PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 01/06. CZESŁAW KOZIARSKI, Wrocław, PL WUP 11/10

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F02B 61/04 ( ) B64D 33/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Silnik spalinowy dwusuwowy (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/06 (72) Twórca(y) wynalazku: CZESŁAW KOZIARSKI, Wrocław, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/10 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Kozłowska Regina Politechnika Wrocławska Biuro ds. Wynalazczości i Ochrony Patentowej PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest wysokoprężny silnik spalinowy dwusuwowy, nadający się do zastosowania do napędu motolotni oraz motoparalotni, mocowany do pleców pilota. Znane są ze stosowania silniki spalinowe dwusuwowe różnego typu. Najbardziej zbliżoną konstrukcję ma przedstawiony w polskim opisie patentowym nr silnik spalinowy dwusuwowy, który charakteryzuje się tym, że ma korpus wyposażony w co najmniej dwa cylindry, z których każdy ma dolną część o większym przekroju, zaś górną o mniejszym przekroju. Cylindry są połączone kanałami doprowadzającymi, z których każdy łączy część cylindra o większym przekroju z częścią sąsiedniego cylindra o mniejszym przekroju. Wewnątrz każdego cylindra pracuje dwuprzekrojowy tłok. Ponadto wał korbowy ma na swoich końcach nacięte krzywki o zmiennym kącie otwarcia, sterujące zaworami. Wał korbowy o dwóch przeciwstawnych wykorbieniach łożyskowany jest, tak jak i korbowody łożyskami ślizgowymi, w komorze korbowodowej zamkniętej miską olejową. W korpusie silnika mieszczą się też dwuprzekrojowe cylindry i tłoki, których części o większych przekrojach stanowią sprężarki. Cylindry te połączone są kanałami dolotowymi, których wyloty znajdują się w sąsiednich cylindrach silnika tuż nad denkami tłoków w ich dolnym martwym położeniu. Naprzeciw nich znajdują się kanały wylotowe spalin. Kanały dolotowe do sprężarek zaopatrzone są w płytkowe zawory ssące. Przy małych prędkościach lotu sprawność śmigła wzrasta wraz z jego średnicą szczególnie, gdy jest ono przysłaniane plecami pilota. Wiąże to się jednak z dużym wzrostem momentu na wale silnika oraz zmniejszeniem jego prędkości obrotowej. Największe momenty, odniesione do ich pojemności, przy najmniejszych prędkościach rozwijają silniki wysokoprężne, a szczególnie ich mocno doładowywana odmiana dwusuwowa. Jednak znane ze stosowania silniki tego typu są ciężkie i hałaśliwe. Szczególnie głośno pracują, gdy są chłodzone powietrzem, co jest powodowane dużymi odkształceniami ich nieosłoniętych cylindrów. Cichsze są silniki chłodzone cieczą, są one jednak o wiele cięższe i kłopotliwe w tym zastosowaniu. Silnik według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma cylinder stanowiący jego korpus, który ma dolną część o większym przekroju, zaś górną o mniejszym przekroju. Części te są połączone kanałami doprowadzającymi łączącymi część cylindra o większym przekroju z częścią o mniejszym przekroju. Stanowią one zbiornik powietrza zwany przelotnią obejmujący część roboczą cylindra. W dolnej części posiada ona otwór przelotowy powietrza płukającego część roboczą cylindra o mniejszym przekroju, który w dolnej części posiada też otwór wylotowy spalin. Przez otwór ten oraz przez przepustnicę łączy się on z jednym płatem skrzydła stanowiącym komorę tłumika zakończoną dyszą odrzutową. Wewnątrz cylindra pracuje dwuprzekrojowy tłok. Przestrzeń między cylindrem o większym przekroju a częścią tłoka o mniejszym przekroju stanowi przestrzeń sprężarki powietrza. Poza tym płaty skrzydła zakończone są rozpraszaczami wiru indukowanego różnicą ciśnienia powietrza nad i pod nim. Pierwszy z płatów służy też jako układ jego zasysania, zaś drugi jako układ wydechowy, a umieszczona na jego końcu dysza, którą wydmuchiwana jest mieszanina powietrza chłodzącego silnik ze spalinami, wraz z wlotem powietrza na końcu drugiego kompensuje zmienny moment obrotowy silnika. Płaty skrzydła podparte są zastrzałami o łukowym kształcie, których sprężystość jest tak dobierana, aby masa płatów eliminowała drgania silnika. Silnik spalinowy dwusuwowy według wynalazku, jest to wysokoprężny silnik spalinowy wyposażony w skrzydło kompensujące ciężar napędu podczas lotu, a przede wszystkim podczas startu i transportu maszyny latającej na start, co odbywa się na nogach pilota, poprzez wykorzystanie strumienia powietrza wytwarzanego przez śmigło, skrzydło to kompensuje też zmienny moment oraz drgania silnika. Zastosowanie przelotni obejmującej część roboczą cylindra znacznie zmniejsza hałas całego silnika. