PL235675B1 - Zespół napędowy z przeciwbieżnym silnikiem spalinowym o przeciwbieżnych wałach wyjściowych mocy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół napędowy z przeciwbieżnym silnikiem spalinowym o przeciwbieżnych wałach wyjściowych mocy, przeznaczony w szczególności do napędu aparatów latających oraz pływających.

Znany jest z publikacji zgłoszonego w trybie PCT wynalazku nr WO 2017/039464 silnik wodorowy, mający jedną parę przymocowanych do korpusu dwukomorowych cylindrów, w których umieszczone są dwustronne posuwisto-zwrotne tłoki, przy czym cylindry wraz z tłokami skierowane są względem siebie przeciwnie o kąt 180° w płaszczyźnie osi obrotu sprzęgającego je ze sobą, umieszczonego w korpusie, dwudzielnego wału korbowego, albo są w pozycji wzajemnego ułożenia na kształt litery V. Wał korbowy składa się z dwóch takich samych elementów korbowych, które skierowane są przeciwnie względem siebie wzdłuż ich wspólnej osi obrotu i połączone są ze sobą obrotowo wokół tej osi za pomocą łożyska dystansowego. Ponadto wał korbowy ma z obu stron wyprowadzone wałki do przekazywania napędu. Funkcja sprzęgająca wału korbowego realizowana jest z wykorzystaniem dwóch jednakowych par korbowodów, z których każdy korbowód danej pary połączony jest jednym swym końcem obrotowo z jednym z przeciwbieżnych elementów korbowych wału korbowego, natomiast drugie końce tej pary korbowodów połączone są wahliwie z jednym z dwóch poprzecznych wałków, z których każdy połączony jest sztywno poprzez prostopadły do niego drążek popychacza z jednym z pary sprzęgniętych ze sobą tłoków. Pośrodku ściany każdego z cylindrów znajdują się kanał wlotu sprężonego powietrza przepłukującego oraz kanał wylotu produktów spalania wraz z powietrzem przepłukującym. W głowicy każdego cylindra oraz w jego dolnej przegrodzie umieszczone są wtryskiwacz paliwa, wtryskiwacz pary wodnej i element zapłonowy. Pośrodku każdej dolnej przegrody osadzone jest liniowe łożysko ślizgowe przegrody, poprzez które przeprowadzony jest drążek popychacza. Łożysko ślizgowe przegrody wyposażone jest od spodu w pierścieniowy element uszczelniający, nad którym na pozostałej długości łożyska ślizgowego, pomiędzy jego ścianką a powierzchnią wałka drążka popychacza, utworzona jest mikroszczelina smarownicza. Przyporządkowane każdemu z cylindrów wtryskiwacze pary wodnej przyłączone są swoimi przewodami pary wodnej do urządzenia dozującego parę wodną, które z kolei zasilane jest z zamontowanej na rurze wydechowej odpowiedniego cylindra generatora pary wodnej. Ponadto na każdej z poszczególnych rur wydechowych zainstalowane jest termoogniwo, a w świetle ich przelotów wmontowane są turbiny prądnicy oraz turbiny wentylatora wspomagającego. Wentylator wspomagający doprowadza, poprzez przyporządkowany do przeciwległego cylindra wentylator główny, powietrze przepłukujące do kanału wlotu sprężonego powietrza tegoż cylindra. Wyjścia wszystkich prądnic połączone są równolegle z wyjściami wszystkich termoogniw oraz akumulatorem, zasilającym generator HHO, przy wspomaganiu energią elektryczną dostarczaną z alternatora. Wychodzący z tego generatora przewód gazowy z tlenem doprowadzony jest do jonizatora ultrafioletowego, a stąd dalej do jednego z wejść trójdrożnego łącznika gazowego. Do drugiego wejścia tego łącznika doprowadzony jest bezpośrednio z generatora HHO przewód gazowy z wodorem. Wyjście łącznika gazowego przyłączone jest poprzez sprężarkę równolegle do wejść wszystkich indywidualnych dozowników paliwa, których wyjścia z kolei połączone są ze wszystkimi przyporządkowanymi im wtryskiwaczami paliwa.

Cechą procesu spalania w komorze cylindra znanego silnika zasilanego mieszanką wodorową, jest detonacyjne spalanie wodoru przy temperaturze w komorze spalania cylindra dochodzącej do 7000°C. Zjawisko to ma niekorzystny wpływ na trwałość elementów silnika, zwłaszcza na żywotność i stabilność parametrów jego części ruchomych, w szczególności tłoków.

Znany jest również z treści opisu zgłoszenia patentowego nr PL 409155 A1 silnik o tłokach przeciwbieżnych mający trójczęściowy cylinder, złożony z cylindra górnego, cylindra dolnego i strefy granicznej. Każda z jego części wyposażona jest w osobny wydech, wlot sprężonego powietrza, wtrysk paliwa oraz zapłon. Ponadto znany silnik posiada dwa cylindry ustawione względem siebie przeciwstawnie, z których każdy wyposażony jest pośrodku w trzon, wychodzący na zewnątrz cylindra i połączony z właściwym mu wałem napędowym. Silnik także wyposażony jest w prostą i sprawną sieć sprężonego powietrza, połączona ze zbiornikiem wyrównawczym sprężonego powietrza, które jest dostarczane przez sprężarkę wyposażona w tłok klinowy oraz zawór wylotowy i wlotowy.

