(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DK96/00295 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO97/03280, PCT Gazette nr 06/97 (51) IntCl7: F02B 77/04 (54) Dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar (30) Pierwszeństwo: (73) Uprawniony z patentu: ,DK,0804/95 MAN B & W DIESEL A/S, Kopenhaga, DK (43) Zgłoszenie ogłoszono: (72) Twórca wynalazku: BUP 02/98 Ole Grundtmann, Holbaek, DK (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (74) Pełnomocnik: WUP 08/00 Szalkiewicz Tadeusz, POLSERVICE PL B1 1. Dwusuwowy silnik wodzikowy we- (57) wnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar, przy czym silnik ten zawiera co najmniej jeden cylinder z wlotami powietrza przedmuchującego usytuowanymi w dolnym odcinku cylindra i zawiera tłok z pierścieniami tłokowymi oraz komorę roboczą, która jest ograniczona przez górny pierścień tłoka, tłok, wewnętrzną powierzchnię cylindra i pokrywę cylindra, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23) wystający z wewnętrznej powierzchni cylindra ma kilka rowków przepływowych (24), na swojej cylindrycznej wewnętrznej powierzchni, które rozciągają się ukośnie względem osi wzdłużnej cylindra od dolnej powierzchni do górnej powierzchni pierścienia zgarniającego nagar (23). FIG. 2

2 Dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar Zastrzeżenia patentowe 1. Dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar, przy czym silnik ten zawiera co najmniej jeden cylinder z wlotami powietrza przedmuchującego usytuowanymi w dolnym odcinku cylindra i zawiera tłok z pierścieniami tłokowymi oraz komorę roboczą, która jest ograniczona przez górny pierścień tłoka, tłok, wewnętrzną powierzchnię cylindra i pokrywę cylindra, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23) wystający z wewnętrznej powierzchni cylindra ma kilka rowków przepływowych (24), na swojej cylindrycznej wewnętrznej powierzchni, które rozciągają się ukośnie względem osi wzdłużnej cylindra od dolnej powierzchni do górnej powierzchni pierścienia zgarniającego nagar (23). 2. Silnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest usytuowany przy szczycie tulei cylindrowej (5). 3. Silnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest usytuowany przy spodzie odcinka pokrywy cylindra (8). 4. Silnik, według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest częścią składową tulei cylindrowej (5). 5. Silnik, według zastrz 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest częścią odcinka pokrywy cylindra (8). 6. Silnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że rowki przepływowe (24, 24') stanowią od 0,25 do 50% osiowo skierowanego obszaru pierścienia zgarniającego nagar (23, 23') wystającego z wewnętrznej powierzchni cylindra, korzystnie od 5 do 40%, a najlepiej od 20 do 30%. 7. Silnik, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że średnica cylindra zawarta jest w przedziale od 250 do 1000 mm, przy czym pierścień zgarniający nagar (2 3, 23') wystaje przynajmniej 0,2 mm, korzystnie od 0,5 do 5 mm, z wewnętrznej powierzchni cylindra. 8. Silnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że górny odcinek tłoka (21) znajdujący się ponad górnym pierścieniem tłoka (19') ma mniejszą średnicę niż leżący poniżej odcinek tłoka z pierścieniami tłoka, przy czym wewnętrzna średnica pierścienia zgarniającego nagar (23, 23') jest przynajmniej 0,5 mm mniejsza, czyli jest od 2 do 6 mm większa niż średnica górnego odcinka tłoka, a korzystnie mniejsza o co najmniej 1 mm, czyli od 3 do 4 mm większa niż górna część tłoka. 9. Silnik, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że liczba rowków przepływowych (24) mieści się w zakresie od 4 do 30 rowków przepływowych, a korzystnie w więcej niż 15 rowków przepływowych (24). 10. Silnik, według zastrz. 1, znamienny tym, że osie wzdłużne rowków przepływowych (24, 24') tworzą kąt od 0 do 60 z osiowym kierunkiem cylindra, korzystnie co najmniej 15, a najlepiej Dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar, przy czym silnik ten zawiera co najmniej jeden cylinder z wlotami powietrza przedmuchującego usytuowanymi w dolnym odcinku cylindra i zawiera tłok, z pierścieniami tłokowymi oraz komorę roboczą, która jest usytuowana ponad górnym pierścieniem tłoka i jest ograniczona przez górny pierścień tłoka, tłok, wewnętrzną powierzchnię cylindra i pokrywę cylindra, znamienny tym, że w swej zewnętrznej cylindrycznej powierzchni górny odcinek tłoka (21) znajdujący się powyżej górnego pierścienia tłoka, współpracującym z tuleją cylindrową (5), ma pewną ilość rowków przepływowych (24'), które rozciągają się od górnego odcinka w dół do obszaru przy pierścieniowym rowku z górnym pierścieniem tłoka (19').

