SK932004A3

SK932004A3 - Dvojtaktný piestový spaľovací motor s vysokou účinnosťou pracujúci bez vibrácií

Info

Publication number: SK932004A3
Application number: SK93-2004A
Authority: SK
Inventors: Štefan Kanozsay
Original assignee: Štefan Kanozsay
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-11-03
Also published as: WO2005075801A1

Description

Dvojtaktný piestový spaľovací motor s vysokou účinnosťou pracujúci bez vibrácií

Oblasť techniky

Vynález sa týka dvojtaktných benzínových a naftových spaľovacích motorov s priamočiarym vratným pohybom piesta.

Doterajší stav techniky

Dnešné dvojtaktné motory majú celý rad nedostatkov:

Dvojtaktný motor s vratným vyplachovaním valca má nedokonalé plnenie valca, lebo výfukový kanál je otvorený po celý čas prepúšťania zmesi. Časť čerstvej zmesi uniká so spalinami do výfuku, pričom paradoxne, zostáva časť spálených plynov vo valci. Preto dnešné dvojtaktné motory majú výkon iba 1,6 až 1,7 násobku výkonu štvortaktného motora, hoci by teoreticky mali mať výkon dvojnásobný. Pre tie isté príčiny má dvojtaktný motor veľkú mernú spotrebu paliva a nerovnomerný chod pri nízkych otáčkach.

Doteraz nie je známy taký dvojtaktný motor, ktorý by nemal uvedené nedostatky.

Prúdenie plynov v motore je chaotické, neriadené. Pri nasávaní sa hmota plynu urýchli, ale pri stláčaní plynu v kľukovej skrini sa jej rýchlosť zastaví. Pri prepúšťaní sa hmota plynu opäť urýchli, ale pri kompresii vo valci opäť zastaví, hoci pri výfukovom takte je treba spálené plyny opäť urýchliť na ich odstránenie z valca. Zrýchľovanie a spomaľovanie hmoty plynu behom každej otáčky má za následok značné straty kinetickej energie.

Jednosmerné plnenie valca a riadené prúdenie plynov vo vnútri valca doteraz nie je známe. Dnešné motory nemožno dokonale vyvážiť, preto sa chvejú, alebo vibrujú. Časť výkonu sa spotrebuje na rozkmitanie celej hmoty motora, čo spôsobuje straty a vyššiu mernú spotrebu paliva. Motor pracujúci bez vibrácií doteraz nie je známy. Sú známe iba spôsoby na zníženie jestvujúcich vibrácií, alebo na obmedzenie ich prenosu.

Sila, pôsobiaca na piest sa na piestnom čape rozkladá na zložku pôsobiacu vo smere osi ojnice a na nežiadúcu zložku, ktorá pritláča piest na stenu valca. Táto nežiadúca zložka sily zvyšuje trenie medzi piestom a stenou valca, čo spôsobuje straty meniace sa na teplo a zvyšuje nároky na mazanie a chladenie piesta.

Veľkosť, smer a zmysel tejto zložky sily sa neustále mení a má snahu naklápať piest vo valci okolo piestneho čapu. Preto je piest oveľa vyšší a ťažší než je potrebné. Vyššia hmotnosť spôsobuje straty, lebo na prekonanie zotrvačných síl sa spotrebuje viac energie.

V dolnom oku ojnice sa sem prenesená sila ďalej rozkladá na zložku radiálnu a na zložku pôsobiacu v smere osi ojnice. To zhoršuje účinnosť prenosu výkonu pri prevode vratného pohybu na pohyb rotačný. Doteraz nie je známy taký prevod vratného pohybu piestu na rotačný, ktorý by mal vyššiu účinnosť, než má klasický kľukový hriadeľ s ojnicou.

Ak má motor sacie, alebo výfukové ventily, na ich ovládanie je potrebný vačkový hriadeľ vyžadujúci náhon od motora, čo spotrebuje časť výkonu.

Doteraz nie je známe ovládanie ventilov bez vačkového hriadeľa a bez náhonu.

Samočinné nastavenie časovania a miery zdvihu ventilov podľa okamžitých otáčok a zaťaženia motora vyžaduje čidlá a zložité elektronické zariadenie. Toto známe riešenie je výrobne nákladné.

Doteraz nie je známe samočinné riadenie zmeny časovania a miery zdvihu ventilov podľa okamžitého zaťaženia a otáčok motora, ktoré pracuje bez elektroniky a bez servomotorov.

Tieto nedostatky sú odstránené nižšie opísaným vynálezom.

ο

z.

Podstata vynálezu

Dvojtaktný piestový spaľovací motor s vysokou účinnosťou pracujúci bez vibrácií je viacvalcový motor s priamočiarym vratným pohybom piesta, podľa vyhotovenia na naftu, benzín, alebo plyn.

Bezvibračný chod motora je dosiahnutý tým, že motor má dokonale vyvážené všetky inerciálne sily, t.j. všetky rotačné a posúvajúce sily, ako aj všetky momenty, vznikajúce z pohybu hmôt, a to v každom okamžiku.

