1 N-okresowy silnik spalinowy z tłokiem obrotowymprojektował mgr inż. Józef Czyżowicz konsultacja naukowa prof. dr hab. inż. dr h.c. Janusz Mysłowski konsultacja graficzna twórca Polskiego Kursu Blendera (PKB) dr Piotr Arłukowicz pomoc graficzna Maxim25 Idea silnika polega na wykorzystaniu w rozwiązaniu okresowości funkcji , która opisuje powierzchnie robocze elementów ze sobą współpracujących głowic i rotora.
2 N-okresowy silnik spalinowy z tłokiem obrotowym N-silniksuwy/takty - czterosuwowy/czterotaktowy ciśnienie robocze - niskoprężny lub wysokoprężny N-okresowy - N=1,2,3,… element roboczy - tłok obrotowy, rotor cel - zamiana energii chemicznej paliw na energię mechaniczną zastosowanie - jednostka napędowa. W prezentacji przedstawiony jest 4-okresowy silnik spalinowy
3 Rysunek: powierzchnia czołowa 2-okresowa i jej „rozwinięcie” N – liczba naturalna, funkcja okresowa - funkcja, której wartości "powtarzają się" cyklicznie w stałych odstępach okres – jest to stały odstęp, na końcach którego funkcja ma takie same wartości 1-, 2-, 3-okresowy,…. N-okresowy silnik spalinowy z tłokiem obrotowym – silnik o spalaniu wewnętrznym, spalający mieszankę paliwowo-powietrzną, w którym na obwód (jeden obrót) rotora przypada 1, 2, 3,……. N okresów krzywej opisanej funkcją funkcja - funkcja elementarna, jej rozwinięcie lub kombinacja funkcji elementarnych i (lub) ich rozwinięć, gwarantująca najbardziej optymalne parametry konstrukcyjne i eksploatacyjne silnika, tu: funkcja sinusoidalna Rysunek: powierzchnia czołowa 2-okresowa i jej „rozwinięcie” Rysunek: powierzchnia czołowa 1-okresowa i jej „rozwinięcie” 3
4 Budowa: silnik w (pół)przekrojach*głowice łożysko toczne połaczenie kulkowo-wielowypustowe rotor wał komora spalania tuleja łącząca obudowa rotor głowice z komorami spalania (tyle ilookresowy jest silnik) wał połączenie kulkowo wielowypustowe łożyska toczne obudowy z rolkami prowadzącymi tuleja łącząca uszczelnienia 4
5 Budowa: rotor 5 5
6 Budowa: wał 6
7 Budowa: głowice 7
8 Budowa: obudowy 8
9 Budowa: tuleja łącząca9
10 Budowa: uszczelnienia10
11 Budowa: łożyska 11
12 Budowa: rolki prowadzące12
13 Budowa: pierścienie 13
14 Budowa: zawory 14
15 Budowa: złożenie silnika15
16 Budowa: komora spalania w przekrojupod-kierownica nad-kierownica oprócz ścianek uzyskanych w wyniku procesu wytwórczego, komora spalania ma dwa elementy wymienne nadkierownica podkierownica decydują o: wypływie spalin z komory stopniu sprężania 16
17 nad-kierownica – element komory spalania ograniczający rozprzestrzenianie się spalin oraz sterujący ich wypływem, pod-kierownica – element komory spalania sterujący wypływem spalin, 17
18 Zasada działania, różniceProcesy zachodzące w czterosuwowym silniku tłokowym (ssanie, sprężanie, praca i wydech) realizowane są także w czterotaktowym silniku obrotowym. Różnice wynikają ze specyficznej budowy głównych elementów silnika obrotowego: rotora i głowic. Do różnic tych należą:
19 Zasada działania, różniceProcesy zachodzące w czterosuwowym silniku tłokowym (ssanie, sprężanie, praca i wydech) realizowane są także w czterotaktowym silniku obrotowym. Różnice wynikają ze specyficznej budowy głównych elementów silnika obrotowego: rotora i głowic. Do różnic tych należą: sposób sterowania procesami w silniku: para kinematyczna rolki prowadzące – prowadnica
20 Para kinematyczna: rolki prowadzące – prowadnicarolki prowadzące – umiejscowienie (silnik 4-okresowy) prowadnica Rolek prowadzących po jednej stronie rotora jest tyle ilookresowy jest silnik 20
21 Zmiany „objętości roboczej” podczas przemieszczania się rotora względem głowic (N = 4, kąt obrotu (taktu) 450) głowica głowica rotor 21
