PL50370B1 - - Google Patents

Description

50370 J^.1. 40Qr O ¦ MKP F 02 g 5l()0 UKD l&l&H:Z7EKAl Opublikowano: 3.1.1966 talifi t:V^,^:.,;[£fe Twórca wynalazku i Zdzislaw Kruszewski, Warszawa (Polska) wlasciciel patentu: Silnik tlokowy z automatyczna regulacja mocy Przedmiotem wynalazku jest spalinowy silnik tlo¬ kowy o automatycznej regulacji mocy; Silnik przeznaczony jest do napedu pojazdów me¬ chanicznych.Znane tlokowe silniki spalinowe charakteryzuja sie mala elastycznoscia mocy. W typowych, trak¬ cyjnych silnikach spalinowych stosuje sie, w celu rozszerzenia zakresu mocy uzytkowej, mechanizmy dodatkowe zwane skrzyniami biegów. Mechanizmy te wspóldzialaja z róznego typu sprzeglami. Mecha¬ nizmy dodatkowe nie wplywaja bezposrednio na proces regulacji pracy samego silnika, jak równiez nie poprawiaja jego elastycznosci.Dzialaja one jedynie uzupelniajaco. Ich zadaniem jest rozszerzanie zakresu mocy uzytkowej silników przez nastawianie odpowiednio dobranego przeloze¬ nia momentu obrotowego. Przenoszenie mocy prze¬ biega w tych konstrukcjach w sposób nieciagly, w waskich zakresach, malo elastycznych podobnie jak moc samego silnika. Zakresy te zwane biegami sa nastawiane na ogól recznie. Znane sa równiez automatyczne skrzynie biegów, wspólpracujace z automatycznymi sprzeglami a majace zadanie przenoszenia napedu w sposób zautomatyzowany, jednakze i w tych konstrukcjach przelozenie mocy pozostaje na ogól nieciagle. Niska sprawnosc, skom¬ plikowana budowa, nadmierny ciezar i wielkosc oraz wysoka cena wykluczaja te mechanizmy z po¬ wszechnosci uzytku. 15 20 Konstrukcja silnika wedlug wynalazku, eliminuje calkowicie potrzebe stosowania skrzyni biegów, sprzegla, i wielu jeszcze innych pomocniczych ele¬ mentów. Zapewnia ona elastyczna i wydajna prace, przy jednoczesnej automatycznej regulacji momentu obrotowego walu napedowego w zakresie od zera do wartosci maksymalnie dopuszczalnej.Tlokowy silnik z automatyczna regulacja mocy zbudowany jest z dwóch podstawowych zespolów.Pierwszym z nich jest zespól napedowy o dzialaniu rozprezajacym, drugim zespól zasilajacy o dzialaniu sprezajacym. Oba te zespoly polaczone sa walem napedowym silnika za posrednictwem mechanizmu napedowego. Do dalszych podstawowych zespolów silnika nalezy wydzielona komora spalania ciaglego oraz chlodnica lub wymiennik ciepla. Silnik wedlug wynalazku zasilany jest spalinami paliw plynnych spalanych w wydzielonej komorze spalania ciaglego w atmosferze sprezonego powietrza. Silnik moze byc równiez zasilany palnymi gazami sprezonymi lub skroplonymi.Zespól napedowy silnika jest tlokowa pompa roz¬ prezajaca. Istota dzialania zespolu napedowego jest analogiczna do dzialania silnika parowego. Praca tloków zespolu napedowego przebiega pod naporem sprezonych gazów spalinowych doprowadzanych do kolejnych cylindrów z wydzielonej komory spala¬ nia ciaglego o znanej konstrukcji, stosowanej na przyklad w turbinowych silnikach gazowych. Roz¬ rzad gazów spalinowych na poszczególne cylindry 5037050370 3 4 sterowany jest przez znany, na przyklad zaworowy uklad rozrzadu.Drugi z podstawowych zespolów silnika — zespól zasilajacy jest znana, jedno, luC dwustopniowa, tlo¬ kowa sprezarka powietrza. Sprezarka jest wyposa¬ zona w pojemnik wyrównawczy zamkniety zaworem przyspieszenia. Otwarcie zaworu przyspieszenia po¬ woduje przeplyw sprezonego powierza z pojemnika do