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny silnika spalinowego dwusuwowego widziany z boku, a fig. 2 - przekrój poprzeczny silnika. Silnik spalinowy dwusuwowy jest wyposażony w cylinder 1, który ma dolną część o większym zaś górną o mniejszym przekroju. Wewnątrz cylindra pracuje dwuprzekrojowy tłok 2. Części cylindra są połączone kanałami doprowadzającymi powietrze. Stanowią one jego zbiornik zwany przelotnią 3 obejmującą część cylindra 1 o mniejszym przekroju, do której przetłaczane jest powietrze zaworami przelotowymi 4. Do silnika zamocowane są płaty 5 i 6, zakończone rozpraszaczami wiru 7. Przy czym w rozpraszaczu na końcu pierwszego płata 5 znajduje się wlot powietrza 8, a na końcu drugiego płata 6 umieszczona jest dysza odrzutowa 9. Płaty 5 i 6 skrzydła podparte są zastrzałami 10 o łuko-

3 PL B1 3 wym kształcie. Od góry cylinder 1 zamknięty jest urządzeniem wtryskowym paliwa 11, a w jego części o mniejszym przekroju znajdują się wyloty kanałów przelotowego 12 i kanału wylotowego 13 oraz pracuje część robocza tłoka 2, w której umieszczone są pierścienie uszczelniające 14 oraz sworzeń tłokowy 15 ułożyskowany na łożysku ślizgowym 16 w głowie korbowodu 17. Z drugiej strony korbowód ułożyskowany jest na wale korbowym 18 za pomocą półpanewki 19 oraz półpanewki 20 mocowanej do niego szpilkami 21 i nakrętkami 22. Pierścienie uszczelniające 23 oraz pierścień zgarniający 24 uszczelnia tłok 2 w jego części o większym przekroju stanowiącą tłok sprężarki powietrza, w której umieszczone są zawory ssące 25 zasysające powietrze poprzez kanał doprowadzający 26, do którego podwieszona jest miska olejowa 27. Między nią a cylindrem ułożyskowany jest wał korbowy 18 za pomocą półpanewek 28 i 29 uszczelnionych uszczelniaczami labiryntowymi 30 umocowanymi wkrętami 31. Kanał wylotowy 8 przymykany jest przepustnicą 32 zamocowaną do cylindra roboczego 1. Silnik według wynalazku może być wyposażony w maszynę elektryczną 33, której wirnik łączony jest z wałem korbowym 18 za pomocą sprzęgła rozruchowego 34. Zamiast przepustnicy 32 może być użyty znany ze stosowania w silnikach dwusuwowych zawór obrotowy. Przepustnica ma większą powierzchnię szczególnie, gdy jest użebrowana, co w przypadku pokrycia jej katalizatorem zwiększa skuteczność oczyszczania spalin oraz ich energię przed dyszą odrzutową 9. Zawory przelotowe 12 jak i zawory ssące 26 mogą być zaworami płytkowymi membranowymi lub grzybkowymi samoczynnego działania. Działanie silnika dwusuwowego według wynalazku jest następujące. W czasie ruchu tłoka 2 z górnego martwego punktu do dolnego następuje, nad nim, spalanie mieszanki i rozprężanie spalin w części roboczej cylindra 1. W części cylindra pełniącego rolę sprężarki następuje zasysanie poprzez zawory ssące 25 powietrza. Po osiągnięciu ponad połowy skoku tłok 2 odsłania kanał wylotowy 13, przez który spaliny opuszczają cylinder roboczy 2 i spada ich ciśnienie, którego intensywność zależy od stopnia przymknięcia przepustnicy 31. Następnie odsłaniany zostaje kanał przelotowy 12, i wlatujące nim powietrze z przelotni 3 płukając ten cylinder i ochładza jego ścianki. Jednocześnie następuje zasysanie poprzez zawory ssące 25 i kanał 26 powietrza do sprężarki. Po zmianie kierunku ruchu tłoka 2 następuje przetłaczanie powietrza poprzez zawory przelotowe 4 ze sprężarki do przelotni 3. Z cylindra roboczego 2 wypierany jest przez tłok roboczy 2 nadmiar powietrza aż do przysłonięcia, przez niego, kanału wylotowego 7. Intensywność tego wypierania zależy od stopnia przymknięcia przepustnicy 32. Następnie powietrze w cylindrze i roboczym zostaje sprężane aż do osiągnięcia przez tłok 2 jego górnego martwego punktu, przed którym