<Desc/Clms Page number 1>
EEN THERMISCHE VIERTAKTMOTOR WAARBIJ DE HEEN-EN WEERGAANDE BEWEGING VAN DE ZUIGERS WORDT GECONTROLEERD DOOR DE OSCILLATIE VAN EEN RUIT. DEZE OSCILLATIE WORDT OMGEZET IN EEN DRAAIENDE BEWEGING DOOR GEBRUIK TE MAKEN VAN EEN PERITROCHOIDE.
Beschrijving : Bij een viercylinder viertaktmotor worden de cylinders paarsgewijze tegenover elkaar in kruisvorm geplaatst.
EMI1.1
De heen- van de zuigers wordt bekomen door in de e L-ZD hoekpunten van een ruit, die scharnierend in deze punten is uitgevoerd, de zuigers aan te grijpen.
Door de ontploffingskamer naar de binnenzijde van de figuur te kiezen blijkt het mogelijk door een relatief eenvoudige constructie de vier takten van een ontploffingsmotor te verkrijgen.
Een van de problemen die dienen opgelost bij de bouw van een ontp1offingsmotor is de wijze waarop de verschillend fasen door fysische middelen worden afgebakend. Zo wordt de inlaatfase bepaald door de opening van de inlaatklep terwijl de zuiger zieh van de cylinderkop verwijdert, terwijl de uitlaatklep dicht blijft. De compressie gebeurt bij dichte kleppen terwijl de zuiger zich naar de cylinderkop toe beweegt. De expantiefase begint met de vonk in de ontstekingskaars, met beide kleppen dicht. Bij de uitlaat gaat enkel de uitlaatklep open, de zuiger komt terug naar de cylinderkop. Hiema herneemt de cyclus.
Twee delicate punten van het klassieke concept zijn de werking van de kleppen en de uitbalancering van de aandrijfas, de krukas.
Uit wat volgt blijkt de mogelijkheid een motor te ontwerpen waarbij de wat men vandaag de dag begrijpt onder kleppen ontbreken. Ook de krukas verdwijnt en maakt plaats voor een symmetrische "peritrocoïde" die de gecombineerde oscille-
EMI1.2
rende beweging omzet in een draaiende beweging.
C >
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
A) functies A. gecombineerde heen-en weergaande beweging omzetten in een draaiende beweging.
A.
Zoals bekend is de ruit in die zin een labiele figuur daar zij vervormd indien op twee tegenover elkaar gelegen hoekpunten een kracht wordt uitgeoefend.
Van deze vervorming wordt hier gebruik gemaakt.
Theoretisch Men verbindt vier gelijke zijden scharnierend in de hoekpunten. Dan kan men zieh voorstellen dat de ruit, aldus gevormd niet stabiel van vorm is, maar dat ze kan varieren van verder naar de andere kant (fig 0).
Praktisch Vier identieke rechthoekige latjes zijn aan de twee kanten voorzien van ronde openingen waar de lagers in passen (fig 1). Deze lagers dienen om de "scharnieren", ronde assen, te bevatten. Worden deze vier indentieke latten scharnierend gemonteerd dan bekomt men de hierboven beschreven ruit (fig 2).
Zorgt men er door een of andere constructie voor dat de scharnierpunten enkel kunnen bewegen op een kruis (zoals ten andere in fig 0 is weergegeven), de twee paren tegenover elkaar bewegen, elk paar op een rechte, en de twee rechten staan loodrecht op elkaar dan heeft een beweging van een van de schamierpunten onvermijdelijk de beweging voor gevolg. Deze eigenschap zal blijken zijn de werking van hier beschreven project.
<Desc/Clms Page number 3>
De verschillendeA. I. b) Omzetten van oscillatiebeweging van de ruit in een draaiende beweging.
Zoals hierboven reeds werd aangenomen gaat men er hier ook van uit dat de schamierpunten zieh bewegen op een kruis. Later, bij de bespreking van het arbeidssegment zal duidelijk worden hoe dit effectief verkregen wordt.
Zo beschrijft ieder scharnierpunt appart een heen- en weergaande beweging.
Rekening houdende met de beperkingen : - de ruitstructuur en - de geleiding van de scharnierpunten op een kruis ; kan de bewging van de vier scharnierpunten worden overgebracht op een schijf met een peritrocoïde vorm en omgezet in een draaiende beweging.
De volgende eisen worden gesteld aan deze omzetting : 1) er dient een verband te bestaan tussen de positie van de peritrocoïde en die van de ruit. Een een-eenduidig verband is niet verwezenlijkbaar. Een één-tweeduidig verband waarbij een stand van de ruit overeen kan komen met twee standen van de peritrochoide is de meest voor de hand liggende mogelijkheid en biedt voord- elven.
2) een draaibeweging van de peritrocoïde moet resulteren in de oscillerende beweging van de ruit, inzonderheid van de scharnierpunten van de ruit (de peritrochoide drijft en de ruit wordt tot de oscillatie gedreven).
3) omgekeerd : wordt de ruit in de oscillerende beweging gedwongen dan moet dit kunnen resulteren in een draaibeweging van de peritrocoide (de ruit drijft en de peritrochoïde wordt gedreven).
EMI3.1
4) de draaibcweging in dezelfde zin zodat een eenparige 1-zn t, draaibeweging van de pcritrocoïde mogelijk er mogen geen onderbrekingen of
<Desc/Clms Page number 4>
ll10ct steedsstilstanden in voorkomen.