Vyváženie posúvajúcich síl spočíva v tom, že piesty sa pohybujú protichodne a v každom okamžiku majú rovnakú rýchlosť, t. j. zrýchľujú a spomaľujú súčasne a súčet hmôt piestov, pohybujúcich sa súbežne, je rovnaký, ako súčet hmôt piestov, pohybujúcich sa protichodne. Vyváženie otáčavých momentov spočíva vtom, že vyvažovaná rada valcov má valce umiestnené symetricky k ich strednej priečnej rovine. Vzniknuté momenty sa navzájom anulujú, lebo v každom okamžiku majú rovnakú veľkosť, ale opačný zmysel.

Rovnakú rýchlosť protichodne sa pohybujúcich piestov zabezpečuje odvalovací kľukový mechanizmus.

Odvalovací kľukový mechanizmus tvorí veniec s vnútorným ozubením, ktorý je nepohyblivo upevnený v kľukovej skrini, satelit s polovičným počtom zubov ako veniec, pričom je satelit s vencom v stálom zábere, zalomený hriadeľ, na ktorom je upevnený satelit, unášač, v ktorom je zalomený hriadeľ uložený otočné, hlavný hriadeľ, ktorý je pevne spojený s unášačom a piestna tyč s okom, ktoré je uložené na čape zalomeného hriadeľa otočné.

Vysoká účinnosť motora je dosiahnutá jednak odvalovacím kľukovým mechanizmom, a tiež jednosmerným plnením a preplachovaním valca a riadeným prúdením plynov vo vnútri valca, a tým, že má samočinné sacie, prepúšťacie a výfukové ventily, nevyžadujúce náhon od motora.

Zvláštne umiestnenie valcov spočíva vtom, že dvojvalcový motor má valce umiestnené protiľahlo na tej istej osi a viacvalcový motor má valce usporiadané buď v rade, alebo protiľahlo, alebo do V, alebo do U, pričom valce v jednej rade sú umiestnené symetricky vzhľadom ku strednej kolmej rovine tejto rady valcov. Vzájomná poloha piestov, nachádzajúcich sa v jednej rade valcov je protichodná, t.j. taká, že v každom okamžiku je ich vzájomné poloha daná uhlovým rozdielom 180°. Celková hmota piestov pohybujúcich sa súbežne je rovnaká, ako celková hmota piestov, pohybujúcich sa protichodne.

Motor podľa tohto vynálezu obsahuje zariadenie na jednosmerné plnenie a preplachovanie valca a na riadené prúdenie plynov v motore, ktoré je uskutočnené tým, že má plávajúci piest, ktorý nie je pripevnený k žiadnej súčiastke motora a v jeho dne je diera na prepúšťanie zmesi, alebo vzduchu, má prepúšťací ventil, ktoiý je pevne uchytený na konci piestnej tyče, má riadiaci piest slúžiaci na ovládanie výfukového ventilu, má v hlave každého valca centrálne umiestnený výfukový ventil, ktorý je tiahlami pevne spojený s riadiacim piestom, má v každom valci jeden alebo viac sacích komôr, ktoré ústia do valca tangenciálne a v každej sacej komore je umiestnený sací ventil.

Motor podľa vynálezu môže byť výhodne vyhotovený tak, že vnútorný priestor piesta má lievikový tvar, kompresný priestor má lievikový tvar, v hlave valca má vytvorenú výfukovú komoru s tangenciálne umiestneným vyústením, sací ventil tvorí chlopňa, alebo spätná klapka,

J má dávkovacie čerpadlo na mazanie plávajúceho piesta, pozostávajúce z telesa čerpadla, guličky a dorazového kolíka, pričom mazací olej je vedený trubičkou do valca cez kapilárne dierky, má oddelené mazanie výfukových ventilov, ktoré spočíva v tom, že olej zo samostatnej nádržky je čerpadlom dopravený do prstencovej drážky v lôžku výfukového ventilu a ohriaty olej je odvedený cez chladič a filter späť do nádržky, má zariadenie na samočinné riadenie predstihu zapaľovania či predvstriku nafty pre oba zmysly otáčania, ktoré tvorí alternátor so závitmi nakrátko, rotor, ktorý je pevne uchytený na hriadeli, na ktorom je upevnené ozubené koliesko, ktoré je v zábere so segmentom, ktorý je držaný pružinami v základnej polohe.

Motor podľa vynálezu nemá nedostatky, ktoré sú u tradičných dvojtaktných motorov obvyklé. Pracuje bez vibrácií a jeho chod je rovnomernejší než chod štvortaktného motora, a to aj pri nízkych otáčkach.

Pracuje ako ľavotočivý či pravotočivý, podľa toho, ktorým smerom sa naštartuje, a to bez zmeny nastavenia časovania, alebo nastavenia miery zdvihu ventilov. To je zvlášť výhodné pre lode a rušne, lebo pre spätný chod nepotrebujú reverznú prevodovku.