następuje wtrysk paliwa oraz jego zapłon. Rozruch silnika według wynalazku realizowany jest za pomocą maszyny elektrycznej 33, która początkowo jest rozprzęgnięta z jego wałem korbowym, a po rozpędzeniu jej wirnika następuje rozpędzanie silnika za pomocą sprzęgła rozruchowego 34. Kanał przelotowy 12 spełnia też rolę garbu na tłoku, skierowującego powietrze w głąb cylindra i w jego części roboczej. Przez co denko tłoka o 2 może mieć kształt bardziej korzystny ze względu na spalanie paliwa. Silnik według wynalazku ma konstrukcję prostszą od konstrukcji silników czterosuwowych i dzięki temu bardziej zwartą, co w połączeniu z dwutaktowym rytmem pracy czyni go też od nich lżejszym. Możliwość skutecznej separacji powietrza od spalin pozwala na lepsze spalanie mieszanki niż w znanych silnikach dwusuwowych, a większa ilość powietrza w cylindrach i katalizatorze nawet na lepsze jej spalanie w przypadku niepełnego wykorzystania maksymalnej mocy silnika niż w czterosuwach. W tym ostatnim przypadku można się też spodziewać lepszej jego sprawności. Niewykorzystane powietrze, dostarczone ze sprężarki, przetłaczane jest do układu wydechowego i zwiększa tym samym skuteczność działania katalizatora. Jest to szczególnie ważne ze względów ekologicznych. Otwarcie przepustnicy wylotowej umożliwia rozruch silnika maszyną elektryczną zamiast rozrusznikiem. Maszyna ta może służyć też, oprócz ładowania akumulatorów silnikiem, do odzyskowego hamowania podczas zmniejszania wysokości lotu. Umieszczając wlot zasysanego powietrza w miejscu, gdzie suma ciśnienia dynamicznego i statycznego jest w nim największa, uzyskuje się wstępne doładowanie silnika według wynalazku. Ciepło jego chłodzenia można wykorzystać do napędu dwojako. Stosując jak to opisano wyżej sprężarki o dużej wydajności, wykorzystać energię spalin w dyszy odrzutowej. W drugim przypadku stosując dodatkowo turbosprężarkę można tę energię wykorzystać do napędu wału silnika przy napełnianiu sprężonym w niej powietrzem sprężarki, która pracuje wtedy jako silnik powietrzny i nie musi posiadać dużej wydajności. Opisany silnik jest w zasadzie silnikiem wysokoprężnym, ale może być on też silni-

4 4 PL B1 kiem niskoprężnym i w takim przypadku powinien być wyposażony w przepustnicę w kanale ssącym lub zawór wydechowy o zmiennym kącie otwarcia. Silnik według wynalazku może być silnikiem jednocylindrowym lub wielocylindrowym budowanym w dowolnych układach jak też, po przebudowie, jako sprężarka gazu o wielokrotnie większej wydajności od pojemności jej cylindra roboczego. Wykaz oznaczeń na rysunku: 1 - cylinder 2 - dwuprzekrojowy tłok 3 - przelotnia 4 - zawór przelotowy 5 - pierwszy płat 6 - drugi płat 7 - rozpraszacz wiru 8 - wlot powietrza 10 - zastrzał 11 - urządzenie wtryskowe paliwa 12 - kanał przelotowy 13 - kanał wylotowy 14 - pierścień uszczelniający 15 - sworzeń tłokowy 16 - łożysko ślizgowe 17 - korbowód 18 - wał korbowy 19 - półpanewka 20 - półpanewka 21 - szpilka 22 - nakrętka 23 - pierścień uszczelniający 24 - pierścień zgarniający 25 - zawór ssący 26 - kanał doprowadzający 27 - miska olejowa 28 - półpanewka 29 - półpanewka 30 - uszczelniacz labiryntowy 31 - wkręt 32 - przepustnica 33 - maszyna elektryczna 34 - sprzęgło rozruchowe Zastrzeżenia patentowe 1. Silnik spalinowy dwusuwowy ma cylinder stanowiący jego korpus, który ma dolną część o większym przekroju i górną o mniejszym przekroju, zaś wewnątrz cylindra pracuje dwuprzekrojowy tłok, znamienny tym, że do korpusu zamocowane są płaty (5 i 6), zakończone rozpraszaczami wiru (7), przy czym w rozpraszaczu na końcu pierwszego płata (5) znajduje się wlot powietrza (8), a na końcu drugiego płata (6) umieszczona jest dysza odrzutowa (9), ponadto części cylindra o większym przekroju i mniejszym przekroju, połączone są kanałami doprowadzające powietrze stanowiącymi przelotnię (3) obejmującą część cylindra (1) o mniejszym przekroju, do której przetłaczane jest powietrze zaworami przelotowymi (4). 2. Silnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że płaty (5 i 6), skrzydła podparte są zastrzałami (10) o łukowym kształcie.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.