Silnik spalinowy dwu-czterosuwowy

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy dwu-czterosuwowy mogący pracować jako dwu lub czterosuwowy, o dwustopniowym rozprężaniu, nie posiadający układu chłodzenia, który może być stosowany we wszelkiego rodzaju napędach a szczególnie w pojazdach mechanicznych.

Znane są ze stosowania silniki spalinowe dwusuwowe różnego typu. Najbardziej zbliżoną konstrukcją jest przedstawiony w opisie patentowym PL-183981 pt. "Silnik spalinowy dwusuwowy" z dnia 18.02.1997 r. Jest to 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. 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.

Istota silnika według wynalazku, polega na tym, że na wale korbowym z lewej strony osadzona jest przeciwwaga wyważająca moment przewracania silnika, a z prawej koło zamachowe z przesuniętym środkiem ciężkości. Nad korpusem umieszczony jest zbiornik spalin i powietrza połączony poprzez zawór trójdrożny z przewodem. W zbiorniku spalin i powietrza osadzone są przewody doprowadzające mieszaninę spalin i powietrza do kanałów doprowadzających poprzez zawory suwakowe zasilające mieszaniną spalin i powietrza części cylindrów o większym przekroju.

Korzystnie, w korpusie ma osadzone zawory ssące zasysające powietrze do części cylindrów o większym przekroju w korpusie ma osadzone zawory wydechowe usuwające mieszaniny spalin i pary z części cylindrów o większym przekroju.

Korzystne jest to, że cylindry są wyposażone w kanał odprowadzający spaliny.

Zasadniczą zaletą silnika, gdy pracuje on jako silnik czterosuwy jest uzyskiwany przez niego bardzo duży moment obrotowy przy małych obrotach oraz niskim hałasie i prawie całkowite wykorzystanie energii paliwa. Cylindry silnika 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 zamocowane z jednej strony przeciwwagę a na drugim koło zamachowe z przesuniętym środkiem ciężkości. Na większym przekroju tłoka jest osadzony pierścień uszczelniająco-zgarniający. 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 zaopatrzone są w zawory sterowane elektronicznie za pomocą siłowników elektromagnetycznych lub wykorzystujących zjawisko zmiany kształtu przewodu elektrycznego pod wpływem zmiany natężenia prądu Nad korpusem znajduje się zbiornik do którego doprowadzane są spaliny i nadmiar powietrza z cylindrów poprzez zawór trójdrożny.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny silnika spalinowego dwusuwowego widziany z boku, fig. 2 - przekrój podłużny silnika spalinowego dwusuwowego widziany z góry, a fig. 3 - przekrój poprzeczny silnika.

Silnik spalinowy dwu-czterosuwowy wykonany jako silnik spalinowy dwusuwowy, składa się z korpusu 1 z dwuprzekrojowymi cylindrami 2 i łączącymi je kanałami doprowadzającymi 3. W cylindrach tych są umieszczone dwuprzekrojowe tłoki 4 wyposażone w pierścienie uszczelniające 5 oraz pierścienie uszczelniająco-zgarniające 6. W tłokach 4 są 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. Zawory ssąco-wydechowe 14 o zmiennym kącie otwarcia oraz rozrządy suwakowe 15, są sterowane elektronicznie za pomocą siłowników elektromagnetycznych lub wykorzystujących zjawisko zmiany kształtu przewodu elektrycznego pod wpływem zmiany natężenia prądu

Od dołu korpus silnika 1 zamknięty jest miską olejową, 16. Kanał 17 służy do odprowadzania spalin, gdy silnik pracuje jako dwusuwowy. Z lewej strony na wale korbowym 10 znajduje się przeciwwaga 18, wyważająca moment przewracania silnika, a z prawej zamontowany jest na jego końcu koło zamachowe 19 o przesunięty środku ciężkości. Nad korpusem znajduje się zbiornik spalin w powietrza 20, do którego doprowadzane są spaliny i nadmiar powietrza z cylindrów 2 poprzez zawór trójdrożny 21 przewodem 22. Przewody 23 służą do doprowadzania tej mieszaniny do kanałów doprowadzających 3 poprzez zawory suwakowe 24. Zawory ssące 25 służą do zasysania powietrza do, a wydechowe 26 służą do usuwania mieszaniny spalin i powietrza z części cylindrów 2 o większym przekroju.