Ak porovnáme motor podľa vynálezu s klasickým štvortaktným motorom rovnakého objemu a otáčok, motor podľa vynálezu má dvojnásobný výkon a vysoký krútiaci moment, nižšiu mernú spotrebu paliva na jednotku výkonu, lebo má vyššiu účinnosť, nižšiu mernú hmotnosť na jednotku výkonu, a to až o 40 %, nižšiu stavebnú výšku a zaberá menší priestor.

Motor s protiľahlo usporiadanými valcami môže mať aj extrémne malú výšku, napr. motor so zdvihovým objemom 3000 cm³ má výšku len 18 cm a zmestí sa pod zadné sedadlo osobného automobilu, alebo do krídla vrtuľového lietadla bez toho, že by rušil prúdnice obtiekania krídla vzduchom.

Najvýhodnejšie vyhotovenie motora podľa tohto vynálezu je naftový alebo benzínový osem valcový motor s usporiadaním valcov do V s rozvidlením 90°, lebo zaberá najmenší priestor, má najnižšiu mernú hmotnosť a najnižšie výrobné náklady.

Pre nízkootáčkové lodné motory s veľkým zdvihovým objemom je výhodné usporiadať valce do U, aby boli valce vo zvislej polohe.

Na výrobu motora podľa tohto vynálezu sa používajú bežné konštrukčné materiály a bežné výrobné zariadenia. Sériová výroba týchto motorov je podstatne lacnejšia, lebo motor je jednoduchý - nemá ojnicu, ani vačkový hriadeľ, ani vahadlá či rozvodový prevod a na ovládanie ventilov nepotrebuje náhon, ani elektronické zariadenie, čidlá alebo servomotory. Motor podľa tohto vynálezu produkuje menej škodlivých exhalátov ako dnešné štvortaktné motory, lebo na mazanie plávajúceho piesta sa používa ekologický olej dávkovaný dávkovacím čerpadlom a mazanie piesta i výfukových ventilov, ktoré prichádzajú do styku so spalinami, je oddelené od mazania ostatných pohyblivých častí motora.

Nevýhodou motora podľa tohto vynálezu je, že nie je vhodný na stavbu veľmi malých motorov o celkovom zdvihovom objeme valcov do 800 cm³, ako aj to, že pre konštrukciu odvalovacieho kľukového mechanizmu musí mať okrem hlavného hriadeľa aj samostatný výstupný hriadeľ.

Význam pojmov pracovný priestor, sací priestor, plávajúci piest, riadiaci piest, chlopňa, sacia komora a výfuková komora je vysvetlený v príkladoch uskutočnenia vynálezu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 01 Principiálny nákres trojvalcového motora

Obr. 02 Principiálny nákres štvorvalcového radového motora

Obr. 03 Graf na porovnanie priebehu rýchlostí piesta pri použití kľukového hriadeľa s ojnicou a pri použití odvalovacieho kľukového mechanizmu

Obr. 04 Znázornenie rozkladu síl a porovnanie stavebnej výšky valca u tradičného a u odvalovacieho kľukového mechanizmu

Obr. 05 Principiálny nákres odvalovacieho kľukového mechanizmu

Obr. 06 Priebeh pohybu piesta podľa natočenia hlavného hriadeľa

Obr. 07 Principiálny nákres odvalovacieho kľukového mechanizmu so zalomeným hriadeľom pre motor s valcami do V 90°

Obr. 08 Principiálny nákres osemvalcového U motora s výstupným hriadeľom

Obr. 09 Príklad úplného vyváženia odvalovacieho mechanizmu

Obr. 10 Plávajúci piest - príklad konštrukcie

Obr. 11 Plávajúci piest s prepúšťacím ventilom v zavretej polohe

Obr. 12 Plávajúci piest s prepúšťacím ventilom v otvorenej polohe

Obr. 13 Držiak pružiny prepúšťacieho ventilu - príklad vyhotovenia

Obr. 14 Sací priestor a pracovný priestor

Obr. 15 Príklad umiestnenia chlopne v sacej komore

Obr. 16 Chlopňa v plne otvorenej polohe

Obr. 17 Tangenciálne umiestnenie sacích komôr

Obr. 18 Príklad vyhotovenia výfukového ventilu, kompresného priestoru a výfukového priestoru

Obr. 19 Riadiaci piest - príklad vyhotovenia

Obr. 20 Výfukový ventil a jeho ovládanie

Obr. 21 Znázornenie priebehu pochodov od nasávania po výfuk

Obr. 22 Dávkovacie čerpadlo oleja

Obr. 23 Mazanie plávajúceho piesta

Obr. 24 Mazanie výfukového ventilu

Obr. 25 Alternátor so statorom nakrátko

Obr. 26 Náhon pre samočinné riadenie predstihu zapaľovania pre oba zmysly otáčania Obr. A Obrázok k anotácii

Príklady uskutočnenia motora podľa tohto vynálezu

Funkcia motora podľa tohto vynálezu a jeho častí je vysvetlená v príkladoch uskutočnenia. Súčasne vysvetlíme význam použitých pojmov.

