and the valves in the opposite direction. The shutters 23 then compress the load in the chambers KspII and KsII.

Bardzo ważną rolę spełnia w tym układzie łącznik 26, stanowiący jedno z zastrzeżeń patentowych. Łącznik ten pozwala na „błyskawiczny” obrót zastawek do wnętrza przestrzeni toroidalnej lub „otwarcie drogi” przed wirującymi w torusie tłokami. W zaprezentowanym rozwiązaniu, zamknięcieThe connector 26, which is one of the patent claims, plays a very important role in this system. This connector allows for "instant" rotation of the valves inside the toroidal space or "opening the path" in front of the pistons rotating in the torus. In the presented solution, closure

PL 223 928 B1 zastawki za tłokiem, trwa 10° ± 2° obrotu tarczy z tłokami, a otwarcie zastawki przed tłokiem trwa 11° ± 2° obrotu tarczy z tłokami. Rozprężające się gazy działają przez cały czas na jednakowym ramieniu na trzy denka tłoków w każdej chwili każdego obrotu.It takes 10 ° ± 2 ° of rotation of the disc with the pistons, and the opening of the valve in front of the plunger takes 11 ° ± 2 ° of rotation of the disc with the pistons. The expanding gases act continuously on the same arm on the three piston crowns at each time of each revolution.

Rozruch silnika. Kolista, płaska i zwarta budowa pozwala na zastosowanie prostego w budowie, pneumatycznego zasadniczego rozruchu silnika, ze „start-stopem”, gdzie gazem rozruchowonapędowym są sprężone spaliny zgromadzone w komorach Zs w obudowie silnika, podczas kilku sekund po jego wcześniejszym uruchomieniu. Napełnianie i rozładowanie Zs sterowane jest elektrozaworami 3. Elektrozawory 3 odcinają dopływ spalin i magazynują spaliny pod ciśnieniem, do chwili następnego pneumatycznego rozruchu silnika. Zbiorniki spalin Zs otaczają komory spalania i spełniają funkcję tłumików hałasu. Elektryczny rozruch tego silnika jest rozruchem zapasowym w razie spadku ciśnienia w Zs.Starting the engine. The circular, flat and compact structure allows for the use of a simple-to-design, pneumatic basic engine start-up, with "start-stop", where the start-up gas is compressed exhaust gas accumulated in the Zs chambers in the engine housing, during a few seconds after its initial start-up. Filling and discharging Zs is controlled by solenoid valves 3. Solenoid valves 3 cut off the flow of exhaust gases and store the exhaust gases under pressure until the next pneumatic engine start. The exhaust gas tanks Zs surround the combustion chambers and act as silencers. The electric start of this engine is a backup start in the event of a pressure drop in Zs.

Smarowanie. W silniku rotacyjnym nie występują składowe reakcyjnych sił pomiędzy tłokami i ściankami bocznymi torusa. Siły tarcia są tu znikome, wywołane jedynie sprężystością tłoków niezbędną do ich uszczelnienia.Lubrication. In a rotary engine, there are no components of the reaction forces between the pistons and the side walls of the torus. The friction forces are negligible here, caused only by the elasticity of the pistons necessary for their sealing.

