PL B1. Silnik wielocylindrowy zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowy wewnętrznego spalania ze zmiennym stopniem sprężania

PL 216801 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 216801 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 389076 (51) Int.Cl. F02B 53/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 18.09.2009 (54) Silnik wielocylindrowy zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowy wewnętrznego spalania ze zmiennym stopniem sprężania (43) Zgłoszenie ogłoszono: 28.03.2011 BUP 07/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.05.2014 WUP 05/14 (73) Uprawniony z patentu: WÓJTOWICZ DARIUSZ, Chełm, PL (72) Twórca(y) wynalazku: DARIUSZ WÓJTOWICZ, Chełm, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Krystyna Szczepańska

2 PL 216 801 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest silnik wielocylindrowy, zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowy wewnętrznego spalania ze zmiennym stopniem sprężania, dwutłokowy z tłokami pracującymi parami wahadłowo i przeciwsobnie w każdym z toroidalnych cylindrów. Znane są rozwiązania, gdzie tłoki wahadłowe pracują parami i przeciwsobnie w jednym toroidalnym cylindrze ze wspólną komorą spalania, a każdy z tłoków połączony jest z oddzielnym wałem korbowym, czyli układy z dwoma wałami karbowymi. W silnikach tych o takiej budowie nie występują ścisłe zależności pomiędzy ilością cylindrów a sposobem ich pracy. Z polskiego opisu patentowego nr 170 127 znany jest silnik, który posiada wirujący tłok usytuowany w walcowym cylindrze, zawierający dwie współosiowo osadzone obrotowe przegrody, pierwszą z ramionami górnymi i dolnymi i drugą z ramionami górnymi i dolnymi, sprzęgnięte ze sobą poprzez dwie identyczne przekładnie falowe czołową i tylną, z których każda ma dwa identyczne kształtowe elementy zębate. Wejściowy kształtowy element zębaty przekładni falowej tylnej jest połączony sztywno z pierwszą przegrodą obrotową tłoka, a element kształtowy zębaty wyjściowy tej przekładni jest zamocowany sztywno na obrotowym wale wyjściowym, na którym także sztywno osadzony jest kształtowy zębaty element wyjściowy przekładni czołowej falowej współpracujący z wejściowym zębatym elementem kształtowym tej przekładni, sprzęgniętym sztywno z drugą obrotową przegrodą tłoka. Osie symetrii kształtowych elementów zębatych wyjściowych zamocowanych na obrotowym wale wyjściowym są przesunięte względem siebie o 90, a ramiona z uszczelnieniami przegród obrotowych tłoka wspólnie ze ścianą cylindra i pokrywami przednią i tylną tworzą cztery komory robocze o zmiennej objętości. Z polskiego opisu patentowego nr 175 572 znany jest obrotowy silnik spalinowy wewnętrznego spalania posiadający bębnowo ukształtowaną komorę spalania z pierwszym i drugim zespołem piasty i urządzeniem łopatkowym umieszczonym w tej komorze i swobodnie obrotowo na wale napędowym. Każdy z tych zespołów piasty i łopatek ma pierwszą i druga łopatkę, które są zamocowane średnicowo naprzeciw siebie z piastą pomiędzy nimi. Każda z przekładni zębatych zawiera pierwszy element mechanizmu zapadkowego służący do obrotowego łączenia jednej z piast z wałem napędowym w pierwszym kierunku obrotu i do odłączenia jednej z piast od wału napędowego w drugim kierunku obrotu oraz drugi element mechanizmu zapadkowego z elementem zapewniającym przełożenie redukcyjne. Z polskiego opisu patentowego nr 190 094 znany jest silnik spalinowy spalania wewnętrznego zawierający szereg cylindrów silnikowych, które są rozmieszczone w szeregu pierścieni wokół wspólnego centralnego wału napędowego. W każdym z cylindrów znajduje się para tłoków poruszających się ku sobie i od siebie oraz wspólna, pośrednia komora robocza dla każdej pary tłoków. Każdy tłok wyposażony jest w swój trzon tłokowy z odpowiednią rolką nośną, tworzącą oparcie na swoim odpowiednim sinusowym krzywkowym urządzeniu prowadzącym, sterującym ruchami tłoka względem odpowiedniego cylindra. Co najmniej jeden z dwóch tłoków w każdym cylindrze można regulować w sposób nastawialny w cylindrze, zwłaszcza do regulowania stopnia sprężania we wspólnej komorze roboczej. Z polskiego opisu patentowego nr 190 067 znany jest silnik spalinowy dwusuwowy spalania wewnętrznego, posiadający wiele cylindrów rozmieszczonych w pierścieniowych szeregach wokół wspólnego, znajdującego się pośrodku wału napędowego, z osiami biegnącymi równolegle do wału napędowego. W każdym z cylindrów znajduje się para tłoków poruszających się ku sobie i od siebie, pracujących we wspólnej pośredniej komorze roboczej. Każdy tłok tworzy, za pośrednictwem trzonu tłokowego z odpowiednią rolką nośną, podporę i sterownik za pośrednictwem płata sinusowego w krzywkowym urządzeniu prowadzącym. Dwa tłoki w każdym cylindrze znajdują się w różniących się od siebie fazach, którymi się steruje za pomocą różniących się między sobą krzywkowych urządzeń prowadzących, skonstruowanych z odpowiadającymi sobie zróżnicowanymi płatami sinusowymi (krzywymi sinusowymi ). Z polskiego opisu patentowego nr 199 751 znany jest silnik spalinowy łopatkowy posiadający elipsoidalny cylinder i obracający się w nim wirnik kołowy z wychylającymi się z niego łopatkami, gdzie łopatki prowadzone są po elipsoidalnych ściankach cylindra przy pomocy systemów korbowych składających się z ramion umocowanych obrotowo na wykorbionym, umieszczonym w osi wirnika i wirującym w przeciwnym kierunku niż wirnik, lecz z tą samą prędkością obrotową co wirnik wale lub na