Dvojvalcový motor (bez obrázku) má valce umiestnené protiľahlo na jednej osi a piesty sa pohybujú protichodne. Otáčavý moment nevzniká a posúvajúce sily sa vzájomne anulujú.

Na obr. 01 je priemer stredného valca o násobok odmocniny z 2 väčší, než je priemer krajných valcov, aby pri rovnakej výške piestov bola hmota stredného piesta dvojnásobkom hmoty krajného piesta. Piesty majú rovnaký zdvih a ich rýchlosť je v každom okamžiku rovnaká, ale zmysel pohybu je protichodný - piesty sa pohybujú s uhlovým rozdielom 180°. Zrýchľujú a spomaľujú súčasne, preto je súčet všetkých posúvajúcich síl nulový.

Stredný piest nevyvodzuje na hmotu motora žiadny otáčavý moment. Otáčavé momenty, vznikajúce z pohybu hmôt krajných piestov sa vzájomne anulujú, lebo tieto momenty majú v každom okamžiku rovnakú veľkosť, ale opačný zmysel. Motor s rôznym priemerom valcov je pre výrobu nepraktický, uvádzame ho len ako príklad na objasnenie spôsobu úplného vyváženia motora.

Štvorvalcový radový motor podľa obr. 02 má rovnaký priemer všetkých valcov a piesty majú rovnaký zdvih. Vzhľadom na to, že pohyb piestov vo vnútorných valcoch je voči piestom v krajných valcoch protichodný, anulujú sa posúvajúce sily, aj otáčavé momenty.

U motorov s usporiadaním valcov do V nezáleží na uhle rozvidlenia, lebo každá rada valcov je vyvážená samostatne.

Na obr. 03 je porovnaná rýchlosť piesta pri použití kľukového mechanizmu s ojnicou a pri použití odvalovacieho kľukového mechanizmu, a to v príklade s konkrétnymi rozmermi. Z grafu je vidieť, že piest prejde dráhu od poloviny zdvihu po hornú úvrat’ a späť pri pootočení kľukového hriadeľa o 160,8°, ale piest vykoná rovnakú dráhu smerom k dolnej úvrati a späť pri pootočení kľukového hriadeľa o 199,2°. Rozdielna rýchlosť piesta v okolí hornej úvrate (ďalej len HÚ) a v okolí dolnej úvrate (ďalej len DÚ) znemožňuje úplné vyváženie motora s ojnicou. Motor podľa tohto vynálezu preto ojnicu nemá.

Na obr. 04 je porovnaný tradičný a odvalovací mechanizmus, a to z hľadiska rozkladu síl, ako aj z hľadiska stavebnej výšky valca. Keďže bočná sila Fb je nulová, trenie piesta o stenu valca je podstatne nižšie. Prenos sily je účinnejší, lebo sila F pôsobiaca na piest, sa prenáša bez rozkladu, t. j. F_a = F. Hoci je zdvih, priemer aj poloha piesta od HÚ (označená X) v oboch prípadoch rovnaká, uhol α f β·

Pre momenty platí:

M = Fa . Ref, kde M je okamžitý krútiaci moment,

F_a je okamžitá aktívna zložka sily F

Ref je efektívny (účinný) polomer

Matematicky sa dá dokázať, že súčet všetkých momentov ΣΜ prenesených behom jednej otáčky je pri použití odvalovacieho mechanizmu väčší, a teda tento mechanizmus má vyššiu účinnosť ako tradičný kľukový mechanizmus.

Z obrázku je zrejmé, že stavebná výška motora podľa tohto vynálezu je nižšia ako u motora tradičného.

Veniec 1 na obr. 05 je pevne (neotáčavo) zabudovaný do kľukovej skrine. Priemer roztečnej kružnice ozubenia venca 1 je zhodný so zdvihom piesta 9 . Na vnútornom ozubení venca j_ sa odvaluje satelit 2, ktorý je pevne spojený so zalomeným hriadeľom 6. Oko 7, piestna tyč 8 a piest 9 konajú výlučne len priamočiary vratný pohyb. Hlavný hriadeľ 5 s unášačom 4 koná výlučne len rotačný pohyb.

Z obr. 06 je vidieť, že priebeh pohybu piesta je presne sínusový. Preto aj rýchlosť piesta v okolí HÚ aj okolí DÚ je rovnaká. Platí rovnica

H (a) ~ R (1 - cos a), kde H(a) je okamžitý zdvih piesta v závislosti na uhle pootočenia hlavného hriadeľa

R je polomer roztečnej kružnice venca a je uhol natočenia hlavnej hriadele.

