Czterotaktowy silnik lub maszyna robocza z wirujacymi tlokami Przedmiotem wynalazku jest czterotaktowy sil¬ nik lub maszyna robocza z wirujacymi tlokami, w której zarys cylindra w przekroju poprzecznym jest zblizany do elipsy.Znany jest szereg konstrukcji maszyn z wiruja¬ cymi tlokami, pracujacych jako silniki spalinowe, pompy lub sprezarki zaopatrzone w uklad elemen¬ tów rozdzielajacych komory robocze w postaci za¬ suw, lopatek, klap itp., które znajdujac sie w ciag¬ lej stycznosci ze sciankami cylindra, wykonuja ru¬ chy wzgledne w stosunku do wirnika (np.: posu¬ wisto — zwrotny ruch zasuw, wahadlowy ruch lo¬ patek lub klap itp.).Wada tych maszyn jest wystepowanie dodatko¬ wych obciazen dynamicznych zwiazanych z ruchem wzglednym elementów rozdzielajacych komory ro¬ bocze w stosunku do wirnika, których skutki sa szczególnie szkodliwe w przypadku pracy z duzy¬ mi predkosciami obrotowymi, zwlaszcza, ze obcia¬ zenia te powstaja nawet w czasie ustalonego biegu maszyny.Z bardziej znanych maszyn tego rodzaju jest ma¬ szyna zlozona z cylindra o zarysie poprzecznym zblizonym do elipsy. W maszynie tej w wyniku prostego ruchu obrotowego wirnika, pomiedzy cy¬ lindrem, a zamocowanymi w nim przegubowo tlo¬ kami o ksztalcie zblizonym do trójkata, wykonu¬ jacymi wzgledem wirnika wahliwe ruchy obroto¬ we, tworza sie komory robocze o okresowo zmien¬ nej objetosci, przy czym wahliwy ruch tych ele- 20 25 30 mentów sterowany jest przez oddzialywanie nan biezni cylindra.Rozwiazanie to posiada te zasadnicza wade, ze sily wynikajace z momentów masowych przejmo¬ wane sa przez bieznie cylindra, której powierzch¬ nia poddana jest dzialaniu wysokich temperatur czynnika roboczego.Celem wynalazku jest usuniecie powyzszych wad i niedogodnosci przez opracowanie nowego rozwia¬ zania silnika lub maszyny roboczej.Gel ten osiagnieto przez opracowanie nowego typu silnika lub maszyny roboczej, której wirnik w przekroju poprzecznym ma ksztalt zblizony do rombu i zaopatrzony jest w cztery przeguby usy¬ tuowane parami w poblizu krótszej przekatnej rombu, symetrycznie do obu plaszczyzn przecho¬ dzacych przez os obrotu wirnika i przekatne rom¬ bu. Na tych przegubach zamocowane sa obrotowo cztery tloki o ksztalcie zblizonym do splaszczonych prostopadloscianów. Kazdy z przegubów polozony jest na zewnatrz tloka w poblizu jednej z jego dwóch wezszych plaszczyzn wzdluznych. W pobli¬ zu drugiej wezszej sciany wzdluznej kazdego tlo¬ ka po obu jego stronach zamocowane sa obrotowo suwaki prowadzone dwustronnie w rowkach znaj¬ dujacych sie w czolowych scianach pokryw cylin¬ dra.Cylinder posiada jeden otwór wlotowy i dwa otwory wylotowe, przyczym otwory wlotowy i je¬ den wylotowy znajduja sie w powierzchni obwo- 758463 dowej cylindra w poblizu jednego z konców naj¬ krótszego wymiaru poprzecznego cylindra, a drugi otwór wylotowy znajduje sie w scianie czolowej jednej z pokryw w poblizu najdluzszego wymiaru poprzecznego cylindra i osi obrotu wirnika.W czolowej scianie wirnika znajduja sie promie¬ niowe wglebienia, usytuowane wzdluz dluzszej przekatnej rombu, rozpoczynajace sie do Obwodo¬ wej powierzchni wirnika, a konczacej sie na pro¬ mieniu równym odleglosci osi wirnika od scianki otworu