PL 216 801 B1 3 przyporządkowanych każdej łopatce wykorbionych, ułożyskowanych w bocznych ściankach wirnika i wirujących z prędkością dwukrotnie większą od wirnika wałkach. Celem wynalazku jest opracowanie silnika dwutłokowego, zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowego wewnętrznego spalania ze zmiennym lub stałym stopniem sprężania, umożliwiającego zastosowanie tylko jednego wału korbowego, przy zachowaniu pracy silnika jak przy dwóch wałach korbowych, poprawę ogólnej sprawności silników, polepszenie stosunku mocy do masy silnika. Cel ten został osiągnięty przez opracowanie konstrukcji silnika wielocylindrowego, zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowego wewnętrznego spalania ze zmiennym stopniem sprężania zawierającego trzy cylindry lub wielokrotność tej liczby cylindrów, z tłokami wahadłowymi pracującymi parami i przeciwsobnie w wycinkach toroidalnych cylindrów posiadających wspólną dla dwóch tłoków komorę o zmiennej objętości, jeden wał korbowy oraz jeden wał prosty lub przekładnie łańcuchowe, gdzie tłoki główne i tłoki pomocnicze zamocowane są na pierścieniach, tłoki główne połączone są z wałem korbowym za pomocą korbowodów i sworzni tłokowych, według wynalazku charakteryzującego się tym, że tłoki pomocnicze połączone są z tłokami głównymi w trzech sąsiednich cylindrach za pomocą wału prostego złożonego, składającego się z trzech elementów, wałka i dwóch tulei lub za pomocą łańcuchów drabinkowych tak, że tłok pomocniczy pracujący w pierwszym cylindrze połączony jest z tłokiem głównym pracującym w trzecim cylindrze, tłok pomocniczy pracujący w drugim cylindrze połączony jest z tłokiem głównym pracującym w pierwszym cylindrze, tłok pomocniczy pracujący w trzecim cylindrze połączony jest z tłokiem głównym pracującym w drugim cylindrze. Odległość osi wału korbowego od osi wału prostego złożonego jest zbliżona do łącznej długości korbowodu i odległości sworznia tłokowego od osi wału prostego złożonego. Według odmiany wynalazku, trzy cylindry lub ich wielokrotność zabudowane są w jednym rzędzie, pracują ze stałym stopniem sprężania, gdzie pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w pierwszym cylindrze połączony jest poprzez wałek wału prostego złożonego osadzony ruchowo w korpusie silnika z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w trzecim cylindrze, pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w drugim cylindrze połączony jest poprzez drugą tuleję wału prostego złożonego z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w pierwszym cylindrze, pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w cylindrze trzecim połączony jest poprzez pierwszą tuleję wału prostego złożonego osadzoną ruchowo na wałku wału prostego złożonego z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w drugim cylindrze. Połączenia wykonane są w osi mocowania pierścieni, na których zamocowane są tłoki główne i tłoki pomocnicze. Według odmiany wynalazku, trzy cylindry lub ich wielokrotność zabudowane są w jednym rzędzie, pracują ze zmiennym stopniem sprężania, gdzie połączenia tłoków pomocniczych z tłokami głównymi trzech cylindrów jest za pomocą wałka i dwóch tulei wału prostego złożonego posiadających koła zębate z podsiadającymi koła zębate pierścieniami, na których zamocowane są tłoki główne i tłoki pomocnicze, a wał prosty złożony zawieszony jest ruchowo na wspornikach poza osią mocowania pierścieni tak, że pierścień posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w pierwszym cylindrze połączony jest z kołem zębatym wałka wału prostego złożonego, osadzonym ruchowo na wspornikach, które zamocowane są w osi mocowania tłoków głównych i tłoków pomocniczych, wałek wału prostego złożonego połączony jest poprzez koło zębate z pierścieniem posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w trzecim cylindrze, pierścień posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w drugim cylindrze połączony jest z kołem zębatym drugiej tulei wału prostego złożonego osadzonej ruchowo na wałku wału prostego złożonego, druga tuleja wału prostego złożonego połączona jest poprzez koło zębate z pierścieniem posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w pierwszym cylindrze, pierścień posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w trzecim cylindrze połączony jest z kołem zębatym pierwszej tulei wału prostego złożonego osadzonej ruchowo na wałku wału prostego złożonego, a tuleja połączona jest poprzez koło zębate z pierścieniem posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w drugim cylindrze. Wał prosty złożony posiada kąt obrotu uzależniony od żądanej chwilowej wartości stopnia sprężania. Wał prosty złożony połączony jest z elementem siłowym do zmiany stopnia sprężania. Według innej odmiany wynalazku, trzy cylindry lub ich wielokrotność są zabudowane gwiazdowo wokół wału korbowego, gdzie połączenie tłoków pomocniczych z tłokami głównymi trzech cylindrów jest za pomocą pierścieni z kołami zębatymi, na których zamocowane są tłoki główne i tłoki po-