Een peritrochoïde zoals afgebeeld in figuur 3 heeft volgende eigenschappen : Twee oscillaties van de ruit komen overeen met een omwenteling van de peritrochoïde. ledere omwenteling van de peritrochoïde veroorzaakt twee heen-en weergaande bewegingen van ieder van de vier hoekpunten.
In fig 4 wordt voorgesteld hoe meerdere standen van de ruit mogelijk zijn. Merk hier wel op dat de peritrocoïde vast is getekend en dat de schamierpunten van de ruit niet op een kruis bewegen. In werkelijkheid draait de peritrocoïde in functie van de beweging van de ruit. (fig4a) Merk ook op dat men in het midden laat of een inwendige of een uitwendige peritrocoïde behandeld wordt. Beide uitwerkingen zijn mogelijk.
Om reden van optimalisatie van de benutte ruimte wordt hier een uitwendige peritrocoïde beschreven, een schijf waarvan de omtrek een peritrochoïde is.
Praktische uitwerking van de peritrochofde : Men dient van een theoretische peritroclioide zoals in fig 3 uit te gaan om een praktisch bruikbare constructie te bekomen.
Beschrijven de hoekpunten van een ruit de hierboven besproken oscillerende beweging, dan kan hierin de theoretische peritrochoïde roteren.
In de hoekpunten van de ruit worden rollagers geplaatst.
De inwendig omhullende kromme gevormd door de rollagers in hun baan ten opzichte van de peritrochoïde is op zijn beurt ook een peritrochoïde (fig 5 en fig
EMI4.1
5a) Het is deze peritrochoïdevorm die gebruikt wordt om de beweging van de ruit om te zetten in de draaiende beweging. Deze draaiende beweging zal uiteraard gebruikt worden voor de aandrijving doch ook secundaire functies worden door de draaiende beweging verzorgd (/ie arbcidsdegment).
<Desc/Clms Page number 5>
A. II) De gaspomp functie.
Dit segment vervult de functie van de "turbo" bij de gekende motoren. Het is dus voor de werking niet strikt noodzakelijk.
Het is relatief eenvoudig met deze motor het gasmengsel, nodig om de expantie te veroorzaken, aan te blazen. Hierbij maakt men gebruik van het volumeverschil dat ontstaat wanneer een zijde van de evoluerende ruit de beschreven bewegingen maakt. In figuur 6 wordt de peritrochoide afgebeeld met de vier elementen die er omheen bewegen. De baan van deze elementen wordt bepaald door de baan van de ruitzijden (fig 1). De scharnierpunten komen overeen met de hoekpunten van de elementen.
Op deze wijze volgen de hoekpunten van de elementen perfect de peritrochoïdebaan. Zoals in de viakke figuur 6 wordt aangetoond verandert de oppervlakte, ingesloten door de peritrochoïde en de binnenzijde van de elementen-vergelijk daartoe I en 11. Geeft men aan de figuur een derde dimentie door de peritrochoide en de elementen, schijven met een zekere dikte te maken, dan geven de oppervlaktewijzigingen aanleiding tot volumewijzigingen en dus tot drukwijzigingen. Het zijn deze drukwijzigingen die kunnen aangewend worden om het gasmengsel aan te jagen naar het arbeidssegment.
In figuur 7 zijn verschillende standen van de peritrochoïde, ook het pompcentrum, opgenomen om beter de werking van de gaspomp te begrijpen. Ook werd een van de vier zuigelementen voorgesteld. Vertrekkende van de eerste stand neemt de oppervlakte tussen het zugelement en het pompcentrum toe om zijn maximum te bereiken in stand 4. Kent men aan de vlakke figuren een derde dimentie toe toe dan spreekt men over volume in plaats van over oppervlakte.
Algemeen kan men stellen dat de pomp. vertrekkende uit stand 8, aanzuigt in het eerste kwadrant, en dit tot de peritrochoïde stand 4 heeft aangenomen. Evenzo kan
<Desc/Clms Page number 6>
men aantonen dat de pomp tegelijkertijd in het het tweede en het derde kadrant stuwt, en in het vierde kwadrant ook aanzuigt.
Het volgende gedeelte van de omwenteling van de peritrochoïde, dus van de stand, voorgesteld in stand 4 tot de stand, voorgesteld in stand 8, gebeurt het tegenover- gestelde n1. eerste en vierde kwadrant stuwt en tweede en derde kwadrant zuigt.
Opdat de beweging van de peritrochofde en de pompelementen zouden kunnen aanleiding geven tot volumeveranderingen dient men deze ruimte af te sluiten.
Dat gebeurt door de cirkelvormige schijf aan beide zijden van de peritrochoïde.
Daaruit volgt de vorm van de pompelementen waarvan de beweging volledig wordt gecontroleerd door de overeenkomstige ruitelementen. leder van de vier pompelementen vormt een geheel met de ruitzijden waarbij een uitsparing is voorzien op de plaats waar de afsluitcirkelschijven komen, aan weerszijden van de pompe1ementen. ( figuur 9). De enige plaatsen waar de begeleidende ruitelementen en de pompementen met mekaar verbonden kunnen zijn is in figuur 9 aangegeven door de arcering. Inderdaad, de verbinding tussen ruitelement en pompelement moet zodanig zijn dat ze buiten de afsluitcirkel valt en dat ze anderzijds voldoende stevig is.
