SK5229Y1

SK5229Y1 - Double stroke or four stroke engine with rotary piston

Info

Publication number: SK5229Y1
Application number: SK5060-2008U
Authority: SK
Inventors: Pavel Dobrodenka; Peter Dobrodenka; Anton Dobrodenka
Original assignee: Pavel Dobrodenka; Peter Dobrodenka; Anton Dobrodenka
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2009-09-07
Also published as: SK50602008U1

Abstract

Dvojtaktný alebo štvortaktný motor s rotačným piestom v konfigurácii zážihového motora je konštruovaný tak, že jednak vnútorná obvodová plocha (1) statora je oválneho alebo polkruhového tvaru a taktiež obvodová plocha (2) rotačného piesta je komplementárneho oválneho alebo polkruhového tvaru. Pritom oválna alebo polkruhová obvodová plocha (2) rotačného piesta je vybavená aspoň jednou tesniacou lamelou (3) osadenou cez celú šírku oválnej alebo polkruhovej obvodovej plochy (2) rotačného piesta.Two stroke or four stroke rotary piston engine in a gasoline engine configuration, it is constructed such that on the other hand, the inner peripheral surface (1) of the stator is oval or a semicircular shape and also a rotary peripheral surface (2) the piston is complementary to oval or semicircular shape. It is oval or semi-circular the surface (2) of the rotary piston is provided at least once a sealing lamella (3) fitted over the entire width of the oval or the semi-circular peripheral surface (2) of the rotary piston.

Description

Predstavované technické riešenie sa týka konštrukcie dvojtaktného alebo štvortaktného motora s rotačným piestom. Technické riešenie spadá z hľadiska výroby do oblasti strojárenstva konštrukcie spaľovacích motorov. Technické riešenie z hľadiska využitia spadá najmä do automobilového priemyslu.The present technical solution relates to the construction of a two-stroke or four-stroke rotary piston engine. In terms of production, the technical solution falls within the field of mechanical engineering for the construction of internal combustion engines. The technical solution from the point of view of usage belongs mainly to the automotive industry.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zo stavu techniky je známe veľké množstvo motorov a strojov. Najbežnejším mechanickým piestovým točivým strojom pre prevod tlaku média plynného alebo kvapalného na rotačný pohyb, alebo opačne, je piestový stroj s kľukovým mechanizmom, ktorý napokon vyústil do konštrukcií piestových spaľovacích motorov využiteľných najmä v automobilovom priemysle. Konštrukcia týchto motorov je všeobecne známa. Sú osadené piestami s priamočiarym vratným pohybom po priamke medzi hornou a dolnou úvraťou. Prevodom priamočiareho pohybu piestu na pohyb kruhový, prechody hornou a dolnou úvraťou a neefektívnym rozkladom pôsobenia síl na ojnicu dochádza k veľkým stratám energie expandujúceho média, čo je limitujúcim faktorom pre účinnosť daných motorov. Mechanizmus musí pri zastavovaní a rozbehu piestu v oboch úvratiach prekonávať sily akcelerácie, ktoré vyvodzuje hmota kompletného piestu s približne jednou tretinou hmoty ojnice. Tým vznikajú známe zotrvačné sily posuvných hmôt a ich momenty, ktoré sú brzdou rýchlobežnosti motorov, znižujú merný výkon, zapríčiňujú neželané chvenie súčastí motorov, sú zdrojom hluku a znižujú ich životnosť.Many motors and machines are known in the art. The most common mechanical piston rotary machine for converting the pressure of a gaseous or liquid medium to a rotary motion, or vice versa, is a piston machine with a crank mechanism which ultimately resulted in piston internal combustion engine designs particularly useful in the automotive industry. The design of these motors is well known. They are fitted with pistons with a linear reciprocating movement along a straight line between upper and lower dead center. By converting the linear motion of the piston into circular motion, the transitions of the upper and lower dead centers and the inefficient decomposition of the force acting on the connecting rod, there is a large loss of energy of the expanding medium, which is a limiting factor for the efficiency of the engines. The mechanism must overcome the acceleration forces exerted by the mass of the complete piston with approximately one-third of the mass of the connecting rod when stopping and starting the piston at both dead centers. This results in the known inertia forces of the sliding masses and their torques that brake the motor's high speed, reduce specific power, cause unwanted vibration of engine components, generate noise and reduce their life.