4 PL 216 801 B1 mocnicze oraz za pomocą łańcuchów drabinkowych przekładni łańcuchowych tak, że pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w pierwszym cylindrze połączony jest łańcuchami drabinkowymi przekładni łańcuchowych z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w trzecim cylindrze, pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w drugim cylindrze połączony jest łańcuchem drabinkowym przekładni łańcuchowych z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w pierwszym cylindrze pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w trzecim cylindrze połączony jest łańcuchem drabinkowym przekładni łańcuchowych z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w drugim cylindrze. Na łańcuchach drabinkowych przekładni łańcuchowych zamocowany jest układ do napinania i regulacji. Według innej odmiany wynalazku, trzy cylindry lub ich wielokrotność są zabudowane gwiazdowo wokół wału korbowego, gdzie połączenie tłoków pomocniczych z tłokami głównymi trzech cylindrów są za pomocą pierścieni z kołami zębatymi i łańcuchów drabinkowych przekładni łańcuchowych współpracujących z kołami osadzonymi mimośrodkowo na kołach łańcuchowych układu do napinania i regulacji, współpracujących z łańcuchami drabinkowymi, napędzanych za pomocą koła zębatego regulacji stopnia sprężania tak, że pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w pierwszym cylindrze połączony jest łańcuchem drabinkowym przekładni łańcuchowych z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w trzecim cylindrze pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w drugim cylindrze połączony jest łańcuchem drabinkowym z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w pierwszym cylindrze pierścień, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy pracujący w trzecim cylindrze połączony jest łańcuchem drabinkowym przekładni łańcuchowych z pierścieniem, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w drugim cylindrze. Silnik wielocylindrowy według wynalazku posiada większą sprawność mechaniczną w wyniku wyeliminowania konieczności stosowania dwóch wałów korbowych lub rozbudowanego systemu korbowodów i energochłonnych połączeń między nimi. Silnik posiada tylko trzy wykorbienia wału i trzy korbowody dla pojedynczego modułu silnika, odznacza się mniejszym tarciem na skutek prowadzenia tłoka na wałku, a nie na gładzi cylindra, z którą stykają się tylko uszczelniacze tłoka, przy zachowaniu smarowania wszystkich części jak w klasycznych silnikach. Silnik wielocylindrowy odznacza się mniejszymi gabarytami i masą silnika około 25% w stosunku do obecnie znanych silników podobnej mocy. Posiada większą sprawność indukowaną w wyniku przesunięcia początku suwu pracy kilkadziesiąt stopni OWK poniżej GMP tłoka głównego i w okolice GMP tłoka pomocniczego, co powoduje generowanie momentu obrotowego od początku suwu pracy przy najwyższych ciśnieniach występujących w cylindrze oraz w wyniku możliwości stosukowo łatwej zmiany stopnia sprężania w odmianie z połączeniami tłoków głównego i pomocniczego poza osią pracy pierścieni mocowania tłoków. Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój boczny przez pierwszy cylinder silnika w odmianie rzędowej o stałej komorze roboczej silnika, z jednym stopniem rozprężania, gdzie tłoki połączone są za pomocą elementów wału prostego złożonego w osi pracy pierścieni mocowania tłoków, w chwili rozpoczęcia suwu pracy w tym cylindrze, przystosowany do zasilania sprężonym gazami, fig. 1A - przekrój wzdłużny A-A na fig. 1 w widoku z góry przez wał prosty złożony silnika w odmianie jak na fig. 1, fig. 2 - przekrój boczny przez pierwszy cylinder silnika w odmianie rzędowej ze zmienną komorą roboczą silnika, zmiennym stopniem sprężania, gdzie tłoki połączone są za pomocą elementów wału prostego poza osią pracy pierścieni mocowania tłoków, w chwili rozpoczęcia suwu pracy w tym cylindrze przy ustawionym maksymalnym stopniu sprężania, przystosowany do zasilania paliwami konwencjonalnymi, fig. 2A - przekrój wzdłużny A-A na fig. 2, w widoku z góry, przez wał prosty złożony i oś mocowania tłoków, w odmianie jak na fig. 2, fig. 3 - przekrój boczny przez pierwszy cylinder w początku suwu pracy w odmianie silnika o stałej komorze roboczej, z różnymi długościami promienia toroidalnego cylindra i różnymi wielkościami tłoków, pracujący z dwoma stopniami rozprężania, fig. 3A - przekrój wzdłużny A-A silnika na fig. 3 przez oś wału złożonego, fig. 4 - przekrój boczny przez pierwsze cylindry silnika w odmianie dwurzędowej o stałej komorze roboczej silnika (stałym stopniu sprężania), gdzie tłoki połączone są za pomocą elementów wału prostego złożonego w osi pracy pierścieni mocowania tłoków, a do każdego pierścienia mocowania tłoków zamocowane są po dwa tłoki pracujące w różnych rzędach cylindrów, w chwili rozpoczęcia suwu pracy w cylindrze prawego rzędu i suwu ssania w cylindrze lewego rzędu, przystosowanego do zasilania paliwami konwencjonalnymi, fig. 4A - przekrój wzdłużny A-A na fig. 4, w widoku z góry i przez wał prosty złożony silnika według odmiany jak na fig. 4, fig. 5 - schemat silnika

