Motor s kompresným a expanzným piestom s predčasným výfukom

Číslo patentu: 288121

Dátum: 22.08.2013

Autor: Kupčák Pavol

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Spaľovací motor s kompresným a expanzným piestom s predčasným výfukom využíva dva páry valcov, kde jeden pár sú kompresné valce (7) a druhý pár sú expanzné valce (8). Kompresné piesty (4) a expanzné piesty (5) sú spojené ojnicou (6) s kľukovým hriadeľom (3). Predčasný výfuk sa uskutočňuje pomocou voľného piesta (16) a vodiaceho piesta (5), ktoré sú súčasťou expanzného valca (8).

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka motora s kompresným a expanzným píestom s predčasným výfukom, ktorý slúži na zlepšenie účinnosti spaľovacích a tepelných motorov, ktoré majú samostatne valce na kompresíu a na expanziu,používajú sa na pohon rôznych strojov v širokom rozsahu pôsobenia.Doteraz sú motory riešené ako jednokomorové a to tak, že kompresia aj expanzia sa uskutočňuje V jednom valci, čo neumožňuje dosiahnutie väčšej zmeny kompresného pomeru.V súčasnosti sú známe aj riešenia, ktoré majú expanziu a kompresíu V samostatných valcoch, ako napríklad patentový dokument US 2007/Ol 57894, ktorý opisuje využitie samostatných valcov na kompresíu a expanziu, ale prevedenie stlačeného vzduchu z kompresného valca do expanzného valca je riešené otváraním ventilov v polohách, ktore nie sú úplne priaznivé pre chod motora, čím sa stráca účinnosť motora, pretože nie je možné v dostatočne krátkom čase odviesť spaliny z expanzného valca a následne priviesť stlačený vzduch z kompresného valca. To vedie opätovne k stratám účinnosti. Použitím voľného piesta v navrhovanom riešení sa tento nedostatok odstráni a je dostatok času na odvedenie spalín do výfukového potrubia a na privedeníe stlačeného vzduchu z kompresného valca.Tiež sú známe patentové dokumenty US-A-2006005793 a WO-Al-2006072208, ktoré opisujú využitie voľného piesta, ktorý je s pružinou V kontakte s píestom spojeným s ojnicou na účely zvýšenia kompresného pomeru tak, že počas pracovného cyklu je pri kompresii iný objem vo valci ako pri expanzii, čo spôsobuje voľná časť piesta s pružinou a to tak, že pri rôznych tlakoch počas pracovného cyklu sa mení zdvihový objem valca. Ale kompresia aj expanzia prebieha vjednom a tom istom valci a kompresný pomer je limitovaný len do malej miery. Navrhovaný spôsob síce používa spojenie voľnej časti piesta s píestom vo väzbe s ojnicou tiež pružina, ale v prípade, kedy je kompresia a expanzia v samostatných valcoch. Toto využitie nie je kvôli zvýšeniu kompresného pomem, ale kvôli včasnému odvedeniu spalín do výfukového potrubia a včasnému privedeniu stlačeného vzduchu z kompresného valca.Uvedené nedostatky odstraňuje motor s kompresným a expanzným píestom s predčasným výfukom, kde podstata vynálezu spočíva v zostavení mechanizmu piestového motora tak, aby mal priamivejšie vlastnosti. Mechanizmus pozostáva z párov valcov expanzných a kompresných, kde kompresné valce sú v mechanickej väzbe spojené pomocou ojnice s kľukovým hriadeľom, vykonávajú nasávanie vzduchu a kompresíu vzduchu. Expanzné valce sú v mechanickej väzbe spojene ojnicou s kľukovým hriadeľom, vykonávajú expanziu (spaľovanie zmesi) a výfuk spalín.Expanzný piest pozostáva z troch dielov. Prvý dielje vodiaci piest spojený s ojnicou a slúži na prenos síl na ojnicu. Druhý diel je voľný piest, ktorýje v kontakte so spaľovanou zmesou. Prenáša sily na vodiaci piest a umožňuje skoršie Vytlačenie už spálenej zmesi do výfukového potrubia. Tretia časť je tlačná pružina, ktorá je medzi voľným píestom a vodiacim píestom a zabezpečuje oddialenie voľného piesta od vodiaceho piesta,čím umožňuje predčasný výfuk. Pružina má tuhosť len o niečo vyššiu, ako je potrebné na prekonanie tlaku spalín pri výfuku do výfukového potrubia, ale nie vyššiu ako je tlak vzduchu pri