3 Silnik, według zastrz. 11, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest usytuowany przy szczycie tulei cylindrowej (5). 13. Silnik, według zastrz. 11, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest usytuowany przy spodzie pokrywy cylindra (8). 14. Silnik, według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (23, 23') jest częścią tulei cylindrowej (5). 15. Silnik, według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że pierścień zgarniający nagar (2 3, 23') jest częścią odcinka pokrywy cylindra (8). 16. Silnik, według zastrz. 11, znam ienny tym, że rowki przepływowe (24, 24') stanowią od 0,25 do 50% osiowo skierowanego obszaru pierścienia zgarniającego nagar (23, 23') wystającego z wewnętrznej powierzchni cylindra, korzystnie od 5 do 40%, a najlepiej od 20 do 30%. 17. Silnik, według zastrz. 11, znamienny tym, że średnica cylindra jest z przedziału od 250 do 1000 mm, przy czym pierścień zgarniający nagar (23, 23') wystaje przynajmniej 0,2 mm, korzystnie od 0,5 do 5 mm, z wewnętrznej powierzchni cylindra. 18. Silnik, według zastrz. 11, znamienny tym, że górny odcinek tłoka (21) znajdujący się ponad górnym pierścieniem tłoka (19') ma mniejszą średnicę niż leżący poniżej odcinek tłoka z pierścieniami tłoka, przy czym wewnętrzna średnica pierścienia zgarniającego nagar (23, 23') jest przynajmniej 0,5 mm niniejsza, czyli jest od 2 do 6 mm większa niż średnica górnego odcinka tłoka, a korzystnie mniejsza o co najmniej 1 mm, czyli od 3 do 4 mm większa niż górna część tłoka. 19. Silnik, według zastrz. 11, znamienny tym, że liczba rowków przepływowych (24') mieści się w zakresie od 4 do 30 rowków przepływowych, a korzystnie w więcej niż 15 rowków przepływowych. 20. Silnik, według zastrz. 11, znamienny tym, że osie wzdłużne rowków przepływowych (24, 24') tworzą kąt od 0 do 60 z osiowym kierunkiem cylindra, z korzyścią co najmniej 15, a najlepiej 45. * * * Przedmiotem niniejszego wynalazku jest dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar w cylindrze i posiadający tłok przemieszczany wzdłużnie w cylindrze wyposażony w pierścienie tłokowe, które suwają się wzdłuż zasadniczo cylindrycznej wewnętrznej powierzchni cylindra przy przemieszczaniu tłoka i tworzą ciśnieniowo szczelną przegrodę pomiędzy przestrzenią poniżej tłoka i komorą roboczą, która jest umieszczona ponad najwyżej umieszczonym pierścieniem tłoka i jest ograniczona przez ten najwyżej umieszczony pierścień, tłok, wewnętrzną powierzchnię cylindra i pokrywę cylindra, przy czym pierścień zgarniający nagar wystaje z wewnętrznej powierzchni cylindra i rozciąga się pierścieniowo w pozycji osiowej w taki sposób, że najwyżej umieszczony pierścień tłokowy jest umieszczany w pobliżu dolnej krawędzi pierścienia zgarniającego nagar, gdy tłok jest w położeniu martwym odkorbowym. Taki silnik zawierający pierścień zgarniający nagar jest znany na przykład w postaci czterosuwowych silników z zaworem ssawnym i zaworem wydechowym umieszczonymi w pokrywie cylindra. Zadaniem pierścienia zgarniającego nagar jest zgarnianie osadów nagaru z najwyżej umieszczonego odcinka tłoka w cylindrze, umieszczonego ponad najwyżej umieszczonym pierścieniem tłokowym. Najwyżej umieszczony pierścień tłokowy tworzy dolne ograniczenie komory spalania w przestrzeni pierścieniowej umieszczonej pomiędzy górnym odcinkiem tłoka ponad pierścieniem tłoka i wewnętrzną powierzchnią cylindra. Tak więc, część produktów spalania będzie przenikać do pierścieniowej przestrzeni i osadzać się na zewnętrznej powierzchni górnego odcinka tłoka. Olej smarujący z wewnętrznej powierzchni cylindra może również odpryskiwać na tę zewnętrzną powierzchnię. Resztki oleju i osadzające się produkty spalania są poddawane