wylotowego. Zarys cylindra w przekroju poprzecznym jest nie symetryczny wzgledem naj¬ krótszego wymiaru poprzecznego cylindra.Czterotaktowy silnik lub maszyna robocza z wi¬ rujacymi tlokami posiada szereg zalet wynikajacych z wymuszonego ruchu tloków, uksztaltowania wir¬ nika oraz bezzaworowego ukladu wymiany la¬ dunku.W silniku lub maszynie roboczej wedlug wyna¬ lazku wykorzystano calkowicie wszystkie przestrze¬ nie utworzone pomiedzy cylindrem, wirnikiem i tlokami, jako komory robocze zmieniajace okre¬ sowo swoja pojemnosc, co umozliwia uzyskanie bardzo duzej sumarycznej zmiany pojemnosci ko¬ mór, przypadajaca na jeden obrót wirnika. Stwa¬ rza to potencjalna mozliwosc uzyskania duzej mocy w stosunku do wielkosci silnika, przy nieduzej szybkosci obrotowej wirnika, a tym samym po¬ zwala na znaczne obnizenie obciazen dynamicznych, powierzchni suwaków i rowków prowadzacych, po¬ chodzacych od momentów masowych tloków, pro¬ porcjonalnych do kwadratu predkosci katowej wir¬ nika. Ponadto prowadzenie tloków w rowkach od¬ ciaza bieznie cylindra od nacisków sil masowych i gazowych, co umozliwia rozdzielanie sasiednich komór roboczych przy pomocy malych elementów uszczelniajacych dociskanych do biezni cylindra, kontrolowanymi silami gazowymi, masowymi lub sprezystymi.Silnik moze pracowac równiez w rozwiazaniu uproszczonym bez wymuszonego sterowania ruchu tloków przy pomocy suwaków i rowlków. W przy¬ padku tym tloki beda dociskane bezposrednio do biezni cylindra pod wplywem dzialania cisnienia gazów i sily odsrodkowej, lecz wówczas beda wy¬ korzystane ty]ko dwie komory robocze.Istota wynalazku jest szczególowo wyjasniona na przykladzie jego wykonania, uwidocznionym na ry¬ sunku na którym fig. 1 przedstawia silnik w wi¬ doku po zdjeciu pokrywy wraz z suwakami, fig. 2 — silnik w przekroju wzdluz plaszczyzny A—A zaznaczonej na fig. 1, fig. 3 — kompletny tlok w widoku wzdluznym, fig. 4 — listwe uszczelnia¬ jaca tloka ze sprezyna w widoku wzdluznym, fig. 5 listwe uszczelniajaca pokazana na fig. 4 w wido¬ ku czolowym, a fig. 6 —: listwe uszczelniajaca wir¬ nik w widoku czolowym.Silnik wedlug wynalazku sklada sie z korpusu zlozonego z cylindra 7 i dwóch pokryw 46 i 47 oraz lozyskowanego na czopach 1 w pokrywach 46 i 47 wirnika 2, w którym na przegubach 14, 17, 18, i 21 zamocowane sa obrotowo cztery tloki 3, 4, 5, i 6, które za posrednictwem suwaków 22, 22a, 23, 23a, 24, 24a, 25 i 25a osadzonych obrotowo na prze¬ gubach 15, 16, 19 i 20 prowadzone sa w rowkach 75846 4 27 i 27a znajdujacych sie w pokrywach 46 i 47.Wirnik 2 w przekroju poprzecznym ma ksztalt zblizony do rombu.W poblizu krótszej przekatnej rombu wykonane 5 sa cztery otwory przegubów 14, 17, 18 i 21 usy¬ tuowane parami 17—18 i 14—21 w równej odleg¬ losci od obu plaszczyzn symetrii wirnika 2, prze¬ chodzacych przez jego os obrotu i przekatne rom¬ bu. Kazdy z tloków 3, 4, 5, i 6 (na przyklad poka- io zany na fig. 4, tlok 4) o ksztalcie zblizonym do splaszczanego prostopadloscianu, nazewnatrz jed¬ nej ze swych wezszych plaszczyzn wzdluznych, po¬ siada sworzen 17a, który wraz z odpowiadajacym mu otworem w wirniku 2 stanowi przegub 17, na- 15 tomiast w poblizu drugiej wezszej sciany wzdluz¬ nej zaopatrzony