Je známa ale aj konštrukcia spaľovacích motorov osadených piestami s rotačným pohybom, ktoré už nevyžadujú kľukový mechanizmus. Princíp mechanického spaľovacieho motora s rotačným piestom bez kľukového mechanizmu doteraz najuspokojivejšie riešia motory s kruhovým pohybom piesta v statore v tvare skrátenej epitrochoidy. Boky krúživého piesta tohto motora sú tvorené troma rovnakými oblúkmi. V styku oblúkov piesta, respektíve vo vrcholoch piesta sú vsadené radiálne tesniace lišty, ktoré kĺžu po vnútornej ploche skrine statora. Vytvárajú tak tri navzájom oddelené komory meniace periodicky svoj objem. Pohyb piesta vnútri komory je zaistený vystredením dvoch ozubených kolies. Za jednu otáčku piestu prebehnú tri pracovné cykly. Po sprevodovaní, ktoré vyplýva z konštrukčného riešenia je takýto jednopiestový motor ekvivalentný dvojvalcovému klasickému štvordobému motoru. Klasickým predstaviteľom takéhoto motora je tzv. Wankelov motor opísaný v US patentoch č. 3,442,257 a 4,434,757 a v DE patente č. 3,027,208. U tohto typu motora dosiaľ pretrvávajú nedostatky hlavne s utesnením jednotlivých komôr a s opotrebovaním tesniacich líšt. Vznikajú tak straty pohonnej zmesi, ktorá sa premiešava s výfukovými plynmi. Ďalšia nevýhoda, ktorá ovplyvňuje rozšírenie tohto typu motora, je vyššia spotreba oleja. Spálený olej a produkty nedokonalého spaľovania paliva vytvárajú viac škodlivých výfukových plynov, než klasické piestové motory. Problematický je taktiež odvod tepla z rotujúceho piestu. Nedostatky pretrvávajú taktiež vo vyvážení pohyblivých Častí s ohľadom na vibrácie.However, it is also known to design internal combustion engines fitted with rotary pistons which no longer require a crank mechanism. The principle of a mechanical internal combustion engine with a rotary piston without a crank mechanism has so far been satisfactorily solved by motors with a circular motion of the piston in the stator in the form of a shortened epitrochoid. The sides of the rotary piston of this engine are made up of three equal arcs. Radial sealing strips are inserted in contact of the piston bends or at the piston tips, which slide on the inner surface of the stator housing. They thus create three separate chambers that change their volume periodically. The movement of the piston inside the chamber is ensured by the centering of the two gears. Three duty cycles are performed per piston revolution. After the transmission resulting from the design, such a single piston engine is equivalent to a two-cylinder classic four-stroke engine. The classic representative of such an engine is the so-called. The Wankel engine disclosed in U.S. Pat. 3,442,257 and 4,434,757 and in DE patent no. 3,027,208. In this type of engine, there are still deficiencies, in particular with the sealing of the individual chambers and the wear of the sealing strips. This results in loss of fuel mixture, which is mixed with the exhaust gases. Another disadvantage that affects the expansion of this type of engine is the higher oil consumption. Burned oil and incomplete combustion products create more harmful exhaust gases than conventional piston engines. Heat dissipation from the rotating piston is also problematic. Deficiencies also persist in balancing moving parts with respect to vibration.

Existuje aj motor, stroj opísaný v CA patente č. 2,192,714 s výkyvnými piestami. Jeho konštrukcia je však veľmi zložitá s veľkým počtom súčiastok, z čoho vyplýva zvýšená poruchovosť a opotrebenie motora, stroja. Ďalej je veľmi nevýhodný kompresný pomer objemov v spaľovacích komorách. Navyše vznikajú problémy s trením pohybujúcich sa súčiastok.There is also an engine, the machine described in CA patent no. 2,192,714 with swinging pistons. However, its construction is very complicated with a large number of components, resulting in increased failure and wear of the engine, the machine. Furthermore, the compression ratio of the volumes in the combustion chambers is very disadvantageous. In addition, there are problems with the friction of moving parts.