Odvalovací kľukový mechanizmus podľa obr. 07 s dvojitým zalomením zalomeného hriadeľa 6 je výhodný pre motory s usporiadaním valcov do V s rozvidlením 90°, lebo jeden zalomený hriadeľ 6 slúži súčasne pre dva piesty 9.

Nevýhodou odvalovacieho kľukového mechanizmu je, že hlavný hriadeľ 5 nemôže byť priebežný (viď obr. 08), preto má motor samostatný výstupný hriadeľ 30. Výkon z hlavných hriadeľov 5 sa prenáša na výstupný hriadeľ 30 pomocou ozubených kolies 29.

Výhodou však je, že vyvažovacie závažia 3 na vyváženie rotačných síl (viď obr. 09) čiastočne nahradzujú aj zotrvačník. Osemvalcový alebo viacvalcový motor má natoľko rovnomerný chod, že nepotrebuje zotrvačník.

Na obr. 10,11 a 12 je znázornený plávajúci piest 9. Dno plávajúceho piesta 9 má prepúšťaciu dieru 14, ktorá slúži na prepúšťanie zmesi či vzduchu zo sacieho priestoru 19 do pracovného priestoru 17 valca 25 - viď obr. 14. To súčasne zabezpečuje vynikajúce chladenie plávajúceho piesta 9. Plávajúci piest 9 dosadá na prepúšťací ventil 13, ktorý je pevne spojený s piestnou tyčou 8. Na výstupkoch 10 je položený držiak 11, o ktorú sa opiera pružina 12. Plávajúci piest 9 nie je pevne spojený so žiadnou súčiastkou motora. Jeho polohu určuje prepúšťací ventil 13 a rozdiel tlaku plynov v sacom priestore 19 a pracovnom priestore 17. Pružina 12 určuje mieru otvorenia prepúšťacieho ventilu 13 a urýchľuje jeho zatvorenie. Plávajúci piest 9 môže mať veľmi nízku konštrukciu, lebo na plávajúci piest 9 nepôsobia bočné sily. Vyhotovenie držiaka 11 pružiny 12 je znázornené na obr. 13.

Pracovný priestor 17 (viď obr. 14) je priestor vo vnútri valca 25 medzi plávajúcim piestom 9 a hlavou 26 či výfukovým ventilom 21, a to nezávisle na okamžitej polohe plávajúceho piesta 9. Súčasťou pracovného priestoru 17 je aj kompresný priestor 20.

Sací priestor 19 je priestor vo vnútri valca 25 vymedzený plávajúcim piestom 9 a riadiacim piestom 27. Súčasťou sacieho priestoru 19 sú aj sacie komory 24.

Chlopňa 15 je sací ventil, alebo spätná klapka, ktorá je vlastnou pružnosťou, alebo prúžkom 16 pritláčaná na sací otvor sacieho potrubia 18 - viď obr. 14, 15 a 16. Chlopňa 15 pracuje samočinne. Okamžik otvorenia a zatvorenia chlopne 15 závisí od rozdielu tlakov v sacom potrubí 18 a v sacom priestore 19 valca 25. Pracuje ako spätný ventil, plyn prepúšťa len jedným smerom, t.j. smerom do valca 25. Miera otvorenia chlopne 15 závisí na rýchlosti a tlaku plynu, preto je časovanie a zdvih chlopne priamo závislý na otáčkach a zaťažení motora. Chlopňa 15 nepotrebuje náhon od motora ani mazanie.

Sací ventil môže byť aj inej konštrukcie, ale ak má pohyblivé súčiastky, potom musí mať mazanie, časovanie a náhon od motora.

Riadiaci piest 27 slúži na ovládanie výfukového ventilu 21, s ktorým je tiahlami 28 a môstikom 50 pevne spojený - viď obr. 19,20, 21. Riadiaci piest 27 má preto rovnaký zdvih ako je zdvih výfukového ventilu 21. Výfuková pružina 51 drží výfukový ventil 21 v zatvorenej polohe a tým súčasne drží aj riadiaci piest 27 v základnej polohe. Na výfukový ventil 21 pôsobí tlak plynov v pracovnom priestore 17 valca 25. Na riadiaci piest 27 pôsobí tlak v sacom priestore 19. Riadiaci piest 27 sa posunie smerom ku kľukovej skrini vtedy, ak tlak v sacom priestore 19 pôsobí na riadiaci piest 27 väčšou silou, ako je súčet sily pôsobiacej na výfukový ventil 21 v pracovnom priestore 17 a sily predpätia výfukovej pružiny 51.. Posun riadiaceho piesta 27 súbežne otvára výfukový ventil 21.

