Pierwszenstwo: Opublikowano: 28.11.1967 53076 KI. —46-*L-5/M_ \ MKP F02b UKD £3oo Twórcawynalazku: Adam Wysocki Wlasciciel patentu: Helena Wysocka, Przemysl (Polska) Silnik spalinowy z wirujacymi tlokami Silnik spalinowy z wirujacymi tlokami, bedacy przedmiotem niniejszego zgloszenia ma wiele za¬ let, którymi przewyzsza znane dotychczas silniki tego typu, poniewaz przy jego opracowywaniu przedmiotem staran bylo usuniecie istotnych wad, jakimi obarczone sa pokrewne silniki.Rozwiazanie wedlug wynalazku ma stosunkowo prosta i lekka konstrukcje, co daje latwosc wy¬ konania poszczególnych elementów silnika na konwencjonalnych obrabiarkach, oraz obniza koszty produkcji.Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy zaopatrzony w uklad kinematyczny sprzegajacy za pomoca przekladni jarzmowo-planetarnej dwie pary tloków wirujacych z walem odbioru mocy, dajacy omówione nizej w opisie wynalazku, za¬ lety i korzysci techniczne w stosunku do znanych mechanizmów sprzegajacych wirujace tloki.Przez zastosowanie przekladni jarzmowo-plane¬ tarnej wirujace tloki poruszaja sie ze zmienna predkoscia katowa, tworzac kolejno cztery komo¬ ry, kazda dla czterotaktowego cyklu pracy, pod¬ czas gdy wal glówny silnika obraca sie ruchem jednostajnym. Istotna cecha i zaleta wynalazku jest z uwagi na symetrie wykonania, zupelnie zrównowazenie wszystkich sil masowych i wszyst¬ kich momentów tych sil, co przy olbrzymich szybkosciach katowych, jest bardzo istotne i sta¬ nowi o trwalosci konstrukcji i uzytkowej spraw¬ nosci silnika. 10 15 Wyrównowazenie zmiennych sil bezwladnosci tloków wirujacych, uzyskuje sie dzieki temu, ze dwa tloki zwiazane z dwuramienna kulisa jarzma pod katem 45° stanowia z nia jedna mase, uzy¬ skuja zatem te same przyspieszenia i opóznienia z tym jednak ze gdy masa zwiazana z dwura¬ mienna kulisa jarzma po jednej stronie cylindra przyspiesza od szybkosci Vo do Vmax, to rów¬ noczesnie taka sama masa po przeciwnej stronie cylindra opóznia sie od Vmax do Vo, przy jed¬ nostajnych obrotach silnika.Poniewaz masy obydwu par sa jednakowe, a równoczesnie wektory przyspieszen i opóznien ich co do wielkosci sa sobie równe i przeciwnie skierowane, dlatego ich sily bezwladnosci znosza sie calkowicie. Przeciwnie jest w znanych silni¬ kach tego typu, gdzie wystepuje niezrównowazo¬ ny okresowo zmienny moment reakcyjny ruchu jednej pary tloków oraz sily masowe korbowodu, tylko czesciowo zrównowazonego przez przeciw¬ wage.Istota rozwiazania wedlug wynalazku jest bli¬ zej wyjasniona na przykladach wykonania, poka¬ zanych na rysunkach od Fig. 1 do Fig. 4.Fig. 1 przedstawia podluzny, przekrój silnika.Korpus silnika sklada sie z trzech Czesci, z któ¬ rych srodkowa tworzy cylinder 3 w ksztalcie pier¬ scienia kolowego o przekroju prostokata, zas dwie boczne, polaczone ze srodkowa srubami, tworza pokrywy silnika 4 i mieszcza dwie symetryczne 5307653076 do siebie polowy mechanizmu, który przenosi ruch krazacych w cylindrze tloków na wal zdaw¬ czy 5, obracajacy sie w lozyskach umieszczonych w srodku pokryw 4 i wychodzacy obustronnie