PL 216 801 B1 5 według odmiany gwiazdowej o stałej komorze roboczej silnika (stałym stopniu sprężania), fig. 6 - schemat silnika według odmiany gwiazdowej, o zmiennym stopniu sprężania. Silnik wielocylindrowy, zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowy wewnętrznego spalania ze zmiennym stopniem sprężania zgodnie z przykładem wykonania, zawiera trzy toroidalne cylindry I, II, III, w których pracują wahadłowo, parami, przeciwsobnie w wycinkach toroidalnych cylindrów I, II, III po dwa tłoki, tłok główny 1 i tłok pomocniczy 2. Tłoki główne 1 i tłoki pomocnicze 2 są albo jednostronne z przeciwwagą, jak na fig. 1, fig. 1A lub bez przeciwwagi, jak według fig. 2, fig. 2A, fig. 5 i fig. 6 albo dwustronne dla odmiany silnika wielorzędowej przedstawionej na fig. 3, fig. 3A, fig. 4, fig. 4A. Tłoki główne 1 i tłoki pomocnicze 2 mocowane są bezpośrednio na pierścieniach 4, 9 lub za pomocą łącznika 3. Silnik wielocylindrowy zamknięty jest głowicą 8. Głowica 8 wyposażona jest w zawory i elementy zapłonowe lub wtryskowe umieszczone na powierzchni łuku z jednym wymiarem promienia toroidu lub na powierzchni łączącej dwa promienie toroidu w odmianie z różnymi promieniami jak na fig. 3 i fig. 3A. Każdy z toroidalnych cylindrów I, II, III jest wycinkiem toroidu o kącie około 140. Tłoki główne 1 zgodnie z fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. 5, fig. 6 połączone są klasycznie z wałem korbowym 10 poprzez sworzeń tłokowy 1 i korbowód 5. W każdym cylindrze jest wspólna dla dwóch tłoków komora sprężania o zmiennej pojemności. Silnik wielocylindrowy według wszystkich odmian wynalazku charakteryzuje się połączeniem tłoków głównych 1 z tłokami pomocniczymi 2 w trzech sąsiednich cylindrach I, II, III albo za pomocą wału prostego złożonego z elementów: wałka 14, tulei 15 i tulei 16 w rzędowym układzie cylindrów, albo za pomocą łańcuchów drabinkowych 17 przekładni łańcuchowych w gwiazdowym układzie cylindrów, w następujący sposób: tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze I połączony jest z tłokiem głównym 1 pracującym w cylindrze III, tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze II połączony jest z tłokiem głównym 1 pracującym w cylindrze I, tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze III połączony jest z tłokiem głównym 1 pracującym w cylindrze II. Połączone tłoki wykonują taki sam lub podobny ruch wahadłowy, są tylko przestawione o pewien kąt względem siebie, zależny od sposobu zasilania lub wymaganego stopnia sprężania silnika. Tłoki główne 1 w cylindrach I, II, III zamocowane są na pierścieniach 9. Tłoki pomocnicze 2 zamocowane są na pierścieniach 4. Silnik posiada jeden wał korbowy 10 i jeden wał prosty złożony 14, 15, 16 złożony z trzech elementów: wałka 14, tulei 15 i tulei 16. Trzy tłoki główne 1 w cylindrach I, II, III zamocowane są na pierścieniach 9 i połączone są z wałem korbowym 10 za pomocą korbowodów 5 i sworzni tłokowych. Trzy tłoki pomocnicze 2 zamocowane są na pierścieniach 4 i połączone są z tłokami głównymi 1 w trzech sąsiednich cylindrach I, II, III za pomocą elementów wału prostego złożonego 14, 15, 16. Odległość osi wału korbowego 10 od osi wału prostego złożonego 14, 15, 16 jest zbliżona do łącznej długości korbowodu 5 i odległości sworznia tłokowego od osi wału prostego złożonego 14, 15, 16. Tłoki główne 1 i tłoki pomocnicze 2 są jednostronne, z przeciwwagami. Połączenie tłoków głównych 1 z tłokami pomocniczymi 2 trzech sąsiednich cylindrów I, II, III według odmiany pneumatycznej rzędowej silnika przedstawionej na fig. 1, fig. 1A ze stałą objętością komory roboczej, przy stałej odległości pomiędzy denkami tłoka głównego 1 i tłoka pomocniczego 2 w każdym z cylindrów I, II, III jest poprzez pierścienie 4 i 9 i elementy wału prostego złożonego 14, 15, 16 w osi mocowania tych elementów, która jest wspólna z osią pierścieni 4 i 9 mocowania tłoków głównych 1 i tłoków pomocniczych 2. Pierścień 4, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze 1 połączony jest poprzez wałek 14 osadzony ruchowo w korpusie silnika z pierścieniem 9, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze III, pierścień 4, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze II połączony jest poprzez tuleję 16 osadzoną ruchowo na wałku 14 z pierścieniem 9, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze I pierścień 4, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze III połączony jest poprzez tuleję 15 osadzoną ruchowo na wałku 14 z pierścieniem 9, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze II. Kąt przestawienia połączonych tłoków jest tak dobrany, że odległość pomiędzy tłokiem głównym 1 i tłokiem pomocniczym 2 pracujących w jednym cylindrze jest jak najmniejsza i zapewniona jest bezstykowa praca w ich najbliższym położeniu względem siebie. Silnik wyposażony jest w zawory umieszczone w głowicy, przy czym zawór wydechowy posiada układ zmiany fazy rozrządu sterujący w taki sposób, że zawór ten pracuje jako wlotowy przy hamowaniu silnikiem, a silnik pracuje jako sprężarka. Połączenie tłoków głównych 1 z tłokami pomocniczymi 2 trzech sąsiednich cylindrów I, II, III według odmiany rzędowej silnika wielocylindrowego spalania wewnętrznego, ze zmiennym stopniem sprężania, przedstawionej na fig. 2, fig. 2A, jest za pomocą wałka 14 i tulei 15, 16 posiadających koła