Znana jest ponadto z treści opisu zgłoszenia patentowego nr DE 10017398 A1 maszyna elektryczna sprzęgnięta z wałem napędowym silnika spalinowego, a pełniącą odwracalną funkcję rozrusznika dla tegoż silnika oraz prądnicy elektrycznej do zasilania obwodów elektrycznych pojazdu po uruchomieniu silnika spalinowego. Maszyna elektryczna zawiera obudowę z uzwojeniem stojana, w któ

PL 235 675 B1 rym obrotowo zamontowany jest wirnik. Wirnik osadzony jest na łożysku, umieszczonym na wale korbowym silnika spalinowego, a nadto połączony jest z wałem korbowym za pomocą elastycznego sprzęgającego, wykonanego ze stali sprężynowej. Poprzez odpowiednie zwymiarowanie elementu sprzęgającego, drgania wału korbowego zostają mechanicznie stłumione, przy czym jako ich pochłaniacz wykorzystany jest wirnik maszyny elektrycznej. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie jest wymagane oddzielne mechaniczne urządzenie tłumiące drgania wału korbowego.

Celem wynalazku było opracowanie silnika spalinowego pozbawionego wskazanych ograniczeń związanych z temperaturą spalania paliwa, co uzyskano w nowej konstrukcji zespołów tłoków zastosowanych w silniku według wynalazku, a nadto było nim zwiększenie sprawności zespołu napędowego, co udało się uzyskać dzięki połączeniu silnika spalinowego z elektrycznym systemem przyjmowania i oddawania energii momentu napędowego tego silnika.

Zespół napędowy według wynalazku zawiera jednosuwowy przeciwbieżny silnik spalinowy, mający cylinder połączony obustronnie z dwoma korpusami, wewnątrz których umieszczone są odpowiednio dwa dwudzielne przeciwbieżne wały korbowe. Każdy z wałów korbowych składa się z dwóch takich samych elementów korbowych, zbudowanych z dwóch współosiowych równoległych tarcz, które połączone są sztywno ze sobą za pomocą usytuowanych na nich mimośrodowo wałków łączących. Obydwa elementy korbowe połączone są ze sobą z jednej strony obrotowo za pomocą łożyska dystansowego, natomiast z drugiej strony mają wyprowadzone współosiowo skierowane przeciwnie względem siebie dwa wały wyjściowe mocy. W celu synchronizacji obydwu wałów korbowych, dwa wyprowadzone w tym samym kierunku wały wyjściowe mocy sprzęgnięte są ze sobą na zewnątrz korpusów za pomocą zewnętrznego wałka synchronizacyjnego, z wykorzystaniem umiejscowionych na tych wałach stożkowych elementów przekładniowych. Na wałkach łączących obu elementów korbowych osadzone są swymi jednymi końcami obrotowo korbowody, których drugie końce połączone są ze sobą wahliwie przy pomocy poprzecznego wałka. Pośrodku poprzecznego wałka zamocowany jest drążek popychacza, który z drugiej strony połączony jest ze znajdującym się w cylindrze jednym z dwóch takich samych dwustronnych tłoków. Obydwa drążki popychacza wprowadzone są do przestrzeni cylindra poprzez liniowe łożyska ślizgowe przegrody, które osadzone w przegrodach, zamykających od strony zewnętrznej przestrzeń wewnętrzną cylindra. Każdy dwustronny tłok składa się z przymocowanego sztywno do drążka popychacza tłoka roboczego oraz dwóch tłoków kompensacyjnych, osadzonych przesuwnie na drążku popychacza po obu stronach tłoka roboczego, korzystnie za pomocą ślizgowych łożysk tłoków. Tłoki kompensacyjne oddzielone są od tłoka roboczego spiralnymi sprężynami i korzystnie ograniczone są w swych ruchach posuwistych za pomocą elementów blokujących. Na powierzchniach bocznych tłoka roboczego oraz tłoków kompensacyjnych znajdują się wyoblenia boczne tłoka. Obydwa dwustronne tłoki dzielą przestrzeń cylindra na dwie podtłokowe komory spalania oraz jedną międzytłokową komorę spalania, w których umieszczone są wtryskiwacze paliwa, wtryskiwacze pary wodnej oraz elementy zapłonowe w postaci świec zapłonowych. Poszczególne wtryskiwacze paliwa zasilane są z dozowników paliwa, których wejścia przyłączone są do instalacji paliwowej, korzystnie poprzez umieszczone na rurach wydechowych podgrzewacze paliwa. Poszczególne wtryskiwacze pary wodnej przyłączone są przewodami pary wodnej poprzez urządzenia dozujące parę wodną do zamontowanych na rurach wydechowych generatorów pary wodnej, które zasilane są ze wspólnego zbiornika wody. W ścianie cylindra, w odległości od obu przegród korzystnie równej jednej czwartej całej długości wewnętrznej cylindra, umiejscowione są odpowiednio para kanałów wlotu sprężonego powietrza, mających korzystnie przyłączone do swoich wejść separatory tlenu, oraz para kanałów wylotu produktów spalania, połączonych z rurami wydechowymi.