Ďalším typom motorov, ktoré pracujú s kruhovým pohybom piesta, je motor, ktorého tvarovaný piest sa pohybuje vo valcovej komore statora v tvare toroidu opísaný napríklad v CS autorskom osvedčení AO 195 393. Tvarovaný piest má jeden alebo dva protiľahlé klinovité výstupky, na ktoré kĺzne dosadajú tesniace lišty, nesymetricky umiestnené v statore. Kruhovým pohybom piesta a vratnými pohybmi tesniacich líšt sa rozdeľuje motor statora na jednotlivé pracovné priestory. U tohto typu motora je treba k spoľahlivému ovládaniu tesniacich líšt zvláštneho ovládacieho mechanizmu. Okrem toho lopatky rotora vyžadujú tesnenie v skrini statora, napríklad radiálnymi lištami. U vyššie opísaných motorov s rotačnými piestami sa tak prakticky nedajú dosiahnuť potrebné kompresné tlaky.Another type of motor that operates with a circular motion of the piston is an engine whose shaped piston moves in a toroid-shaped stator cylinder chamber described, for example, in CS AO 195 393. The shaped piston has one or two opposing wedge-shaped projections on which they slide sealing strips, unbalanced in the stator. The circular motion of the piston and the reciprocating movements of the sealing strips divide the stator motor into individual work spaces. In this type of motor, a separate control mechanism is required to reliably control the sealing strips. In addition, the rotor blades require a seal in the stator housing, for example by radial strips. With the rotary piston engines described above, the necessary compression pressures are virtually impossible to achieve.

Preto vznikla požiadavka na konštrukciu motora alebo stroja s lepšími technickými parametrami, ktorý by bol jednoduchej konštrukcie s minimálnym počtom súčiastok, a najmä s vyššou tesnosťou valca a rotačného piesta. Výsledkom tohto úsilia je ďalej popisovaný úžitkový vzor.Therefore, there has been a demand for an engine or machine design with better technical parameters that is of simple design with a minimum number of parts, and in particular with a higher tightness of the cylinder and rotary piston. The utility model is described as a result of this effort.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky odstraňuje dvojtaktný alebo štvortaktný motor s rotačným piestom, ktorého podstata spočíva v tom, že u takéhoto motora v konfigurácii zážihového motora s ventilmi alebo kanálmi pre prívod vzduchu a odvod spalín, zážihovým zariadením a sústavou dodávky alebo vstreku paliva alebo v konfigurácii vznetového motora s ventilmi alebo kanálmi pre prívod vzduchu a odvod spalín, vznetovým a vstrekovacímThe two-stroke or four-stroke rotary piston engine, which is based on the fact that, in such a gasoline engine configuration with valves or ducts for air inlet and exhaust, gasoline and fuel delivery or injection systems, or a diesel engine configuration, valves or ducts for air intake and flue gas exhaust, injection and injection

SK 5229 Υ1 zariadením je jednak vnútorná obvodová plocha statora oválneho alebo polkruhového tvaru a taktiež obvodová plocha rotačného piesta je komplementárneho oválneho alebo polkruhového tvaru. Pritom oválna alebo polkruhová obvodová plocha rotačného piesta je opatrená aspoň jednou tesniacou lamelou osadenou cez celú šírku oválnej alebo polkruhovej obvodovej plochy rotačného piesta.SK 5229 Υ1 the device is both the inner peripheral surface of the stator of oval or semicircular shape and also the peripheral surface of the rotary piston is of complementary oval or semicircular shape. The oval or semicircular circumferential surface of the rotary piston is provided with at least one sealing lamella fitted over the entire width of the oval or semicircular circumferential surface of the rotary piston.

Ak sa vyššie uvedená podstata technického riešenia bude aplikovať na Wankelov motor, potom rotačný piest je tvaru zaobleného sférického trojuholníka, pričom práve vrcholy zaobleného sférického trojuholníka obsahujú radiálnu drážku a v nej osadenú tesniacu lamelu napríklad z vysoko pevných materiálov s výhodou zo spekaných karbidov. Je výhodné, ak pre niektoré aplikácie tesniaca lamela má okrajové vnútorné výstupky.If the above-mentioned principle of the invention is applied to a Wankel engine, then the rotary piston is in the form of a rounded spherical triangle, whereby the apexes of the rounded spherical triangle comprise a radial groove and a sealing lamella fitted therein, for example of high strength materials, preferably sintered carbides. Preferably, for some applications, the sealing strip has peripheral inner protrusions.

