Silnik spalinowy dwusuwowy

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy dwusuwowy stosowany w pojazdach mechanicznych wszelkiego typu. Silnik według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma korpus (1) 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 (30), z których każdy łączy część cylindra o większym przekroju z częścią sąsiedniego cylindra o mniejszym przekroju. Wewnątrz każdego cylindra pracuje dwuprzekrojowy tłok (2, 3). Wał korbowy (10) ma na swoich końcach nacięte krzywki o zmiennym kącie otwarcia, sterujące zaworami (14, 15).

Znane są ze stosowania silniki spalinowe dwusuwowe różnego typu. Najbardziej zbliżoną konstrukcją charakteryzuje się dwusuwowy silnik spalinowy zasilany w paliwo wtryskowo, który posiada cylindry współpracujące z dwoma tłokami związanymi z wałem korbowym za pomocą korbowodów. Wał korbowy o dwóch przeciwstawnych wykorbieniach łożyskowany jest, tak jak i korbowody łożyskami ślizgowymi, w komorze korbowodowej zamkniętej miską olejową. Z drugiej strony cylindry zamknięte są głowicami zaopatrzonymi w zawory, których przewody wylotowe połączone są razem. W przewodzie tym, w dalszej jego części, mieści się katalizator spalin. W korpusie silnika mieszczą się też cylindry i tłoki sprężarki. Cylindry zamknięte są głowicami z kanałami dolotowymi z zaworami wlotowymi oraz wylotowymi, których wyloty znajdują się w sąsiednich cylindrach silnika tuż nad denkami tłoków w ich dolnym martwym położeniu. Na obu stronach wału korbowego nacięte są krzywki o stałym kącie otwarcia, które sterują zaworami wylotowymi współpracującymi z popychaczami. Kanały dolotowe do sprężarek są połączone w jeden przewód powietrzny w którym znajduje się przepustnica powietrza sprzężona z pedałem przyspieszacza.

Główną niedogodnością dotychczas stosowanych silników spalinowych dwusuwowych, jest duża toksyczność wydzielanych przez nie spalin. Zależy ona w głównej mierze od stopnia utlenienia paliwa, który jest tym większy im więcej dostarcza się powietrza w procesie spalania jak również od stopnia oczyszczania spalin w katalizatorze. Zanieczyszczenie spalinami powietrza zmniejsza zawartość w nim tlenu. Dlatego dla poprawienia składu spalin stosuje się ich separację od powietrza stanowiącego skład mieszanki paliwowej. Szczególnie dobre rezultaty otrzymuje się w silnikach o wtrysku bezpośrednim wyposażonych w sterowane zawory wylotowe oraz sprężarki powietrza. Komplikują one jednak budowę oraz zwiększają ich masę do tego stopnia, że stają się porównywalne, pod tym względem, z silnikami czterosuwowymi nie dorównując im jednak w czystości spalin.

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy dwusuwowy, który ma korpus wyposażony w cylindry współpracujące z tłokami związanymi z wałem korbowym za pomocą korbowodów. Wał korbowy w dwóch przeciwstawnych wykorbieniach łożyskowany jest, tak jak i korbowody łożyskami ślizgowymi osadzonymi w komorze korbowodowej zamkniętej miską olejową. Z drugiej strony cylindry zamknięte są głowicami zaopatrzonymi w zawory. Na obu końcach wału korbowego nacięte są krzywki.

Istota silnika według wynalazku polega na 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 te 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. Wał korbowy na swoich końcach ma nacięte krzywki o zmiennym kącie otwarcia, sterujące zaworami. Na większym przekroju tłoka jest osadzony pierścień zgarniający.

Zawór osadzony w dolnej części ostatniego cylindra stanowi dolny zawór, który wyposażony jest w popychacz widełkowy.

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.

Dodatkowo większa objętość sprężarki od cylindra roboczego zapewnia dobre usuwanie spalin przy pełnym jego napełnieniu. Jeszcze lepsze ich usuwanie uzyskuje się gdy ze względu na potrzebę częściowego wykorzystania mocy silnika przedłużane jest otwarcie zaworu wylotowego celem zmniejszania jego napełnienia. Niewykorzystane powietrze, dostarczone ze sprężarki, przetłaczane jest do układu wydechowego i zwiększa tym samym skuteczność działania katalizatora. Jest to szczególnie ważne ze względów ekologicznych, ponieważ im mniejsze jest napełnienie cylindra tym gorszy jest skład wydalanych z niego spalin. W silniku według wynalazku napełnienie to można zwiększyć a przez to poprawić nie tylko skład spalin ale i sprawność silnika w ten sposób, że przy mniejszym od połowy maksymalnego obciążeniu można wyłączyć z pracy jeden jego układ napędowy. Otwierając przy tym na stałe zawór wylotowy, wyłączonego cylindra roboczego, zmieniany jest ten układ w pompę tłoczącą powietrze do układu wydechowego silnika zwiększając skuteczność działania jego katalizatora spalin. Zmniejsza to opory ruchu niepracującego układu a wlatujące częściowo do niepracującego cylindra roboczego spaliny ogrzewają go i przez to jest utrzymywany w ciągłej gotowości do pracy. Drugi układ musi w takim przypadku rozwijać większą moc a przez to mieć większe napełnienie co zapewnia większą jego sprawność.