jest w sworzen 16a na którym za¬ mocowane sa dwustronnie suwaki 23 i 23a. Ksztalt rowików 27 i 27a w prostokatnym przekroju po¬ przecznym, w którym prowadzane sa suwaki 22, 20 22a, 23, 23a, 24, 24a, 25, i 25a wykonanych w czo¬ lowych scianach pokryw 46 i 47 jest tak dobrany, ze ich powierzchnia zewnetrzna stanowi przedlu¬ zenie wewnetrznej powierzchni obwodowej cylin¬ dra 7, a wymiar poprzeczny ogranicza ruch suwa- 25 ków 22, 22a, 23, 23a, 24, 24a, 25 i 25a wzdluz nor¬ malnej do krzywej stanowiacej zarys poprzeczny zewnetrznej powierzchni rowków i cylindra.Wewnetrzna obwodowa sciana cylindra 7 w przekroju poprzecznym ma ksztalt zblizonej do 30 elipsy krzywej zamknietej niesymetrycznej wzgle¬ dem swego najkrótszego wymiaru poprzecznego przechodzacego przez os wirnika. W poblizu jed¬ nego konca najkrótszego wymiaru poprzecznego w wewnetrznej scianie obwodowej cylindra 7 znaj- 35 duje sie otwór 26 na element zaplonowy 26a, a w poblizu drugiego konca otwory wlotowy 8 i wylotowy 9. Otwory 8 i 9 usytuowane sa nie sy¬ metrycznie wzgledem najkrótszego wymiaru po¬ przecznego cylindra 7, przyczyni otwór wlotowy 8 40 przesuniety jest w kierunku obrotu wirnika 2, a otwór wlotowy 9 przesuniety jest w przeciw¬ nym kierunku.W czolowej scianie pokrywy 47 znajduje sie drugi otwór wylotowy 10 w poblizu najdluzszego ** wymiaru poprzecznego cylindra 7 i osi obrotu wirnika 2. W jednej z czolowych scian wirnika 2 znajduja sie dwa promieniowe wglebienia 11 i 12 usytuowane symetrycznie wzdluz dluzszej prze¬ katnej rombu stanowiacego podstawowy ksztalt 50 przekroju poprzecznego wirnika 2. Wglebienie 11 i 12 znajduja sie po obu stronach osi obrotu wir¬ nika 2, przy czym kazde wglebienie rozpoczyna sie od powierzchni obwodowej wirnika 2, a kon¬ czy sie na promieniu równym odleglosci osi wir- 55 nika 2 od znajdujacego sie w czolowej scianie po¬ krywy 47 otworu wylotowego 10.Uszczelnienie gazowe komór roboczych, silnika sklada sie z umieszczonych w jednej czolowej scianie wirnika 2 listew uszczelniajacych 34 doci- 60 sikanych do czolowej sciany pokrywy 46, elemen¬ tów uszczelniajacych 39 i 40 umieszczonych w dru¬ giej czolowej scianie wirnika 2, otaczajacych wglebienia 11 i 12 i dociskanych do czolowej scia¬ ny pokrywy 47 oraz pierscieniowych elementów 65 uszczelniajacych 47, z umieszczonych w tlokach 3,5 75846 6 4, 5, i 6 listew 37 i 38 uszczelniajacych przeguby 14, 17, 18 i 21 dociskanych do walcowych po¬ wierzchni wirnika 2, z listew 35 i 36 zamocowa¬ nych suwLiwie w czolowych plaszczyznach tloków 3, 4, 5, 6 i dociskanych do czolowych plaszczyzn pokryw 46 i 47, z listew 41 umieszczonych w teo- wych rowkach powierzchni obwodowej tloków 3, 4, 5 i 6 i dociskanych do wewnetrznej powierzch¬ ni cylindra 7 oraz z listew 49 i 50 umieszczonych w rowkach suwaków 22, 22a, 23, 23a, 24, 24a, 25 i 25a, przy czym listwy 49 dociskane sa do obwo¬ dowych powierzchni rowków 27 i 27a, a listwy 50 dociskane sa do dina rowków 27 i 27a.W osi wirnika 2 znajduje sie otwór 13 doprowa¬ dzajacy olej do przegubów 14, 17, 18 i 21, a do smarowania rowków 27 i 27a olej doprowadzany jest ze zbiorniczka 45 umieszczonego w górnej cze¬ sci cylindra 2. W cylindrze 7 znajduja sie otwory 28 przeznaczone