PL48645B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 4.XII.1964 48645 KI. 63 c, 10/01 MKP B«t &(Olf UKD / Twórca wynalazku i Zdzislaw Kruszewski, Warszawa (Polska) wlasciciel patentu: Mechanizm napedowy Mechanizm napedowy, stanowiacy przedmiot ni¬ niejszego wynalazku, jest integralna czescia silnika cieplnego o wewnetrznym spalaniu. W sklad silni¬ ka cieplnego oprócz mechanizmu napedowego wchodza nastepujace, podstawowe czesci integral¬ ne: silnik napedowy, sprezarka powietrza, oraz wal napedowy. Wymienione czesci sa wzajemnie sprze¬ zone za posrednictwem mechanizmu napedowego.Glówne zastosowanie mechanizmu przewiduje sie w cieplnych silnikach trakcyjnych typu tloko¬ wego, wirowego, turbinowego lub turbosmiglowego.Przeznaczeniem mechanizmu napedowego jest uelastycznienie pracy silnika cieplnego, oraz auto¬ matyczna, ciagla regulacja obrotów i regulacja momentu obrotowego walu napedowego.Zakres regulacji obrotów oraz momentu obroto¬ wego zawiera sie w granicach od zera, do wartos¬ ci maksymalnej, dopuszczalnej w konstrukcji da¬ nego typu silnika.Mechanizm napedowy w silniku cieplnym, trak¬ cyjnym eliminuje calkowicie potrzebe stosowania sprzegla, skrzynki biegów lub reduktora obrotów.Mechanizm jest urzadzeniem wysoce ekonomicz¬ nym. W odmianie najprostszej, przedstawionej po¬ nizej, moze osiagnac w warunkach pracy znamio¬ nowej, 100% przeniesienia mocy (przemienia sie w sprzezenie sztywne).Mechanizm napedowy sklada sie z mechanizmu róznicowego, np. planetarnego, zamontowanego 10 15 25 30 miedzy walem silnika napedowego a walem spre¬ zarki powietrza oraz walem napedowym.Mechanizm jest elementem rozdzialu mocy w ukladzie: silnik napedowy, sprezarka powietrza, wal napedowy.Mechanizm napedowy zastosowany w silniku cieplnym zmienia radykalnie charakter jego dzia¬ lania. Dzieli cztery typowe takty obiegu cieplnego miedzy silnik napedowy a sprezarke powietrza w ten sposób, ze takty pracy i wydechu przypa¬ daja na silnik napedowy, zas takty ssania i spreza¬ nia przypadaja na sprezarke powietrza.W ukladzie powyzszym konstrukcja silnika ciepl¬ nego ulega daleko idacemu uproszczeniu. Silnik na¬ pedowy zasilany jest gazami spalinowymi wytwa¬ rzanymi w komorze spalania ciaglego. Jako paliwo zastosowane sa ciezkie oleje pedne, które spalaja sie w komorze spalania w atmosferze sprezonego po¬ wietrza. Ciaglosc spalania eliminuje z konstrukcji silnika rozrzad zaplonu oraz rozrusznik mecha¬ niczny.Najistotniejszym jednakze uproszczeniem jest mozliwosc zastosowania w konstrukcji silnika cieplnego typowych pomp, np. tlokowych, rotacyj¬ nych, czy wirowych jako elementów silnika nape¬ dowego i sprezarki powietrza.Na rysunkach przedstawiono przekroje, mecha¬ nizmu napedowego podane przykladowo w ukladzie wspólosiowym na fig. 1 i w ukladzie o osiach rów¬ nolegle przesunietych na fig. 2. 