Ponadto każdy wyprowadzony z wałów korbowych wał wyjściowy mocy sprzęgnięty jest przynajmniej z jednym śmigłem, które wmontowane jest swymi końcami płatów w kołową obręcz rotora, umieszczonego centrycznie wewnątrz kołowej obręczy statora, a tworzących wspólnie maszynę elektryczną, pracującą w odwracalnym reżimie silnika oraz prądnicy. W obręczy rotora umieszczone są, równomiernie wzdłuż jej obwodu, dipole magnetyczne, natomiast w każdej obręczy statora zamontowane są, równomiernie wzdłuż jej obwodu, cewki indukcyjne. Wszystkie cewki indukcyjne, które umiejscowione są na tych samych pozycjach kątowych poszczególnych obręczy statorów, przyłączone są do jednego, przyporządkowanego tym określonym pozycjom kątowym, wejścia układu komutacyjnego. Układ komutacyjny połączony jest z zespołem gromadzenia i oddawania energii elektrycznej, przy czym wejścia sterujące układu komutacyjnego oraz zespołu gromadzenia i oddawania energii elektrycznej przyłączone są do wspólnego zespołu sterującego.

PL 235 675 B1

Przedmiot wynalazku przedstawiony został w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rysunek ideowy silnika przeciwbieżnego, a fig. 2 - rysunek wału korbowego, na fig. 3 pokazano dwustronny tłok, natomiast fig. 4 stanowi poglądowe przedstawienie w ujęciu górnym dwóch maszyn elektrycznych w powiązaniu z układami sterowania, a fig. 5 - schemat wzajemnych powiązań elementów zespołu napędowego według wariantu pierwszego w ujęciu bocznym maszyn elektrycznych, ponadto na fig. 6 pokazano poglądowy rysunek w ujęciu górnym czterech maszyn elektrycznych według wariantu drugiego, zaś na fig. 7 przedstawiony jest schemat wzajemnych powiązań elementów zespołu napędowego według wariantu drugiego w ujęciu bocznym maszyn elektrycznych.

Zespół napędowy zawiera jednosuwowy przeciwbieżny silnik spalinowy 1, mający cylinder 2, połączony obustronnie z dwoma korpusami 3a i 3b, wewnątrz których znajdują się odpowiednio dwa dwudzielne przeciwbieżne wały korbowe 4a i 4b. Każdy z wałów korbowych 4a i 4b składa się z dwóch takich samych elementów korbowych 5, zbudowanych z dwóch współosiowych równoległych tarcz, które połączone są sztywno ze sobą za pomocą usytuowanych na nich mimośrodowo wałków łączących 5a. Obydwa elementy korbowe 5 z jednej strony połączone są ze sobą obrotowo za pomocą łożyska dystansowego 6, natomiast z drugiej strony mają wyprowadzone współosiowo skierowane przeciwnie względem siebie dwa wały wyjściowe mocy 7. W celu synchronizacji obydwu wałów korbowych 4a i 4b, dwa wyprowadzone w tym samym kierunku wały wyjściowe mocy 7 sprzęgnięte są ze sobą na zewnątrz korpusów 3a i 3b za pomocą prostopadle usytuowanego względem wałów wyjściowych mocy 7 wałka synchronizacyjnego 8, z wykorzystaniem umiejscowionych na tych wałach stożkowych elementów przekładniowych 9. Na wałkach łączących 5a obu elementów korbowych 5 osadzone są swymi jednymi końcami obrotowo korbowody, których drugie końce połączone są ze sobą wahliwie przy pomocy poprzecznego wałka 11. Pośrodku poprzecznego wałka 10 przymocowany jest drążek popychacza 12, który z drugiej strony połączony jest ze znajdującym się w cylindrze 2 jednym z dwóch takich samych dwustronnych tłoków 13. Obydwa drążki popychacza wprowadzone są do cylindra 2 poprzez liniowe łożyska ślizgowe przegrody 15, które osadzone w przegrodach 14, zamykających od strony zewnętrznej przestrzeń wewnętrzną cylindra 2. Każdy dwustronny tłok 13 składa się z przymocowanego sztywno do drążka popychacza 12 tłoka roboczego 13a oraz dwóch tłoków kompensacyjnych 13b, osadzonych przesuwnie na drążku popychacza 12 po obu stronach tłoka roboczego 13a, za pomocą liniowych łożysk ślizgowych tłoków 13c. Tłoki kompensacyjne 13b oddzielone są od tłoka roboczego 13a sprężynami spiralnymi 13d i ograniczone są w swych ruchach posuwistych za pomocą elementów blokujących 13e. Na powierzchniach bocznych tłoków roboczych 13a oraz tłoków kompensacyjnych 13b znajdują się obwodowe wyoblenia boczne tłoka 13f. Obydwa dwustronne tłoki 13 dzielą przestrzeń cylindra 2 na dwie podtłokowe komory spalania 2a i 2b oraz międzytłokową komorę spalania 2c, w których każdej umieszczone są wtryskiwacze paliwa 16, wtryskiwacze pary wodnej 17 oraz elementy zapłonowe 18 w postaci świec zapłonowych. Poszczególne wtryskiwacze paliwa 16 zasilane są z dozowników paliwa 19, których wejścia przyłączone są do instalacji paliwowej poprzez umieszczone na rurach wydechowych 20 podgrzewacze paliwa 21. Poszczególne wtryskiwacze pary wodnej 17 przyłączone są przewodami pary wodnej 22 poprzez urządzenia dozujące parę wodną 23 do zamontowanych na rurach wydechowych 20 generatorów pary wodnej 24, które zasilane są ze wspólnego zbiornika wody 25. W ścianie cylindra 2, w odległości od obu przegród 14 równej jednej czwartej całej długości wewnętrznej cylindra 2 umiejscowione są odpowiednio para kanałów wlotu sprężonego powietrza 26, mających przyłączone do swoich wejść separatory tlenu 27, oraz para kanałów wylotu produktów spalania 28, połączonych z rurami wydechowymi 20.