Men toont aan dat kanalen, aangebracht zoals in figuur 8 voorgesteld, steeds zuigkanalen of steeds stuwkana) en zijn. Verdee ! t men dan de pomp in een zuigzijde en een stuwzijde, dan verbindt men de twee zuigkanalen met de holte in de as aan de zuigzijde en de twee stuwkanalen met de holte in de as aan de stuwzijde.
<Desc/Clms Page number 7>
A. IM) Het arbeidssegment Van de oscillerende beweging van de ruithoekpunten, hier ook wel scharnierpunten genoemd maakt men gebruik om zuigers in cylinders heen en weer te laten bewegen.
Zoals reeds opgemerkt dient ervoor gezorgd dat de scharnierpunten op een kruis bewegen. Door de cylinders in kruisvorm op te stellen, en daar de zuigers in de cylinders enkel heen en weer kunnen bewegen, bewegen de scharnierpunten op het diagonaalkruis van de ruit.
Zo bemerkt men, evenals bij de beweging om de peritrocoïde, dat tegenover elkaar liggende scharnierpunten tegengestelde bewegingen uitvoeren. De beweging van een scharnierpunt wordt als het ware gepiegeld ten opzichte van het centrum van de figuur. De afstand van een scharnierpunt tot het center blijft steeds gelijk aan de afstand van het tegenoverliggende scharnierpunt tot het center.
Bevestigd men nu op elke as in de scharnierpunten een zuiger, en sluit men de cylinder naar het midden van het kruis toe af, dan treden in de afgesloten gedeelten drukveranderingen op. Deze drukveranderingen maken het mogelijk om een ontploffingsmotor of termische motor te concipiëren. In figuurlO zijn de in kruisvorm opgestelde cylinders en zuigers voorgesteld alsook de vier ruitzijden. Om de beweging zoveel mogelijk te steunen is een ruit zowel voor als achter (in de zin zoals voorgesteld in figuur 10) voorzien. In dit opzicht kan men de ruiten de benaming"steunruiten"geven.
Bij de constructie van de zuigers moet men op het volgende letten : Om te beletten dat de bewegingsoverbrenging van een scharnierpunt naar de zuiger een te grote uitsparing in de cylinder zou noodzakelijk maken, dient deze overbrenging te gebeuren door een "brug". Inderdaad : Men zou een systeem kunnen bedenken waarbij de be\\eging van en naar de zuigers (van de ruit uiteraard) wordt doorgegeven door de as die in het scharnierpunt is gemonteerd (fig i !).
<Desc/Clms Page number 8>
In dit geval moet men de cylinder minstes zo lang maken als de slag van de zuiger, daar anders de ruimte binnen cylinder en zuiger niet gesloten blijft. (de slag is zoals bij klassieke motoren de lengte van de zuigerverp1aatsing).
In gevallen waar ruimte geen probleem is kan op deze wijze verder ontworpen worden.
Streeft men echter naar cen zo compact mogelijke motor, dan is het geraadzaam toch voor de brug te kiezen (zie figuur 12).
De brug heeft nog een voordeel in die zin dat de zijarmen van de brug voor een bijkomende geleiding kunnen zorgen door ze in u-vormige gleuven te laten schuiven. Deze gleuven worden voorzien aan de voor-en achterkant (gezien zoals voorgesteld in figuur 10) van de cylinders.
De bijkomende geleiding is nodig daar het aandrijvingssegment (zie B omzetting van oscillatiebeweging van de ruit in een draaiende beweging) een reactiedruk op de bewegende delen uitoefenen die tegen de draaizin van de peritrocoïdebeweging is gericht. Dit zou voor gevolg kunnen hebben dat de brugarmen en meer bepaald de aangrijpingspunten van de schamierassen op de brugarmen, te veel krachten te verwerken hebben.
A. IV) De distributie van in- en uitlaatgassen Het voornaamste voordeel van deze motor is de mogelijkheid het ontwerp te realiseren zonder kleppen. Beter gezegd ; kleppen zoals men die kent van de klassieke motoren kunnen vermeden worden en vervangen door roterende kleppen. Het is evenwel denkbaar deze motor toch te voorzien van klassieke kleppen (zoals in figuren 10, 11 en 13).
De aan- en afvoer aan de cylinders Zoals in figuur 10 is te zien zijn de, wat k) assiek a) s cy) inderkoppen wordt aan-
<Desc/Clms Page number 9>
zien, naar het centrum van de figuur toe gekeerd. Zodoende is het mogelijk de distributie van de gassen te centraliseren.
Zoals vroeger reeds opgemerkt komt een volledige omwenteling van de hoofdas (= de as waarop de peritrochoïde is gemonteerd) overeen met het doorlopen van de vier takten.
De centrale aan-en afvoerconstructie kan er dan uitzien zoals in figuur 14.
Rekening houdende met de aangeduide draaizin is de opening in de gasdistributiebuis aan de getekende cylinder de uitlaat. Deze opening geeft uit op het uitlaatkanaal. De andere opening met bijhorend kanaal is dan de inlaat. Zoals hier getekend is de distributiebuis in langsrichting in twee verdeeld in enerzijds het uitlaatkanaal en anderzijds het inlaatkanaal. Evenwel zijn hier andere constructies mogelijk. Zo kan men het uitlaatkanaal naar de ontstekingszijde van de cylinder (zo deze zijn opgesteld zoals in figuren 13 en 14) laten lopen en het inlaatkanaal naar de kant van de aandrijving.