486453 48645 4 Fig. 1 przedstawia przekój wspólosiowego mecha¬ nizmu napedowego z zastosowanym przykladowo planetarnym mechanizmem róznicowym R.Mechanizm napedowy wedlug fig. 1 sklada sie z jarzma D osadzonego na wale silnika napado¬ wego A, z satelitów EiFo oskach ulozyskowa- nych na jarzmie D, kola slonecznego H osadzone¬ go na wale sprezarki powietrza C i kola pierscie¬ niowego K osadzonego na wale napedowym B.Fig. $ przedstawia przekrój odmiany mechaniz¬ mu napedowego o równolegle przesunietych osiach z zastosowanym przykladowo planetarnym mecha¬ nizmem róznicowym R. Mechanizm napedowy w tym przypadku sklada sie z kola zebatego M osadzonego na wale silnika napedowego A, kola zebatego D stanowiacego jednoczesnie jarzmo me¬ chanizmu planetarnego R, satelitów E i F o os¬ kach ulozyskowanych na jarzmie D, kola slonecz¬ nego H osadzonego na wale sprezarki powietrza C i kola pierscieniowego K osadzonego na wale nape¬ dowym B.Dzialanie mechanizmu napedowego przedstawio¬ nego przykladowo na fig. 1 lub fig. 2 polega na tym, ze moment obrotowy walu silnika napedo¬ wego A przenoszony jest za posrednictwem jarz¬ ma D i satelitów E i F na kolo pierscieniowe K i na kolo sloneczne H a dalej na wal napedowy B i wal sprezarki powietrza C. W ukladzie: jarzmo D, satelity E i F, kolo pierscieniowe K i kolo slo¬ neczne H, stanowiacym mechanizm róznicowy R nastepuje rozdzial momentu obrotowego walu sil¬ nika napedowego A miedzy wal sprezarki powie¬ trza C, a wal napedowy B. Rozdzial ten zachodzi w proporcji wyznaczonej przez stosunek przeloze¬ nia kól zebatych w mechanizmie róznicowym R.Moment obrotowy poszczególnych walów zmienia sie w granicach od zera do wartosci maksymalnej dopuszczalnej w konstrukcji danego typu silnika.Stosunek obrotów walu napedowego B i walu C sprezarki powietrza do obrotów walu A silnika napedowego zalezy od obciazenia walu napedowego B i od obciazenia walu C sprezarki powietrza. Sto¬ sunek ten waha sie dla poszczególnych walów w zakresie od zera do wartosci maksymalnej, do¬ puszczalnej dla danego typu silnika cieplnego.W warunkach pracy znamionowej, poszczególne predkosci — walu silnika napedowego A, walu napedowego B i walu sprezarki powietrza C sa jednakowe. Stan ten osiagniety jest przez odpo¬ wiedni dobór stosunku przelozenia kól zebatych w mechanizmie róznicowym R. Stosunek przelo¬ zenia dobrany jest wzgledem pojemnosci silnika napedowego i pojemnosci sprezarki powietrza w ta¬ ki sposób, aby w warunkach znamionowych me¬ chanizm róznicowy R pozostal w równowadze sta¬ tycznej, to znaczy, aby kola satelitarne E i F nie obracaly sie wzgledem wlasnych osi obrotu. Me¬ chanizm róznicowy R, wedlug odmiany przedsta¬ wionej na fig. 1, spelnia wtedy role sprzegla sztyw¬ nego. Zaden z jego elementów nie wykonuje pracy, a tym samym nie pobiera mocy. Mechanizm na¬ pedowy moze zatem osiagnac w warunkach zna¬ mionowych sprawnosc maksymalna := 1.Schemat dzialania silnika cieplnego z mecha¬ nizmem napedowym jest nastepujacy: Rozruch silnika cieplnego sprowadza sie do jed¬ norazowego zaplonu paliwa w komorze spalania ciaglego. Zaplon dokonywany jest elektrycznie, przy pomocy swiecy umieszczonej w sciance ko- 5 mory. Paliwo wtryskiwane jest do komory równo¬ czesnie ze sprezonym powietrzem, które wplywa do wnetrza komory z pojemnika. Cisnienie powietrza w pojemniku jest zawsze wyzsze niz w komorze spalania. Ilosc powietrza doprowadzona do komory jest regulowana zaworem przyspieszenia. Podob¬ nie regulowany jest doplyw paliwa, którego ilosc pozostaje w