Gdy silnik działa jako dwusuwowy to wtedy w czasie ruchu tłoków 4 z ich górnego martwego punktu do dolnego ich części o mniejszym przekroju wykonują suw pracy, a o większym przekroju zasysają poprzez zawór wlotowy 25 powietrze do współdziałających z nimi części cylindrów 2. Po zmianie kierunku ruchu tłoków zawór 25 przymyka wlot powietrza, dzięki czemu zostaje ono częściowo sprężane aż do chwili otwarcia przez tłok 4 w sąsiednim cylindrze wylotu kanału doprowadzającego 3, przez który zostaje ono do niego wtłoczone jednocześnie wypychając z niego spaliny. Przed otwarciem ich otwierane są zawory 14, przez które początkowo usuwane są spaliny a następnie w zależności od stopnia napełnienia cylindrów roboczych usuwane jest też powietrze. Wielkość kąta otwarcia zaworów 14 ustalana jest za pomocą pedału przyspieszacza pompą wtryskową paliwa. Przy czym im mniejsze napełnienie tym większy kąt otwarcia zaworów 14 aż do pełnego jego otwarcia, co powoduje ochładzanie cylindrów a przede wszystkim tych zaworów. Poczym następuje sprężanie powietrza i wtrysk paliwa oraz zapłon mieszanki przed górnym martwym punktem. Zawory w rozrządach 15 są unieruchomione w położeniu pozwalający na przepływ gazów do zaworu trójdrożnego 21 a stąd do przewodu 17.

Gdy silnik według wynalazku działa jako czterosuwowy to w czasie ruchu tłoków 4 z ich górnego martwego punktu do dolnego zasysają one powietrze zaworami ssąco-wydechowymi 14. Po zmianie kierunku ruchu następuje zmiana położenia suwaka w rozrządzie 15 i przez niego wytłaczanie nadmiaru powietrza do zbiornika 20, co powoduje ochładzanie cylindrów a przede wszystkim tych zaworów. Kąt otwarcia zaworów 14 jest tym większy im mniejszy jest stopień napełniania cylindrów powietrzem. Ich części o większym przekroju zasilane są, w tym czasie, poprzez zawór suwakowy 24 mieszaniną spalin i powietrza, przy czym kąt otwarcia tych zaworów jest tym większy im większy jest stopień napełniania tą mieszaniną cylindrów. Następnie następuje sprężanie powietrza i wtrysk paliwa oraz zapłon mieszanki przed górnym martwym punktem. Następnie tłoki 4 wykonują suw pracy. Przed otwarciem wylotów kanałów doprowadzających 3 otwierane są zawory  14, przez które usuwane są spaliny do zbiornika 20, a następnie też chwilowo i przez kanały 3 do części sąsiednich cylindrów o większych przekrojach.

Przekroje poprzeczne górnych części cylindrów 2 i tłoków są kołowe a dolne owalne. Zastosowanie owalnych przekrojów poprzecznych w zespole cylinder 2 i tłok 4, pozwala uzyskać przy tej samej długości silnika, znacznie większą wydajność sprężarki. Umożliwia to dowolne doładowywanie silnika, gdy pracuje on jako silnik dwusuwowy oraz rozprężanie spalin i powietrza w czasie pracy jako silnik czterosuwowy, co znacznie zwiększa jego moc i sprawność.

Stosując doładowanie silnika według wynalazku, gdy pracuje on jako silnik dwusuwowy, turbosprężarką 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. Opisany silnik jest w zasadzie silnikiem niskoprężnym, ale może być on też silnikiem wysokoprężnym. 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.