4 działaniu wysokiej temperatury pochodzącej ze spalania i, w czasie pracy silnika, przekształcają się w spójną warstwę nagaru na zewnętrznej powierzchni tłoka. Jeśli nie jest stosowany pierścień zgarniający nagar, warstwa nagaru będzie narastać do momentu, aż zetknie się z wewnętrzną powierzchnią cylindra. W celu uniknięcia zniszczenia cylindra i pierścieni tłoka ważne jest, by była utrzymywana odpowiednia warstewka oleju smarującego pomiędzy tymi wzajemnie ruchomymi częściami. Gdy warstwa nagaru na obrzeżach tłoka jest nagromadzona do swej maksymalnej grubości i wchodzi w kontakt z wewnętrzną powierzchnią cylindra, będzie wówczas oddziaływać z cienką warstewką oleju i absorbować i/lub zgarniać część tego oleju, co będzie źle wpływać na warunki smarowania. W najgorszym przypadku, smarowanie będzie lokalnie uniemożliwione w takim stopniu, że wystąpi zniszczenie pierścieni tłoka lub tulei cylindrowej. Pierścień zgarniający nagar w znanym czterosuwowym silniku ogranicza grubość warstwy nagaru, gdy tłok jest przesuwany w pobliże jego martwego położenia odkorbowego i górny odcinek tłoka zawraca przechodząc przez pierścień zgarniający nagar, górna i dolna pierścieniowe krawędzie którego zdrapują nagar stykający się z tymi krawędziami. Ponieważ pierścień zgarniający wystaje z wewnętrznej powierzchni cylindra, warstwa nagaru nie jest w stanie osiągnąć takiej grubości, by mogła się kontaktować z wewnętrzną powierzchnią cylindra. Ponieważ znany silnik z pierścieniem zgarniającym nagar jest silnikiem czterosuwowym, oraz zawór ssący i wydechowy są umieszczone w pokrywie cylindra, inne uwarunkowania robocze silnika nie są uzależnione od obecności lub jej braku pierścienia zgarniającego nagar. W silniku czterosuwowym przedmuchiwanie cylindra jest realizowane przez niezależny suw tłoka pomiędzy każdym suwem roboczym, a dostarczenie powietrza do spalania odbywa się z przestrzeni powyżej przez zawór ssący i kolejny, skierowany do dołu suw ssania tłoka. Przez to, pierścień zgarniający tłok nie ma wpływu na przedmuchiwanie i ładowanie cylindra. Ważniejszym czynnikiem wpływającym na dobre działanie pierścienia zgarniającego tłoka w silniku czterosuwowym są ruchy samego tłoka względem wewnętrznej powierzchni cylindra. Czterosuwowy cykl wymusza różne obciążenie na tłoku w każdej chwili suwu do góry, jak również w czasie suwów skierowanych do dołu obciążenie zmienia się z każdą chwilą. W efekcie, promieniowe położenie tłoka w pobliżu martwego położenia odkorbowego zmienia się przez cały czas, tak że pierścień zgarniający nagar zdrapuje nagar do większej głębokości niż ta odpowiadająca jego własnej wewnętrznej średnicy, przez co automatycznie tworzy się luz pomiędzy pokrytym nagarem górnym odcinkiem tłoka i pierścieniem zgarniającym nagar. W dwusuwowym silniku wodzikowym ze wzdłużnym przedmuchiwaniem sytuacja nie jest tak prosta, a doświadczenia z pierścieniem zgarniającym nagar znanym z silnika czterosuwowego pokazały istniejące problemy utrudniające działanie mające postać zwiększonego zużycia paliwa i szczególnego niszczenia górnego pierścienia tłoka, co jest efektem zaskakującym, ponieważ oczekiwano, że pierścień zgarniający nagar będzie mógł poprawić warunki smarowania dla pierścieni tłoka. Celem niniejszego wynalazku jest usunięcie powyższych niedogodności i umożliwienie korzystnego użycia pierścienia zgarniającego nagar w dwusuwowym silniku wodzikowym. Wady istniejące przy stosowaniu znanego pierścienia zgarniającego nagar w silniku dwusuwowym mogą być wytłumaczone za pomocą następującego mechanizmu. W dwusuwowym silniku wodzikowym tłok wykonuje suw sprężania w czasie każdego ruchu skierowanego do góry, oraz suw roboczy w czasie każdego ruchu skierowanego do dołu. Oznacza to, że tłok jest obciążony w bardzo podobnym stopniu za każdym razem, gdy przechodzi w dół lub w górę pierścienia zgarniającego nagar, z którego to powodu tłok prezentuje jednolity, powtarzalny rodzaj ruchu w pobliżu martwej pozycji odkorbowej. Tendencja dla jednolitego rodzaju ruchu jest zwiększana przez wodzik, który prowadzi dolny koniec trzpienia tłoka czysto przesuwnym ruchem wzdłuż osi wzdłużnej cylindra. W konsekwencji, osady nagaru na obrzeżach tłoka będą gromadzić się dla utworzenia kształtu dokładnie dopasowanego do pierścienia