stalym stosunku do ilosci naplywa¬ jacego powietrza.Gazy spalinowe wyprodukowane w komorze spa¬ lania kierowane sa do silnika napedowego. Jego budowa bazuje na konstrukcjach typowych pomp, np. tlokowych lub rotacyjnych wzglednie jako tur¬ bina gazowa stanowi specyficzne odwrócenie pompy wirowej.Gazy spalinowe po wykonaniu pracy, która przebiega w procesie rozprezania, wydalane sa na zewnatrz, lub kierowane do wymiennika ciepla, gdzie przekazuja reszte energii wewnetrznej na rzecz sprezonego powietrza.Praca silnika napedowego, zasilanego energia ga¬ zów spalinowych dzieli sie w mechanizmie nape¬ dowym miedzy sprezarke powietrza, a wal napedo¬ wy B. Czesc uzyteczna pracy, która przypada na wal napedowy B wykorzystana jest do napedu po¬ jazdu. Czesc przypadajaca na sprezarke sluzy do wytwarzania sprezonego powietrza, którego prze¬ znaczeniem jest zasilanie silnika napedowego. Spre¬ zone powietrze magazynowane jest w pojemniku skad w ilosci regulowanej kierowane jest do ko¬ mory spalania ciaglego.Zastosowana w silniku cieplnym sprezarka po¬ wietrza moze byc, podobnie jak silnik napedowy, typu tlokowego, rotacyjnego lub wirowego.Praca sprezarki zalezna jest od chwilowej mo¬ cy silnika, od obciazenia walu napedowego B oraz obciazenia samej sprezarki, to znaczy od cisnienia, jakie w danej chwili panuje w pojemniku. Cisnie¬ nie powyzsze stanowi ograniczenie dla cisnienia w komorze spalania a tym samym warunkuje moc chwilowa silnika napedowego.Silnik cieplny z mechanizmem napedowym pra¬ cuje zatem na mocy dostosowujacej sie automa¬ tycznie do aktualnego obciazenia walu napedowe¬ go B.Dla kazdego obciazenia (w granicach wytrzyma¬ losci konstrukcji) dobierane jest samoczynnie takie cisnienie sprezonego powietrza w pojemniku, które warunkuje odpowiednio wysoka moc silnika ciepl¬ nego.Przy pewnej predkosci i pewnym obciazeniu walu napedowego B cisnienie w pojemniku osia¬ ga poziom, przy którym obciazenie i predkosc ob¬ rotów walu sprezarki powietrza C wytwarza stan równowagi statycznej mechanizmu napedowego.Satelity E i F mechanizmu róznicowego R nie ob¬ racaja sie wzgledem wlasnych osi obrotu. Stan ten odpowiada warunkom znamionowym. Konstrukcja silnika cieplnego spelnia wtedy warunki pracy najbardziej ekonomicznej. Komora spalania ciag¬ lego, silnik napedowy oraz sprezarka powietrza pracuja na maksymalnej sprawnosci. Równiez ma- 15 20 29 30 35 40 45 50 55 €048645 6 ksymalna sprawnosc posiada mechanizm nape¬ dowy.Wszelka zmiana warunków pracy silnika ciepl¬ nego powoduje natychmiastowe przejscie mechar nizmu napedowego ze stanu równowagi statycznej w stan równowagi dynamicznej. W stanie tym pojawiaja sie obroty wlasne satelitów E i F. Wy¬ równuja one róznice predkosci w obrotach poszcze¬ gólnych walów sprzezonych mechanizmem rózni¬ cowym R.Stan równowagi dynamicznej jest stanem nie¬ ustabilizowanym. Pojawia sie przy kazdej zmianie w obciazeniu walu napedowego B lub zmianie w zasilaniu silnika napedowego. Prowadzi zawsze do zmiany cisnienia w pojemniku sprezonego po¬ wietrza, a w konsekwencji do zmiany mocy silni¬ ka cieplnego, czyli jego dostosowania do aktual¬ nego obciazenia.Czas dostosowywania mocy silnika cieplnego do