6 PL 216 801 B1 zębate z pierścieniami 4 i 9 posiadającymi koła zębate, na których zamocowane są tłoki główne 1 i tłoki pomocnicze 2. Zgodnie z odmianą silnika, pierścień 4 z częścią koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze I połączony jest z kołem zębatym wałka 14 osadzonym ruchowo na wspornikach 11, które zamocowane są w osi mocowania tłoków głównego 1 i pomocniczego 2, wałek 14 połączony jest poprzez koło zębate z pierścieniem 9 posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze III. Pierścień 4 posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze II połączony jest kołem zębatym tulei 16 osadzonej ruchowo na wałku 14, tuleja 16 połączona jest poprzez koło zębate z pierścieniem 9 posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze I. Pierścień 4 posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze III połączony jest kołem zębatym tulei 15 osadzonej ruchowo na wałku 14, tuleja 15 połączona jest poprzez koło zębate z pierścieniem 9 posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze II. Przełożenie przekładni zębatych wykonane jest z przyspieszeniem ruchu tłoków pomocniczych 2 względem ruchu tłoków głównych 1. Wielkość przyśpieszenia jest uzależniona od potrzeby szybkości zmiany stopnia sprężania, jak również od długości drogi przebytej przez tłoki pomocnicze 2 w cylindrze. Wał prosty złożony 14, 15, 16 połączony jest wahliwie z elementami siłowymi 20, których zmiana długości powoduje przetoczenie kół zębatych wału prostego złożonego 14, 15, 16, po kołach zębatych pierścieni 4 i 9, na których zamocowane są tłoki główne 1 i tłoki pomocnicze 2. Ruch ten skutkuje zmianą odległości pomiędzy denkami tłoków głównych 1 i tłoków pomocniczych 2 w każdym cylindrze. Tłoki główne 1 połączone są w sposób znany z wałem korbowym 10 za pomocą sworznia tłokowego i korbowodów 5. Silnik wielocylindrowy według odmiany, gdzie cylindry są zabudowane w jednym rzędzie i pracują ze stałą objętością komory roboczej z różnymi wielkościami tłoków, pracujący z dwoma stopniami rozprężania został przedstawiony na fig. 3 i fig. 3A. Zgodnie z tą odmianą jednorzędowy układ silnika został rozbudowany do układu dwurzędowego z dwoma stopniami rozprężania. Zgodnie z tą odmianą pierścienie 4 połączone są z pierścieniami 9, na których mocowane są za pomocą łącznika 3 tłoki główne 1, a tłoki pomocnicze 2 mocowane są za pomocą łącznika 3 na pierścieniu 4A, który połączony jest z pierścieniem 4. Elementy pierścienia 4A łączące te pierścienie przechodzą przez przestrzeń pierścienia 9. Osie cylindrów pierwszego i drugiego rzędu są przesunięte względem siebie. Jednorzędowy układ silnika wielocylindrowego rozbudowany do układu dwurzędowego został przedstawiony na fig. 4, fig. 4A. Zgodnie z tą odmianą silnika o stałej komorze roboczej, o stałym stopniu sprężania, tłoki połączone są za pomocą elementów wału prostego złożonego 14, 15, 16 w osi pracy pierścieni 4 i 9 mocowania tłoków głównego 1 i pomocniczego 2, a do każdego pierścienia 4 i 9 zamocowane są po dwa tłoki pracujące w różnych rzędach cylindrów. Silniki wielocylindrowe według tej odmiany przystosowane są do zasilania paliwami konwencjonalnymi. Sposób połączenia tłoków pozostaje identyczny jak w układzie jednorzędowym. Silnik wielocylindrowy według odmiany pneumatycznej gwiazdowej przedstawiony na fig. 5 posiada trzy punkty zawieszenia cylindrów I, II, III wokół wału korbowego 10 w równych odstępach co 120. Tłoki główne 1 i pomocnicze 2 są jednostronne. Pierścienie 9, na których zamocowane są tłoki główne 1 posiadają koła zębate współpracujące z łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych. Pierścienie 4, na których zamocowane są tłoki pomocnicze 2 również posiadają koła zębate współpracujące z łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych. Zgodnie z tą odmianą silnika, pierścień 4, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze 1 połączony jest łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych z pierścieniem 9, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze III. Pierścień 4, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze II połączony jest łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych z pierścieniem 9, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w cylindrze I. Pierścień 4, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy 2 pracujący w cylindrze III połączony jest łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych z pierścieniem 9, na którym zamocowany jest tłok główny 1 pracujący w cylindrze II. Na łańcuchach drabinkowych 17 przekładni łańcuchowych zamocowany jest układ do napinania i regulacji 23. Przełożenie przekładni łańcuchowych może być wykonane z przyśpieszeniem ruchu tłoków pomocniczych 2 względem prędkości ruchu tłoków głównych 1.