5 zgarniającego nagar, tak że istnieje niewielki luz pomiędzy nim i górnym odcinkiem tłoka. Gdy wierzchołek tłoka przechodzi przez pierścień zgarniający nagar w suwie sprężania, pierścieniowa wnęka pomiędzy zewnętrzną powierzchnią tłoka z warstwą nagaru i wewnętrzną warstwą cylindra jest wyznaczona osiowo pomiędzy wystającym zgarniającym nagar pierścieniem i górnym pierścieniem tłoka. Ruch tłoka do góry powoduje gwałtowne osiowe skrócenie pierścieniowej wnęki z powstającym w rezultacie silnym sprężeniem powietrza w niej pozostającego, co generuje silnie zwiększone obciążenie na górnym pierścieniu tłoka. Rowki przepływowe w cylindrycznej wewnętrznej powierzchni pierścienia zgarniającego nagar zmniejszają lub eliminują wzrost ciśnienia w pierścieniowej wnęce, ponieważ zawarte w niej powietrze może ujść przez te rowki przepływowe do części komory roboczej umieszczonej ponad wierzchołkiem tłoka. Dzięki temu unika się narażenia górnego pierścienia tłokowego na zwiększone obciążenie spowodowane obecnością pierścienia zgarniającego nagar. Ten czynnik jest szczególnie ważny w nowoczesnych dużych wodzikowych silnikach dwusuwowych, które są optymalizowane pod względem bardzo dużych współczynników sprężania, takich jak 1:16-1:20, w których z ich natury na pierścienie tłoka wywierane jest duże obciążenie. Ukośny przebieg rowków przepływowych może zapewnić, że nagar będzie również zgarniany w obszarach przeciwległych do rowków przepływowych. Części osadu koksowego umieszczone przeciwległe do dolnych wlotów rowków przepływowych nie będą napotykać dolnej krawędzi pierścienia zgarniającego nagar, lecz w czasie trwającego ruchu do góry tłoka będą mijać górne krawędzie rowków przepływowych i osady będą zgarniane tam do żądanych rozmiarów. Cząstki nagaru zgarnięte w rowkach są przeprowadzane do przestrzeni ponad tłokiem przez powietrze przepływowe przechodzące przez rowki. Ponadto, rowki przepływowe przeciwdziałają zwiększonemu zużyciu paliwa. Gdyby nie było rowków przepływowych, efektywny obszar tłokowy byłby zmniejszony w czasie pierwszej części spalania, gdy wierzchołek tłoka jest umieszczony na równym poziomie lub powyżej pierścienia zgarniającego nagar, ponieważ ten pierścień uniemożliwiałby przenoszenie wzrostu ciśnienia w komorze roboczej w dół do górnego pierścienia tłokowego, gdzie efektywny obszar tłoka pokrywa cały przekrój poprzeczny cylindra. Rowki przepływowe zmniejszają lub usuwają spadek ciśnienia na pierścieniu zgarniającym nagar w czasie suwu sprężania i w czasie suwu roboczego, i wówczas na zużycie paliwa zasadniczo nie ma wpływu zastosowanie lub nie pierścienia zgarniającego nagar. Pierścień zgarniający nagar zapewnia dodatkowy e fe k t, który jest szczególnie korzystny w dużych dwusuwowych silnikach Diesla posiadających dużą moc cylindra, rzędu kw, w których paliwo jest wstrzykiwane do cylindra za pomocą dwóch, trzech lub czterech wstrzykiwaczy paliwa emitujących odpowiednio ukierunkowaną mgłę rozdrobnionego paliwa. Spalanie paliwa powoduje silną koncentrację ciepła, lecz ponieważ pierścień zgarniający nagar pokrywa górny pierścień tłoka w czasie, gdy tłok jest w martwym położeniu odkorbowym, gdy obciążenie termiczne jest największe, i przepuszcza jedynie gorący gaz do pierścienia tłokowego przez rowki przepływowe, obciążenie termiczne jest rozprowadzane bardziej równomiernie na pierścieniu tłokowym, przez co również chroniona jest cienka warstwa oleju smarującego na wewnętrznej powierzchni cylindra. Oba te czynniki współpracują, ulepszając warunki robocze dla zespołu pierścienia tłoka i zwiększają efekt zapobiegania stykaniu się nagaru na tłoku z warstewką oleju smarującego. Dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar, przy czym silnik ten zawiera co najmniej jeden cylinder z wlotami powietrza przedmuchującego usytuowanymi w dolnym odcinku cylindra i zawiera tłok z pierścieniami tłokowymi oraz komorę roboczą, która jest ograniczona przez górny pierścień tłoka, tłok, wewnętrzną powierzchnię cylindra i pokrywę cylindra, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że pierścień zgarniający nagar wystający z wewnętrznej powierzchni cylindra ma kilka rowków