nowych warunków pracy zalezny jest od wielkosci 'zachodzacej zmiany oraz od objetosci pojemnika sprezonego powietrza. Objetosc ta oraz wysokosc panujacego w niej cisnienia warunkuje zrywnosc pojazdu. Objetosc pojemnika dobierana jest dla kazdego typu silnika trakcyjnego w odniesieniu do konkretnych warunków jego pracy.W swietle okreslonych powyzej zaleznosci, etapy dzialania mechanizmu napedowego w cieplnym sil¬ niku trakcyjnym zainstalowanym w pojezdzie me¬ chanicznym beda sie przedstawiac nastepujaco: W momencie rozruchu silnika cieplnego, gdy wal napedowy B jest jeszcze nieuruchomiony, calkowi¬ ta praca silnika napedowego przenosi sie, za po¬ srednictwem mechanizmu róznicowego R na spre¬ zarke powietrza. W miare wzrostu obrotów silnika napedowego, pobudzanego zwiekszonym doplywem gazów spalinowych z komory spalania ciaglego, wzrasta moment obrotowy atakujacy wal napedo¬ wy B. Pojazd rusza z przyspieszeniem zaleznym od predkosci obrotów walu silnika napedowego A i walu sprezarki powietrza C. Ostatnia predkosc jest zalezna z kolei od aktualnego cisnienia w po¬ jemniku. Obroty walów A i C w momencie roz¬ ruchu pojazdu sa stosunkowo duze. W chwili gdy osiagnieta zostanie zadana, jednostajna predkosc walu napedowego B obroty silnika napedowego moga byc ograniczone zmniejszonym doplywem ga¬ zów spalinowych. Obroty walu sprezarki powietrza C automatycznie zmniejsza sie do wartosci, która jest niezbedna dla dostarczenia silnikowi napedo¬ wemu powietrza sprezonego w ilosci koniecznej do jego normalnej pracy przy danej predkosci po¬ jazdu.Jezeli w czasie, pracy w warunkach znamiono¬ wych obciazenie walu napedowego B wzrosnie np. "przy jezdzie pod góre, zachwiana zostanie równo¬ waga statyczna mechanizmu róznicowego K. Wal napedowy zwolni nieznacznie swoje obroty na rzecz niewielkiego wzrostu obrotów walu sprezarki po¬ wietrza C. Wzrosnie ilosc sprezonego powietrza i wzrosnie cisnienie w pojemniku. Jesli zwiekszyc Wtedy doplyw gazów spalinowych do silnika na¬ pedowego, wykorzystujac podwyzszone cisnienie W pojemniku, a tym samym zwiekszona moc ukla¬ du, mozna podwyzszyc obroty silnika napedowego i wyrównac predkosc pojazdu do pierwotnej pred¬ kosci jednostajnej. Obroty walu silnika napedowe¬ go A i walu sprezarki powietrza C beda wówczas nieco wieksze, poniewaz wieksze od znamionowego 5 bedzie obciazenie walu napedowego B. W warun¬ kach zwiekszonego obciazenia walu napedowego B w mechanizmie róznicowym R wystapi stan rów¬ nowagi dynamicznej. Kola satelitarne E i F bedax sie obracaly z pewna niewielka predkoscia wzgle- 10 dem wlasnych osi obrotu wyrównujac tym nad¬ wyzke obrotów walu silnika napedowego Ai wa¬ lu sprezarki powietrza C wzgledem walu napedo¬ wego B. 15 W sytuacji odwrotnej, gcfy maleje obciazenie wa¬ lu napedowego B, np. przy jezdzie z góry, równiez zachwiana zostaje równowaga statyczna mechaniz¬ mu róznicowego R. Obroty walu napedowego B nieznacznie wzrastaja kosztem obrotów walu spre- 20 Zarki powietrza C. Jezeli zmniejszyc wtedy odpo¬ wiednio ilosc gazów spalinowych doprowadzanych do silnika napedowego obnizajac tym jego obroty, predkosc pojazdu ograniczy sie do pierwotnej pred¬ kosci jednostajnej. Cisnienie