Stałe otwarcie zaworów umożliwia rozruch silnika maszyną elektryczną zamiast rozrusznikiem. Maszyna ta może służyć też, oprócz ładowania akumulatorów silnikiem, do odzyskowego hamowania pojazdu oraz jego napędu na skrzyżowaniach, przystankach a szczególnie w korkach ulicznych co jest bardzo korzystne ekologicznie.

Stosując doładowanie silnika według wynalazku można wykorzystać do napędu ciepło jego chłodzenia dwojako. Stosując jak to opisano wyżej sprężarki o dużej wydajności, wykorzystać energię spalin w turbinie związanej z wałem silnika - lub z inną osią pojazdu. W drugim przypadku stosując 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 niskoprężnym, ale może być on też silnikiem wysokoprężnym i w takim przypadku krzywki nie muszą być krzywkami o zmiennym kącie otwarcia.

Konstrukcję silnika według wynalazku można znacznie uprościć stosując wyłączany przy niepełnym jego obciążeniu układ jako bezzaworowy, tak jak to jest ogólnie stosowane w silnikach dwusuwowych.

Silnik według wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny widziany z boku, fig. 2 - taki sam przekrój widziany z góry a fig. 3 - przekrój poprzeczny silnika.

Przykład 1

Silnik spalinowy dwusuwowy, składa się z korpusu 1 z dwuśrednicowymi cylindrami i łączącymi je kanałami doprowadzającymi 30. W cylindrach tych są umieszczone dwuśrednicowe tłoki 2 i 3 wyposażone w pierścienie uszczelniające 4 oraz pierścienie zgarniające 5 i 6. W tłokach 2 i 3 się sworznie tłokowe 7 ułożyskowane na łożyskach 8 znajdujących w głowach korbowodów 9. Z drugiej strony korbowody 9 ułożyskowane są na wale korbowym 10 za pomocą łożysk ślizgowych 11. Z lewej strony silnika wał korbowy 10 ułożyskowany jest w korpusie 1 za pomocą łożyska ślizgowego wału 12 i z prawej za pomocą łożyska ślizgowego wału 13. Po lewej stronie tych łożysk na wale korbowym 10 nacięte są krzywki o zmiennym kącie otwarcia, sterujące kompletnymi zaworami 14 i 15. Zawory te mogą być tak jak zawór 14 zaworami górnymi lub jak zawór 15 zaworami dolnymi. Trzonek grzybka kompletnego zaworu 14 opiera się o jedno ramię dźwigni zaworowej 16, którego drugi koniec wsparty jest na górnym końcu popychacza prostego 17, którego dolne zakończenie opiera się na krzywce naciętej na wale korbowym 10 i uchwycone jest wodzikiem 18 z kulistą wkładką ślizgową 19, umocowanym przesuwnie w korpusie 1.

Na trzonku kompletnego zaworu 15 zamocowany jest obrotowo popychacz widełkowy 20, którego jeden koniec opiera się na krzywce naciętej na wale korbowym 10, a drugi umocowany jest w drugim wodziku 21 z wkładką ślizgową 22. Od dołu korpus 1 silnika zamknięty jest miską olejową 23, z lewej strony boczną pokrywą 24 a od tyłu tylną pokrywą 25. Lewy cylinder zamknięty jest z góry głowicą chłodzoną cieczą 26 a z prawy głowicą chłodzoną powietrzem 27. Na wlocie do części cylindrów o większych średnicach znajdują się płytki zaworów wlotowych 28, mocowane śrubami 29. Z lewej strony na wale korbowym 10 znajduje się przeciwwaga wyważająca moment przewracania silnika, a z prawej kończy się on kołem zamachowym o przesuniętym środku ciężkości, który spełnia również funkcję przeciwwagi.