kompresii alebo expanzii. Takto je umožnené, aby bola Spálená zmes vytlačené. z valca skôr, ako je vodiaci piest v homom úvrate a môže ešte byť do valca privedený vzduch z kompresného valca. Pružina môže byť nahradená zvýšením tlaku V bloku motora tak, aby bol tento tlak pôsobiaci na voľnú časť piesta zo spodnej časti vyšší, ako je tlak pri výfuku zmesi, ale nižší ako je tlak stlačeného vzduchu po kompresii alebo pri expanzii.Pracovný cyklus prebieha nasatím vzduchu do kompresného valca, ktorý je v mechanickej väzbe s kľukovým hriadeľom. Potom dochádza ku kompresii vzduchu. Táto kompresia je spoločná s expanzným valcom v čase, keď je už ukončený výfuk spálenej zmesi z expanzného valca a to otvorením ventilov potrubia, ktoré spája kompresný valec s expanzným. Výfuk zmesi je umožnený skôr pomocou pružiny, ktorá tlačí na voľný piest. Tak je možné kompresným aj expanzným píestom súčasne stláčať zmes. Keď oba piesty dosiahnu horný úvrat, tak v expanznom valci je stlačený vzduch z oboch valcov, kde sa následne vstrekne palivo. Zapálením zmesi pomocou motorovej sviečky elektrickou iskrou sa zvýši teplota a tlak v expanznom valci, čím dochádza k prenosu energie z tepelnej na kinetickú. Výtlak expanzného valca je prevedený ojnicou v mechanickej väzbe na kľukový hriadeľ. Kľukový hriadeľ má v pevnej väzbe zotrvačník s ozubením. Čím je dosiahnutá cyklíckosť navrhovaného riešenia a výstup výkonu ďalej do poháňaného systému.Výhodou navrhovaného systému je zvýšenie kompresného pomeru kvôli rôznym objemom kompresného valca a expanzného valca. Taktiež vďaka použitiu voľného piesta v expanznom valci, čím dochádza k predčasnému výfuku, je efektívnejší prestup stlačeného vzduchu z kompresného valca do expanzného valca a nedochádza k stratám.Nevýhodou navrhovaného systému je viac súčiastok potrebných na chod motora v porovnaní s klasickým štvortaktným piestovým motorom.Prehľad obrázkov na výkresochTento dokument obsahuje tri výkresy a to obr. 1, obr. 2 a obr. 3, ktoré znázorňujúNa obr. l je znázomený schematický nákres navrhovaného spaľovacieho motora s kompresnými a expanznými valcami s piestami na predčasný výfuk a to v nárysnom pohľade a dvoch rezoch jeden pre kompresný valec ajeden pre expanzný valec.Na obr. 2 je znázomený jeden pracovný cyklus expanzného valca v prípade, ked na dosiahnutie odtláčania voľného piestaje použitá tlačná pružina.Na obr. 3 je znázornený jeden pracovný cyklus expanzného valca v prípade, ked na dosiahnutie odtláčania voľného piesta je použitý zvýšený tlak vzduchu v bloku motora.Na priloženom výkrese obr. 1 je schematické konštrukčné prevedenie tu opisovaného spaľovacieho motora. Základnou stavebnou časťou je blok motora L, V ktorom je uloženie ložísk pre kľukový hriadel 3, Hlava kompresného valca 1 a expanzného valca g sú v pevnej väzbe s blokom motora l. Kľukový hriadeľ g pomocou ojnice g je spojený s piestami A a 5. Vzduch je do kompresných valcov 1 privádzaný cez nasávacie potmbie a nasávací ventil 2. Stlačený vzduch je odvádzaný cez ventil Q a ventilom 1 l je privádzaný do expanzného valca g. Palivo sa do expanzného valca g vpúšťa, keď voľný piest Q a vodiaci piest 5 sú v homom úvrate s ohľadom na časovanie ventilov. Prívod palivaje cez samostatne potrubie a dýzu Q. Potom sa zmes zapáli pomocou motorovej zapaľovacej elektrickej sviečky Q, alebo pri prevedení so spaľovaním nafty sa vmieti. Zapálením zmesi dôjde kjej horeniu, čím sa dosiahne zvýšenie tlaku a vytláčaníu voľného piesta Q a vodiaceho piesta 5. Výfuk zmesi je cez výfukový ventil Q. Vodiaci piest 5 je spojený s ojnicou g a s kľ kovým hriadeľom ą. Na predčasný výfuk je použitá pružina Q, ktorej tuhosť je vyššia ako pracovný tlak pri výfuku zmesi a nižšia ako pri kompresii alebo expanzií. Táto pružina l 5 môže byť nahradená zvýšením tlaku vzduchu v bloku motora j, ako je znázomené na obr. 3 