do przeplywu wody chlodzacej kadlub silnika, doprowadzanej rurkami 48 i 48a.Do uszczelnienia przestrzeni wodmej sluzy uszczel¬ ka 42 umieszczona w kolnierzach cylindra 7.W wyniku obrotu wirnika 2 w czterech komo¬ rach utworzonych w przestrzeniach pomiedzy cy¬ lindrem 7, a wirnikiem 2 i tlokami 3, 4, 5 i 6 do¬ konuje sie Okresowa zmiana pojemnosci tych ko¬ mór. Zmiana pojemnosci komór powstaje na sku¬ tek wadliwego ruchu tloków 3, 4, 5 i 6 wzgledem wirnika 2 wymuszonego przez dwustronne prowa¬ dzenie kazdego z tloków ulozyskowanych w wir¬ niku 2 w rowkach 27 i 27a znajdujacych sie w nieruchomych pokrywach 46 i 47. Pelna zmiana objetosci od jej wartosci minimalnej do maksy¬ malnej lub odwrotnie, kazdej z czterech komór roboczych dokonuje sie podczas obrotu wirnika 2 o 90°.Objetosc kazdej z czterech komór osiaga war¬ tosc minimalna kiedy odpowiadajaca jej plasz¬ czyzna symetrii wirnika 2 przechodzaca przez jego os obrotu, pokrywa sie z najmniejszym wymiarem poprzecznym cylindra 7. Podczas obrotu wirnika 2 o 360° w kazdej z czterech komór utworzonych miedzy tlokami 3—4, 4—5, 5—6 d 6^3 objetosc osiaga czterokrotnie wartosci ekstremalne naprze- rndan minimalne i maksymalne. Bezzaworowy uklad rozirzaldu silnika umozliwia wykioirzylstainie kazdej z czterech komór utworzonych miedzy tlo¬ kami 3—4, 4—5, 5—6 i 6—3, jako komory roboczej, w której w czasie pelnego obrotu wirnika 2 na¬ stepuja kolejno cykle ssania, sprezania, rozpreza¬ nia (pracy) i wydechu spalin, to znaczy dokonuje sie pelny czterotaktowy obieg pracy.Bezzaworowy uklad rozrzadu w dwóch komo¬ rach roboczych, w których jedna utworzona jest miedzy tldkami 3 i 6, cylindrem 7 i wirnikiem 2, a druga miedzy tlokami 4 i 5, cylindrem 7 i wir¬ nikiem 2, rózni sie od rozrzadu w pozostalych dwóch komorach roboczych z których jedna utwo¬ rzona jest miedzy tlokami 3 i 4, cylindrem 7 i wir¬ nikiem 2, a druga miedzy tlokami 5 i 6, cylindrem 7 i wirnikiem 2 ukladem sterowania wylotu spa¬ lin.W kazdej z pierwszych dwóch komór roboczych, na przyklad w komorze utworzonej miedzy tloka¬ mi 3 i 6, cylindrem 7 i wirnikiem 2, od chwili od¬ sloniecia przez tlok 3 otworu wlotowego 3 w po¬ blizu polozenia wirnika 2 odpowiadajacego mini¬ malnej objetosci rozpatrywanej komory, kiedy znajduje sie ona po przeciwleglej stronie osi ob¬ rotu wirnika 2 co element zaplonowy 26a, rozpo¬ czyna sie okres ssania czynnika roboczego, trwa¬ jacy do chwili zamkniecia otworu wlotowego 8 przez tlok 6, które nastepuje w poblizu polozenia wirnika 2 odpowiadajacego maksymalnej objetosci komory w jej polozeniu 30.W czasie dalszego obrotu wirnika 2 do chwili zajecia nastepnego polozenia odpowiadajacego mi¬ nimalnej objetosci komory roboczej zawartej mie¬ dzy tlokami 3 i 6, w poblizu elementu zaplonowe¬ go 26a, w komorze odbywa sie sprezanie czynnika roboczego, a nastepnie, po zaplonie rozprezanie (praca), które trwa do chwili odsloniecia przez tlok 3 otworu wylotowego 9, w poblizu nastepne¬ go polozenia wirnika 2, w którym objetosc rozpa¬ trywanej komory zajmujacej wtedy polozenie 32 osiaga wartosc maksymalna. Podczas dalszego ob¬ rotu wirnika 2 nastepuje wylot spalin do chwili zamkniecia otworu wlotowego 9 przez tlok 6, w poblizu