22 Zasada działania, różniceProcesy zachodzące w czterosuwowym silniku tłokowym (ssanie, sprężanie, praca i wydech) realizowane są także w czterotaktowym silniku obrotowym. Różnice wynikają ze specyficznej budowy głównych elementów silnika obrotowego: rotora i głowic. Do różnic tych należą: sposób sterowania procesami w silniku: para kinematyczna rolki prowadzące – prowadnica sposób przekazywania energii z rotora na wał: połączenie kulkowo-wielowypustowe
23 Połączenie ruchowe kulkowo-wielowypustoweGPP – Graniczne Położenie Prawe GPL – Graniczne Położenie Lewe S – skok rotora GPL GPP S S 23
24 Zasada działania, różniceProcesy zachodzące w czterosuwowym silniku tłokowym (ssanie, sprężanie, praca i wydech) realizowane są także w czterotaktowym silniku obrotowym. Różnice wynikają ze specyficznej budowy głównych elementów silnika obrotowego: rotora i głowic. Do różnic tych należą: sposób sterowania procesami w silniku: para kinematyczna rolki prowadzące – prowadnica sposób przekazywania energii z rotora na wał: połączenie kulkowo-wielowypustowe sposób uszczelnienia przestrzeni roboczej (gazowej): pierścienie głowicowe
25 Uszczelnienie przestrzeni gazowejpierścienie sprężne wewnętrzne pierścienie rozprężne zewnętrzne pierścienie wewnętrzne pierścienie zewnętrzne 25
26 „(Pół)przekrój” silnika w kładzieporównanie przekrój kład kład kład kład kład 26 przekrój
27 Miejsce przecięcia „objętości roboczej” dla przekroju i kładugłowica głowica rotor przekrój 27
28 Zasada działania, różniceProcesy zachodzące w czterosuwowym silniku tłokowym (ssanie, sprężanie, praca i wydech) realizowane są także w czterotaktowym silniku obrotowym. Różnice wynikają ze specyficznej budowy głównych elementów silnika obrotowego: rotora i głowic. Do różnic tych należą: sposób sterowania procesami w silniku: para kinematyczna rolki prowadzące – prowadnica sposób przekazywania energii z rotora na wał: połączenie kulkowo-wielowypustowe sposób uszczelnienia przestrzeni roboczej (gazowej): pierścienie głowicowe sposób smarowania elementów silnika: smarowanie rozbryzgowo-ociekowe
29 Smarowanie rozbryzgowo-ociekowePozycja pracy silnika: pozioma oś obrotu z możliwością chwilowych wychyleń kanał olejowy w rotorze bijaki 15 29
30 Smarowanie rozbryzgowo-ociekowekanały olejowe w głowicy misa olejowa 30
31 Zasada działania, działanie gazów spalinowychWylot komory spalania Zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje jednocześnie w komorach spalania jednej głowicy, na przemian* raz z jednej raz (tu: po (±)450 obrotu*) z drugiej strony rotora, w konsekwencji tworząc siły (momenty) obracające rotor. 31
32 Zasada działania działanie sił gazowych 32
33 Obiegi pracy 4-okresowego silnika z tłokiem obrotowym - dwugłowicowymkąt obrotu lewa głowica prawa głowica takt alternatywne takty ssanie wydech sprężanie praca Opcja 1 Opcja 2
34 Rozłożenie taktów w silniku 4-okresowym (opcja 1)praca wydech 45o 315o wydech ssanie obroty ssanie sprężanie p r a c a sprężanie praca 270o 90o sprężanie p r a c a praca sprężanie ssanie ssanie wydech 135o 225o wydech praca 180o - lewa głowica - „wypadkowa” prawa głowica -
35 Analiza (jakościowa) RUCHUzagadnienie element roboczy ruch elementu roboczego mechanizm zamiany ruchu – kierunek ruchu mechanizm sterujący - kierunek ruchu silnik tłokowy tłok posuwisty (posuwisto-zwrotny) układ korbowy -prostopadły do osi wału x silnik rotorowy rotor obrotowy z ”wychyleniami” x rolki-prowadnica równoległy do osi wału na wyjściu z obu silników jest ruch obrotowy
36 Zmian parametrów eksploatacyjnych (mocy, momentu obrotowego itdZmian parametrów eksploatacyjnych (mocy, momentu obrotowego itd.) silnika można dokonać poprzez: dodawanie lub odejmowanie kompletów głowice-rotor lub pojedynczych głowic, zmianę parametrów funkcji opisujących powierzchnie robocze rotora i głowic oraz prowadnic, zmianę gabarytów, przede wszystkim rotora i głowic.