W skład zespołu napędowego wchodzi, w zależności od wariantu wynalazku, cztery albo osiem takich samych maszyn elektrycznych 29. Maszyny elektryczne 29 zawierają wielopłatowe śmigła 30, których końce płatów 30a zamocowane są w kołowej obręczy rotora 30b, umiejscowionej centrycznie w kołowej obręczy statora 31, przy zachowaniu między nimi minimalnej odległości, która umożliwia swobodny ruch wirowy obręczy rotora 30b. W każdej obręczy rotora 30b umieszczone są równomiernie wzdłuż jej obwodu dipole magnetyczne 30c w postaci magnesów neodymowych, natomiast w każdej obręczy statora 31 umieszczone są równomiernie wzdłuż jej obwodu cewki indukcyjne 31a. Wszystkie cewki indukcyjne 31a umiejscowione na tych samych pozycjach kątowych poszczególnych obręczy statorów 31 przyłączone są do jednego, odpowiadającego określonej pozycji kątowej, wejścia układu komutacyjnego 32. Układ komutacyjny 32 połączony jest ze wspólnym zespołem gromadzenia i oddawania energii elektrycznej 33, wyposażony w, nie pokazane na rysunku, zespół akumulatorów wraz z urządzeniami do ich ładowania oraz rozładowania. Układ komutacyjny 32 oraz zespół gromadzenia i oddawania energii elektrycznej 33 połączone są ze zespołem sterującym 34. Maszyny elek

PL 235 675 B1 tryczne 29 stanowią, powiązane za sobą oraz ze współpracującymi z nimi układami elektrycznymi w postaci układu komutacyjnego 32, układu gromadzenia i oddawania energii elektrycznej 33 oraz układu sterującego 34, zespół maszyny elektrycznej o odwracalnym działaniu pełniącego funkcję prądnicy oraz silnika elektrycznego.

W wariancie wynalazku zespół napędowy zawiera cztery maszyny elektryczne 29, z których każdy połączony jest indywidualnie za pośrednictwem przyporządkowanemu mu sprzęgła 35 z jednym z czterech wałów wyjściowych mocy 7.

W innym wariancie wynalazku do każdego wału wyjściowego mocy 7 przyłączone są dwie maszyny elektryczne 29 za pośrednictwem prostopadłe usytuowanego względem osi wału wyjściowego mocy 7 wałka pośredniczącego 36 oraz indywidualnych dla każdej maszyny elektrycznej 29 sprzęgieł 35 wraz z wałami napędowymi 37. Sprzężenie pomiędzy wałem wyjściowym mocy 7, a przynależnym mu wałkiem pośredniczącym 36, a następnie tym wałkiem, a wałami napędowymi 37, realizowane jest z wykorzystaniem układów przekładniowych 38a, 38b i 38c.