Olej smarujący może być doprowadzony do osi wału od góry lub od dołu i rozprowadzony otworami i kanałami w tarczach do wszystkich ruchomych części ułożyskowanych na łożyskach tocznych /igiełkowych/. Olej doprowadzony do osi 19 smaruje łożyska igiełkowe 20 w tulejach zastawek a następnie wypływa z nich kalibrowanym otworkami do wnętrza zastawek górnych 21 i dolnych 23 a z nich do zbiornika oleju. Film olejowy jaki tworzy się na powierzchniach bocznych zastawek górnych 21, wynoszony jest częściowo na powierzchnie boczne torusa w czasie wysuwania się zastawek do przestrzeni torusa. Film olejowy tworzony na powierzchniach bocznych zastawek dolnych dobrze je uszczelnia i smaruje zapewniając żądany stopień sprężania. Ruchome elementy takie jak; wirnik turbosprężarki, tarcze, rolki, smarowane są olejem wypływającym kanałami z otworów wału napędowego. Zastawki rolki i dźwignie ułożyskowane są na łożyskach tocznych igiełkowych, które umożliwiają skuteczne smarowane sposobem ciśnieniowo-rozbryzgowym. Układ silnika z pionową osią nadaje się do hydrokinetycznego smarowania części obrotowych silnika takich jak wał i turbosprężarki, oraz do opadowego systemu smarowania wszystkich łożysk igiełkowych. Nadciśnienie panujące w układzie zasilania silnika powoduje, że olej smarujący, nie przedostaje się do układu zasilania.The lubricating oil can be led to the shaft axis from the top or bottom and distributed through holes and channels in the discs to all moving parts mounted on rolling (needle) bearings. The oil fed to the axle 19 lubricates the needle bearings 20 in the valve sleeves and then flows out of them through calibrated holes into the upper 21 and lower valves 23 and from them to the oil reservoir. The oil film that forms on the side surfaces of the upper valves 21 is partially carried over the side surfaces of the torus as the valves extend into the torus space. The oil film formed on the side surfaces of the lower valves seals them well and lubricates them, ensuring the desired compression ratio. Movable elements such as; turbocharger rotor, discs, rollers are lubricated with oil flowing out through channels from the holes of the propeller shaft. Rollers and levers are mounted on roller and needle roller bearings, which enable effective lubrication by pressure and splash method. The vertical axis motor system is suitable for the hydrokinetic lubrication of the rotating parts of the engine such as the shaft and turbochargers, and for the drop lubrication system for all needle bearings. The overpressure in the engine supply system prevents the lubricating oil from getting into the supply system.

Chłodzenie. W powyższym opisie wskazano w jaki sposób chłodzone są najbardziej obciążone cieplnie tłoki, kolektory wylotowe a także łopatki turbosprężarki. Na Fig. 8. zaznaczono obieg Cc-Cc obrazujący możliwość wykonania ciekłego chłodzenia ścian bocznych torusa, komór spalania oraz płyty środkowej. Zastawki górne 21 nie wymagają odrębnego chłodzenia, gdyż pozostają w stałym kontakcie ze ściankami torusa i przepływającego przez nie oleju smarującego.Cooling. The above description shows how the most thermally loaded pistons, exhaust manifolds and turbocharger blades are cooled. Fig. 8 shows the Cc-Cc cycle showing the possibility of liquid cooling the side walls of the torus, the combustion chambers and the middle plate. The upper valves 21 do not require separate cooling as they are in constant contact with the walls of the torus and the lubricating oil flowing therethrough.

Zalety proponowanego rozwiązaniaAdvantages of the proposed solution

1. Prostota wykonania części składowych, zwartość i lekkość konstrukcji.1. Simplicity of making the components, compactness and lightness of the structure.

Rozwiązanie to eliminuje; ciężki wał korbowy, koło zamachowe, korbowody, wszelkie koła zębate, krzywkowe wałki rozrządu, łańcuchy lub paski rozrządu, zawory i sprężyny zaworowe, paski klinowe do napędu alternatora, wytwornicę ciepła.This solution eliminates; heavy crankshaft, flywheel, connecting rods, all gears, camshafts, timing chains or belts, valves and valve springs, V-belts for alternator drive, heat generator.

2. Korzystne wskaźniki jednostkowe: wagi, mocy, momentu obrotowego w stosunku do pojemności „skokowej”.2. Favorable unit indicators: weight, power, torque in relation to the "swept" capacity.

3. Możliwość wszechstronnego zastosowania tam, gdzie zachodzi potrzeba zastosowania do napędu silników spalinowych.3. Possibility of versatile use where there is a need to use for driving internal combustion engines.

4. Możliwość wykorzystania różnorodnych paliw oddzielnie lub równolegle.4. Possibility to use various fuels separately or in parallel.