komory spalania, gdzie nastepuje wymieszanie r\\^wietpa- z paliwem gazowym lub plynnym, dopro¬ si ^ -wadzanym tam jednoczesnie ze znanej pompy pali¬ wowej stanowiacej wyposazenie zespolu zasilaja- cego^ Paliwo jest rozpylane we wnetrzu komory przez znany wtryskiwacz. Po jednokrotnym zaplonie iskrowym lub zarowym ze znanej swiecy zaplono¬ wej, paliwo spala sie plomieniem ciaglym wytwa¬ rzajac strumien sprezonych gazów spalinowych.. Strumien kierowany jest, za posrednictwem ukladu rozrzadu, do kolejnych cylindrów zespolu napedo¬ wego.Praca zespolu napedowego dzieli sie w mecha¬ nizmie napedowym m^edfcy sprezarka powietrza a wal napedowy. Dzieki wewnetrznemu sprezeniu róznicowemu nastepuje w silniku podzial funkcjo¬ nalny^ jego po4?ta nych. Nastepuje mianowicie rozdzial czterech su¬ wów pracy miedzy zespól napedowy a sprezarke powietrza w taki sposobi ze suwy pracy i wydechu przypadaja na zespól napedowy, zas suwy ssania i sprezania przypadaja na sprezarke powietrza.W wyniku powyzszego rozdzialu proces spalania przeniesiony jest do wydzielonej komory spalania ciaglego, wspólnej dla wszystkich cylindrów zespolu napedowego. Praca tego zespolu przebiega kosztem energii gazów spalinowych wytworzonych w ko- niorze spalania i jest ograniczona Jedynie do suwów pracy i wydechu. Praca sprezarki zasilajacej komore spalania ciaglego, ograniczona wylacznie do suwów ssania i sprezania Jest' przy róznicowym sprzezeniu wewnetrznym zalezna oc\ obciazenia walu napedowe¬ go. Obciazenie to warunkuje w mechanizmie nape¬ dowym powstawanie momentu obrotowego walu kor¬ bowego sprezarki. Wydajnosc sprezarki staje sie dzieki temu w pelni uzalezniona od obciazenia sil¬ nika.Mechanizm napedowy jest av powyzszym ukladzie elementem automatyki. Spelnia on funkcje dodat¬ niego sprzezenia zwrotnego. Kieruje mianowicie czes£ wytworzonej przez zespól napedowy energii, za posrednictwem sprezarki powietrza oraz poje¬ mnika wyrównawczego i komory spalania, ponownie na zespól napedowy.Enejgia ta jakosciowo równowazna energii zuzy¬ wanej: na sprezanie powietrza w znanych silnikach spalinowych, w konstrukcji silnika wedlug wyna*- lazku jest ilosciowo znacznie mniejsza. Odpadaja bowiem Uczne straty przypadajace, na przyklad na szkodjiwa^ przestrzen ponadtlokowa, ria „przepluki¬ wanie" cylindrów, na nadwyzke powietrza w mie¬ szanca „ubogiej" iip.Mpc, po&Jgfsnia, w silniku przez sprezarke powiet¬ rza jest zawsze nizsza od mocy wytwarzanej przez zespól napedowy. Róznica mocy obu tych podsta¬ wowych zespolów silnika, przenoszona przez me¬ chanizm napedowy na wal napedowy, stanowi uzy¬ teczna moc czynna.Na rysunku przedstawiony jest przekrój'podluzny przez przykladowa konstrukcje szesciocylindrowego 5 silnika tlokowego z automatyczna regulacja mocy.W czesci I znajduje sie trójcylindrowy zespól napedowy. W czesci II — trójcylindrowa sprezarka powietrza. W czesci III — mechanizm napedowy.W skrzyni korbowej 1 ulozyskowany jest wal io korbowy 2 zespolu napedowego I oraz oddzielnie ulozyskowany wal korbowy 22 sprezarki powiet¬ rza II a takze wal napedowy 21.Na wale korbowym 2 zespolu napedowego I i wa¬ le korbowym 22 sprezarki II zawieszone sa po trzy 15 korbowody wraz z tlokami. Lozyska korbowodów rozmieszczone sa wokól osi walów korbowych rów¬ nomiernie co 120°.Na wale korbowym 2 zepolu napedowego I osa- . dzone jest kolo zebate 3 wspólpracujace z kolem 