Nadere studie van het inlaatgedeelte.
Daar de toevoer van de inlaatgassen centraal geschiedt, ligt het voor de hand de hoofdas te gebruiken als aanvoerkanaal van het gasmengsel van het pompgedeelte zo dit aanwezig is of van de carburator naar het arbeidssegment.
Om de gedachten te vestigen laat men hier de inlaat komen van de aandrijfzijde, de zijde van de aandrijfperitrochoïde.
Het hier voorgestelde model heeft dus een gaspomp om de aanvoer te versterken.
Het invoerkanaal heeft tot aan het arbeidssegment de ganse holle as als sectie.
Indien er geen pomp werd voorzien is de as hol van aan het arbeidssegment tot buiten het gesloten gedeelte van de motor. (zie verder - samenstelling) Hier komt het gasmengsel door de as van buiten het motorhuis en wordt door de pomp aangezogen. Onder een zekere druk scrloopt dc gascg verder naar het
EMI9.1
arbeidssegment. De druk de breedte van het pompsegment. t > 1
<Desc/Clms Page number 10>
Inderdaad de hoeveelheid luchtverplaatsing hangt minder af van de vorm van de peritrochoïde en de passende pompsegmenten daar deze nagenoeg vast ligt. De ene vrijheidsgraad die overblijft is de breedte van de pomp.
Deze kan breed genoeg gemaakt worden zodat de druk van de inlaatgassen even hoog is als deze,
EMI10.1
aangejaagd door de klassicke r-, ej turbo's.Nadere studie van het uitlaatgedeelte.
Ook de uitlaatgassen kunnen door een pomp zoals hierboven worden weggetrokken. Het is ook mogelijk dezelfde pomp zodanig te construeren dat ze zowel de inlaatgassen aanjaagd als de uitlaatgassen afzuigt. Zoals in het hoofdstuk van de gaspompfunctie werd beschreven, is de pomp voorzien van twee inlaatwegen en twee uitlaatwegen. Het is mogelijk deze wegen gescheiden te houden in tegenstelling met wat te zien is in figuur 8. Een inlaatweg (vb a) met de overeenkomstige uitlaatweg (vb d) behoudt men dat voor voor de inlaat en het ander inlaatkanaal (c) met bijbehorend uit1aatkanaal (b) voor de uitlaat. Een nadeel aan deze constructie is dat het debiet van in-en uitlaat noodzakelijkerwijze dezelfde zijn.
Een tweede mogelijkheid bestaat hierin dat de inlaatpomp en de uitlaatpomp
EMI10.2
volledig gescheiden zijn. Dit heeft als voordeel dat beide pompen met een vere schillen debiet kunnen worden gemaakt. De uitlaatpomp kan langs de andere zijde van het arbeidssegment worden geplaatst.
Een derde optie is dat de uitlaatgassen zonder bijkomende voorzieningen worden uitgedreven.
EMI10.3
Dit kan langs de andere zijde als de aandrijfzijde. waar dient op gelet is de plaats van de ontstekingskaars. Deze kan, zoals in figuur 13 en 14 voorgestcld, dat ook uitlaat kant dient te gebeuren, er uiteraard voor gezorgd dat c
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
de vier ontstekingskaarsen op een praktische wijze kunnen geplaatst en vervangen worden. Plaatst men de ontstekingskaarsen bijvoorbeeld loodrecht op de as, dan kan men de uitlaat met een uittaatpomp aan de andere zijde van het arbeidssegment, tegenover het inlaatcompartiment, worden geplaatst. verder).
<Desc/Clms Page number 12>
Een probleemB) Samenstelling en werking Bij de samenstelling van de verschillende segmenten dient men uiteraard rekening te houden met fysische beperkingen.
Een fysische beperking levert de noodzaak van ontstekingskaarsen en eventueel kleppen op.
Ziet men echter een mogelijkheid 0111 de ontstekingskaars ofwel: - in het vlak van de zuigers te plaatsen : fig 15 (en er niet in een vlak, loodrecht erop zoals in figuren 13 en 14) ofwel : - een nieuw soort ontstekingskaars te bedenken die met de centrale as meedraait, dan kan men de functies van inlaatpomp, uitlaatpomp bewegingsbegeleiding en aandrijving over de twee kanten van het arbeidssegment verdelen.
De plaatsing van de verschillende segmenten kan dan gebeuren zoals in fig 16.
Verklaring van de verschillende onderdelen : I) De uitlaat.
Dit is een buis die in de aslijn is geplaatst.
Het is de uitlaatgas-verbinding tussen de uitiaatpomp en de knaldemper (hier niet getekend).
Deze buis is niet ontworpen om grote krachten over te brengen. Wel kan men de "stroomverdeler" in geval van een benzinemotor aan verbinden.
2) De uitlaatpomp.
In hoofdstuk I punt 1-C werd de werking van de gaspomp reeds vermeld.
Hier toegepast zuigt de uitlaatpomp aan de zijde van het arbeidssegment en stuwt naar de andere, vrije zijde.
Merk hier op dat de bewegingen van de zuigerelementen eerder beperkt zijn zodat de weerstand bij rclatiefhoge tocren laag kan gehouden worden.
3) Pomphegelciding.
Dit zijn de ruitelemcntcn die aan de buitenkant op uitzondering van de scharnie-
<Desc/Clms Page number 13>
renomgeving na volledig dezelfde vorm hebben als de zuigerelementen.