kolejnego polozenia wirnika 2 odpowiada¬ jacego minimalnej objetosci komory, po czym cykl sie powtarza.Niesymetryczne usytuowanie otworów wlotowego 8 i wylotowego 9 w stosunku do najkrótszego wy¬ miaru poprzecznego cylindra 7 zapewnia niezbedne przekrywanie sie okresów wydechu i ssania.W kazdej z pozostalych dwóch komór roboczych utworzonych miedzy tlokami 3 i 4 oraz miedzy tlo¬ kami 5 i 6, na przyklad w komorze utworzonej miedzy tlokami 3 i 4, cylindrem 7 i wirnikiem 2, czterotaktowy obieg pracy odbywa sie analogicz¬ nie jak w opisanych komorach roboczych poczaw¬ szy od polozenia komory 33, z ta róznica, ze wylot spalin sterowany jest przez wglebienie 11 w wir¬ niku 2, które poczynajac od polozenia wirnika 2 zblizonego do tego, które odpowiada maksymalnej objetosci rozpatrywanej komory, po obrocie wir¬ nika 2 o 90° od jego polozenia odpowiadajacego minimalnej objetosci komory w jej polozeniu 31 w poblizu zaplonu, w koncu okresu rozprezania, przekrywa sie z otworem 10 laczac go z rozpatry¬ wana komora, z której odbywa sie wtedy wylot spalin do chwili zamkniecia otworu wylotowego 10 przez krawedz wglebienia 11 w poblizu kolejnego polozenia wirnika 2 odpowiadajacego minimalnej objetosci komory.W komorze roboczej utworzonej miedzy tlokami 5 i 6, cylindrem 7 i wirnikiem 2 sterowanie wylotu spalin odbywa sie w taki sam sposób, jak w ko¬ morze utworzonej miedzy tlokami 3 i 4 z ta róz¬ nica, ze komore te laczy w okresie wylotu spalin z otworem wylotowym 10 wglebienie 12 w wirni¬ ku 2.Niesymetryczny ksztalt zarysu wewnetrznej sciany obwodowej cylindra 7 w przekroju po¬ przecznym jest tak dobrany, ze w kazdej z opisa¬ nych czterech komór roboczych maksymalna jej objetosc w koncu rozprezania (na przyklad obje¬ tosc komory utworzonej miedzy tlokami 4 i 5 w jej polozeniu 32) jest wieksza od maksymalnej ob¬ jetosci komory w koncu okresu ssania (na przy- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 75846 8 klad objetosci komory utworzonej miedzy tlokami 6 i 3 w jej polozeniu 30), co wplywa na podwyz¬ szenie sprawnosci termodynamicznej silnika wsku¬ tek przedluzenia okresu rozprezania. W opisanym ukladzie silnika podczas jednego pelnego obrotu wirnika 2, odbywaja sie cztery pelne czterotak- towe obiegi pracy.Silnik wedlug wynalazku moze pracowac rów¬ niez w ukladzie uproszczonym, bez suwaków 22, 22a, 23, 23a, 24, 24a, 25 i 25a i rowków prowadza¬ cych 27 i 27a. W ukladzie tym tloki 3, 4, 5 i 6 dociskane sa do wewnetrznej sciany obwodowej cylindra 7 silami pochodzacymi od dzialania na tloki 3, 4, 5 i 6 sil gazowych i momentów maso¬ wych. W przypadku tym jedynie dwie komory, utworzone miedzy tlokami 3 i 4 oraz miedzy tlo¬ kami 5 i 6, cylindrem 7 i wirnikiem 2 moga byc wykorzystane jako komory robocze, w których od¬ bywaja sie czterotaktowe obiegi pracy.Rezzaworowy rozrzad silnika sprowadza sie wte¬ dy do dwóch otworów: wlotowego 8 i wylotowego 9, sterowanych wylacznie przez tloki 3, 4, 5 i 6, usytuowanych analogicznie jak w opisanym ukla¬ dzie o czterech komorach roboczych, przy czym kanal wylotowy 9 znajduje sie wtedy w wiekszej odleglosci od najkrótszego wymiaru poprzecznego cylindra 7, w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wirnika 2. PL