Działanie obydwu przeciwbieżnych dwustronnych tłoków 13, umieszczonych we wspólnym cylindrze 2, wraz ze współpracującymi z nimi wałami korbowymi 4a i 4b jest identyczna w ich poszczególnych fazach pracy, i podlega zsynchronizowaniu za pomocą zewnętrznego wałka synchronizującego 8. W czasie wymuszonego rozrusznikiem suwu obydwóch drążków popychacza 12 wraz z umieszczonym na nich dwustronnymi tłokami 13 w kierunku środka cylindra 2, w chwili odcięcia przez obydwa górne tłoki kompensacyjne 13c międzytłokowej komory spalania 2c od obu kanałów wlotu sprężonego powietrza 26 oraz obu kanałów wylotu produktów spalania 28, do międzytłokowej komory spalania 2c wtryśnięta zostaje za pomocą środkowego wtryskiwacza paliwa 16 porcja podgrzanego paliwa. Wielkość porcji paliwa ustalana jest w zasilającym wtryskiwacz paliwa 16 dozowniku paliwa 19, natomiast odpowiednio podwyższoną temperaturę paliwa uzyskuje się w podgrzewaczu paliwa 21, który zasilany jest ciepłem pozyskanym z rury wydechowej 20. W trakcie dalszego ruchu obu dwustronnych tłoków 13 wzrasta ciśnienie w międzytłokowej komorze spalania 2c do momentu podejścia obu zespołów tych zespołów w pobliże ich GMP, które zlokalizowane są w pobliżu środka cylindra 2. W tej fazie ruchu, dzięki odpowiednio dobranej sztywności sprężyny spiralnej 13d utrzymywany jest w przybliżeniu stały dystans pomiędzy górnym tłokiem kompensacyjnym 13c, a tłokiem roboczym 13a, zapewniający maksymalną objętość zawartej między nimi przestrzeni. W chwili osiągnięcia przez dwustronne tłoki 13 ich GMP, w międzytłokowej komorze spalania 2c następuje zapłon mieszanki paliwowej, inicjowany przez środkowy element zapłonowy 18. W przypadku spalania wysokoenergetycznego wodoru, temperatura w komorze spalania osiąga wartość około 7000°C przy równoczesnym gwałtownym wzroście ciśnienia. Takie parametry spalania są szkodliwe dla żywotności niektórych elementów silnika, w szczególności cylindra 2 oraz dwustronnych tłoków 13. W celu zapobieżenia skutkom tego zjawiska, tuż po zapłonie mieszanki paliwowej, do międzytłokowej komory spalania 2c dostarczana jest pod ciśnieniem niewielka ilość pary wodnej za pomocą środkowego wtryskiwacza pary wodnej 17. Moment wtrysku oraz ilość pary regulowane są w dozowniku pary wodnej 23, który zasilany jest z wykorzystującego ciepło rury wydechowej 20 generatora pary wodnej 24. Doprowadza to do schłodzenia spalanej mieszanki paliwowej do temperatury około 3500°C, przy równoczesnym rozłożeniu pary wodnej na tlen i wodór pod wpływem początkowej wysokiej temperatury spalania wodoru,. Pojawienie się dodatkowej porcji uzyskanej w ten sposób mieszanki paliwowej powoduje jej samozapłon i zwiększenie ciśnienia w przestrzeni międzytłokowej komory spalania 2c. W trakcie opisanego procesu spalania następuje w obydwóch dwustronnych tłokach 13 wejście w suw pracy ich górnych tłoków kompensacyjnych 13c, które oddziałują za pośrednictwem górnych spiralnych sprężyn 13d na ich tłoki robocze 13a, oraz równocześnie wejście, popychanych za pośrednictwem dolnych spiralnych sprężyn 13d, ich dolnych tłoków kompensacyjnych 13c w fazę suwu sprężania w podtłokowych komorach spalania 2a, 2b. Wysokie ciśnienie gazów w międzytłokowej komorze spalania 2c oddziałuje na tłoki robocze 13a za pośrednictwem, ruchomych względem drążków popychacza 12 górnych tłoków kompensacyjnych 13c i umieszczonej między nimi górnej spiralnej sprężyny 13d. W tym przypadku siła parcia spalin na górne tłoki kompensacyjne 13c jest większa od siły sprężystości górnych spiralnych sprężyn 13d, które w trakcie przesuwu górnych tłoków kompensacyjnego 13c ulegają stopniowemu ugięciu, powodując częściową kompensację skokowego wzrostu siły parcia spalin na górne tłoki kompensacyjne 13c, a działanie tych sprężyn wsparte jest siłą oddziaływania poduszek powietrznych utworzonych pomiędzy górnymi tłokami kompensacyjnymi 13c, a tłokami roboczymi 13a. Skutkuje to łagodniejszą reakcją tłoków roboczych 13a na detonacyjny proces spalania mieszanki paliwowej w międzytłokowej komorze spalania 2c, i mniej gwałtowne przeniesienie ruchu, połączo