poza kadlub silnika.W cylindrze kraza ruchem naprzemian przy¬ spieszanym i opóznianym dwie pary tloków dwu¬ stronnego dzialania 1,1 i 2,2, tworzac pomiedzy swymi denkami cztery komory robocze, zmienia¬ jace cztery razy na jeden obrót walu zdawczego jednakowo swoja pojemnosc. Skutkiem tego w komorach odbywaja sie równoczesnie suwy ssa¬ nia, sprezania, rozprezania i wydechu, to jest cztery cykle pracy na jeden obrót walu zdaw¬ czego, przy czym zaplon powoduje tylko jedna swieca 6, pod która co 90° obrotu walu zdawcze¬ go wedruje ladunek paliwa, sprezony miedzy dwoma zblizonymi do siebie tlokami.Zewnetrzna sciana cylindra 7 jest polaczona srubami z dwoma bocznymi scianami 8. Umiesz¬ czone jest w niej gniazdo swiecy, a naprzeciw niego, po przeciwnej stronie walu zdawczego mie¬ szcza sie dwa szczelinowe otwory 10 i 11 (Fig. 2), jeden dla przewodu wydechowego, drugi dla ka¬ nalu doprowadzajacego mieszanke paliwa i po¬ wietrza.Wewnetrzna sciane cylindra stanowia bebny 9, w ksztalcie pobocznicy walca, które obracajac sie wokolo walu zdawczego 5 slizgaja sie swoimi krawedziami po gladzi bocznych scian cylindra 8.Bebny 9 sa symetryczne, a na obwodzie kazdego z nich zamocowana jest jedna para tloków, obej¬ mujaca swoja dlugoscia obydwie czesci pobocz¬ nicy walca.Oba bebny 9 stanowia dwuczesciowy wal zew¬ netrzny i przymocowane sa tarczami 12 do po¬ dzielonego na dwie czesci walu wewnetrznego 13, który obraca sie wspólosiowo na wale zdawczym 5 silnika. Obie czesci wewnetrznego walu wy¬ chodza obustronnie poza boczne sciany 8 cylin¬ dra i przenosza ruch obrotowy obydwu par tlo¬ ków na obracajacy sie z walem zdawczym me¬ chanizm jarzmowo-plametarny.Wewnatrz pokryw zamykajacych obustronnie kadlub silnika, zamocowane sa sloneczne kola ze¬ bate 14 wspólsrodkowo z lozyskami walu zdaw¬ czego 5, przechodzacego przez nie poza kadlub silnika. Obok tych kól osadzone sa na wale zdaw¬ czym lekkie kola zamachowe 15 zaopatrzone w lozyska. W lozyskach tych umieszczonych syme¬ trycznie wzgledem osi walu, obracaja sie osie dwu satelitów 16, zazebionych z kolami zebatymi slonecznymi tworzac przekladnie obiegowa, przy czym srednice podzialowe kól slonecznych sa dwukrotnie wieksze od srednic podzialowych kól obiegowych 17.Na tych samych osiach po drugiej stronie wien¬ ców, przymocowane sa wykorbienia 18, których czopy 19 obracaja sie w wodzikach 20 przesuwa¬ jacych sie w wycieciach wzdluz ramion dwura- miennych prowadnic 21, osadzonych na koncach walu zewnetrznego. Kola obiegowe wykonuja za¬ tem dwa obroty dookola swych osi na jeden obrót walu zdawczego, przy czym czopy korb biegna po torach epicykloidy wydluzonej (Fig. 3).Mechanizmy po obydwu stronach cylindra sa zatem symetryczne z ta jedynie róznica, ze kor¬ by kól obiegowych odwrócone sa w stosunku do korb po przeciwnej stronie cylindra o 180°. 5 Praca silnika wedlug wynalazku polega zatem na stale dodatniej róznicy momentów sil, dziala¬ jacych na wal odbioru mocy 5 poprzez przeklad¬ nie 2:1, a wiec przez dzwignie jednoramienna, majaca punkt zaczepienia w punktach przypór u 10 kól zebatych, punkt oporu na osiach korb kól obiegowych i punkt przylozenia czynnej sily na¬ cisku gazów spalinowych na tlokach, a tym sa¬ mym przez prowadnice i czopy wykorbien na wa¬ le zdawczym 5 silnika. 