6 przepływowych, na swojej cylindrycznej wewnętrznej powierzchni, które rozciągają się ukośnie względem osi wzdłużnej cylindra od dolnej powierzchni do górnej powierzchni pierścienia zgarniającego nagar. Pierścień zgarniający nagar jest usytuowany przy szczycie tulei cylindrowej. W innym wykonaniu pierścień zgarniający nagar jest usytuowany przy spodzie odcinka pokrywy cylindra. Pierścień zgarniający nagar jest częścią tulei cylindrowej. W innym wykonaniu pierścień zgarniający nagar jest częścią odcinka pokrywy cylindra. Rowki przepływowe stanowią od 0,25 do 50% osiowo skierowanego obszaru pierścienia zgarniającego wystającego z wewnętrznej powierzchni cylindra, korzystnie od 5 do 40%, a najlepiej od 20 do 30%. Średnica cylindra zawarta jest w przedziale od 250 do 1000 mm, przy czym pierścień zgarniający nagar wystaje przynajmniej 0,2 mm, korzystnie od 0,5 do 5 mm, z wewnętrznej powierzchni cylindra. Górny odcinek tłoka znajdujący się ponad górnym pierścieniem tłoka ma mniejszą średnicę niż leżący poniżej odcinek tłoka z pierścieniami tłoka, przy czym wewnętrzna średnica pierścienia zgarniającego nagar jest przynajmniej 0,5 mm mniejsza, czyli jest od 2 do 6 mm większa niż średnica górnego odcinka tłoka, a korzystnie mniejsza o co najmniej 1 mm, czyli od 3 do 4 mm większa niż górna część tłoka. Liczba rowków przepływowych mieści się w zakresie od 4 do 30 rowków przepływowych, a korzystnie w więcej niż 15 rowków przepływowych. Osie wzdłużne rowków przepływowych tworzą kąt od 0 do 60 z osiowym kierunkiem cylindra, korzystnie co najmniej 15, a najlepiej 45. W innym wariancie dwusuwowy silnik wodzikowy wewnętrznego spalania z pierścieniem zgarniającym nagar przy czym silnik ten zawiera co najmniej jeden cylinder z wlotami powietrza przedmuchującego usytuowanymi w dolnym odcinku cylindra i zawiera tłok, z pierścieniami tłokowymi oraz komorę roboczą, która jest usytuowana ponad górnym pierścieniem tłoka i jest ograniczona przez górny pierścień tłoka, tłok, wewnętrzną powierzchnię cylindra i pokrywę cylindra, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że w swej zewnętrznej cylindrycznej powierzchni górny odcinek tłoka znajdujący się powyżej górnego pierścienia tłoka, współpracującym z tuleją cylindrową ma pewną ilość rowków przepływowych, które rozciągają się od górnego odcinka w dół do obszaru przy pierścieniowym rowku z górnym pierścieniem tłoka. Pozostałe cechy techniczne, wyszczególnione przy pierwszym wariancie, wchodzą w skład drugiego wariantu. Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony widok przekroju poprzecznego silnika posiadającego pierścień zgarniający nagar według wynalazku; fig. 2 - częściowo przekrojowy widok powiększonego fragmentu obszaru wokół pierścienia zgarniającego nagar w cylindrze w silniku z fig. 1; fig. 3 - widok z boku części rozłożonego pierścienia zgarniającego nagar; fig. 4 - widok rzutu z góry odcinka pierścienia zgarniającego nagar; fig. 5 - widok perspektywiczny górnego odcinka tłoka z rowkami przepływowymi w obszarze ponad górnym pierścieniem tłoka; fig. 6 - odpowiedni widok innego przykładu wykonania z rowkami przepływowymi. Silnik pokazany na fig. 1 jest dużym silnikiem dwusuwowym typu Diesel ze wzdłużnym przedmuchiwaniem na paliwo olejowe, takie jak ciężkie paliwo olejowe, efektem spalania którego są produkty resztkowe, które mogą osadzać się w postaci nagaru na powierzchniach w komorze roboczej silnika. W zależności od liczby i rozmiarów cylindrów silnik może posiadać moc wyjściową od 2000 do na przykład kw. Taki silnik jest typowo stosowany jako główny silnik okrętowy, lub jako stacjonarny silnik wytwarzający energię. W obu przypadkach istotne jest, by silnik mógł pracować przez bardzo długie okresy bez konieczności sprawdzania i napraw elementów silnika. Pożądane jest by silnik mógł pracować w sposób ciągły z okresem międzynaprawczym większym niż 2 lata, a to wymaga jak najlepszych warunków roboczych dla elementów cylindra.