w pojemniku bedzie 25 obnizac swój poziom az dojdzie do wartosci, przy której moc ukladu wystarczy do pokonania zmniej¬ szonych oporów. W mechanizmie róznicowym R wystapi stan równowagi dynamicznej. Kola sate¬ litarne E i F beda sie obracaly z pewna niewielka 30 predkoscia wzgledem wlasnych osi obrotu, lecz w kierunku przeciwnym niz przy podwyzszonym obciazeniu walu napedowego B. Obroty kól sateli¬ tarnych E i F wyrównywac beda nadwyzke obro¬ tów walu napedowego B wzgledem walu silnika 35 napedowego A i walu sprezarki powietrza C.Dzialanie mechanizmu napedowego w cieplnym silniku trakcyjnym przedstawione powyzej w opi¬ sie schematycznym, zapewnia samoczynna, ciagla 40 regulacje obrotów i regulacje momentu obrotowe¬ go walu napedowego B przy zmniejszajacym sie jego obciazeniu. Jednoczesnie wszystkie zmiany obrotów i zmiany momentu obrotowego walu sil¬ nika napedowego A przenoszone sa na wal nape- 45 dowy B elastycznie. Elementem amortyzujacym jest tu praca sprezarki powietrza, która wraz z po¬ jemnikiem moze przyjac i zakumulowac w kaz¬ dej chwili znaczna czesc energii silnika napedo¬ wego. 50 Poza przedstawionym powyzej dzialaniem me¬ chanizmu napedowego jako integralnej czesci sil¬ nika cieplnego, mechanizm napedowy moze byc wykorzystany jako czesc dodatkowa przy silniku (trakcyjnym cieplnym lub elektrycznym, wyposa- 55 zonym w mechaniczna lub elektryczna przeklad¬ nie biegów.Mechanizm napedowy wspólpracujacy ze spre¬ zarka powietrza wyposazona w pojemnik, jnialby 60 wtedy za zadanie amortyzacje naglych zmian predkosci pojazdu w czasie zmieniania piegów.Ponadto we wspólpracy ze sprezarka mialby za zadanie hamowanie odzyskowe oraz wytworzenie sprezonego powietrza przeznaczonego np. do dola- 65 dowywania silnika spalinowego, hamowania po¬ jazdu, otwierania drzwi itp.48645 Zastosowanie mechanizmu napedowego jako amortyzatora napedu pojazdu mechanicznego mia¬ loby szczególne znaczenie w zastosowaniu do tro¬ lejbusów, których zrywnosc jest wyjatkowo nie¬ ciagla. PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe

1. Mechanizm napedowy dzielacy moc silnika na¬ pedowego pomiedzy wal napedowy a sprezarke powietrza, znamienny tym, ze wal silnika na¬ pedowego (A) sprzezony jest z walem napedo¬ wym (B) i z walem sprezarki powietrza (C) za posrednictwem mechanizmu róznicowego, na przyklad planetarnego (R), w taki sposób, ze jeden z wymienionych walów (A, B, C) pola¬ czony jest z jarzmem satelitów (D), inny z ko- 1Q 8 lem slonecznym (H) a pozostaly z kolem pier¬ scieniowym (K). Odmiana mechanizmu napedowego, wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze silnik napedowy, sprezarka powietrza oraz wal napedowy pola¬ czone sa z odpowiednimi elementami mechaniz¬ mu róznicowego za posrednictwem dodatkowych mechanizmów, na przyklad przekladni zeba¬ tej (M). Odmiana mechanizmu napedowego, wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze silnik napedowy, sprezarka powietrza oraz wal napedowy pola¬ czone sa z odpowiednimi elementami mechaniz¬ mu róznicowego bezposrednio, bez udzialu nie¬ których walów, na przyklad walu (A) i (C). Fig. I rt9 2 I ** L i v ZG „Ruch" W-wa, zam. 1262-64 naklad 350 egz. PL