PL 235 675 B1 nych sztywno z tłokami roboczymi 13a, drążków popychacza 12 na wały korbowe 4a i 4b. Przemieszczające się w kierunku odpowiednich współpracujących z nimi wałów korbowych 4a i 4b dwustronne tłoki 13 powodują odcięcie obu podtłokowych komór spalania 2a i 2b od kanałów wlotu sprężonego powietrza 26 oraz kanałów wylotu produktów spalania 28, po czym następuje wtrysk do obu podtłokowych komór spalania 2a i 2b porcji podgrzanego paliwa za pomocą zamontowanych w tych komorach spalania wtryskiwaczy paliwa 16. Wielkości porcji paliwa ustalane są w przyporządkowanych tym wtryskiwaczom paliwa 16 dozownikach paliwa 19, natomiast odpowiednio podwyższoną temperaturę paliwa uzyskuje się w podgrzewaczach paliwa 21, wykorzystujących ciepło rur wydechowych 20. W trakcie dalszego ruchu dwustronnych tłoków 13 w kierunku przegród 14 wzrasta ciśnienie w podtłokowych komorach spalania 2a i 2b do momentu podejścia obu dolnych tłoków kompensacyjnych 13c w pobliże ich GMP. W tym samym czasie, w wyniku przemieszczenia się obu górnych tłoków kompensacyjnych 13c na pozycję DMP następuje połączenie międzytłokowej komory spalania 2c z oboma kanałami wlotu sprężonego powietrza 26 oraz oboma kanałami wylotu produktów spalania 28. Odbywa się wówczas przepłukanie sprężonym powietrzem międzytłokowej komory spalania 2c i przygotowanie tej komory do nowego cyklu pracy. Również w tej fazie ruchu dwustronnych tłoków 13, dzięki odpowiednio dobranej sztywności dolnych sprężyn spiralnych 13d, utrzymywane są w przybliżeniu stałe dystanse pomiędzy dolnymi tłokami kompensacyjnymi 13c, a tłokami roboczymi 13a, zapewniające maksymalną objętość zawartej między nimi przestrzeni w trakcie sprężania mieszanki paliwowej. Krótko przed osiągnięciem przez oba dwustronne tłoki 13 ich GMP, w obu podtłokowych komorach spalania 2a, 2b następuje zsynchronizowany zapłon mieszanki paliwowej, inicjowany zamontowanymi w tych komorach elementami zapłonowymi 18, po czym do obu podtłokowych komór spalania 2a i 2b dostarczana jest niewielka ilość pary wodnej pod ciśnieniem za pomocą zamontowanych w tych komorach wtryskiwaczy pary wodnej 17, co wywołuje skutki takie same jak w międzytłokowej komory spalania 2c. Następuje zmiana kierunku ruchu dwustronnych tłoków 13, w wyniku czego w podtłokowych komorach spalania 2a i 2b odbywa się suw pracy dolnych tłoków kompensacyjnych 13c, które oddziałują za pośrednictwem swoich dolnych sprężyn spiralnych 13d na tłoki robocze 13a, oraz równocześnie wejście, popychanych za pośrednictwem górnych sprężyn spiralnych 13a górnych tłoków kompensacyjnych 13c, w fazę suwu sprężania w międzytłokowej komorze spalania 2c. W ten sposób zakończony zostaje pełny cykl jednego taktu pracy dwustronnych tłoków 13, w czasie którego zachodzi liniowy nawrotny posuw połączonych z nimi drążków popychacza 12, wprawiających w ruch obrotowy dwudzielne wały korbowe 4a i 4b. Odbywa się to poprzez przeniesienie ruchu liniowego drążków popychacza 12, za pośrednictwem poprzecznych wałków 11, na dwa korbowody 10, które wprowadzają w ruch obrotowy dwa przeciwbieżne względem siebie elementy korbowe 5, co jest umożliwione dzięki rozdzielającemu elementy korbowe 5 łożysku dystansowemu 6. W stanie początkowym pracy silnika spalinowego 1, po uruchomieniu za pomocą zewnętrznego rozrusznika wałów korbowych 4a i 4b, każdemu z należących do nich elementów korbowych 5 nadany jest wstępnie wzajemnie przeciwbieżny kierunek obrotów, które przekazywane są na zewnątrz obu korpusów 3a i 3b za pośrednictwem skierowanych przeciwnie dwóch par wałów wyjściowych mocy 7. Zespół napędowy wyposażony jest w, nie uwidocznioną na rysunku, sprężarkę powietrza, z której powietrze podawane jest w sposób ciągły poprzez separatory tlenu 27 do obydwu kanałów wlotu sprężonego powietrza 26. Ma to na celu przepłukiwanie komór spalania cylindra 2 ze spalin, które odprowadzane są poprzez kanały wylotu produktów spalania 28 do rur wydechowych 20, oraz chłodzenie powierzchni wewnętrznej cylindra 2 i poszczególnych elementów dwustronnych tłoków 13. Część powietrza przepłukującego, które pozostaje w poszczególnych podtłokowych komorach spalania 2a i 2b oraz międzytłokowej komorze spalania 2c, stanowi uzupełnienie w tlen mieszanki paliwowej po zamknięciu tych komór w trakcie fazy sprężania.