7 Stacjonarne części silnika zawierają: płytę podstawową 1, w której zaczopowany jest wał korbowy 2, oraz obudowę silnika 3 zamocowaną na płycie podstawowej 1 i utrzymującą zespół cylindra 4 na swej górnej powierzchni. Wyłożenie cylindra 5 jest dociśnięte do górnej płyty 6 w odcinku cylindra za pomocą śrub pokrywy 7 i pokrywy cylindra 8. Wyłożenie cylindra posiada górny odcinek o dużej szerokości ścianki, który, za pośrednictwem pierścieniowego członu pośredniego 9, spoczywa na górnej powierzchni wierzchniej płyty, oraz wydłużony dolny odcinek wystający w dół do odcinka cylindra 4. Przy swym dolnym końcu wyłożenie cylindra posiada pewną ilość wlotów powietrza przedmuchującego 10, przez które powietrze przedmuchujące i ładujące ze zbiornika powietrza przedmuchującego przepływa do cylindra, gdy tłok jest w pobliżu swym zwrotnym położeniu kukorbowym. Obudowa zaworu wydechowego 12 z hydraulicznie uruchamianym zaworem wydechowym jest umieszczona środkowo w pokrywie cylindra. Gdy zawór wydechowy jest otwarty, powietrze przedmuchujące z wlotów powietrza przedmuchującego może przepływać przez cylinder, przy czym w tym samym czasie gazy spalinowe wypływają przez zawór wydechowy do zbiornika wydechowego 13, skąd gaz przepływa do rury wydechowej przez turbosprężarkę doładowującą. Silnik pracuje pod dużym ciśnieniem rzędu na przykład 3,5-4 bar. Trzpień łącznikowy 14 łączy wał korbowy 2 z wodzikiem 15, który za pośrednictwem płaszczyzn prowadzących 16 w obudowie silnika, prowadzi dolny koniec trzpienia tłoka 17 przesuwnym ruchem posuwisto zwrotnym wzdłuż osi wzdłużnej cylindra. Tłok 18 jest zamontowany przy wierzchołku trzonu tłoka. Jak to wyraźnie widać na fig. 2, tłok posiada kilka, na przykład cztery, pierścienie tłoka 19, 19, które ślizgają się wzdłuż wewnętrznej powierzchni wyłożenia cylindra i stanowią ciśnieniowo szczelną przegrodę pomiędzy komorą roboczą 20 i przestrzenią która znajduje się poniżej tłoka i komunikuje się z wnęką w odcinku cylindra wypełnioną powietrzem przedmuchującym. Komora spalania lub robocza 20 jest ograniczona przez wewnętrzną powierzchnię pokrywy cylindra 8, wewnętrzną powierzchnię wyłożenia cylindra 5, wierzch tłoka 18, górny pierścień tłoka 19' i obrzeże górnego odcinka tłoka 21 rozciągające się do góry z górnego pierścienia tłoka. Górny odcinek tłoka 21 posiada mniejszą średnicę niż znajdująca się pod jego spodem część tłoka, tak że pomiędzy zewnętrzną powierzchnią górnego odcinka tłoka i wewnętrzną powierzchnią cylindra występuje pierścieniowa przestrzeń 22, w której nagar będzie się odkładał na zewnętrznej powierzchni tłoka. Pierścień zgarniający nagar 23 w cylindrze wystaje z wewnętrznej powierzchni cylindra i zgarnia osady osady nagarowe na zewnętrznej powierzchni górnego odcinka tłoka 21, tak że te osady nie mogą przekroczyć maksymalnej średnicy odpowiadającej średnicy wewnętrznej pierścienia zgarniającego nagar. Z korzyścią pierścień zgarniający nagar zajmuje takie położenie w osiowym kierunku cylindra, że górny pierścień tłoka 19' jest niżej o jedną wysokość pierścienia od pierścienia zgarniającego nagar 23, gdy tłok jest w martwym położeniu odkorbowym pokazanym na rysunku, w wyniku czego jest zapewnione, że warstwa nagaru jest zgarniana na całym odcinku do górnego pierścienia tłoka. Wyraźny efekt zgarniania nagaru będzie wszakże wciąż zauważalny, nawet gdy pierścień zgarniający nagar jest umieszczony trochę wyżej, na przykład o dwie do trzech wysokości pierścienia wyżej. Figury 3 i 4 pokazują, że pierścień zgarniający nagar jest zaopatrzony w swej wewnętrznej powierzchni w pewną ilość rowków przepływowych 24 zapewniających przepływ gazu pomiędzy częścią przestrzeni pierścieniowej 22 umieszczoną poniżej