15 Charakterystyczna cecha budowy silnika wed¬ lug wynalazku jest to, ze obie pary tloków, po wykonaniu kazdego cykla pracy (co 90°), powra¬ caja cztery razy na jeden obrót silnika dokladnie w to samo miejsce w cylindrze, by rozpoczac na- 20 stepny cykl pracy. Dlatego dla prawidlowego dzialania silnika jest warunkiem istotnym, aby promien korby byl równy polowie boku osmio- kata foremnego, opisanego na kole zataczanym przez osie korb, to jest na kole o promieniu rów- 25 nym sumie promieni kól podzialowych kola ze¬ batego slonecznego i obiegowego.Równiez nie mniej istotnym wedlug wynalazku jest osadzenie kazdej pary tloków na polowie dzielonego walu wewnetrznego 13 z odchyleniem 30 o 45° od prowadnic jarzma z tym jednak, ze katy pomiedzy tlokami a prowadnicami mierzone sa dla jednej pary tloków w kierunku obrotów walu zdawczego, a dla drugiej pary w kierunku prze¬ ciwnym. 35 Fig. 2 przedstawia schematycznie uklad tloków silnika w czterech polozeniach co 22,5°, czyli co jedna czwarta jednego cykla pracy i ma na celu blizsze wyjasnienie kinematyki i dynamiki za¬ sadniczych elementów silnika. Wyzej wymienione 40 tloki i prowadnice przymocowane trwale po oby¬ dwu stronach cylindra parami do obydwu poló¬ wek walu zewnetrznego, stanowia dwie dwura- mienne masy, które zwiazane z walem zdawczym silnika przez korby kól obiegowych, wykonuja 45 naprzemian ruch obrotowy o przyspieszeniu zmiennym w odniesieniu do jednostajnej pred¬ kosci katowej kola zamachowego.Kinematyczny uklad tloków silnika przedsta¬ wiony jest schematycznie na Fig. 2, a dla ulat- 50 wienia orientacji, zawiera jedna pare tloków za- czerniona, a druga zakreskowana.Tloki zaczernione polaczone sa symetrycznie z walem zdawczym po jednej stronie cylindra, a tloki zakreskowane polaczone sa symetrycznie 55 z tym walem po drugiej stronie cylindra, przy czym srodki ciezkosci tloków biegna po kole za¬ kreslonym przez osie kól obiegowych.Cecha charakterystyczna takiego ukladu jest to, ze gdy w jakimkolwiek polozeniu tloków jedna 60 masa tloka uzyskuje pewne przyspieszenia od predkosci katowej, to odpowiednia masa tloka symetrycznego uzyskuje, w tym samym czasie, takie same opóznienie w odniesieniu do jedno¬ stajnych obrotów walu zdawczego, z czego wyni- 65 ka, ze suma predkosci katowych mas obydwu53076 symetrycznych tloków Jest w kazdym momencie czasu wielkoscia stala i równa sie podwójnej predkosci katowej kola zamachowego z uwagi na przekladnie obiegowa o przelozeniu 2:1.Wraz z przyspieszeniami i opóznieniami mas tloków zjawiaja sie sily masowe jednakowe co do wartosci bezwzglednej lecz o znakach prze¬ ciwnych, wskutek czego wystepuje calkowite dy¬ namiczne wyrównowazenie ukladu tloków, przy istniejacym calkowitym wyrównawazeniu sta¬ tycznym tego ukladu. Momenty sil masowych w tlokach, obciazajace wiezy kinematyczne silnika wedlug wynalazku, sa