PL 216 801 B1 7 Tłoki główne 1 są połączone w sposób typowy z wałem korbowym 10 poprzez sworzeń tłokowy i korbowody 5. Silnik wielocylindrowy według odmiany gwiazdowej spalania wewnętrznego przedstawiony na fig. 6, ze zmiennym stopniem sprężania posiada trzy punkty zawieszenia cylindrów I, II, III wokół wału korbowego 10 w równych odstępach co 120. Pierścienie 9, na których zamocowane są tłoki główne 1 posiadają koła zębate współpracujące z łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych. Pierścienie 4, na których zamocowane są tłoki pomocnicze 2 również posiadają koła zębate współpracujące z łańcuchem drabinkowym 17 przekładni łańcuchowych. Zgodnie z tą odmianą silnika łańcuchy drabinkowe 17 przekładni łańcuchowych współpracują z kołami 18 osadzonymi mimośrodkowo na kołach łańcuchowych 23, które współpracują z łańcuchami drabinkowymi 21 i 22, napędzanymi za pomocą koła zębatego regulacji stopnia sprężania 19. Zmiana stopnia sprężania jest realizowana poprzez wybieranie luzów łańcucha z odpowiedniej strony każdej przekładni, poprzez koła 18 napinające łańcuch osadzone mimośrodkowo na kołach łańcuchowych 23. Koła łańcuchowe 23 współpracują z łańcuchami drabinkowymi 21 i 22 sterowanymi przez koła zębate regulacji stopnia sprężania 19. Poprzez obrót kołem regulacji stopnia sprężania 19 jest kasowany luz łańcucha drabinkowego 17 przekładni łańcuchowych z jednej strony wszystkich przekładni, natomiast z drugiej strony wszystkich przekładni łańcuch drabinkowy 17 jest luzowany. Praca silnika trzycylindrowego w odmianie pneumatycznej przedstawia się następująco. W jednym cylindrze pracują przeciwsobnie wahadłowo dwa tłoki, tłok główny 1 i tłok pomocniczy 2. Tłoki te przybliżając i oddalając się od siebie tworzą komory o zmiennej objętości. Kiedy tłok główny 1 w cylindrze znajduje się w GZP, tłok pomocniczy 2 zbliża się do niego możliwie blisko odwzorowując dokładnie lub z korzystnym przełożeniem ruch tłoka głównego 1 z cylindra III. Kiedy tłok główny 1 rozpoczyna ruch w kierunku DZP, tłok pomocniczy 2 porusza się za nim w tym samym kierunku po wspólnym dla obydwu tłoków odcinku ruchu w cylindrze. W chwili, kiedy tłok pomocniczy 2 osiągnie GZP, zostaje otwarty zawór dolotowy i do cylindra dostaje się gaz roboczy, wywierając nacisk na denka obydwu tłoków. Rozpoczyna się suw pracy. Tłok główny 1 w tym momencie oddalony jest o pewien kąt od GZP, a wykorbienie wału korbowego 10 znajduje się w najbardziej korzystnej pozycji do generowania momentu obrotowego od tego tłoka. Moment obrotowy od tego tłoka generowany jest od początku suwu pracy. Tłok pomocniczy 2 znajduje się w GZP i pozostaje tam nieruchomo przez dłuższy czas, kilkanaście stopni OWK, co wynika z charakterystyki tego układu korbowo-tłokowego, a moment obrotowy nie jest w tej chwili generowany od tego tłoka. Po minięciu GZP przez tłok pomocniczy 2 rozpoczyna się również generowanie momentu obrotowego od tego tłoka i faza największej sprawności cylindra, gdzie moment obrotowy generowany jest od dwóch tłoków. Kiedy tłok główny 1 osiąga DZP, pozostaje tam nieruchomo przez dłuższy czas, a moment obrotowy generowany jest od tłoka pomocniczego 2. W chwili, kiedy tłok główny 1 minie DZP i rozpocznie ruch, otwiera się zawór wylotowy. Cykl jest jednakowy dla wszystkich trzech cylindrów I, II, III powtarza się co 120 stopni OWK i przebiega przez około 165 stopni OWK pokrywając się częściowo w czasie pracy dwóch sąsiednich cylindrów. Praca silnika trzycylindrowego spalania wewnętrznego ze zmiennym stopniem sprężania zgodnie z fig. 2 przestawia się następująco. W cyklu pracy spalania wewnętrznego tłoki główny 1 i pomocniczy 2 oddalone są od siebie o pewną wartość kąta, zależną od żądanego w danej chwili stopnia sprężania, tworząc komorę sprężania. Jest to początek suwu ssania. Tłok pomocniczy 2 znajduje się w GZP, a tłok główny 1 porusza się w kierunku DZP. Zawór dolotowy jest otwarty, tłoki oddalają się od siebie. Kiedy tłok główny 1 minie DZP, zawór dolotowy zamyka się, a tłoki rozpoczynają ruch ku sobie - rozpoczyna się suw sprężania i trwa do momentu osiągnięcia GZP przez tłok główny 1. Następnie, komora sprężania wraz z ładunkiem przesuwa się o pewną wartość kąta. Tłoki poruszają się w jednym kierunku po wspólnym dla obydwu tłoków odcinku ruchu w cylindrze. Można w tym czasie kontynuować suw sprężania, jest to uzależnione od wielkości przełożenia przekładni łączącej obydwa tłoki. Kilkanaście stopni przed GZP tłoka pomocniczego 2 następuje zapłon i początek suwu pracy, ponieważ tłok główny 1 jest oddalony od GZP o pewien kąt, a wykorbienie wału korbowego 10 znajduje się około 50 od GZP tłoka głównego 1. Moment obrotowy generowany jest od początku suwu pracy od tłoka głównego 1, następnie od dwóch tłoków i po osiągnięciu DZP przez tłok główny 1 tylko od tłoka pomocniczego 2. W momencie, kiedy tłok główny 1 rozpoczyna ruch w kierunku GZP, otwiera się zawór wydechowy i rozpoczyna się ruch tłoków ku sobie. Suw wydechu twa do osiągnięcia GZP przez tłok główny 1. Cały cykl pracy silnika zamyka się w 720 stopniach OWK, a więc suw pracy dla układu trzycylindrowego powtarza się co około 240 stopni i trwa przez około 165 stopni OWK. Silnik może

