Wytwornica spalin bezkorbowodowa

Przedmiotem wynalazku jest bezkorbowodowa wytwornica spalin nadająca się do napędzania turbin gazowych średniej i małe mocy, a szczególnie do turbin napędzających pojazdy. Najbliższym rozwiązaniem jest znany ze stosowania wysokoprężny dwusuwowych silnik spalinowych mający dwa dwuprzekrojowe tłoki pracujące przeciwbieżnie w dwuprzekrojowym cylindrze.

Nowa wytwornica spalin charakteryzuje się tym, że składa się z zamkniętego z dwóch stron jednoprzekrojowego cylindra oraz dwóch tłoków ze sprężarkami przesuwającymi się w nim przeciwbieżnie. Tłoki te są tłokami dwustronnego działania, składają się z dwóch części cylindrycznych z pierścieniami uszczelniającymi na obwodzie, zamkniętych denkami połączonymi, co najmniej dwoma łącznikami w postaci wycinków walca przylegających do cylindra, które to łączniki przesłaniają kanały przelotu powietrza oraz kanał wylotowy spalin. Przegroda stanowiąca tłok sprężarki jest wyposażona w płytkowe zawory ssące powietrza doprowadzanego kanałem znajdującym się wewnątrz niej, jest ona uszczelnia listwami uszczelniającymi dociskanymi łukową sprężyną do łączników. Umożliwia to też uzyskiwanie bardzo wysokiego ciśnienia powietrza, które może być użyte do przedmuchiwania rowków pierścieni uszczelniających chroniąc pierścienie przed zapiekaniem. W tym celu płaszczyzny tych rowków od strony denka tłoków mają nierówną powierzchnię, najlepiej w formie promieniowych rowków o zwiększającym się przekroju falistym.
Zaletą techniczną nowej wytwornicy spalin jest to, że częstotliwość pracy tłoków może być wielokrotnie większa od częstotliwości własnej układu a przez to i jej wydajność. Zwłaszcza odniesiona do objętości jej cylindrów, w których niema poduszek i zbiornika powietrza oraz sprężarek, przez co łatwo ją umieszczać w pojazdach. Poza tym użycie tłoków, w których są przedmuchiwane pierścienie pozawala nie tylko na używanie paliwa gorszej jakości pochodzenia mineralnego, co jest zazwyczaj realizowane, ale i paliwa zwanego ekologicznym pochodzenia roślinnego.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu przestawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przestawia półprzekrój podłużny wytwornicy spalin bezkorbowodowej, a fig. 2 - jej półprzekrój poprzeczny.

Wytwornica spalin bezkorbowodowa składa się z dwóch cylindrów bocznych 1, środkowego 2 oraz dwóch tłoków roboczych 3 z tłokami sprężarek 4 w nich umieszczonych. W cylindrach bocznych i w środkowym znajdują się kanały wtrysków paliwa 5 i 6. We wszystkich cylindrach są kanały wylotowe spalin 7, podobnie jak i kanały przelotowe powietrza 8. W cylindrach bocznych i w środkowym 1, 10, znajdują się kanały sprężonego powietrza 9. Wewnątrz tłoka roboczego 3 umieszczony jest tłok sprężarki 4 obejmowany płytkami sprężystymi 11 oraz 12, które są dociskane do niego pierścieniami 13. Listwy uszczelniające 14 dociskane są sprężyną o łukowym kształcie 15. Powierzchnie rowków pierścieni 18 mają nacięte rowki promieniowe o zwiększającym się przekroju 19, które zapobiegają zapiekaniu się pierścieni uszczelniających 17. Tłok sprężarki 4 ma na boku wysięgniki 16, z kanałem dolotowym powietrza 20, które mocują tłok sprężarki między cylindrem środkowym 2 i cylindrami bocznymi 1 wytwornicy. Tłoki wyposażone są w magnesy służące do ustalania ich położenia w cylindrach, w których umieszczone są czujniki. Wytwornica wyposażona jest w układy wtryskowe paliwa oraz powietrzny układ rozruchowy sterowane elektronicznie za pomocą tych czujników. Poza tym w układzie napędowym znajduje się turbosprężarka oraz zbiornik sprężonego powietrza i paliwa.