5. Możliwość łatwego wykorzystania z elektrycznymi napędami hybrydowymi.5. Can be easily used with electric hybrid drives.

Jak wynika z wykonanych obliczeń, silnik o zewnętrznej średnicy torusa D_T = 200 mm, czyli szerokości tej strony, oraz pozostałych wymiarach w [mm] Fig. 10; D_WT = 154, S_T = 23, H₁-23, H₂ = 20, H_s = 56, D_zg = 64, D_o = 14, D_zd = 64, H_w = 42, D_w = 52, posiada pojemność skokową 10 komór sprężaa 3 3 nia Ksp - 136 cm . Przy tak niewielkiej pojemności 136 cm może osiągnąć moc N=100 KM =73,5 kW już przy niewielkiej prędkości obrotowej 1000 obr/min, oraz moment obrotowy M=74 KGm na ramieniu działania siły gazowej Rg = 9,23 cm, przy założonym średnim ciśnieniu indykowanym 80 kG/cm . Przy 2000 obr/min moc ta będzie dwukrotnie większa = 200 KM.As it results from the calculations, the motor with the outer diameter of the torus D _T = 200 mm, that is the width of this side, and the remaining dimensions in [mm] Fig. 10; D _WT = 154, S _T = 23, H ₁ -23, H ₂ = 20, H _s = 56, D _zg = 64, D _o = 14, D _dt = 64, H _w = 42, D _w = 52, has a displacement of 10 compression chambers Ksp - 136 cm. With such a small capacity of 136 cm, it can reach the power of N = 100 HP = 73.5 kW even at a low speed of 1000 rpm, and the torque M = 74 KGm on the gas force arm Rg = 9.23 cm, with the assumed average the indicated pressure of 80 kgf / cm. At 2000 rpm, this power will be twice as high = 200 HP.

Silnik wykonany ze stopów lekkich, przy gabarytach jak wyżej, posiada masę około 8 kg. Wskaźniki porównawcze dotyczące: masy, mocy i momentu obrotowego z 1 litra pojemności silników, wskazują jednoznacznie na wyższość tej konstrukcji nad pozostałymi.The engine is made of light alloys, with dimensions as above, has a weight of about 8 kg. Comparative indicators concerning: weight, power and torque from 1 liter of engines capacity clearly indicate the superiority of this design over the others.

PL 223 928 B1PL 223 928 B1

W obliczeniach przyjęto tylko 2-krotną stałą siłę gazów 80 kG/cm, chociaż siły gazowe działają na trzy denka tłoków. W rzeczywistości moc oraz moment obrotowy silnika planetarnego mogą być wyższe od wyliczonej.Only a 2-fold constant gas force of 80 kG / cm was assumed in the calculations, although the gas forces acted on three piston heads. In fact, the power and torque of the planetary motor may be higher than that calculated.

Promieniowe powiększenie średnic torusa a zatem i powiększenie promienia działania sił gazowych i momentu obrotowego nie stanowi tu problemu.The radial enlargement of the torus diameters and therefore the enlargement of the radius of action of the gas forces and the torque is not a problem here.

Wykorzystanie energii kinetycznej spalin, powoduje wzrost sprawności cieplnej silnika.The use of the kinetic energy of the exhaust gases increases the thermal efficiency of the engine.

Lekkość i zwartość konstrukcji podnosi sprawność mechaniczną oraz dynamikę pracy silnika planetarnego a także zmniejsza znacznie zużycie paliwa.The lightness and compactness of the structure increases the mechanical efficiency and dynamics of the planetary engine, and also significantly reduces fuel consumption.

W dobie ograniczonej ilości paliw, zanieczyszczeniu środowiska i atmosfery, zastosowany na szeroką skalę wynalazek może ograniczyć negatywne czynniki energetyki opartej na paliwach ropopochodnych, roślinnych i gazowych.In the era of limited amount of fuels, pollution of the environment and atmosphere, the invention, applied on a large scale, may limit the negative factors of energy based on petroleum-derived, vegetable and gas fuels.