37 Straty energetyczne jakościowe (mechaniczne, wewnątrzmateriałowe itp) silnika na drodze przekazywania energii z komory spalania na tarczę sprzęgłową: Tłokowy głowica-pierścienie tłokowe pierścienie tłokowe-tłok tłok (pobocznia)-cylinder (gładź) piasty tłoka -sworzeń tłokowy sworzeń tłokowy-główka korbowodu stopa korbowodu-czop korbowy czop główny-panewka główna łożysko lub pierścień oporowy masy wyważające tłok wyrównoważenie I rzędu wyrównoważenie II rzędu giętne wału skrętne wału koło zamachowe Rotorowy głowice-pierścienie głowicowe pierścienie głowicowe-rotor połączenie kulkowo-wielowypustowe -piasta-kulki -kulki-wał -kulki-tarczki łożyska toczne giętne wału skrętne wału koło zamachowe ponadto rolki prowadzące rolki-prowadnice
38 Zużycie materiałowe (części na drodze przekazywania energii):tłokowy tłok tulejki piast tłokowych sworzeń tłokowy (pierścienie Segera) tulejka główki korbowodu korbowód półpanewki korbowe stopa korbowodu śruby stopy korbowodu (podkładki pod nakrętki śrub stopy korbowodu) (nakrętki śrub stopy korbowodu) wał korbowy półpanewki główne koło zamachowe śruby mocujące koło zamachowe uszczelniacze odrzutniki oleju przeciwciężary (śruby mocujące przeciwciężary) wałki z kołami do wyrównoważania ……………… rotorowy rotor połączenie kulkowo-wielowypustowe – kulki łożyskowe (w koszyczku) tarczki zabezpieczające śruby mocujące tarczki wał koło zamachowe śruby mocujące koło zamachowe rolki prowadzące sworznie rolek uszczelniacze odrzutniki oleju
39 Proponowane rozwiązanie w porównaniu do:silnika Wankla upraszcza konstrukcję silnika, eliminuje elementy pośredniczące w przekazywaniu energii z tłoka na wał główny – ograniczenie strat, nie wymaga wyrównoważania silnika, eliminuje problemy uszczelnienia przestrzeni roboczej (gazowej) silnika. eliminuje problemy smarowania elementów uszczelniających tłokowych silników spalinowych nie ma układu korbowego, nie wymaga wyrównoważania silnika, upraszcza konstrukcję silnika, nie wymaga specjalnego olejowego oprzyrządowania; smarowanie wszystkich elementów rozbryzgowo-ociekowe (mgła olejowa + grawitacyjne ociekanie), umiejscawia pierścienie uszczelniające i zgarniające na nieruchomych głowicach – zmniejszenie mas w ruchu ;
40 Porównawcze parametry eksploatacyjne silnika z tłokiem obrotowym będą możliwe do określenia po zbudowaniu prototypu i przebadaniu go na urządzeniach badawczych, szczególnie na hamowni 40
41 kontakt: mail - [email protected] tel. +48 663 922 946Strona internetowa - N-silnik.pl (w budowie) Dziękuję za uwagę