poza tym znoszone przez momenty powstajace od sil nacisku gazów spa¬ linowych na tloki, przy czym te sily napedzajace silnik dzialaja na wal zdawczy na stosunkowo duzym promieniu korb przez przekladnie obie¬ gowa o przelozeniu 2:1, w odróznieniu od in¬ nych, znanych obecnie silników o obrotowych, wzglednie wirujacych tlokach, w których wektor sily nacisku gazów spalinowych dziala na sto¬ sunkowo maly promien korb walu zdawczego i daje stosunkowo zmniejszony moment obro¬ towy.Wszystkie ruchome elementy silnika wedlug wynalazku sa symetrycznie rozmieszczone dookola walu zdawczego, wskutek tego powstaje calkowite wyrównowazenie sil odsrodkowych, a tym samym zredukowanie do minimum nacisków i tarcia w lozyskach glównych tegoz walu.Konstrukcja silnika wedlua wynalazku pozwala na latwa i ekonomiczna regulacje sposobu spa¬ lania sie mieszanki paliwowej przez dowolnie du¬ ze przesuniecie swiecy w kierunku obrotu kola zamachowego wraz z walem zdawczym i na spo¬ wodowanie zaplonu od srodka denka tloka przy¬ spieszajacego przez wydrazony w nim kanalik.Sprezony miedzy dwoma tlokami ladunek paliwa przemieszcza sie wówczas przeciw kierunkowi ru¬ chu frontu plomienia, umozliwiajac duza predkosc obrotowa walu zdawczego, przy uzyciu benzyny o malej liczbie oktanowej, jakiej szybkosc plomie¬ nia w duzych silnikach rotacyjnych o normalnym zaplonie, okazuje sie za mala, powodujac spalenie detonacyjne.Przez opóznienie zaplonu mozna zsynchronizo¬ wac najwieksze cisnienie gazów spalinowych z najdluzszym ramieniem dzialania tej sily w polo¬ zeniach II, III i IV, (fig. 2) mechanizmu, to jest wykorzystac najwieksze momenty, unikajac gwal¬ townego dzialania gazów spalinowych na osie kól obiegowych w polozeniu tloków przy maksymal¬ nym sprezaniu mieszanki paliwowej, [polozenie I.(Fig. 2.)] Spowoduje to lagodne wzrastanie na¬ cisku gazów posrednio na elementy jarzma i na wzajemne zazebienie kól 14 i 17 (Fig. 1) bez ry¬ zyka wylamania zebów i pozwoli na zmniejszenie ciezaru elementów obrotowych silnika, a tym sa¬ mym sil bezwladnosci wszystkich mas dzialaja¬ cych na jego wiezy kinematyczne.Dzieki istnieniu tylko jednego kanalu ssacego, laczacego sie cztery razy na jeden obrót walu zdawczego kolejno z komora sprezenia, mozna w silniku wedlug wynalazku wykorzystac maksy¬ malnie zjawisko dynamicznego doladowania, ksztaltujac kanal w ten sposób, by pozwolil uzy¬ skac fale stojaca 2 maksimum cisnienia u wlotu do cylindra i uniknac „dlawienia" czynnika ro- 5 boczego.Silnik wedlug wynalazku stwarza wyjatkowo korzystne warunki do chlodzenia go powietrzem przez umieszczenie w plaszczyznach kól zama¬ chowych skrzydel wentylatorów tloczacych pó- 10 wietrze przez przestrzen 22 (Fig. 1), na boczne sciany cylindra, niezaleznie od tegov, ze denka tloków nagrzewaja sie tylko co drugi cykl pracy, podczas gdy bezposrednio po nagrzaniu sa chlo¬ dzone swiezo zassana zimna mieszanka paliwowa 15 w nastepnym cyklu pracy.Poza tym chlodzone dostatecznie przez odpo¬ wiednio skierowany oplyw zimnym powietrzem sciany cylindra, nie oddaja bocznym scianom