PL235520B1 - Tłok dwusuwowego silnika spalinowego nie wymagającego dawkowania oleju do paliwa - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest osadzony na sworzniu korbowodowym (10), tłok dwusuwowego silnika spalinowego o zróżnicowanych średnicach, z pierścieniami tłokowymi na obu jego końcach, charakteryzujący się tym, że cała powierzchnia boczna tłoka składa się z przynajmniej dwóch stref smarowanych olejem (1,3) oraz znajdującej się pomiędzy nimi strefy niesmarowanej (2), przy czym smarowana część o większej średnicy (3), zawiera zestaw pierścieni tłokowych, w skład którego wchodzi przynajmniej po jednym pierścieniu zgarniającym (4) i uszczelniającym (5), natomiast w smarowanej części tłoka o mniejszej średnicy (1), zlokalizowane są przynajmniej dwa, ustawione przeciwstawnie względem siebie zestawy pierścieni zgarniających (6) i uszczelniających (7), pomiędzy którymi znajduje się połączony z kanałami doprowadzającymi olej (8), element smarujący (9), zapewniający skuteczne i równomierne rozprowadzanie oleju.

Description

Przedmiotem wynalazku jest tłok dwusuwowego silnika spalinowego nie wymagającego dawkowania oleju do paliwa z dziedziny mechaniki. Może on być stosowany do silników dwusuwowych nowej generacji, ze wskazaniem na zastosowanie w samochodach, motocyklach, statkach lądowy ch, powietrznych i wodnych, urządzeniach roboczych i stacjonarnych typu generatory. Znane są różne rozwiązania tłoków silników dwusuwowych, jednak wszystkie, obecnie stosowane silniki tego typu wymagają smarowania olejem dodawanym do paliwa, choć znane są też próby skonstruowania silnika z użyciem tłoków smarowanych na wzór silników czterosuwowych. Jednym z nich, jest projekt tłoka wg zgłoszenia patentowego nr P 407765 „Tłok z pierścieniami dwusuwowego silnika spalinowego”. Tłok silnika wg wynalazku różni się od opisanego w powyższym zgłoszeniu nie tylko samą konstrukcją, ale też tym, że możliwe jest zastosowanie go do tradycyjnego silnika, z tradycyjnym wałem korbowym. Tłok ten posiada strefę wolną od oleju, która wykorzystana jest jako ścianka komory wstępnego sprężania, nie narażając znajdującego się w niej powietrza, lub mieszanki paliwowo-powietrznej, na kontakt z olejem. Sama idea tłoka o podwójnej średnicy znana jest od lat. Konstruowano silniki z takimi właśnie tłokami wykorzystując większą średnicę tłoka jako tłok wstępnego sprężania, a mniejszą średnicę, jako tłok roboczy. Było to bardzo korzystne rozwiązanie, które w stosunku do tradycyjnego rozwiązania, gdzie komora korbowa była równocześnie komorą wstępnego sprężania, znacznie poprawiło ciężarowe napełnianie cylindra. Jednakże miało ono nadal podstawową wadę w postaci konieczności mieszania paliwa z olejem. Rozwiązanie wg wynalazku wychodzi naprzeciw temu problemowi. Zastosowanie go pozwoli na wykorzystanie znanych konstrukcji silników dwusuwowych do stworzenia dwusuwowego silnika nowej generacji, nie wymagającego dawkowania oleju do paliwa, osiągnięcia dwusuwowej zasady pracy silnika nie zanieczyszczającego otoczenia resztkami niespalonego oleju, ani też stosowania zupełnie odmiennego wału korbowego. Oprócz korzyści w postaci podwójnej mocy i momentu obrotowego, oraz lepszego smarowania, rozwiązanie wg wynalazku otwiera również wiele innych możliwości zastosowań. Jest proste w konstrukcji, oparte na znanych i już sprawdzonych podzespołach i co najważniejsze, pod względem czystości spalin dorównuje, lub nawet przewyższa współczesne silniki czterosuwowe.