W zależności od chwilowego usytuowania w cylindrze 2 poszczególnych elementów dwustronnych tłoków 13 względem kanałów wlotu sprężonego powietrza 26 oraz kanałów wylotu produktów spalania 28, sprężone powietrze przepłukuje oraz chłodzi obydwie podtłokowe komory spalania 2a i 2b, w chwili osiągnięcia przez dwustronne tłoki 13 okolicy punktu DMP w tych komorach spalania, jak również międzytłokową komorę spalania 2c, w chwili osiągnięcia okolicy punktu DMP w tej komorze. Chłodzone są również dynamicznie powierzchnie czołowe tłoków roboczych 13a oraz tłoków kompensacyjnych 13b i ich powierzchnie bocznych wyobleń tłoków 13f, co następuje w chwilach wejścia tych tłoków w światło kanałów wlotu sprężonego powietrza 26 i kanałów wylotu produktów spalania 28. Ruch zwrotny obu dwustronnych tłoków 13 przenoszony jest za pośrednictwem drążków popychacza 12 na dwa przeciwbieżne wały korbowe 4a i 4b, gdzie następuje zamiana ruchu liniowego na

PL 235 675 B1 ruch obrotowy przeciwbieżny dwóch par, wyprowadzonych z wałów korbowych 4a i 4b i skierowanych przeciwnie, dwóch wałów wyjściowych mocy 7. Napęd z tych wałów przeniesiony jest na maszyny elektryczne 29.

W wariancie wynalazku, wały wyjściowe mocy 7 napędzają za pośrednictwem indywidualnych sprzęgieł 35 dwie pary, przeciwbieżnych w każdej z nich, maszyn elektrycznych 29.

W innym wariancie wynalazku, każdy z dwóch przeciwbieżnych wałów wyjściowych mocy 7, wchodzących w skład jednej z dwóch par tych wałów, napędza za pośrednictwem układów przekładniowych 39a, 39b, 39c dwie maszyny elektryczne 29 z wykorzystaniem ich indywidualnych sprzęgieł 35. W rezultacie napędzanych jest osiem maszyn elektrycznych 29, po dwie pary tych układów z każdej pary przeciwbieżnych wałów wyjściowych mocy 7, wyprowadzonych z jednego z dwóch wałów korbowych 4a i 4b.

Działanie opisanego zespołu maszyny elektrycznej jest związane z indukcyjnym oddziaływaniem pól magnetycznych dipoli magnetycznych 30c, które umieszczone są we wprawionych w ruch wirowy obręczach rotorów 30b, na umieszczone w obręczach statorów 31 uzwojenia cewek indukcyjnych 31a.

W przypadku pracy prądnicowej tego zespołu, w poszczególnych cewkach indukcyjnych 31a obręczy statora 31 indukowane są przemienne prądy elektryczne o wielkościach proporcjonalnych do prędkości obrotowej śmigieł 30, które poprzez układ komutacyjny 32 kierowane są pod kontrolą zespołu sterującego 34 do zespołu gromadzenia i oddawania energii elektrycznej 33.

Zespół ten w swej pracy prądnicowej pobiera i magazynuje część, pochodzącej od napędu spalinowego, energii momentów obrotowych śmigieł 30. W sytuacjach wymagających wzmocnienia pracy silnika spalinowego 1, zmagazynowana w zespole gromadzenia i oddawania energii elektrycznej 33 energia elektryczna może zostać skierowana do obwodów cewek indukcyjnych 31a maszyn elektrycznych 29, które przechodzą wówczas w tryb pracy silnikowej, wzmacniając moment obrotowy silnika spalinowego 1. Dzieje się to przy współudziale układu komutacyjnego 32, który łączy cyklicznie pod kontrola zespołu sterującego 34 poszczególne grupy cewek indukcyjnych 31a z zespołem gromadzenia i oddawania energii 33.

Pracująca w trybie silnikowym maszyna elektryczna 29 może być wykorzystana również do rozruchu silnika spalinowego 1.

Zaletą układu napędowego według wynalazku jest wzajemne powiązanie napędu spalinowego oraz opartego na maszynie elektrycznej 29 napędu elektrycznego, umożliwiające przepływ energii między tymi napędami, co w efekcie, między innymi, wpływa na zmniejszenie zużycia paliwa przez silnik spalinowy 1. Silnik spalinowy 1 może być napędzany różnymi rodzajami paliwa, w tym, ze względu na kompensacyjną konstrukcję dwustronnych tłoków 13, również spalanego detonacyjnie wodoru. Wtrysk do cylindra 2 wody w ślad za wtryskiem podgrzanego paliwa, w obecności w komorze wzbogaconego w tlen powietrza, podnosi temperaturę i efektywność spalania. Zwiększona jest w ten sposób moc silnika spalinowego 1 przy równoczesnym znacznym dodatkowym zmniejszeniu zużycia paliwa, zwłaszcza w przypadku oleju napędowego. Efektem tego jest również bardziej czyste spalanie oraz znaczna redukcja szkodliwych spalin wprowadzanych do atmosfery. Dodatkową korzystną cechą rozwiązania napędu według wynalazku jest usytuowanie każdej pary przeciwbieżnych śmigieł 30 w osi jednej pary przeciwbieżnych wałów napędowych mocy 7. Pozwala to na zminimalizowanie oddziaływanie ruchu obrotowego każdej z par umieszczonych współosiowo śmigieł 30 na stabilność obiektów napędzanych zespołem napędowym według wynalazku.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół napędowy z przeciwbieżnym silnikiem spalinowym o przeciwbieżnych wałach wyjściowych mocy, zawierający przeciwbieżny jednosuwowy silnik spalinowy, który ma parę skierowanych przeciwnie względem siebie, umieszczonych w cylindrze, posuwisto-zwrotnych dwustronnych tłoków o wyoblonych do środka powierzchniach obwodowych, dzielących przestrzeń cylindra na międzytłokową komorę spalania oraz dwie podtłokowe komory spalania, zamknięte dwoma zewnętrznymi przegrodami, z których każda ma pośrodku liniowe ślizgowe łożysko przegrody, poprzez które przeprowadzony jest drążek popychacza, połączony z jednej swej strony z przynależnym mu dwustronnym tłokiem, a z drugiej strony z przynależnym mu wałem korbowym, mającym dwa przeciwnie skierowane przeciw