8 PL 216 801 B1 pracować jako silnik o zapłonie iskrowym i zapłonie samoczynnym oraz jako silnik dwusuwowy z dodatkową sprężarką do wymiany ładunków w cylindrach. Regulacja stopnia sprężania polega na zmianie wielkości kąta pomiędzy powierzchniami tłoków głównego 1 i pomocniczego 2 pracujących w jednym cylindrze i tym samym na zmianie objętości komory sprężania, przy czym ruchy tłoków głównych 1 nie zmieniają się, tylko tłoki pomocnicze 2 wykonują ruchy zmienne w zależności od stopnia sprężania. W układzie rzędowym odbywa się to poprzez przetoczenie o pewien kąt wału prostego złożonego 14, 15, 16 obwiedniowo po kołach zębatych pierścieni 4 i 9 mocowania tłoków głównego 1 i pomocniczego 2. Ponieważ przełożenie przekładni zwiększa prędkość ruchu i długość drogi przemieszczenia tłoka pomocniczego 2, to tłok ten przesuwa się w stosunku do tłoka głównego 1, z którym jest połączony o pewien kąt zależny od położenia wału prostego złożonego 14, 15, 16 i będzie pracował w tym położeniu do kolejnego przestawienia tegoż wału. Sposób mocowania wału prostego złożonego 14, 15, 16 i siły działające na niego pozwalają na płynne zmniejszenie stopnia sprężania w dowolnym położeniu wału korbowego 10 oraz zwiększenie stopnia sprężania, korzystnie w momencie, kiedy nie wykonywana jest praca przez którykolwiek cylinder. Przestawienie wału prostego złożonego 14, 15, 16 odbywa się za pomocą elementów siłowych 20, które mocowane są obrotowo z jednej strony w korpusie silnika, a z drugiej strony do wału prostego złożonego 14, 15, 16. W układzie gwiazdowym cylindrów I, II, III zmiana stopnia sprężania odbywa się poprzez zwiększenie luzu łańcucha drabinkowego 17 z jednej strony przekładni i jednocześnie zmniejszanie luzu z drugiej strony przekładni poprzez mimośrodkowe koła 18 napinające łańcuchy współpracujące z układem regulacji. Jeżeli mimośrodkowe koło 18 z zewnętrznej strony obraca się powodując powstanie luzu łańcucha drabinkowego 17, to napinacz mimośrodkowy na wewnętrznej stronie obraca ją o taki sam kąt i kasuje powstający luz. W efekcie luz pozostaje bez zmian, a zmienia się położenia tłoka pomocniczego 2. Zastrzeżenia patentowe 1. Silnik wielocylindrowy, zwłaszcza na sprężone gazy lub spalinowy wewnętrznego spalania ze zmiennym stopniem sprężania, zawierający trzy cylindry lub wielokrotność tej liczby cylindrów, z tłokami wahadłowymi pracującymi parami i przeciwsobnie w wycinkach toroidalnych cylindrów posiadających wspólną dla dwóch tłoków komorę o zmiennej objętości, jeden wał korbowy oraz jeden wał prosty lub przekładnie łańcuchowe, gdzie tłoki zamocowane są na pierścieniach, tłoki główne połączone są z wałem korbowym za pomocą korbowodów i sworzni tłokowych, znamienny tym, że tłoki pomocnicze (2) połączone są z tłokami głównymi (1) w trzech sąsiednich cylindrach (I), (II), (III) za pomocą wału prostego złożonego (14), (15), (16), składającego się z trzech elementów, wałka (14), tulei (15) i tulei (16) lub za pomocą łańcuchów drabinkowych (17) przekładni łańcuchowych tak, że tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (I) połączony jest z tłokiem głównym (1) pracującym w cylindrze (III), tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (II) połączony jest z tłokiem głównym (1) pracującym w cylindrze (I), tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III) połączony jest z tłokiem głównym (1) pracującym w cylindrze (II). 2. Silnik wielocylindrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość osi wału korbowego (10) od osi wału prostego złożonego (14), (15), (16) jest zbliżona do łącznej długości korbowodu (5) i odległości sworznia tłokowego od osi wału prostego złożonego (14), (15), (16). 3. Silnik wielocylindrowy według zastrz. 1, znamienny tym, że cylindry (I), (II), (III) zabudowane są w jednym rzędzie i pracują ze stałą komorą spalania, gdzie pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (I) połączony jest poprzez wałek (14) osadzony ruchowo w korpusie silnika z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (III), pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (I) połączony jest poprzez tuleję (16) osadzoną ruchowo na wałku (14) z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (I), pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III) połączony jest poprzez tuleję (15) osadzoną ruchowo na wałku (14) z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (II), połączenia wykonane są w osi mocowania pierścieni (4) i (9), na których zamocowane są tłoki główne (1) i tłoki pomocnicze (2).