Výhody motora s rotačným piestom bez kľukového mechanizmu skonštruovaného podľa technického riešenia spočívajú ako už vyplýva z názvu úžitkového vzoru najmä v tom, že motor je jednoduchej konštrukcie s minimom pohyblivých častí. Konštrukciou sa dosiahne vysoký pomer výkonu k hmotnosti a objemu motora. Konštrukcia zabezpečuje jednoduchší odvod stratového tepla a dovoľuje uplatnenie progresívnych keramických a vysoko pevných konštrukčných materiálov, čo umožňuje v aplikácii spaľovacieho motora jeho činnosť pri vyššej teplote a tým aj vyššej účinnosti. Najväčšou výhodou je jednoduchšie utesnenie pracovných komôr oproti konštrukciám zo stavu techniky, pretože sa zníži počet tesniacich elementov. Taktiež sa odstráni kritické miesto pravouhlého tesnenia, čo dovolí zvýšiť pracovné otáčky motora. Výhody motora sa prejavia najmä v automobilovom priemysle, kde okrem klasického prírubového upevnenia bloku prevodovky vzhľadom na svoje menšie rozmery môže byť umiestnený v takých miestach, kde klasické piestové motory nebolo možné umiestniť na neštandardných miestach. V spaľovacom motore a to ako zážihovom, tak aj vznetovom, v modifikácií dvojtaktnej, alebo štvortaktnej činnosti spaľovacieho priestoru je synchrónne časovanie otvárania sacích a výfukových ventilov, zapaľovania výbušnej zmesi, či vstrekovanie paliva odvodené buď priamo z pohybu rotujúceho prstenca, prstencov, pretlakom alebo podtlakom.The advantages of a rotary piston engine without a crank mechanism constructed according to the invention are, as is already apparent from the utility model name, in that the engine is of simple construction with a minimum of moving parts. The design achieves a high ratio of power to weight and engine volume. The design provides a simpler heat dissipation and allows the use of progressive ceramic and high-strength construction materials, allowing the combustion engine to operate at a higher temperature and thus higher efficiency. The greatest advantage is the simpler sealing of the working chambers over the prior art constructions, since the number of sealing elements is reduced. It also removes the critical point of the rectangular seal, allowing the engine speed to be increased. The advantages of the engine are particularly evident in the automotive industry, where, in addition to the classic flange mounting of the gearbox block, due to its smaller dimensions, it can be located in places where conventional piston engines could not be placed in non-standard locations. In the internal combustion engine, both spark ignition and compression ignition, in the modification of two or four stroke combustion chamber operation, the synchronous timing of the intake and exhaust valve opening, the ignition of the explosive mixture or fuel injection is derived directly from the rotating ring, rings, .

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Dvojtaktný alebo štvortaktný motor s rotačným piestom podľa technického riešenia bude bližšie ozrejmený pomocou výkresov, na ktorých obr. 1 znázorňuje umiestnenie tesniacej lamely v priečnom reze motorom. Na obr. 2 je znázornené umiestnenie tesniacej lamely v bokoryse.The two-stroke or four-stroke rotary piston engine according to the invention will be illustrated in more detail with reference to the drawings in which: FIG. 1 shows the position of the sealing strip in cross section through the engine. In FIG. 2 shows the position of the sealing strip in a side view.

Príklady uskutočnenia technického riešeniaExamples of technical solution

Príklad 1Example 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná základná konštrukcia Wankeloveho štvortaktného zážihového motora s rotačným piestom. Pozostáva z klasického statora ako valca a rotora ako rotačného piesta tvaru zaobleného sférického trojuholníka. Táto zostava je opatrená klasickými ventilmi alebo kanálmi pre prívod vzduchu a odvod spalín, zážihovým zariadením a sústavou dodávky alebo vstreku paliva. Taktiež táto zostava je opatrená ústrojenstvom na odvod krútiaceho momentu. Úprava tohto motora podľa úžitkového vzoru, ako je to znázornené na obr. 1 a 2 spočíva v tom, že jednak vnútorná obvodová plocha 1 statora je polkruhového tvaru a taktiež obvodová plocha 2 rotačného piesta je komplementárneho polkruhového tvaru. Pritom polkruhová obvodová plocha 2 rotačného piesta je vo vrcholoch zaobleného sférického trojuholníka opatrená jednou tesniacou lamelou 3 osadenou v radiálnej drážke cez celú šírku polkruhovej obvodovej plochy 2 rotačného piesta. Za účelom zvýšenia bezpečného uloženia tesniacej lameiy 3, je táto opatrená okrajovými vnútornými výstupkami 4.In this example of a particular embodiment, the basic construction of a Wankel four-stroke, rotary piston spark ignition engine is described. It consists of a classical stator as a cylinder and a rotor as a rotary piston in the form of a rounded spherical triangle. This assembly is fitted with conventional valves or ducts for the air inlet and exhaust, the ignition device and the fuel delivery or injection system. This assembly is also provided with a torque removal device. Adjusting this engine to a utility model, as shown in FIG. 1 and 2, the inner peripheral surface 1 of the stator is of a semicircular shape and the peripheral surface 2 of the rotary piston is of a complementary semicircular shape. The semicircular circumferential surface 2 of the rotary piston is provided at the apex of the rounded spherical triangle with one sealing lamella 3 mounted in a radial groove over the entire width of the semicircular circumferential surface 2 of the rotary piston. In order to increase the secure fit of the sealing strip 3, it is provided with peripheral inner projections 4.