20 zebatym 5 osadzonym na wale 4. Wal 4 jest ulozy¬ skowany w skrzyni korbowej 1 w sasiedztwie cy¬ lindrów zespolu napedowego I i cylindrów sprezar¬ ki II. Wal 4. w czesci sasiadujacej z zespolem na¬ pedowym I spelnia jednoczesna funkcje walu roz- 25 rzadu i jest wyposazony w krzywki rozrzadu 6.Na przedluzeniu walu 4, w czesci sasiadujacej ze sprezarka II, osadzone jest kolo zebate 14 wspólpra¬ cujace z kolem zebatym 15 ulozyskowanym na wale korbowym 22 sprezarki II. Kolo 15 polaczone jest 80 z mechanizmem róznicowym, na przyklad planetar¬ nym, stanowiacym integralna czesc mechanizmu na¬ pedowego III, za posrednictwem sprzegla jednokie¬ runkowego wyposazonego w rolki klinujace 19.Pierscien, na przyklad zewnetrzny 24 sprzegla jed- SB nokienmkowego jest jednoczesnie jarzmem mecha¬ nizmu róznicowego. Jarzmo 24 otoczone jest hamul¬ cem, na przyklad tasmowym 16.Satelity 17 i 23 ulozyskowane na jarzmie 24 wspólpracuja z kolem slonecznym 20 osadzonym na 40 wale korbowym 22 sprezarki II i z kolem pierscie¬ niowym 18 osadzonym na wale napedowym 21.W czesci górnej silnika, powyzej glowicy cylind¬ rów zespolu napedowego I i sprezarki powietrza II umieszczona jest komora spalania ciaglego 9 wy- 45 posazona w zawój przyspieszenfa 12, wtryskiwacz paliwa 11 i swiece zaplonowa 10. W czesci tej znaj¬ duja sie równiez rura wydechowa 7 zespolu nape¬ dowego I i rura ssaca 13 sprezarki powietrza II.Komora spalania 9, rura ssaca 13 i rura wydecho- 50 wa 7 otoczone sa oslona 8, która spelnia funkcje pojemnika sprezonego powietrza.Dzialanie silnika wedlug wynalazku jest nastepu- ' jace, Otwarcie zaworu przyspieszenia 12 powoduje 55 przeplyw sprezonego powietrza z pojemnika & do wnetrza komory spalania 9. Jednoczesnie we wnet¬ rzu komory 9 rozpylane jest przez wtryskiwacz 11 paliwo doprowadzone z pojemnika wyrównawczego pompki paliwowej (nieuwidocznionej na rysunku). eo Paliwo podawane jest w proporcji stechiometrycz- nej wzgledem naplywajacego powietrza. Pod dzia¬ laniem jednorazowego zaplonu ze swiecy zaplono¬ wej 10 paliwo spala sie plomieniem ciaglym wy¬ twarzajac sprezone gazy spalinowe. 65 Gazy kierowane sa do kolejnych cylindrów ze-50370 5 6 spolu napedowego I przez znany, na przyklad za¬ worowy, uklad rozrzadu (nieuwidoczniony na ry¬ sunku). Zawory wlotowe doprowadzajace gazy spalinowe do cylindrów, umieszczone w glowicy silnika otwieraja sie w momencie ,gdy tloki zespo- 5 lu napedowego I znajduja sie w polozeniu zwrotu . zewnetrznego. W polozeniu tym denka tloków przylegaja do powierzchni glowicy, dzieki czemu jest wyeliminowana szkodliwa przestrzen ponadtlo- kowa. Zamkniecie zaworów wlotowych i odciecie doplywu gazów nastepuje w poczatkowym stadium suwu pracy.Pozostala, wieksza czesc suwu przebiega w pro¬ cesie rozprezania gazów spalinowych. W poblizu polozenia zwrotu wewnetrznego nastepuje otwarcie zaworów wydechu. Gazy spalinowe wydalane sa przez rure wydechowa 7 w czasie powrotu tloków do polozenia zwrotu zewnetrznego.Ruch posuwisto-zwrotny tloków zespolu napedo- wegp I przetwarza sie na ruch obrotowy walu kor¬ bowego 2 a nastepnie, za posrednictwem kól zeba¬ tych 3 i 5 przenosi sie na wal 4. Wal ten, w czesci sasiadujacej z zespolem napedowym I wykorzystany jest jako wal rozrzadu a jego obroty sa identyczne z obrotami walu korbowego 2. Moment obrotowy walu 4 przenosi sie, za posrednictwem kól zeba¬ tych 14 i 