Sacia komora 24 slúži na usmernenie toku nasávaného plynu a na umiestnenie chlopne 15. Na obr. 17 sú zakreslené dve sacie komory 24, ktoré ústia do valca 25 tangenciálne. Toto umiestnenie spôsobuje, že nasávaný plyn vo valci 25 rotuje - viď tiež obr. 14. Toto rotačné prúdenie sa v dôsledku zotrvačnosti hmoty plynu nezastaví ani po skončení nasávania a pokračuje aj pri nasledujúcom stlačení zmesi v sacom priestore 19, pri prepúšťaní, kompresii a expanzii v pracovnom priestore 17 a trvá aj pri výfuku. Tomuto rotačnému pohybu je prispôsobený tvar plávajúceho piesta 9, prepúšťacieho ventilu 13 a výfukového ventilu 21, kompresného priestoru 20 a výfukovej komory 22. Prúdenie plynov behom všetkých taktov je rotačné a prebieha jedným smerom - od nasávania k výfuku.

Výfuková komora 22 (viď obr. 18 a 20) s tangenciálne umiestneným vyústením 23 podporuje rotáciu plynu aj za výfukovým ventilom 21. Súčasne umožňuje chladenie horúcich výfukových plynov, ktoré majú teplotu 800 až 900°C. Chladenie výfukových plynov ihneď za výfukovým ventilom 21 má veľký význam, lebo znižuje nábehovú hranu tlakovej vlny, ktorá vzniká pri otvorení výfukového ventilu 21. Tlaková vlna prebehne výfukovým systémom rýchlosťou zvuku, ktorá pri daných tlakových a tepelných pomeroch je až 600 m/s. Od konca výfukového potrubia sa tlaková vlna odrazí. U tradičných motorov sa odrazená vlna vráti späť k výfukovému ventilu či výfukovému kanálu ešte pred jeho uzavretím. Preto podtlak, vznikajúci za unikajúcimi spalinami zanikne. Aj čiastočným ochladením výfukových plynov sa dosahuje značné zníženie nábehovej hrany tlakovej vlny, lebo jej závislosť na teplote je exponenciálna.

Na obr. 21 je znázornený valec 25 s plávajúcim piestom 9 v rôznych polohách. Pomocou obrázku vysvetlíme priebeh pochodov vo valci 25. Príklad sa vzťahuje na benzínový motor. Poloha A

Piestna tyč 8, prepúšťací ventil 13 a plávajúci piest 9 sa pohybuje ako jeden celok smerom k HÚ. Podtlak v sacom priestore 19 otvorí chlopne 15 (zakreslená je len jedna) a zmes prúdi zo sacieho potrubia 18 do sacieho priestoru 19. Súčasne sa v pracovnom priestore 17 stláča skôr nasatá zmes.

Poloha B

Na obrázku je plávajúci piest 9 v HÚ. V kompresnom priestore 20 bola krátko pred HÚ zapálená zmes, po jej zhorení stúpne teplota asi na 2500°C a tlak asi na 500 kPa. Napriek tomu, že horenie prebieha veľmi rýchlo - za menej než 1 tisícinu sekundy - jeho priebehom je potrebné sa zaoberať, lebo má značný vplyv na chod a výkon motora. Pred zapálením i v priebehu horenia rotuje plyn v kompresnom priestore 20 značnou rýchlosťou. Obvodová rýchlosť rotácie plynu môže byť aj vyššia, než je rýchlosť horenia. Odstredivá sila spôsobí, že ťažisko hmoty plynu neleží uprostred valca 25, ale na kružnici blízko plášťa, preto je výhodné umiestniť zapaľovaciu sviečku práve na obvod plášťa. Horenie pokračuje od sviečky vo smere rotácie plynu a prehorieva až ku stredu kompresného priestoru 20. Pri tomto spôsobe horenia nie je potrebná antidetonačná štrbina, lebo horenie dobre odoláva samozápalom aj pri vysokom stupni kompresie.

Zatiaľ v sacom priestore 19 pokračuje nasávanie, čo je spôsobené zotrvačnosťou prúdenia zmesi. Chlopňa 15 je otvorená. Nasávanie končí 20 až 35° po HÚ, podľa okamžitých otáčok a zaťaženia motora.

Poloha C znázorňuje pracovný takt. Piest 9 spolu s prepúšťacím ventilom 13 je tlakom plynov tlačený smerom k DÚ. V sacom priestore 19 sa súčasne stláča skôr nasatá zmes. V pracovnom priestore 17 sa v dôsledku expanzie spálených plynov znižuje tlak i teplota, kým v sacom priestore 19 sa tlak i teplota zvyšuje.

Poloha D

Obrázok znázorňuje prepúšťanie a výfuk. Asi 55 až 50° pred DÚ sa tlak v sacom priestore 19 zvýši tak, že riadiaci piest 27 sa posunie ku kľukovej skrini. Tým súčasne otvára výfukový ventil 21. Otvorenie výfukového ventilu 21 má za následok, že v pracovnom priestore 17 prudko poklesne tlak a zníži sa natoľko, že tlak v sacom priestore 19 bude väčší než tlak v pracovnom priestore 17. Rozdiel týchto tlakov spôsobí, že pohyb plávajúceho piesta 9 sa voči prepúšťaciemu ventilu 13 spomalí, t.j. medzi piestom 9 a prepúšťacím ventilom 13 vznikne medzera. To je prepúšťanie. Zmes prúdi zo sacieho priestoru 19 do pracovného priestoru 17. Pohyb plynu je jednosmerný, špirálovito rotačný. V pracovnom priestore 17 cez otvorený výfukový ventil 21 súčasne prebieha výfuk, a to špirálovým pohybom spalín v rovnakom zmysle rotácie.