   PL 235 675 B1 bieżne wały wyjściowe mocy, poza tym w ścianach bocznych cylindra umiejscowione są naprzeciwko siebie kanały wlotu sprężonego powietrza oraz, połączone z rurami wydechowym, kanały wylotu produktów spalania, zaś w przestrzeni cylindra umieszczone są wtryskiwacze paliwa, wtryskiwacze pary wodnej oraz elementy zapłonowe, przy czym wtryskiwacze paliwa przyłączone są do wyjść indywidualnych dozowników paliwa, a wtryskiwacze pary wodnej przyłączone są przewodami pary wodnej, poprzez urządzenia dozujące parę wodną, do zamontowanych na rurach wydechowych generatorów pary wodnej, które zasilane są ze wspólnego zbiornika wody, a nadto zawierający, sprzęgnięty z wałem korbowym poprzez jego wał wyjściowy mocy, rotor maszyny elektrycznej, pracującej w odwracalnym reżimie silnika oraz prądnicy, której uzwojenie statora przyłączone jest do zewnętrznego źródła energii elektrycznej oraz zamiennie do zewnętrznego odbiornika energii elektrycznej, znamienny tym, że każdy z dwustronnych tłoków (13) składa się z przymocowanego sztywno do drążka popychacza (12) tłoka roboczego (13a) oraz dwóch, osadzonych przesuwnie na drążku popychacza (12) po obu stronach tłoka roboczego (13a), korzystnie za pomocą liniowych łożysk ślizgowych tłoków (13c), tłoków kompensacyjnych (13b), które oddzielone są od tłoka roboczego (13a) sprężynami spiralnymi (13d) i ograniczone są w swych ruchach posuwistych korzystnie za pomocą elementów blokujących (13e), jak również jedna para współbieżnych wałów wyjściowych mocy (7), wyprowadzonych z wałów korbowych (4a) i (4b), sprzęgnięta jest ze sobą za pomocą zewnętrznego wałka synchronizującym (8), ponadto korzystnie wejścia dozowników paliwa (19), zasilających poszczególne wtryskiwacze paliwa (16), przyłączone są do instalacji paliwowej poprzez umieszczone na rurach wydechowych (20) podgrzewacze paliwa (21), zaś w ścianie cylindra (2), w odległości od obu przegród (14) korzystnie równej jednej czwartej całej długości wewnętrznej cylindra (2), umiejscowione są odpowiednio para kanałów wlotu sprężonego powietrza (26), mających korzystnie przyłączone do swoich wejść separatory tlenu (27), oraz para kanałów wylotu produktów spalania (28), połączonych z rurami wydechowymi (20).
2. 2. Zespół według zastrz.1, znamienny tym, że każdy wyprowadzony z wałów korbowych (4a) i (4b) wał wyjściowy mocy (7) sprzęgnięty jest przynajmniej z jednym śmigłem (30), który wmontowany jest swymi końcami płatów (30a) w kołową obręcz rotora (30b), umieszczonego centrycznie wewnątrz kołowej obręczy statora (31), a tworzących wspólnie maszynę elektryczną (29), przy czym w każdej obręczy rotora (30b) umieszczone są równomiernie wzdłuż jej obwodu dipole magnetyczne (30c), natomiast w każdej obręczy statora (31) umieszczone są równomiernie wzdłuż jej obwodu cewki indukcyjne (31a), poza tym wszystkie cewki indukcyjne (31 a), umiejscowione na tych samych pozycjach kątowych poszczególnych obręczy statorów (31), przyłączone są do jednego, przyporządkowanego tym określonym pozycjom kątowym, wejścia układu komutacyjnego (32), który z kolei połączony jest ze wspólnym zespołem gromadzenia i oddawania energii elektrycznej (33), przy czym wejścia sterujące układu komutacyjnego (32) oraz zespołu gromadzenia i oddawania energii elektrycznej (33) przyłączone są do zespołu sterującego (34).