15 i sprzegla jednokierunkowego 24 na mechanizm napedowy III.Moment obrotowy jarzma 24 dzieli sie, za po¬ srednictwem satelitów 17 i 23 miedzy kolo pierscie¬ niowe 18 osadzone na wale napedowym 21 a miedzy kolo sloneczne 20 osadzone na wale korbowym 22 sprezarki powietrza II. Czesc momentu przypadajaca na wal napedowy 21 stanowi moment uzyteczny.Obroty walu korbowego 22 wywoluja ruch posu¬ wisto-zwrotny tloków sprezarki II i tloczenie powie¬ trza do pojemnika 8 przez uklad znanych, samo¬ czynnie dzialajacych zaworów umieszczonych w glo¬ wicy sprezarki II. Na kazdy z cylindrów sprezarki przypadaja po dwa zawory, jeden ssacy, drugi tlocz¬ ny. Powietrze zasysane jest do wnetrza cylindrów przez zawory ssace z rury ssacej 13 polaczonej ze znanym filtrem powietrza (nie uwidocznionym na ry¬ sunku) i tloczone przez zawoTy tloczne bezposrednio do wnetrza pojemnika 8. Pojemnik sprezonego po¬ wietrza 8 spelnia w tym ukladzie jednoczesna funk¬ cje wymiennika ciepla. Sprezone powietrze ogrzewa sie w nim. od scianek komory spalania 9 i scianek rury wydechowej 7.Stosunek przelozenia kól zebatych w mechanizmie napedowym III jest dobrany w taki sposób, ze przy znamionowej predkosci obrotów i znamionowym ob¬ ciazeniu walu napedowego 21 moment obrotowy walu korbowego 22 sprezarki II wystarcza na wytworzenie takiego poziomu sprezania, ze cisnienie powietrza w pojemniku 8 jest stale wyzsze od cisnienia gazów spalinowych w komorze spalania 9.Pojemnosc skokowa cylindrów zespolu napedowe¬ go I, jest przy tym o tyle wieksza od pojemnosci cy¬ lindrów sprezarki II, ze praca jej jest mozliwa rów¬ niez w przypadku calkowitego zahamowania obro¬ tów walu napedowego 21.Przy wzrostajacym obciazeniu walu napedowego 21 wzrastaja obroty sprezarki II i wzrasta ilosc spre¬ zonego powietrza. Odpowiednio rozszerza sie zakres regulacji pracy komory spalania 9 a tym samym za* kres regulacji pracy zespolu napedowego I.W szczególnosci, przy obciazeniu granicznym, kie¬ dy obroty walu napedowego 21 ustaja, calkowita 5 praca zespolu napedowego I przenosi sie na spre¬ zarke II. Cisnienie powietrza w pojemniku 8 wzra¬ sta.W drugim przypadku granicznym, gdy obciazenie walu napedowego 21 slabnie na tyle, ze moment obrotowy walu korbowego 22 sprezarki II jest nie¬ wystarczajacy na pokonanie oporu sprezania, praca sprezarki II ustaje. Zespól napedowy I jest wtedy zasilany sprezonym powietrzem zakumulowanym w pojemniku 8 a obroty walu 2 zespolu napedowego I przenoszone sa w calosci, za posrednictwem me¬ chanizmu napedowego III na wal napedowy 21.W przypadku nastepnym, gdy obciazenie walu napedowego 21 spada do zera, ustaje równiez praca uzyteczna zespolu napedowego L W dalszym przypadku, gdy wal napedowy 21 prze¬ kroczy predkosc obrotów nadawana mu przez zespól napedowy I, na przyklad przy jezdzie z góry, wów¬ czas nastepuje automatyczne odlaczenienie zespolu napedowego I przez sprzeglo jednokierunkowe 24.W przypadku tym sprezarka powietrza II moze byc wykorzystana do odzyskowego hamowania ppjazdu.Zacisniecie hamulca tasmowego 16 na jarzmie 24 po¬ woduje jego unieruchomienie. Obroty walu napedo¬ wego 21 przenosza sie wtedy w calosci, za posred¬ nictwem mechanizmu napedowego III na wal kor¬ bowy 22 sprezarki powietrza II. Kierunek obrotów walu korbowego 22 sprezarki II jest wtedy przeciw¬ ny niz przy normalnej pracy silnika.W trakcie hamowania odzyskowego