Niewielka masa silnika w porównaniu do osiąganej mocy silnika to mniej zużytych surowców do jego wykonania, mniej obróbki mechanicznej, cieplnej, mniej skomplikowanych obrabiarek do jego wytwarzania, co oznacza dalsze pozytywne oddziaływanie tych zalet na środowisko.The low mass of the engine compared to the engine's power means less raw materials used for its production, less mechanical and thermal treatment, less complex machine tools for its production, which means a further positive impact of these advantages on the environment.

Wykaz oznaczeń częściPart designation list

1. - pokrywa górna torusa,1.- top cover of the torus,

2. - śruby łączące korpusy i pokrywy,2.- bolts connecting bodies and covers,

3. - elektrozawory przepływowo-odcinające,3.- flow-shut-off solenoid valves,

4. - tarcza z wycięciami dla tłoków,4.- disc with cutouts for pistons,

5. - korpus torusa,5.- torus body,

6. - chłodzone powietrzem łopatki turbiny,6.- air-cooled turbine blades,

7. - łopatki turbo-sprężarki odśrodkowej,7.- turbo-centrifugal compressor blades,

8. - uzwojenia stojana alternatora,8. - alternator stator windings,

9. - uzwojenia wirnika alternatora,9.- alternator rotor windings,

10. - przepustnica powietrza,10.- air damper,

11. - wtryskiwacz paliwa,11.- fuel injector,

12. - szczotki alternatora i pierścienie komutatora,12. - alternator brushes and commutator rings,

13. - kolektor ssący,13.- suction manifold,

14. - dysze paliwowe,14.- fuel nozzles,

15. - wężownica wody,15. - water coil,

16. - wtryskiwacz wody,16.- water injector,

17. - tłoki T_I, T_II, T_III,17.- pistons T _I , T _II , T _III ,

18. - kierownica ruchu mieszanki lub powietrza w tłoku,18.- mixture or air flow guide in the piston,

19. - śruba skręcająca i stanowiąca oś obrotu zastawek,19.- twisting screw constituting the axis of rotation of the valves,

20. - tuleja osi obrotu zastawek,20.- bushing of the valves rotation axis,

21. - zastawki górne Zgl, Zgll, ZglII, ZgTIV, ZgV,21. - upper valves Zgl, Zgll, ZglII, ZgTIV, ZgV,

22. - korpus dolny komór ssania i sprężania,22. - lower body of the suction and compression chambers,

23. - zastawki dolne-ssąco-sprężające,23. - lower-suction-compression valves,

24. - dźwignia poruszająca tuleję osi zastawek górnych i dolnych,24.- lever moving the sleeve of the upper and lower valves' axes,

25. - klin rozrządu stały z mechanizmem nawrotnym 28,25. - fixed timing wedge with a reversing mechanism 28,

26. - łącznik łączący dźwignię napędu zastawek 24 z dźwignią 30,26.- connector connecting the lever of the tumbler drive 24 with the lever 30,

27. - klin rozrządowy ruchomy,27.- movable timing wedge,

28. - mechanizm nawrotny dla klina ruchomego,28.- reversing mechanism for a movable wedge,

29. - zespół rolek poruszających dźwignię 30 w lewo, zamykający przekrój poprzeczny torusa,29.- a set of rollers moving the lever 30 to the left, closing the cross-section of the torus,

30. - dźwignia dwu-krzywkowa napędu zastawek górnych i dolnych,30. - two-cam lever of the drive of upper and lower valves,

31. - oś dźwigni z łożyskami igiełkowymi,31. - lever axle with needle bearings,

32. - zespół rolek poruszających dźwignię 30 w prawo, otwierając przekrój torusa,32. - a set of rollers moving the lever 30 to the right, opening the cross-section of the torus,

33. - wał napędowy,33. - drive shaft,

34. - tarcza napędowa z wieńcem zębatym dla rozrusznika elektrycznego,34.- toothed wheel drive plate for electric starter,