Działanie silnika według wynalazku jest następujące. W czasie ruchu tłoków 2 i 3 z ich górnego martwego punktu do dolnego, ich części o większym przekroju zasysają poprzez uchylone płytki zaworu wlotowego 28 powietrze do współdziałających z nimi części cylindrów. Po zmianie kierunku ruchu tłoków płytki 28 przymykają wlot powietrza dzięki czemu zostaje ono częściowo sprężane aż do chwili otwarcia przez tłok 3 w sąsiednim cylindrze wylotu kanału doprowadzającego 30, przez który zostaje ono do niego wtłoczone jednocześnie wypychając z niego spaliny. Przed otwarciem wylotów kanałów doprowadzających 30 otwierane są zawory 14 i 15 przez które początkowo usuwane są spaliny a następnie w zależności od stopnia napełnienia cylindrów roboczych usuwane jest powietrze. Grzybki zaworów 14, 15 otwierane są za pomocą naciętych na wale 10 krzywek, które naciskając na końce popychacza 17 lub odpowiednio 20 naciskają za pośrednictwem dźwigni 16 lub bezpośrednio na ich trzonki. Wielkość kąta otwarcia zaworów 14, 15 ustalana jest przez ustalanie miejsca styku końców popychaczy 17, 20 z krzywkami naciętymi na wale korbowym 10 za pomocą wodzików 18 i 21, których położenie jest sterowane pedałem przyspieszacza oraz pompą wtryskową paliwa. Przy czym im mniejsze napełnienie tym większy kąt otwarcia zaworów 14, 15 aż do pełnego jego otwarcia. Celem uniknięcia zużywania krzywek przy dłuższym czasie tego pełnego otwarcia można koniec popychacza oprzeć na gnieździe łożyska ślizgowego wału korbowego 10. Celem zwiększenia skuteczności hamowania silnikiem można zastosować na gnieździe tym wgłębienia, w które wchodzą końce popychaczy i powodują częściowe przymykanie zaworów wylotowych. Zastosowanie zaworu dolnego 15 może nie tylko uprościć konstrukcję ale poprawić spalanie i sprawność silnika. Przekroje poprzeczne cylindrów i tłoków są kołowe.

Przykład 2

Silnik dwusuwowy spalinowy, wykonany jak w przykładzie I, z tą różnicą, że przekroje poprzeczne cylindrów i tłoków 2, 3 są owalne. Zastosowanie owalnych przekrojów poprzecznych w zespole cylinder i tłok 2, pozwala uzyskać przy tej samej długości silnika, znacznie większą wydajność sprężarki. Umożliwia to płukanie cylindra od wewnątrz powietrzem tak skutecznie, że można zrezygnować z jego chłodzenia od zewnątrz tak jak zastosowano to w cylindrze współpracującym z tłokiem 3. Natomiast jego głowicę ewentualnie chłodzić powietrzem, która może być wykonana tak jak głowica 27.

Zastrzeżenia patentowe

1. Silnik spalinowy dwusuwowy, który ma korpus wyposażony w cylindry współpracujące z tłokami związanymi z wałem korbowym za pomocą korbowodów, który to wał korbowy w dwóch przeciwstawnych wykorbieniach łożyskowany jest, tak jak i korbowody łożyskami ślizgowymi osadzonymi w komorze korbowodowej zamkniętej miską olejową, zaś z drugiej strony cylindry zamknięte są głowicami zaopatrzonymi w zawory, natomiast na obu końcach wału korbowego nacięte są krzywki, znamienny tym, że ma korpus (1) wyposażony w co najmniej dwa cylindry, z których każdy ma dolną część o większym przekroju zaś górną o mniejszym przekroju i cylindry te są połączone kanałami doprowadzającymi (30), z których każdy łączy część cylindra o większym przekroju z częścią sąsiedniego cylindra o mniejszym przekroju zaś wewnątrz każdego cylindra pracuje dwuprzekrojowy tłok (2, 3), ma również wał korbowy (10), który na swoich końcach ma nacięte krzywki o zmiennym kącie otwarcia, sterujące zaworami (14, 15).
2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na większym przekroju tłoka (2, 3) jest osadzony pierścień zgarniający (5, 6).
3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór (15) osadzony w dolnej części ostatniego cylindra stanowi dolny zawór (15), który wyposażony jest w popychacz widełkowy (20).

A Two-Stroke Internal Combustion Engine

This invention relates to a two-stroke internal combustion engine for application in motor vehicles of all types.
The principal feature of the invention are two variable cross-section cylinders located in the body of the engine 1. Each of these cylinders has its upper part smaller than the lower one. The cylinders are linked together by inlet channels (30), each of them linking the larger section of one cylinder with the smaller section of the adjacent cylinder. Fitted to each cylinder are variable cross-section piston (2, 3). On both ends of the crankshaft (10) are variable opening angle cams which are responsible for the control of valves (14, 15). A valve located in the bottom part of the last cylinder (bottom valve) is provided with a fork-type push rod. more »

Ein Zweitakt-Verbrennungsmotor

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor, für den Antrieb verschiedener Fahrzeuge. Charakteristisch fü r den Motor nach der Erfindung ist das, daß der Motorblock (1) mindestens zwei Zylinder hat, von denen jeder im unteren Teil einen grö ß eren Durchmesser, als der oberer Zylinder hat. Die Zylindereinheiten sind mit Zufü hrungskanä len (30) verbunden, die jeweils den Zylinder mit kleinem Durchmesser mit dem Zylindern mit groß em Durchmesser der benachbarten Einheit verbinden. In jeder Zylindereinheit arbeitet ein Kolben (2, 3) der zwei Durchmesser hat. Die Kurbelwelle (10) hat an seinen Enden Auslasnocken mit einem veränderlichem Ö fnungswinkiel, die die Ventile (14, 15) steuern.