PL 216 801 B1 9 4. Silnik według zastrz. 3, znamienny tym, że tłoki pomocnicze (2) mocowane są na pierścieniach 4A, które połączone są z pierścieniami (4) pełniącymi rolę pośrednią, a elementy łączące pierścienia (4A) przechodzą przez pierścienie (9). 5. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że cylindry (I), (II), (III) lub ich wielokrotności zabudowane są w jednym rzędzie, pracują ze zmiennym stopniem sprężania, gdzie połączenia tłoków pomocniczych (2) z tłokami głównymi (1) cylindrów (I), (II), (III) są za pomocą wałka (14) i tulei (15), (16) wału prostego złożonego (14), (15), (16) posiadających koła zębate, z posiadającymi koła zębate pierścieniami (4) i (9), na których zamocowane są tłoki główne (1) i tłoki pomocnicze (2), a wał prosty złożony (14), (15), (16) zawieszony jest ruchowo na wspornikach (11) poza osią (12) mocowania pierścieni (4), (9) tak, że pierścień (4) posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (I) połączony jest z kołem zębatym wałka (14) osadzonym ruchowo na wspornikach (11), które zamocowane są w osi mocowania tłoków głównych (1) i tłoków pomocniczych (2), wałek (14) połączony jest poprzez koło zębate z pierścieniem (9) posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (III), pierścień (4) posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III), połączony jest z kołem zębatym tulei (16) osadzonej ruchowo na wałku (14), tuleja (16) połączona jest poprzez koło zębate z pierścieniem (9) posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (I), pierścień (4) posiadający część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III) połączony jest z kołem zębatym tulei (15) osadzonej ruchowo na wałku (14), tuleja (15) połączona jest poprzez koło zębate z pierścieniem (9) posiadającym część koła zębatego, na którym zamocowany jest tłok główny pracujący w cylindrze (II). 6. Silnik według zastrz. 5, znamienny tym, że wał prosty złożony (14), (15), (16) posiada kąt obrotu uzależniony od żądanej chwilowej wartości stopnia sprężenia. 7. Silnik według zastrz. 5, znamienny tym, że wał prosty złożony (14), (15), (16) połączony jest wahliwie z elementami siłowymi (20) do zmiany stopnia sprężania. 8. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że trzy cylindry (I), (II), (III) lub ich wielokrotność są zabudowane gwiazdowo wokół wału korbowego (10), gdzie połączenie tłoków pomocniczych (2) z tłokami głównymi (1) cylindrów (I), (II), (III) jest za pomocą pierścieni (4), (9) z kołami zębatymi, na których zamocowane są tłoki główne (1) i tłoki pomocnicze (2) oraz za pomocą łańcuchów drabinkowych (17) przekładni łańcuchowych tak, ze pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (I) połączony jest łańcuchem drabinkowym (17) przekładni łańcuchowych z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (III), pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (II) połączony jest łańcuchem drabinkowym (17) przekładni łańcuchowych z pierścieniem (9), na którym mocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (I), pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III) połączony łańcuchem drabinkowym (17) przekładni łańcuchowych z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (II). 9. Silnik według zastrz. 8, znamienny tym, że na łańcuchach drabinkowych (17) przekładni łańcuchowych zamocowany jest układ do napinania i regulacji (23). 10. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że trzy cylindry (I), (II), (III) lub ich wielokrotność zabudowane są gwiazdowo wokół wału korbowego (10), gdzie połączenie tłoków pomocniczych (2) z tłokami głównymi (1) cylindrów (I), (II), (III) są za pomocą pierścieni (4), (9) z kołami zębatymi i łańcuchów drabinkowych (17) przekładni łańcuchowych współpracujących z kołami (18) osadzonymi mimośrodkowo na kołach łańcuchowych układu do napinania i regulacji (23) współpracujących z łańcuchami drabinkowymi (21), (22) napędzanych za pomocą koła zębatego regulacji stopnia sprężania (19) tak, że pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (I) połączony jest łańcuchem drabinkowym (17) przekładni łańcuchowych z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (I), pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III) połączony jest łańcuchem drabinkowym (17) przekładni łańcuchowych z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (I) pierścień (4), na którym zamocowany jest tłok pomocniczy (2) pracujący w cylindrze (III) połączony jest łańcuchem drabinkowym (17) przekładni łańcuchowych z pierścieniem (9), na którym zamocowany jest tłok główny (1) pracujący w cylindrze (II).

10 PL 216 801 B1 Rysunki

PL 216 801 B1 11

12 PL 216 801 B1

PL 216 801 B1 13

14 PL 216 801 B1

PL 216 801 B1 15

16 PL 216 801 B1

PL 216 801 B1 17

18 PL 216 801 B1

PL 216 801 B1 19

20 PL 216 801 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)