pierścienia zgarniającego nagar i pozostałym górnym odcinkiem komory roboczej 20.Obszar przepływu rowków przepływowych jest tak odpowiednio dobrany, by spadek ciśnienia na pierścieniu zgarniającym nagar był nieznaczny. Rowki przepływowe mogą z korzyścią być równomiernie rozmieszczone wzdłuż wewnętrznego obrzeża pierścienia zgarniającego nagar, czego wynikiem jest bardziej równomierne rozłożenie obciążenia termicznego na górnym pierścieniu tłoka 19'. Głębokość rowków przepływowych może odpowiadać grubości wystawania pierścienia zgarniającego nagar względem wewnętrznej powierzchni cylindra. Szczególnie korzystne jest, gdy pierścień zgarniający wystaje na jedynie niewielką odległość przynajmniej 0,25 mm,

8 a na przykład 0,5-3 mm, z wewnętrznej powierzchni. Jeśli tłok i pierścień zgarniający są wykonane w taki sposób, że pierścieniowa przestrzeń 22 ma dużą szerokość i wloty powietrza przedmuchującego 10 są otwierane przez przechodzenie górnego pierścienia tłoka, głębokość rowków przepływowych musi być mniejsza niż grubość wystającej do wewnątrz części pierścienia zgarniającego nagar. Z korzyścią, rowki przepływowe nie są głębsze niż 3 do 4 mm, ponieważ strumień gazu przepływającego przez pojedynczy rowek przy większej głębokości może stać się tak duży, że termiczne obciążenia na górnym pierścieniu tłokowym będą lokalnie zbyt duże. Bardzo równomierne rozłożenie obciążenia termicznego może być uzyskane przy zastosowaniu rowków nie głębszych niż 1,5-2 mm w połączeniu z ich dużą liczbą na przykład 15 lub więcej. Szerokość rowków przepływowych jest dobierana na podstawie ilości tych rowków, głębokości rowka i żądanego całkowitego obszaru przepływu, to znaczy całkowitego obszaru przekroju poprzecznego skierowanego czołowo zakończeń rowków. Szerokości rowków od 5 do 30 mm będą odpowiednie w większości przypadków, a szerokość rowka od 10 do 20 mm jest korzystna dla otrzymania równomiernego obciążenia termicznego. Rowki przepływowe 24 rozciągają się skośnie do kierunku osi wzdłużnej cylindra, tak że górny koniec rowka 25 jest przemieszczony w kierunku obwodowym względem dolnego końca rowka 26. Zapewnia to tę zaletę, że warstwa nagaru jest zgarniana wzdłuż całego obrzeża górnego odcinka tłoka 21. W pokazanym przykładzie, osie wzdłużne rowków przepływowych tworzą kąt 45 z osią wzdłużną cylindra. Oczywiście możliwe jest użycie innych kątów, na przykład od 15 do 80. Kąt jest dostosowany do szerokości rowka, tak że pojedynczy rowek nie będzie nakładał się w osiowym kierunku pomiędzy górnym i dolnym końcami 25 i 26 rowka. Z przyczyn produkcyjnych, rowki przepływowe rozciągają się w prostej linii pomiędzy dolnymi i górnymi końcami tych rowków, aczkolwiek inne rozwiązania zapewniające komunikację przepływową pomiędzy dolnymi i górnymi końcami rowków 25 i 26 będą dobrze pracować w praktyce, takie jak na przykład o przebiegu w kształcie L lub nieliniowym. Figury 5 i 6 pokazują przykłady wykonania, w których rowki przepływowe są umieszczone na zewnętrznej powierzchni tłoka, w górnym odcinku tłoka. Dla uproszczenia, te same numery odnośne są użyte do elementów tego samego typu. Ponadto, pierścienie tłokowe nie zostały pokazane na figurach. Na figurze 5, na lewo od tłoka zaznaczono wzdłużny przekrój przez wewnętrzną część wyłożenia 5 i pokrywę cylindra 8 w obszarze wokół pierścienia zgarniającego nagar 23', uformowanego bezpośrednio w materiale pokrywy cylindra, to znaczy jako jej integralna część. Na prawo od tłoka zaznaczony jest odpowiedni wzdłużny przekrój przez alternatywne rozwiązanie, w którym pierścień zgarniający nagar jest wykonany bezpośrednio w materiale wyłożenia cylindra, to znaczy jako jego integralna część. Porównując lewą i prawą stronę tłoka