Istotą wynalazku jest bardzo prosty w konstrukcji, osadzony na sworzniu korbowodowym, tłok silnika spalinowego o zróżnicowanych średnicach, z pierścieniami tłokowymi na obu jego końcach, charakteryzujący się tym , że cała powierzchnia boczna tłoka składa się z przynajmniej dwóch stref smarowanych olejem, oraz dodatkowo znajdującej się pomiędzy nimi, strefy niesmarowanej, wolnej od oleju, przy czym dolna, o większej średnicy, smarowana część tłoka, pracująca jako tłok wstępnego sprężania, zawiera zestaw pierścieni tłokowych, w skład którego wchodzi przynajmniej po jednym pierścieniu zgarniającym i uszczelniającym, natomiast w górnej, o mniejszej średnicy, smarowanej, roboczej części tłoka, pracującej jako tłok roboczy, zlokalizowane są przynajmniej dwa, ustawione przeciwstawnie względem siebie zestawy pierścieni zgarniających i uszczelniających, w taki sposób, aby olej smarujący pierścienie nie wydostawał się poza ich wspólny zewnętrzny zarys. Pomiędzy tymi zestawami znajduje się połączony z kanałami doprowadzającymi olej, wielo, lub jednoczęściowy element smarujący w postaci pierścienia, tamponu, rowka, lub otworów, zapewniający skuteczne i równomierne rozprowadzanie oleju. Ponieważ tłok osadzony jest na sworzniu korbowodowym, więc zastosowany może być do znanych rozwiązań z tradycyjnym wałem korbowym. Dwie skrajne strefy smarowania, z racji na umieszczone w nich pierścienie tłokowe, wymagają doprowadzenia o leju. Górna strefa może być smarowana rozbryzgowo, lub ciśnieniowo. Olej do jej smarowania doprowadzony jest kanałami olejowymi z wnętrza tłoka. Górny zestaw pierścieni od strony denka tłoka uszczelnia tłok względem cylindra roboczego i zabezpiecza przed dostaniem się oleju do komory spalania. Przeciwstawny zestaw pierścieni, od strony strefy niesmarowanej, uszczelnia tłok względem cylindra roboczego, oraz zabezpiecza przed dostaniem się oleju do strefy niesmarowanej, a więc do komory wstępnego sprężania. Strefa środkowa nie tylko nie musi, ale wręcz nie może być smarowana. Powierzchnia boczna tej części tłoka nie styka się z gładzią cylindra, ponieważ posiada minimalnie mniejszą średnicę. Stanowi też wewnętrzną ściankę komory wstępnego sprężania. Olej, któr y dostałby się do tej strefy spowodowałby zanieczyszczenie przepływającego do silnika powietrza, lub mieszanki paliwowo-powietrznej. Większa średnica tłoka, stanowiąca dolną strefą smarowania, z tradycyjnym zestawem pierścieni tłokowych współpracuje z cylindrem wstępnego sprężania, stanowiącym zewnętrzną ściankę komory wstępnego sprężania. Pierścienie te ustawione są jak w tradycyjnym tłoku i smarowane są rozbryzgowo olejem z komory korbowej. Takie ustawienie pierścieni powoduje

PL 235 520 B1 uszczelnienie komory wstępnego sprężania od strony komory korbowej i zabezpiecza przed wtargnięciem tam oleju. Nadmiar oleju z obu stref smarowania odprowadzany jest otworami w tłoku, do komory korbowej.