4) Het arbeidssegment.
De scharnierpunten van de bewegende ruit grijpen de zuigers van het arbeidssegment aan aan de zijstukken van de brug die met de zuiger een geheel vormt (zie fig 12). Wordt de ruitbeweging op zijn beurt gecontroleerd door de omwentelingen van de op de centrale holle as gemonteerde aandrijfperitrochoïde dan komen met een omwenteling van de peritrochoïde twee heen- en weergaande bewegingen van de zuigers overeen.
Uit de theorie van de viertaktmotoren weet men dat een cyclus juist overeen komt met twee heen-en weergaande zuigerbewegingen.
Een omwenteling van de peritrochoïde komt dus overeen met een cyclus van deze viertaktmotor.
De holle as loopt door gans de motor. Ter hoogte van het arbeidssegment voorziet men de holle as van twee openingen in de buisvorm en een afscheiding tussen het linker en het rechter as- buisgedeelte. Noem dit buisgedeelte het distributiecentrum. De afsluiting moet zodanig zijn dat de ene opening de linkerkant van de buis met de ruimte buiten de buis verbindt en de andere opening de rechterkant.
De openingen moeten verder voldoen aan : - De ruimte in twee tegenliggende cylinders mogen niet met elkaar in verbinding kunnen treden. De openingen moeten dus kleiner zijn dan de afsluiting tussen twee cylinders, dit als men de as- buis op de kop bekijkt.
- Tegen de draairichting in komt eerst de uitlaatopening, daama de inlaatopening.
- De uitlaatopening moet theoretisch bij een bepaalde cylinder aankomen van zodra de zuiger op het buitenste dode punt gekomen is en moet eindigen van zodra de zuiger bij het middelste dode punt is aangekomen of beter wanneer alle verbrande gassen zijn verdreven.
- De inlaatopening moet onmiddellijk hierna aankomen, als de zuiger na de uitlaat vertrekt vanuit zijn binnenste dode punt en zich van het midden weg verwijdert.
De inlaat moet theoretisch gebcuren tot als de beweging van de zuiger omkeert.
<Desc/Clms Page number 14>
dus als de beweging terug van het centrum weg geschiedt. (buitenste dode punt).
De zuiger vervolgt zijn cyclus door terug naar het centrum toe te bewegen. Aangezien er nu geen opening in de centrale as is, drukt het aangezogen luchtmengsel zich samen. Dit is dus de compressietakt.
De ontsteking luidt de arbeidssiag in. ! Iet is zoals geweten de enige takt die de beweging veroorzaakt. Aangezien de vier cylinders in een kruisvorm zijn opgesteld is er tijdens de werking a ! tijd een cytinder die in werkende toestand is, en dit voor elke cylinder om beurt.
Voor zover men de vorm van de peritrochoïde in de hand heeft (zie verder, 6 aandrijving) kan worden gezorgd dat het drukverloop in de zuigers indien gewenst gelijkmatig verloopt.
5) In deze voorstelling werd slechts één ruitbegeleiding voorzien, buiten uiteraard de ruitbegeleidingen van de pompen, die evengoed functioneren als deze afzon- der1ijke bege1eiding.
De begeleiding (5) werd pal tegen de cylinders geplaatst omdat daar de inwerkende krachten het grootst mogen ondersteld worden.
6) De aandrijving gebeurt door vier identieke rollagers op de schamierassen te monteren. Deze omhullen een peritrochoïdeoppervlak dat zodanig werd vervaardigd dat de rollagers in iedere stand van de ruit overeen komen een of twee standen van de peritrochoïde.
Dit peritrochoïdeoppervlak werd vast gemonteerd op de holle as waar ook het pompcentrum en het distributiecentrum van het arbeidssegment op is gemonteerd.
7) Een gelijksoortige pomp als voor het uitlaatgedeelte kan ook worden gemonteerd voor het inlaatgedeelte. Deze zuigt aan de kant dat de as vrij is en stuwt naar het arbeidssegment toe.
8) Het inlaatgedeelte wordt gevormd door de holte in de aandrijfas. Met een eenvoudige voorziening (een holle ring. open aan de binnenzijde die sluitend past op de buitenzijde van de as \\aarin ecIl opening is \oorzien) verbindt men de holte in de as met een carburator.
<Desc / Clms Page number 1>
A THERMAL 4-STROKE ENGINE WHICH PISTONS REVERSE MOVEMENT IS CONTROLLED BY THE OSCILLATION OF A GLASS. THIS OSCILLATION IS CONVERTED IN A ROTATING MOVEMENT BY USING A PERITROCHIDE.
Description: With a four-cylinder four-stroke engine, the cylinders are placed in cross-shape opposite each other in pairs.
EMI1.1
The reciprocating pistons are obtained by engaging the pistons in the e L-ZD vertices of a pane which is hinged in these points.
By choosing the explosion chamber towards the inside of the figure, it appears possible to obtain the four branches of an explosion engine through a relatively simple construction.
One of the problems to be solved in the construction of an explosion engine is the way in which the different phases are delineated by physical means. For example, the intake phase is determined by the opening of the intake valve while the piston removes from the cylinder head, while the exhaust valve remains closed. Compression is done with closed valves as the piston moves towards the cylinder head. The expansion phase begins with the spark in the ignition candle, with both valves closed. At the exhaust, only the exhaust valve opens, the piston returns to the cylinder head. Hiema resumes the cycle.