Wytwornica według wynalazku działa następująco. W czasie ruchu tłoka roboczego 3 od wewnętrznego martwego punktu do zewnętrznego odchyla się płytka 11 i zasysane jest powietrze do przestrzeni pod jednym denkiem tłoka roboczego 3 natomiast sprężane jest pod drugim, aż do momentu, gdy zostaną odsłonięte, przez denko tłoka roboczego, kanały przelotowe powietrza 8. Wtedy to sprężane powietrze zostanie przetłoczone tymi kanałami nad to denko. Jednak przed osiągnięciem martwego punktu tłok swoją częścią cylindryczną przysłania te kanały wywołując przez to wysokie ciśnienie znajdującego się w niej powietrza, które przedmuchuje rowki pierścieni uszczelniających 17. W ruchu powrotnym tego tłoka, odchylana jest płytka 12, pod którą zasysane jest powietrze a znajdujące się pod drugim denkiem tłoka roboczego powietrze jest sprężane aż do momentu, gdy odsłonięty zostanie kanał w cylindrze wytwornicy, przez które zostanie ono przetłoczone nad to denko. Natomiast w cylindrze środkowym 2 sprężane jest powietrze przez tłoki robocze 3 aż do osiągnięcia przez nie wewnętrznego martwego punktu, przed którym następuje przez kanał wtryskowy 6 wtrysk paliwa i zapłon. W powrotnym ruchu roboczym następuje rozprężanie spalin a sprężanie powietrza w cylindrach bocznych 1. Po odsłonięciu przez denko tłoka roboczego 3 kanałów wylotowych spalin 7, spaliny zaczynają opuszczać przestrzeń roboczą a po odsłonięciu przez to denko kanałów przelotowych 8 zostają one wypychane przez sprężone we wnętrzu tłoka roboczego 3 powietrze. Następnie w cylindrach bocznych 3 następuje wtrysk paliwa przez kanały 5 i jego zapłon. Synchronizacja ruchu tłoków odbywa się przez to, że spóźniony tłok ma krótszą drogę do następnego martwego punktu oraz przez programowe przyspieszanie lub opóźnianie zapłonu w cylindrach bocznych 1.

Dla rozpoczęcia działania wytwornicy według wynalazku konieczne jest nagłe wpuszczenie przez kanał powietrza sprężonego 9 lub 10 odpowiedniej ilości powietrza pod dużym ciśnieniem, do czego służy urządzenie rozruchowe i zbiornik powietrza sprężonego, który jest doładowywany w czasie pracy wytwornicy. Ze względu na to, że sprężarka w tłoku roboczym ma ograniczoną wydajność powietrza korzystnym jest zastosowanie w układzie napędowym turbosprężarki, co zwielokrotnia wydajność wytwornicy według wynalazku. Można też budować te wytwornice z jednym tłokiem a wyrównoważać przez szeregowe ich łączenie parami, które w tym przypadku może być realizowane elektronicznie przez przyspieszanie lub opóźnianie zapłonu.

Zastrzeżenia patentowe

1. Wytwornica spalin bezkorbowodowa składa się z zamkniętego z dwóch stron jednoprzekrojowego cylindra z dwoma tłokami, znamienna tym, że w każdym tłoku roboczym (3) zamkniętym denkami połączonymi co najmniej dwoma łącznikami w postaci wycinków walca przylegających do cylindra bocznego (1) jest umieszczony tłok sprężarki (4) osadzonym na co najmniej jednym wysięgniku (16), zaś po obu stronach wysięgnika w tłoku sprężarki (4) są wykonane rowki, w którym osadzone są listwy uszczelniające (14) dociskane do łączników (4) sprężynami o łukowym kształcie (15).
2. Wytwornica, według zastrz. 1, znamienna tym, że po obu stronach tłoka sprężarki (4) są płytki sprężyste (11, 12) mocowane pierścieniami dociskowymi (13).
3. Wytwornica, według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jeden wysięgnik (16) ma kanał dolotowy powietrza (20).
4. Wytwornica, według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie rowków pierścieni (18) usytuowane od strony denka tłoka roboczego (3), mają nierówną powierzchnię w postaci rowków promieniowych o zwiększającym się przekroju falistym (19).
5. Wytwornica, według zastrz. 1, znamienny tym, że na obwodzie łączników są kanały przelotowe powietrza (8), które przesłania część cylindryczna tłoka roboczego przed martwym punktem tłoków roboczych (3)

Skrót opisu

Wytwornica charakteryzuje się tym, że w każdym tłoku roboczym (3) zamkniętym denkami połączonymi co najmniej dwoma łącznikami w postaci wycinków walca przylegających do cylindra bocznego (1) jest umieszczony tłok sprężarki (4) osadzonym na co najmniej jednym wysięgniku (16), zaś po obu stronach wysięgnika w tłoku sprężarki (4) są wykonane rowki, w którym osadzone są listwy uszczelniające (14) dociskane do łączników (4) sprężynami o łukowym kształcie (15).
Fig. 1 (5 zastrzeżeń patentowych)

Wykaz oznaczeń na rysunku:

1 – cylinder boczny
2 – cylinder środkowy
3 – tłok roboczy
4 – tłok sprężarki
5 – kanał wtryskowy paliwa
6 – kanał wtryskowy paliwa
7 – kanał wylotowy spalin
8 – kanał przelotowy powietrza
9 – kanał powietrza sprężonego
10 – kanał powietrza sprężonego
11 – płytka sprężysta
12 – płytka sprężysta
13 – pierścień dociskowy
14 – listwa uszczelniająca
15 – sprężyna o łukowym kształcie
16 – wysięgnik
17 – pierścień uszczelniający
18 – powierzchnie rowków pierścieni z rowkami promieniowymi
19 – rowki promieniowe o zwiększającym się przekroju
20 – kanał dolotowym powietrza