energia kine¬ tyczna pojazdu akumulowana jest w pojemniku 8 pod postacia energii wewnetrznej sprezonego po¬ wietrza.Cisnienie powietrza w pojemniku 8 jest wyzsze z zalozenia od cisnienia gazów spalinowych w ko¬ morze spalania 9. Wysokosc tego cisnienia warun¬ kuje moc chwilowa silnika.Dla kazdego obciazenia walu napedowego 21 (w granicach wytrzymalosci konstrukcji) dobierane jest samoczynnie takie cisnienie sprezonego powietrza w pojemniku 8, przy którym ilosc gazów spalino¬ wych produkowanych przez komore spalania 9 za¬ pewnia wytworzenie dostatecznie wysokiej mocy zespolu napedowego I, wystarczajacej do pokonania powstalego obciazenia walu napedowego 21.Tak Wiec dla bardzo malych obciazen moc silnika jest bliska zeru, natomiast dla obciazen bardzo du¬ zych moze w*zrosnac do wartosci ograniczonej jedy¬ nie wytrzymaloscia konstrukcji.Silnik tlokowy z automatyczna regulacja mocy pracuje zatem na mocy dostosowywanej automatycz¬ nie do aktualnego obciazenia walu napedowego 21. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe Silnik tlokowy z automatyczna regulacja mocy, zlozony z zespolu napedowego wyposazonego w tlokowa pompe rozprezajaca i z zespolu zasila¬ jacego wyposazonego w tlokowa pompe spreza¬ jaca, znamienny tym, ze zespól napedowy (I) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6050370 sprzezony jest z zespolem zasilajacym (II) oraz z walem napedowym (21) za posrednictwem me¬ chanizmu napedowego (III). Silnik wedlug zastrz. lr znamienny tymr ze posia¬ da oddzielny zespól napedowy (I) w którym rea¬ lizowane sa takty pracy i wydechu cztero takto¬ wego obiegu cieplnego i oddzielny zespól zasila¬ jacy (II) w którym realizowane sa takty ssania i sprezania. Silnik tlokowy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze posiada wydzielona komore spalania ciaglego (9) zasilajaca zespól napedowy (I). Odmiana silnika wedlug zastrz. lr znamienna tym, ze zespól napedowy (I) sprzezony jest z mecha¬ nizmem napedowym (III) za posrednictwem sprze¬ gla jednokierunkowego, w którym obroty pier¬ scienia, na przyklad zewnetrznego (24), polaczo¬ nego z mechanizmem napedowym (III) moga byc hamowane, na przyklad hamulcem tasmowym (16). Odmiana silnika wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze pojemnik sprezonego powietrza (8) otacza nie- 5 6. 7. 10 15 20 8. 8 które elementy grzejne silnika, na przyklad ko¬ more spalania ciaglego (9) i, rure wydechowa (7), spelniajac przy tym dodatkowa role wymiennika ciepla. Odmiana silnika wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze wnetrze skrzyni korbowej (1) polaczone jest z ukladem wylotowym zespolu zasilajacego (II) stanowiac pojemnik sprezonego powietrza. Odmiana silnika wedlug zastrz. 1, w której zespól napedowy sprzezony jest z mechanizmem napedo¬ wym za posrednictwem dodatkowego walu ulozy- skowanego w siasiedztwie cylindrów zespolu na¬ pedowego i cylindrów zespolu zasilajacego, zna¬ mienna tym, ze wal dodatkowy (4), w czesci sa¬ siadujacej z zespolem napedowym (I) jest wypo¬ sazony w krzywki rozrzadu (6) i spelnia funkcje walu rozrzadu dla zespolu napedowego (I). Odmiana silnika wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze wal korbowy (2) zespolu napedowego (I) jest wyposazony w krzywki rozrzadu i spelnia funk¬ cje walu rozrzadu dla zespolu napedowego (I). Zaklady Kartograficzne, Wroclaw — zam. 571 — 250 egz. PL