alebo použitím oboch spôsobov súčasne.Na priloženom výkrese obr. 2 je znázomený jeden pracovný cyklus expanzného valca g v prípade, ked na dosiahnutie odtláčania voľného piesta Q je použitá tlačná pružina l 5. Pracovný cyklus začína v polohe a),keďje stlačený vzduch v expanznom valci g aje zmiešaný so vstreknutým palivom. Voľný piest Q je v hornom úvrate a zapálením zmesi pomocou motorovej sviečky Q elektrickou iskrou sa zvýši teplota a tlak zmesi v expanznom valci g. Voľný piest Q je v tejto fáze stále pritlačený k vodiacemu piestu Q a to až do polohy b), kedy dosiahne dohtý úvrat. Potom nasleduje otvorenie výfukové-ho ventilu Q a voľný piest Q je odtlačený pomocou tlačnej pružiny Q, čím sa skráti dĺžka zdvihu a čas potrebný na výfuk spalín do výfukového potrubia. V tejto polohe, ako je na obrázku označená fáza c), dochádm k výfuku spalín do výfukového potrubia. V polohe d), keď už voľný piest Q dosiahne homú výšku expanzného valca g a spaliny sú už vytlačené z expanzného valca g, sa otvorí ventil Q z potrubia, ktorý expanzný valec g spája s kompresným valcom l. Dochádza k súčasnej kompresii vzduchu v oboch valcoch, kompresnom valci 1 a expanznom valci g. V polohe e), ked už oba piesty, voľný piest Q a vodiaci piest 5, z expanzného valca g dosahujú skoro homý úvrat, je vzduch na konci kompresie.Na priloženom výkrese obr. 3 je znázomený jeden pracovný cyklus expanzného valca g v prípade, keď na dosiahnutie odtláčania voľného piesta Q je použitý zvýšený tlak vzduchu v bloku motora l. Pracovný cyklus začína v polohe a), keď je stlačený vzduch v expanznom valci g a je zmiešaný so vstreknutým palivom. Volný piest Q je v homom úvrate a zapálením zmesi pomocou motorovej sviečky Q elektrickou iskrou sa zvýši teplota a tlak zmesi v expanznom valci g. Tlak horiacej zmesi peje väčší ako tlak v bloku motora l pm. Volný piest Q je v tejto fáze stále pritlačený k vodiacemu piestu 5 a to až do polohy b), kedy dosiahne dolný úvrat. Potom nasleduje otvorenie výñikového ventilu Q a voľný piest Q je odtlačený stlačeným vzduchom v bloku motora l. V tejto polohe, ako je na obrázku označená fáza c), dochádza k výfuku spalín do výfukového potrubia, kedy je tlak spalín pv pri otvorenom výfukovom ventile Q menší ako tlak v bloku motora l pm. V polohe d), ked už voľný piest Q dosiahne homú výšku expanzného valca g a spaliny sú už vytlačené z expanzného valca g, sa otvorí ventil Q z potrubia, ktorý expanzný valec g spája s kompresným valcom 1. Dochádza k súčasnej kompresii vzduchu v oboch valcoch, kompresnom valci 1 a expanznom valci g. Kompres 10ný tlak vzduchu pk je väčší ako tlak v bloku motora l pm. Čím je voľný piest m pritlačený k vodiacemu piestu Q. V polohe e), ked už oba piesty, voľný piest l 6 a vodiaci piest 5, z expanzného valca § dosahujú skoro homý úvrat je vzduch na konci kompresie.Pre spaľovacie motory a ostatné tepelné stroje.l. Motor s kompresným a expanzným piestom s predčasným výfukom, v y z n a č uj ú ci s a t ý m , že expanzný piest je z dvoch častí a to z voľného piesta (16) a vodiaceho piesta (5).2. Motor s kompresným a expanzným piestom s predčasným výfukom podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že medzi voľným piestom (16) a vodiacím piestom (S) je tlačná pružina (15).3. Motor s kompresným a expanzným piestom s predčasným výfukom podľa nároku l a 2, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že tlačná pružina (15) môže byť nahradená zvýšením tlaku vzduchu v bloku motora (l).

MPK / Značky

MPK: F02B 75/32, F02B 75/26

Značky: expanzným, piestom, kompresným, motor, predčasným, výfukom

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/7-288121-motor-s-kompresnym-a-expanznym-piestom-s-predcasnym-vyfukom.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Motor s kompresným a expanzným piestom s predčasným výfukom</a>

Podobne patenty