Two delicate points of the classic concept are the operation of the valves and the balancing of the drive shaft, the crankshaft.
What follows shows the possibility of designing an engine with what one understands today under valves are missing. The crankshaft also disappears and gives way to a symmetrical "peritrocoid" that combines the combined oscillatory
EMI1.2
running motion turns into a spinning motion.
C>
<Desc / Clms Page number 2>
EMI2.1
A) Functions A. Convert combined reciprocating motion into a rotary motion.
A.
As is known, the pane is in this sense a labile figure since it is deformed if a force is applied to two opposite vertices.
This distortion is used here.
Theoretical One hinges four equal sides in the corners. Then it can be imagined that the pane thus formed is not stable in shape, but that it can vary from further to the other side (fig. 0).
Practical Four identical rectangular slats are provided on both sides with round openings in which the bearings fit (fig 1). These bearings serve to contain the "hinges", round shafts. If these four identical slats are hinged, the window described above is obtained (fig. 2).
By some construction, ensure that the pivot points can only move on a cross (as shown in others in fig. 0), the two pairs move opposite each other, each pair on a straight, and the two lines are perpendicular to each other then a movement of one of the hinge points inevitably results in the movement. This property will be apparent in the operation of the project described here.
<Desc / Clms Page number 3>
The different A. I. b) Converting the oscillating movement of the glass pane into a rotating movement.
As already assumed above, it is also assumed here that the hinge points move on a cross. Later, when discussing the labor segment, it will become clear how this is effectively obtained.
Each pivot point, for example, describes a reciprocating movement.
Taking into account the limitations: - the diamond structure and - the guidance of the hinge points on a cross; the movement of the four pivot points can be transferred to a disk with a peritrocoid shape and converted into a rotary motion.
The following requirements apply to this conversion: 1) there must be a relationship between the position of the peritrocoid and that of the glass pane. A unambiguous connection cannot be achieved. A one-sided relationship in which a position of the pane can correspond to two positions of the peritrochoid is the most obvious possibility and offers advantages.
2) a rotational movement of the peritrocoid must result in the oscillating movement of the pane, in particular of the pivot points of the pane (the peritrochoid floats and the pane is driven to oscillation).
3) vice versa: if the pane is forced into the oscillating movement, this must be able to result in a rotational movement of the peritrocoid (the pane floats and the peritrochoid is driven).
EMI3.1
4) the rotary weighting in the same sense so that a unified 1-zn t, rotary movement of the pcritrocoid may be no interruptions or
<Desc / Clms Page number 4>
Always avoid standstills.
A peritrochoid as shown in figure 3 has the following properties: Two oscillations of the diamond correspond to one revolution of the peritrochoid. Each revolution of the peritrochoid causes two reciprocating movements of each of the four vertices.
Fig. 4 shows how multiple positions of the glass pane are possible. Note here that the peritrocoid is drawn firmly and that the pivot points of the pane do not move on a cross. In reality, the peritrocoid rotates in function of the movement of the pane. (Fig4a) Also note that it is left in the middle whether an internal or an external peritrocoid is being treated. Both effects are possible.
For the purpose of optimizing the utilized space, an external peritrocoid is described here, a disk whose perimeter is a peritrochoid.
Practical elaboration of the peritrochoid: It is necessary to start from a theoretical peritroclide as in figure 3 in order to obtain a practically usable construction.
If the vertices of a rhombus describe the oscillating movement discussed above, then the theoretical peritrochoid can rotate.
Roller bearings are placed in the corners of the glass.
The internally enveloping curve formed by the roller bearings in their orbit with respect to the peritrochoid is in turn also a peritrochoid (fig. 5 and fig.
EMI4.1
5a) It is this peritrochoid shape that is used to convert the movement of the pane into the rotary movement. This rotary movement will of course be used for the drive, but secondary functions will also be provided by the rotary movement (/ ie working segment).
<Desc / Clms Page number 5>
A. II) The gas pump function.
This segment fulfills the function of the "turbo" in the known engines. It is therefore not strictly necessary for operation.
It is relatively easy to blow the gas mixture required to cause the expansion with this engine. Here, use is made of the volume difference that arises when one side of the evolving pane makes the described movements. In Figure 6, the peritrochoid is depicted with the four elements moving around it. The path of these elements is determined by the path of the diamond sides (fig 1). The pivot points correspond to the vertices of the elements.
In this way, the vertices of the elements perfectly follow the peritrochoid path. As shown in Figure 6, the surface enclosed by the peritrochoid and the inside of the elements changes - compare I and 11 for this purpose. The figure is given a third dimension by the peritrochoid and the elements, discs of a certain thickness. the surface changes give rise to volume changes and thus to pressure changes. It is these pressure changes that can be used to drive the gas mixture to the work segment.
Figure 7 shows different positions of the peritrochoid, also the pump center, to better understand the operation of the gas pump. One of the four suction elements was also proposed. Starting from the first position, the surface between the zug element and the pump center increases to reach its maximum in position 4. If a third dimension is assigned to the flat figures, one speaks of volume instead of surface.
Generally one can say that the pump. departing from position 8, aspirates into the first quadrant, and has assumed this until the peritrochoid position 4. Likewise
<Desc / Clms Page number 6>
demonstrate that the pump is pushing in the second and third quadrant simultaneously, and also priming in the fourth quadrant.
The next part of the revolution of the peritrochoid, i.e. from the position represented in position 4 to the position represented in position 8, the opposite n1 occurs. first and fourth quadrant propels and second and third quadrant sucks.