Príklad 2Example 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná odvodená konštrukcia Wankeloveho dvojtaktného zážihového motora s rotačným piestom, ktorého konštrukcia vychádza z predchádzajúceho príkladu. Rozdielnosť konštrukcie spočíva v tom, že obsahuje kanály pre prívod vzduchu a odvod spalín zaužívané v konštrukciách dvojtaktných zážihových motorov.In this example of a particular embodiment, a derivative structure of a Wankel two-stroke spark-ignition engine with a rotary piston, based on the preceding example, is described. The difference in design is that it includes air intake and flue gas ducts used in two-stroke SI engines.

Príklad 3Example 3

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná odvodená konštrukcia Wankeloveho štvortaktného vznetového motora s rotačným piestom, ktorého konštrukcia vychádza z príkladu 1. Rozdielnosť konštrukcie spočíva v tom, že obsahuje vznetové zariadenie a vstrekovacie palivové zariadenie zaužívané v konštrukciách vznetových motorov.In this example of a specific embodiment, a derivative structure of a Wankel rotary piston four-stroke diesel engine, described in Example 1, is described. The design differs in that it comprises a compression ignition device and an injection fuel device used in diesel engine designs.

SK 5229 Υ1SK 5229 Υ1

Príklad 4Example 4

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná odvodená konštrukcia dvojtaktného zážihového motora s rotačným piestom, ktorého konštrukcia je založená na toroidnom statore, ktorého vnútorná obvodová plocha 1 je oválneho tvaru. V toroidnom statore je uložený rotačný piest s obvodovou špirálou, ktorého obvodová plocha 2 je komplementárneho oválneho tvaru. Pritom oválna obvodová plocha 2 rotačného piesta je v svojom jedinom vrchole opatrená jednou tesniacou lamelou 3 osadenou v radiálnej drážke cez celú šírku oválnej obvodovej plochy 2 rotačného piesta.In this example of a particular embodiment, a derivative structure of a two-stroke rotary piston spark ignition engine is described, the structure of which is based on a toroidal stator whose inner peripheral surface 1 is oval in shape. The toroidal stator houses a rotary piston with a circumferential spiral whose peripheral surface 2 is of a complementary oval shape. In this case, the oval peripheral surface 2 of the rotary piston is provided at its single apex with one sealing strip 3 mounted in a radial groove over the entire width of the oval peripheral surface 2 of the rotary piston.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Spaľovacie motory podľa tohto vynálezu nachádzajú uplatnenie najmä v automobilovom priemysle.The internal combustion engines of the present invention find particular application in the automotive industry.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

1. Two-stroke or four-stroke rotary piston engine in positive ignition configuration with valves or ducts for air inlet and outlet, positive ignition and fuel supply or injection system configuration, or in diesel engine configuration with valves or ducts for air inlet and outlet, compression ignition and Injection device, characterized in that, on the one hand, the inner peripheral surface (1) of the stator is oval or semicircular and also the peripheral surface (2) of the rotary piston is complementary to the oval or semicircular shape, the oval or semicircular peripheral surface (2) of the rotary piston being provided at least one sealing strip (3) fitted over the entire width of the oval or semi-circular peripheral surface (2) of the rotary piston.

A two-stroke or four-stroke rotary piston engine according to claim 1, characterized in that the rotary piston is in the form of a rounded spherical triangle, wherein the apexes of the rounded spherical triangle comprise a radial groove and a sealing lamella (3) mounted therein.

A two-stroke or four-stroke rotary piston engine according to claim 1 and 2, characterized in that the sealing disc (3) has peripheral inner projections (4).

1 drawing