35. - łożyska ślizgowe hydrokinetyczne,35. - hydrokinetic plain bearings,

36. - kołki łączące tarczę 4 z tarczą 34,36.- pins connecting shield 4 with shield 34,

37. - rozrusznik elektryczny,37.- electric starter,

38. - tarczka ślizgowa,38. - sliding plate,

39. - płyta środkowa oddzielająca korpus torusa 5 od korpusu dolnego 22,39. - central plate separating the torus body 5 from the lower body 22,

40. - pokrywa dolna silnika,40. - lower engine cover,

PL 223 928 B1PL 223 928 B1

41. - świeca zapłonowa Fig. 8,41.- spark plug Fig. 8,

42. - śruby obwodowe łączące korpusy,42. - circumferential bolts connecting the bodies,

43. - denko przednie tłoka,43. - front piston crown,

44. - denko tylne tłoka.44. - rear piston cap.

Claims

Patent claims

1. Planetary internal combustion engine with rotating pistons, characterized by the fact that it has the form of a two-tier disk with a vertical axis of symmetry, where inside the upper level there is a torus with rotating pistons (17) and rotary-return valves (21) constituting resistance to the exhaust gas from the torus is expanded and pushed out, and on the lower level of the disc there are valve rotation mechanisms and valves (23) by means of which the combustible mixture or air is compressed in the compression chambers (Kspl and Kspll) and forced into the combustion chambers (KsI and KsII) .

2. The engine according to claim The valve according to claim 1, characterized in that the upper valves (21) and the lower valves (23) are connected to each other on the sleeves (20) and are rotated simultaneously by the same angle by the levers (24) on the axes (19).

3. The engine according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the thermally loaded pistons (17) are cooled from the inside with a combustible mixture flowing through them or with supply air, depending on the Otto or Diesel circuit adopted.

4. The engine according to claim The combustion chamber of claim 1, characterized in that the combustion chambers (KsI and KsII) are located in the body (22) and have a constant volume.

5. The engine according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that it has a tumbler rotation mechanism (21 and 23) consisting of two sets of three rollers (29 and 32), two-cam levers (30), connectors (26), levers (24), enabling closing and opening of the valves at an angle of 10 ° ± 3 ° of rotation of the shaft with the pistons.

6. The method of operation of a planetary combustion engine, characterized in that the (intake and compression) cycles are separated by a central plate (39) from the cycles (operation and exhaust gas outlet) to two levels.

7. The method of operating an engine according to claim 1, 6, characterized in that the timing of the fuel mixture or air in the engine takes place by means of: rotating pistons (17), disc (4) with slots (b), upper valves (21), movable timing wedges (27), stationary wedges ( 25) and lower valves (23).

8. The method of operating an engine according to claim 1. 6. A process according to claim 6, characterized in that the compression and combustion cycles thermodynamically connect with the expansion cycles through holes (a ₁ and a ₂ ) made in the fixed central plate (39) and through slots (b) made in the rotating disc (4), which cyclically close and they open the outlets of the combustion chambers (a1 and a2).

9. The method of operating an engine according to claim 1 6. The method according to claim 6, characterized in that when closing the cross-section of the torus with the valve (21), the valve (23) on the lower level compresses the combustible charge in the combustion chamber (KsI), and during the opening of the torus cross-section by the valve (21), the valve (23) compresses the charge on the opposite side in the combustion chamber (KsII), whereby the forces needed to stop the rotation of the valves to the speed "0" are used to compress the combustible charge formed on the other side of the valve (23).

10. The method of operating an engine according to claim 1 6, characterized in that after the expansion of two flammable charges from the chambers (KsI and KsII), water is injected into the hot exhaust gas flowing from the torus, which turns into water vapor, cools the exhaust gas and the turbine rotor (6), increases the mass of the exhaust gas , exhaust gas pressure and their kinetic energy.

11. The method of operating an engine according to claim 1 The method of claim 6, characterized in that the mixture of exhaust gases and steam drives a ring of turbine blades of a turbocharger connected to the rotor of the alternator (9).