tlo¬ ków az tyle ciepla, by one wymagaly dodatko- 20 wego chlodzenia i to tym bardziej, ze tloki nie nagrzewaja sie od strony walu zdawczego. Silnik, zwlaszcza wiekszej mocy, moze byc równiez chlo¬ dzony woda, wzglednie olejem, przez doprowadze¬ nie wody z zewnatrz do koszulki wodnej cylindra, 25 lub oleju do wnetrza tloków przez kanaliki w tarczach 12, prowadzace od drazonego walu zdaw¬ czego.Najodpowiedniejszym systemem smarowania sil¬ nika wedlug wynalazku jest smarowanie obiego- 30 we. Jednak jednostki mniejszej mocy moga byc smarowane mieszanka paliwowo-olejowa. Przy smarowaniu obiegowym dochodzi olej z drazonego walu zdawczego odpowiednimi kanalikami do smarowania tloków, lozysk, przekladni zebatej 35 i suwaka (kamienia) kulisy jarzma.Uszczelnienie elementów wspólpracujacych w silniku w/g wynalazku nie przedstawia wiek¬ szych trudnosci technologicznych i w praktyce da sie latwo wykonac, co stanowi dodatkowa zalete silnika. Uszczelnienie denek tloków spelniaja cien¬ kie i lekkie listewki, po jednej przy kazdym den¬ ku tloka, dociskane lekko sprezynkami, które rów- • noczesnie zapobiegaja odrywaniu sie listewek uszczelniajacych od biezni przy uruchamianiu i 4 biegu jalowym silnika.W malych silnikach wedlug wynalazku takimi elementami uszczelniajacymi moga byc cienkie, podluzne wleczone sprezynki plaskie, umocowane na tlokach jedna krawedzia skosnie do biezni, 50 które przy praktycznie niezmieniajacym sie luzie dadza wystarczajacy do uszczelnienia nacisk, bez wywolywania sil odsrodkowych i szkodliwego tar¬ cia.Sciany boczne tloków uszczelniaja równiez cien- 55 kie i lekkie listewki, dociskane sprezynkami, umieszczone w rowkach na pobocznicach tloków.Cienkie i lekkie listewki stanowia takze pro¬ mieniowe uszczelnienie luzów wewnetrznych, istniejacych pomiedzy cylindrem a bebnami 9, na w których osadzone sa tloki.Szczelne zamkniecie cylindra o prostokatnym przekroju zapewnia cienki pierscien, osadzony luzno na obydwu czolowych krawedziach wew¬ netrznej sciany bebnów 9. Pierscien ten, z ma- A5 terialu bardziej scieralnego niz sciany cylindra, 4053076 moze byd wykonany w charakterze nakretki sruby o plaskim gwincie i znacznym skoku, w celu uniemozliwienia zaklinowania krawedzi z boczna sciana przy obrotach pierscienia razem ze sciana zwiazana z tlokami. Szczelnosc tego pierscienia mozna zwiekszyc przez niewielki nacisk podlozo¬ nych pod niego sprezynek.Zaleta silnika wedlug wynalazku, zwiazana z uszczelnieniem wspólpracujacych elementów jest mozliwosc zupelnego wyrównowazenia sil odsrod¬ kowych od listewek promieniowego uszczelnienia.Przez odpowiednie rozmieszczenie sprezyn docis¬ kowych mozna uzyskac jednostajny i stale jedna¬ kowy nacisk tych listewek do biezni, co zapewni uszczelnienie nawet najwiekszych jednostek przy zmniejszeniu tarcia listewek o sciany cylindra wskutek ich wyrównowazenia.Rozwiazanie konstrukcji silnika wedlug wy¬ nalazku pozwala na latwe rozmieszczenie na obwo¬ dzie cylindra kanalów i otworów ssania i wydechu, gniazda swiecy zaplonowej oraz na nadanie ko¬ rzystnego dla zawirowan