Krátko po otvorení prepúšťacieho ventilu 13, t. j. už v priebehu prepúšťania, sa začne výfukový ventil 21 zatvárať, lebo tlak v sacom priestore 19 po otvorení prepúšťacieho ventilu 13 prudko klesá. Ešte pred vyrovnaním tlakov v sacom priestore 19 a pracovnom priestore 17 sa výfukový ventil 21 uzavrie, a to silou výfukovej pružiny 51. Tým je zabezpečené, že čerstvá zmes neunikne do výfuku, lebo k uzavretiu výfukového ventilu 21 dôjde tesne pred vyrovnaním tlakov. Prepúšťací ventil 13 sa zatvára o malý okamžik neskôr, takmer súčasne s výfukovým ventilom 21. Tento spôsob samočinného časovania prepúšťacieho ventilu 13 aj výfukového ventilu 21 zabezpečuje, že okamžik otvorenia a zatvorenia ventilov 13, 21, ako aj miera ich otvorenia závisí na okamžitých tlakových a rýchlostných pomeroch plynu, t.j. na okamžitom zaťažení a otáčkach motora.

Plávajúci piest 9 nemožno mazať klasickým spôsobom a pridávanie oleja do paliva je neekologické. Dávkovacie čerpadlo oleja 31 podľa obr. 22 slúži na mazanie plávajúceho piesta 9. Gulička 32 v telese dávkovacieho čerpadla 31 má obmedzený zdvih dorazovým kolíkom 33. Dávkovacie čerpadlo 31 je ponorené do mazacieho oleja. Olej z výstupu 35 je trubičkou 36 vedený do valca 25 cez kapilárne dierky 37 (viď obr. 23), ktoré sú umiestnené asi v 3/8 výšky zdvihu od DÚ. Podtlak nadvihne guličku 32 a olej prúdi do valca 25, ale pri pretlaku gulička uzavrie vstup 34 a tým zamedzí spätné prúdenie. Pre mazanie piesta 9 je treba nepatrné množstvo oleja, napr. pre valec 25 o zdvihovom objeme 300 cm³ je treba len 0,15 mm³ oleja na 1 zdvih, t. j. asi 0,00011 gramu. Preto má gulička 32 priemer φ iba 3 mm a jej zdvih je obmedzený na 0,4 mm a kapilárne dierky 37 majú priemer len 0,2 mm.

Toto mazanie zabezpečuje dávkovanie oleja podľa miery podtlaku, a to na každý zdvih, čiže dávkovanie podľa otáčok a zaťaženia motora. Súčasne umožňuje oddelené mazanie piesta 9 a použitie ekologického oleja pre dvojtakty, ktorý pri pracovnom takte zhorí spolu s palivom bez zvyšovania škodlivých exhalátov.

Výfukový ventil 21 nepotrebuje mazanie zhora, mazať treba iba jeho driek - viď obr. 24. To umožňuje použiť oddelené mazanie zo samostatnej nádržky 42 pomocou olejového čerpadla 39, ktoré nemusí byť stavané na vysoký tlak. Na mazanie a chladenie výfukového ventilu 21 je dôležité množstvo oleja. Keďže iba tento olej prichádza do styku so spalinami, stačí chladiť a filtrovať len tento olej v chladiči 40 a vo filtri 41 .

Motor podľa vynálezu môže pracovať ktorýmkoľvek zmyslom otáčania, podľa toho, ktorým smerom sa naštartuje. Zmenou zmyslu otáčania sa nezmení samočinné časovanie, ani miera zdvihu ventilov 13, 15, 21, lebo všetky sú ovládané okamžitým tlakom plynov.

Ak má motor pracovať v oboch zmysloch otáčania, je výhodné použiť zariadenie pre samočinné riadenie predstihu zapaľovania či predvstreku nafty pre oba zmysly otáčania. Príklad riešenia znázorňujú obr. 25 a 26. Stator alternátora 44 je poháňaný motorom, je uložený otočné a na jeho póloch sú umiestnené závity 46 na krátko. Rotor 43 je uložený na hriadeli 45. Rotor 43 tvorí permanentný magnet. V závitoch 46 statora sa indukuje prúd, ktorý by roztočil rotor 43, ale tomu bráni pružina 49 na segmente 48, s ktorým je rotor 43 v zábere cez ozubené koliesko 47. Vychýlenie segmentu 48 zo strednej polohy má lineárny priebeh pre oba zmysly otáčania, lebo krútiaci moment statora pôsobí rovnakým zmyslom akým sa otáča motor a je priamo úmerný otáčkam motora. Pružiny 49 majú tiež lineárnu charakteristiku.