widać, że w jednym i tym samym silniku możliwe jest uzyskanie takiego korzystnego umieszczenia pierścienia zgarniającego 23' w pokrywie cylindra, że powierzchnia oddzielająca 27 pokrywę i wyłożenie jest przesunięta w dół w kierunku wzdłużnym cylindra. Ponieważ wewnętrzna powierzchnia pokrywy nie stanowi powierzchni roboczej dla pierścieni cylindra, warunki smarowania i własności ślizgowe mogą być pomijane przy wyborze materiałów na pokrywę. Przez to, pokrywa może być wytwarzana z materiału, takiego jak stal, który jest bardziej odporny na korozję i ciepło niż materiał wyłożenia, którym z reguły jest żeliwo. Działanie ciepła jest największe w górnym obszarze cylindra, czyli cylinder może mieć zapewnioną dłuższą żywotność, dzięki pokrywie rozciągającej się dalej w dół. W pokazanym przykładzie wykonania, pierścień zgarniający nagar 23', który jest umieszczony albo na albo w wyłożeniu 5 lub albo na albo w pokrywie 8, posiada kołową cylindryczną powierzchnię 28, która ma postać pierścieniową i nie posiada rowków przepływowych. Oczywiście, możliwe jest umieszczenie pewnej ilości rowków przepływowych na pierścieniu zgarniającym nagar u pewnej ich ilości na tłoku, lecz z przyczyn produkcyjnych wspomniane rozwiązanie jest preferowane, ponieważ wytwarzanie może się

9 odbywać na przykład poprzez odpowiednie obracanie wewnętrznej powierzchni wyłożenia lub pokrywy. Rowki pokrywowe 24' są umieszczone w górnym odcinku 21 tłoka i rozciągają się od skosu przy górnym obrzeżu tłoka w dół do górnego pierścieniowego rowka 29 dla górnego pierścienia tłoka 19'. Górny odcinek 21 tłoka ma dużą wysokość i przez to pierścienie tłoka są umieszczone niżej w cylindrze, gdy tłok jest w swym martwym położeniu odkorbowym, co pozwala na to, by pokrywa cylindra rozciągała się z korzyścią niżej w dół cylindra. Rowki przepływowe z fig. 5 tworzą kąt g = 30 z kierunkiem wzdłużnym cylindra. W praktyce kąt ten może wynosić od 0 do 60 lub więcej, lecz z korzyścią rowek, przynajmniej na części swej długości, tworzy kąt minimum 15 dla zapobiegnięcia, by górny i dolny koniec rowka znajdowały się pionowo jeden nad drugim. Figura 6 przedstawia alternatywny przykład wykonania tłoka, w którym rowki przepływowe 24" posiadają górny odcinek 24a rozciągający się równolegle do kierunku osi wzdłużnej cylindra, a dolny odcinek 24b rozciąga się skośnie względem tej osi. Dolny skośny odcinek 24b przemieszcza dolny koniec rowka w kierunku obwodowym względem górnego końca rowka, tak, że nagar jest zgarniany wzdłuż całego obwodu. Górne odcinki 24a rowków przepływowych nie biorą udziału w zgarnianiu nagaru, przez co nie istnieje ryzyko zablokowania ich zgarniętymi cząstkami nagaru. Możliwe jest również rozmieszczenie skośnych odcinków rowków przepływowych przy górnych końcach rowków, co posiada tę zaletę, że prędkości gazów przechodzących przez rowki są większe, w czasie gdy występuje zgarnianie, ponieważ prędkość ruchu tłoka jest większa, gdy górne odcinki rowków mijają pierścień zgarniający nagar. Pokazane rozmieszczenie skośnych odcinków rowków przy dolnych końcach rowków jest szczególnie korzystne, gdy względnie dużą wysokość górnego odcinka 21 tłoka tworzy na przykład oddzielny tłok przymocowany u szczytu tego odcinka tłoka posiadającego pierścieniowe rowki dla pierścieni tłoka. W tym przypadku dwa odcinki rowków przepływowych mogą być wytwarzane w prosty sposób, tak jak proste rowki w odpowiednich odcinkach tłoka. W przeciwnym przypadku, co się tyczy obszaru i liczby rowków przepływowych, mogą być one uformowane odpowiednio do rowków rozmieszczonych w pierścieniu zgarniającym nagar.

10 FIG. 2

11 FIG. 3 FIG. 4

12 FIG. 5

13 FIG. 6

14 FIG. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.