This space must be closed off so that the movement of the peritrochoid and the pump elements may give rise to volume changes.
This is done by the circular disk on both sides of the peritrochoid.
This results in the shape of the pump elements, the movement of which is fully controlled by the corresponding diamond elements. Each of the four pump elements forms a whole with the diamond sides, a recess is provided at the place where the sealing circle discs come, on either side of the pump elements. (figure 9). The only places where the accompanying glass elements and the pump elements can be connected to each other is indicated in figure 9 by the shading. Indeed, the connection between the pane element and the pump element must be such that it is outside the closing circle and, on the other hand, it is sufficiently strong.
It is shown that channels, arranged as shown in figure 8, are always suction channels or always canoes. Verdee! If the pump is then arranged in a suction side and a propellant side, the two suction channels are connected to the cavity in the shaft on the suction side and the two propulsion channels to the cavity in the shaft on the propellant side.
<Desc / Clms Page number 7>
A. IM) The working segment The oscillating movement of the pane angles, also referred to here as pivot points, is used to reciprocate pistons in cylinders.
As already noted, it is necessary to ensure that the hinge points move on a cross. By arranging the cylinders in a cross shape, and since the pistons in the cylinders can only move back and forth, the pivot points move on the diagonal cross of the glass pane.
For example, as with the movement around the peritrocoid, it is noted that opposite pivot points perform opposite movements. The movement of a hinge point is, as it were, mirrored relative to the center of the figure. The distance from a hinge point to the center always remains the same as the distance from the opposite hinge point to the center.
If a piston is now mounted on each axis in the hinge points, and if the cylinder is closed towards the center of the cross, pressure changes will occur in the closed parts. These pressure changes make it possible to conceive a blast motor or thermal motor. Figure 10 shows the cylinders and pistons arranged in cross form as well as the four diamond sides. In order to support the movement as much as possible, a glass pane is provided both front and rear (in the sense as shown in figure 10). In this respect, the windows can be given the designation "supporting windows".
The following must be taken into account in the construction of the pistons: In order to prevent that the transmission of movement from a pivot point to the piston would necessitate an excessive recess in the cylinder, this transmission should be done by a "bridge". Indeed: One could think of a system in which the movement to and from the pistons (of the window, of course) is transmitted by the shaft mounted in the hinge point (fig. I!).
<Desc / Clms Page number 8>
In this case the cylinder must be made at least as long as the stroke of the piston, otherwise the space within the cylinder and piston will not remain closed. (the stroke is the length of the piston displacement as with classic engines).
In cases where space is not a problem, this can be further designed.
However, if the aim is to have the motor as compact as possible, it is advisable to opt for the bridge (see figure 12).
The bridge has another advantage in that the side arms of the bridge can provide additional guidance by sliding them into u-shaped slots. These slots are provided on the front and back (seen as shown in figure 10) of the cylinders.
The additional guidance is necessary since the drive segment (see B conversion of oscillation of the glass pane into a rotary motion) exerts a reaction pressure on the moving parts which is directed against the rotational sense of the peritrocoid movement. This could have the consequence that the bridge arms, and more specifically the points of application of the hinge shafts on the bridge arms, have to handle too much force.
A. IV) The distribution of intake and exhaust gases The main advantage of this engine is the possibility to realize the design without valves. Rather ; valves as known from the classic engines can be avoided and replaced by rotary valves. It is conceivable, however, to provide this engine with classic valves (as in Figures 10, 11 and 13).
The supply and discharge to the cylinders As can be seen in figure 10, the what k) assiek a) s cy) inderheads are
<Desc / Clms Page number 9>
see, turned towards the center of the figure. This makes it possible to centralize the distribution of the gases.
As noted earlier, a complete revolution of the main axis (= the axis on which the peritrochoid is mounted) corresponds to the continuation of the four branches.
The central supply and discharge construction can then look like in figure 14.
Taking into account the indicated rotation sense, the opening in the gas distribution tube on the cylinder shown is the outlet. This opening opens onto the exhaust duct. The other opening with accompanying channel is then the inlet. As shown here, the longitudinal distribution tube is divided in two into the outlet channel on the one hand and the inlet channel on the other. However, other constructions are possible here. For example, the exhaust channel can be run to the ignition side of the cylinder (if these are arranged as shown in figures 13 and 14) and the inlet channel to the drive side.
Further study of the inlet section.
Since the supply of the inlet gases takes place centrally, it is obvious to use the main shaft as a supply channel for the gas mixture from the pump section, if present, or from the carburettor to the work section.
To establish the thoughts, let the inlet come from the drive side here, the drive peritrochoid side.
The model proposed here therefore has a gas pump to enhance the supply.
The input channel has the entire hollow shaft as section up to the working segment.
If no pump is provided, the shaft is hollow from the working section to outside the closed part of the motor. (see further - composition) Here the gas mixture passes through the shaft from outside the motor housing and is drawn in by the pump. Under a certain pressure, the gascg scrolls further to it
EMI9.1
labor segment. Pressure the width of the pump segment. t> 1
<Desc / Clms Page number 10>
Indeed, the amount of air displacement depends less on the shape of the peritrochoid and the appropriate pump segments as it is virtually fixed. The one degree of freedom that remains is the width of the pump.
It can be made wide enough so that the inlet gas pressure is the same as this,
EMI10.1
supercharged by the classic r-, ej turbos. Further study of the exhaust part.