Priemyselná využiteľnosť

Motor podľa tohto vynálezu má široké možnosti využitia. Je určený na použitie všade tam, kde sa doteraz používajú tradičné štvortaktné alebo dvojtaktné motory, t.j. ako pohonná jednotka pre osobné a nákladné vozidlá, lietadlá, rušne a lode, alebo ako stacionárne motory na pohon rôznych agregátov.

Uskutočniteľnosť a funkčnosť vynálezu je preukázaná, lebo motor podľa vynálezu bol pôvodcom postavený ako funkčný vzor a jeho vlastnosti boli overené.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Dvojtaktný piestový spaľovací motor s vysokou účinnosťou pracujúci bez vibrácií je viacvalcový motor s priamočiarym vratným pohybom piesta, podľa vyhotovenia na naftu, benzín, alebo plyn, vyznačujúci sa tým, že valce (25) a piesty (9) sú priestorové usporiadané tak, že dvojvalcový motor má valce (25) umiestnené protiľahlo na tej istej osi a piesty (9) sú umiestnené protichodne a viacvalcový motor má valce (25) umiestnené buď v rade, alebo protiľahlo, alebo do V, alebo do U, pričom valce (25) v jednej rade sú umiestnené symetricky vzhľadom ku strednej kolmej rovine tejto rady valcov (25) a piesty (9), nachádzajúce sa v jednej rade valcov (25), sú umiestnené protichodne, t. j. ich vzájomná poloha je v každom okamžiku daná uhlovým rozdielom 180°, pričom celková hmota piestov (9), umiestnených súbežne je rovnaká, ako celková hmota piestov (9) umiestnených protichodne, ďalej obsahuje odvalovací kľukový mechanizmus na prevod priamočiareho vratného pohybu piesta (9) na rotačný a obrátene, tvorený vencom (1) s vnútorným ozubením, ktorý je nepohyblivo upevnený v kľukovej skrini, satelitom (2) s polovičným počtom zubov ako veniec (1), pričom satelit (2) je s vencom (1) v stálom zábere, zalomeným hriadeľom (6), na ktorom je upevnený satelit (2), unášačom (4), v ktorom je zalomený hriadeľ (6) uložený otočné, hlavným hriadeľom (5), ktorý je pevne spojený s unášačom (4) a piestnou tyčou (8) s okom (7), ktoré je uložené otočné na čape zalomeného hriadeľa (6), ďalej obsahuje zariadenie na jednosmerné plnenie a vyplachovanie valca (25) a na riadené prúdenie plynov v motore, pozostávajúce zo sacej komory (24) ústiacej do valca (25) tangenciálne, pričom v sacej komore (24) je umiestnená chlopňa (15) alebo sací ventil, z piesta (9) s prepúšťacou dierou (14) na prepúšťanie zmesi, alebo vzduchu, vytvorenou v dne piesta (9), z prepúšťacieho ventilu (13), ktorý je pripevnený na konci piestnej tyče (8), z výfukového ventilu (21) umiestneného v hlave (26) centrálne a z výfukovej komory (22) s tangenciálne umiestneným vyústením (23), pričom piest (9) je plávajúcim piestom, ktorý nie je pripevnený k žiadnej súčiastke motora.
2. Motor podľa nároku 1 sa vyznačuje t ý m, že vo valci (25) je umiestnený riadiaci piest (27) slúžiaci na samočinné ovládanie výfukového ventilu (21), s ktorým je tiahlami (28) a môstikom (50) pevne spojený.
3. Motor podľa nároku lsa vyznačuje tým, že vnútorný priestor v pieste (9) a kompresný priestor (20) má lievikový tvar.
4. Motor podľa nároku lsa vyznačuje tým, že má dávkovacie čerpadlo (31) na mazanie plávajúceho piesta (9), pozostávajúce z telesa dávkovacieho čerpadla (31), guličky (32) a dorazového kolíka (33), pričom valec (25) je opatrený trubičkou (36) na vedenie mazacieho oleja cez kapilárne dierky (37)
5. Motor podľa nároku lsa vyznačuje tým, že má zariadenie na oddelené mazanie výfukového ventilu (21), tvorené nádržkou (42), olejovým čerpadlom (39) na dopravu oleja do prstencovej drážky (38) v lôžku výfukového ventilu (27), chladičom (52) a filtrom (41).
6. Motor podľa nároku lsa vyznačuje tým, že má zariadenie na samočinné riadenie predstihu zapaľovania či predvstreku nafty pre oba zmysly otáčania, ktoré tvorí alternátor (44) so závitmi (46) nakrátko, rotor (43), hriadeľ (45), ozubené koliesko (47), segment (48) a pružiny (49), pričom rotor (43) a ozubené koliesko (47) sú upevnené na hriadeli (45) a ozubené koliesko (47) je v zábere so segmentom (48), ktorý je pružinami (49) držaný v základnej polohe.