ksztaltu komorze spala¬ nia. Epza, tym najwiekszy moment sily nacisku gazów spalinowych wystepuje w silniku w po¬ lowie cyklu pracy, wynoszacym w mierze katowej 189°. Dzieki tej wlasciwosci, przy opóznionym za¬ plonie i przy (juz wyzej wspomnianym w lamie 5) skierowaniu czola plomienia przeciw obrotowi sil¬ nika, mozna uzyskac prawie staly, o malej zmien¬ nosci, moment obrotowy, stwarzajacy w silniku wedlug wynalazku bardzo pozadany proces pracy, zblizony do pracy turbiny gazowej.. Silnik wedlug wynalazku ma jeszcze te zalete odnosnie wykorzystania momentu obrotowego, ze w chwili maksymalnego przyspieszenia tloka, ma¬ ksymalna sila nacisku spalin dziala prostopadle do ramienia korby tego tloka, wskutek czego pow¬ staje maksymalny moment obrotowy silnika, czego nie moga posiadac znane rozwiazania z uwagi na zastosowanie innych konstrukcji, sterujacych pare tloków o zmienna] predkosci katowej.Silnik wedlug wynalazku moze pracowac jako wysokoprezny z wtryskiem paliwa, przy czym czterotaktowy cykl pracy wystepowac bedzie ko¬ lejno w kazdej z czterech komór roboczych na kazdy obrót walu glównego.Fig, 3 i Fig. 4 stanowia uzupelnienie opisanej szczególowo Fig. 2, celem latwiejszego zrozumie¬ nia dzialania silnika wedlug wynalazku. Na Fig. 3 — duze srodkowe kolo przedstawia kolo zebate sloneczne, a zazebione z nim mniejsze kolo, poka¬ zane w licznych polozeniach, przedstawia kolo ze- zebate obiegowe.Os tego obiegowego kola zebatego opiera sie w srodku dzwigni dwuramiennej, na koncach której zamocowane sa czopy suwaków (kamieni) kulis jarzma 1 i jarzma 2. W kazdym, z licznych po¬ lozen tego kola obiegowego, pokazane jest polo¬ zenie tej dwuramiennej dzwigni, na której zazna¬ czone sa trzy kóleczka, Srodkowe kóleczko wy¬ obraza os kola obiegowego, a koncowe — czopy suwaków 112.Os kola obiegowego okresla tor nad kolem slo¬ necznym, a koncowe kóleczka dzwigni, wyobraza¬ jace czopy suwaków 1 i 2 zakreslaja linie krzy- r\ nan© jaclnej poprawki we z czteroma petlami. Kazdy czop suwaka za¬ kresla dwie zamkniete i symetryczne linie krzywe z dwoma symetrycznie umieszczonymi petlami, Ponadto widoczny jest zamkniety tor z dwoma 5 petlami, jaki zakresla czop suwaka kulisy jarzma 1 i podobny tor czopa suwaka kulisy jarzma 2.Fig. 4 przedstawia mechanizm jarzmowo-plane- tarny sprzezony z czteroma tlokami. Jarzmo 1 sprzezone jest z para symetrycznie rozmieszcze¬ ni nych tloków 1 pod katem 45° i podobnie jak jarz¬ mo 2 sprzezone jest z druga para symetrycznie rozmieszczonych tloków 2 równiez pod katem 45°.Natomiast obydwa jarzma li 2 sprzezone ze soba za pomoca dwóch par suwaków (kamieni) przez 15 dwie dzwignie dwuramienne, których srodki umo¬ cowane sa na osiach dwóch kól zebatych obiego¬ wych, przy czym kazda dzwignia jest sztywna polaczona ze swoim kolem obiegowym i razem z nim sie obraca, powodujac wzajemne wahania 2P sie jarzm 112, które'to wahania wywoluja zmien¬ ne predkosci katowe wirujacych tloków 1 i 2, któ¬ re parami zblizaja sie do siebie i oddalaja reali¬ zujac 4-suwowy bieg pracy silnika. 25 30 40 45 50 55 PL