The exhaust gases can also be extracted by a pump as above. It is also possible to construct the same pump in such a way that it both feeds the intake gases and extracts the exhaust gases. As described in the chapter of the gas pump function, the pump has two inlet ways and two outlet ways. It is possible to keep these paths separate, contrary to what can be seen in figure 8. An inlet way (vb a) with the corresponding outlet way (vb d) is reserved for the inlet and the other inlet channel (c) with corresponding outlet channel (b) for the exhaust. A drawback to this construction is that the flow rates of inlet and outlet are necessarily the same.
A second possibility is that the inlet pump and the outlet pump
EMI10.2
are completely separated. This has the advantage that both pumps can be made with a different flow rate. The exhaust pump can be placed along the other side of the working segment.
A third option is that the exhaust gases are expelled without additional facilities.
EMI10.3
This can be done on the other side as the drive side. what should be taken into account is the location of the ignition candle. This can, as shown in figures 13 and 14, that the exhaust side also has to be done, of course ensured that c
<Desc / Clms Page number 11>
EMI11.1
the four ignition candles can be placed and replaced in a practical way. If the ignition candles are placed perpendicular to the shaft, for example, the exhaust can be placed with a discharge pump on the other side of the working segment, opposite the inlet compartment. further).
<Desc / Clms Page number 12>
A problemB) Composition and operation In the composition of the different segments, one must of course take into account physical limitations.
A physical limitation creates the need for ignition candles and possibly valves.
However, one sees an option 0111 to place the ignition candle either: - in the plane of the pistons: fig 15 (and not in a plane, perpendicular to it as in figures 13 and 14) or: - to invent a new kind of ignition candle that can be the central axis rotates, the functions of inlet pump, outlet pump motion guidance and drive can be divided over the two sides of the working segment.
The placement of the different segments can then be done as in fig 16.
Explanation of the different parts: I) The exhaust.
This is a tube placed in the axis.
It is the exhaust gas connection between the exhaust pump and the muffler (not shown here).
This tube is not designed to transfer large forces. However, one can connect the "power distributor" in case of a petrol engine.
2) The exhaust pump.
The operation of the gas pump has already been mentioned in chapter I point 1-C.
Applied here, the exhaust pump sucks on the side of the working segment and pushes to the other, free side.
Note here that the movements of the piston elements are rather limited so that the resistance can be kept low at relatively high temperatures.
3) Pump control.
These are the windows that are on the outside except for the hinges.
<Desc / Clms Page number 13>
environment after completely the same shape as the piston elements.
4) The labor segment.
The pivot points of the moving glass pane engage the pistons of the working segment on the side pieces of the bridge which are integral with the piston (see fig 12). When the pane movement is in turn controlled by the revolutions of the drive peritrochoid mounted on the central hollow shaft, two reciprocating movements of the pistons correspond to one revolution of the peritrochoid.
It is known from the theory of four-stroke engines that a cycle corresponds to two reciprocating piston movements.
Thus, a revolution of the peritrochoid corresponds to a cycle of this four-stroke engine.
The hollow shaft runs through the entire motor. At the working segment, the hollow shaft is provided with two openings in the tubular shape and a partition between the left and the right shaft tube section. Call this pipe section the distribution center. The closure should be such that one opening connects the left side of the pipe to the space outside the pipe and the other opening connects the right side.
The openings must also comply with: - The space in two opposing cylinders must not be able to communicate with each other. The openings must therefore be smaller than the closure between two cylinders, if you look at the shaft tube upside down.
- The outlet opening comes first against the direction of rotation, then the inlet opening.
- The exhaust opening should theoretically arrive at a specific cylinder as soon as the piston has reached the outer dead center and must end as soon as the piston has reached the middle dead center or better when all the burnt gases have been expelled.
- The inlet port should arrive immediately after this, when the piston after the outlet leaves from its inner dead center and moves away from the center.
The inlet should theoretically bend until the piston movement reverses.
<Desc / Clms Page number 14>
so if the movement is back from the center. (outer dead center).
The piston continues its cycle by moving back to the center. Since there is now no opening in the central shaft, the air mixture drawn in compresses. So this is the compression stroke.
The ignition heralds the labor sag. ! Something is known as the only stroke that causes the movement. Since the four cylinders are arranged in a cross shape, during operation a! time a cytinder that is in working condition, and this in turn for each cylinder.
As far as the shape of the peritrochoid is in your hand (see further, 6 drive) it can be ensured that the pressure development in the pistons proceeds evenly if desired.
5) In this performance, only one windshield guidance was provided, apart from, of course, the windshield guides of the pumps, which function just as well as this separate guidance.
The guidance (5) was placed directly against the cylinders because the acting forces may be assumed to be greatest.
6) The drive is done by mounting four identical roller bearings on the pivot shafts. These encase a peritrochoid surface which is constructed such that the roller bearings in each position of the pane correspond to one or two positions of the peritrochoid.
This peritrochoid surface was fixedly mounted on the hollow shaft on which the pump center and the distribution center of the work segment are also mounted.
7) A pump similar to the outlet section can also be mounted for the inlet section. This sucks on the side that the shaft is free and pushes towards the working segment.
8) The inlet section is formed by the cavity in the drive shaft. The cavity in the shaft is connected to a carburettor with a simple device (a hollow ring. Open on the inside that fits snugly on the outside of the shaft \\ aarin ecIl opening).