Tłok wg wynalazku otwiera nowe możliwość łatwego skonstruowania całej gamy ekologicznie czystych dwusuwowych silników spalinowych nowej generacji. Znacznie wyższa dynamika, podwojenie mocy i momentu obrotowego, osiągane są bez zwiększania obciążeń mechanicznych poszczególnych części silnika. Dzięki eliminacji dwóch niepotrzebnych suwów, silnik posiada mniejsze opory wewnętrzne i nie musi pokonywać części sił bezwładności układu tłokowo-korbowego. Przy zachowaniu porównywalnej mocy, samochody będą mogły mieć znacznie mniejsze silniki, co bezpośrednio przełoży się na ich koszt wytworzenia. W dobie samochodów hybrydowych, gdzie silnik spalinowy pełni jedynie funkcję pomocniczą nabiera to szczególnego znaczenia. Nie bez znaczenia jest też łatwość osiągnięcia zjawiska doładowania, bez dodatkowych urządzeń, sterowania, specjalnych napędów, intercoolera i praktycznie przy zerowych kosztach. Zjawisko doładowania pojawia się już przy ilorazie średnicy tłoka wstępnego sprężania do średnicy tłoka roboczego powyżej 1,4. Startuje z wolnych obrotów, nie posiada zwłoki czasowej, nie wymaga dodatkowego napędu, specjalnego smarowania, ani wyrafinowanego serwisu. Pozbawione jest też wszelkich wad współczesnych turbosprężarek.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładach wykonania na rysunkach, gdzie Fig. 1 i Fig. 2 przedstawiają osadzony na sworzniu korbowodowym tłok silnika dwusuwowego o dwóch podstawowych średnicach i z kompletami pierścieni. Znaczono tam położenie poszczególnych pierścieni tłokowych, stref smarowania i strefę niesmarowaną. Za pomocą strzałek i opisów pokazano przykładowy obieg oleju i sposób smarowania pierścieni. Fig. 3 pokazuje zastosowania tłoków wg wynalazku w przykładowej konstrukcji dwucylindrowego widlastego silnika dwusuwowego.

Zastosowanie wynalazku pokazano na przykładzie dwucylindrowego widlastego silnika dwusuwowego, gdzie zastosowano tłoki o podwójnych średnicach. Komora wstępnego sprężania 13 pierwszego cylindra połączona jest z komorą spalania 12 drugiego cylindra za pomocą kanału dolotowego 11. Drugi cylinder połączony jest z pierwszym wg tego samego schematu. Takie naprzemienne rozwiązanie jest konieczne, ponieważ przy ruchu tłoka w górę, maleje również pojemność komory wstępnego sprężania, natomiast napełnianie cylindra roboczego silnika dwusuwowego, możliwe jest tylko wtedy, kiedy nowy ładunek wtłaczany jest do cylindra roboczego, podczas, gdy jego tłok znajduje się w okolicach dolnego położenia. Tak więc położenie tłoka wstępnego sprężania w stosunku do położenia tłoka roboczego powinno być przesunięte w fazie o pewien kąt. Dla większości silników, widlastych, czy rzęd owych, w zależności od konfiguracji i ilości cylindrów, czy nawet przeznaczenia silnika, kąt ten powinien zawierać się pomiędzy 90°, a 180° OWK. Zawór ssący 15 jest typowym zaworem stosowanym w silnikach dwusuwowych, natomiast zawór kanału dolotowego 16 zabezpiecza, przed niepożądanym cofnięciem ładunku znajdującym się już w kanale dolotowym 11. Tłoki silnika smarowane są dwojako. Górna strefa jest smarowania rozbryzgowo lub ciśnieniowo, natomiast dolna rozbryzgowo. Powrót oleju do komory korbowej 14 odbywa się tak, jak w tradycyjnym silniku czterosuwowym. Przykładów zastosowań wynalazku może być wiele. Mogą to być silniki wielocylindrowe o różnej konfiguracji położenie i ilości cylindrów.

Claims (1)

1. Tłok dwusuwowego silnika spalinowego nie wymagającego dawkowania oleju do paliwa, osadzony na sworzniu korbowodowym, o zróżnicowanych średnicach, z pierścieniami tłokowymi na obu jego końcach, znamienny tym, że cała powierzchnia boczna tłoka składa się z przynajmniej dwóch stref smarowanych olejem (1, 3), oraz znajdującej się pomiędzy nimi, strefy niesmarowanej (2), przy czym smarowana część o większej średnicy (3), zawiera zestaw pierścieni tłokowych, w skład którego wchodzi przynajmniej po jednym pierścieniu zgarniającym (4) i uszczelniającym (5), natomiast w smarowanej części tłoka o mniejszej średnicy (1), zlokalizowane są przynajmniej dwa, ustawione przeciwstawnie względem siebie zestawy pierścieni zgarniających (6) i uszczelniających (7), pomiędzy którymi znajduje się połączony z kanałami doprowadzającymi olej (8), wielo, lub jednoczęściowy element smarujący (9), zapewniający skuteczne i równomierne rozprowadzanie oleju.