DK149478B - Totaktsforbraendingsmotor med et symmetrisk, i en cylinder frit bevaegeligt trinstempel - Google Patents

Description

i 149478 o

Den foreliggende opfindelse angår en totaktsfor-brændingsmotor med et symmetrisk, i en cylinder frit bevægeligt trinstempel, der mindst har to steiripeltrin, som hvert er anbragt bevægeligt i et med udstødsslidser for-5 synet forbrændingskammer, som hvert gennem en kanal er forbundet med et forrum, hvorhos forbrændingskamrene er anbragt aksialt indvendigt for stempeltrinnene, mellem hvilke forbrændingskamre der befinder sig et yderligere kammer, i hvilket der er tilvejebragt et ekstra, på et stextvpelmidtef-10 stykke anbragt stempeltrin af trinstemplet.

Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.451.662 kendes en totaktsforbrændingsmotor, ved hvilken der er tilvejebragt to særskilte forkompressorkamre aksialt indenr for stempeltrinnene, mens forbrændingskamrene ligger aksialt uden for * 15 stempeltrinnene. Et forbrændingskammer og ét forkompressor-kammer befinder sig hvert sted i en fælles hulcylinder, i hvilken stempeltrinnet bevæger sig. Mellem forkompressorkam-rene og forbrændingskamrene er anbragt overstrømningskanaler, som forløber i kanalvæggen.

20 Fra britisk patentskrift nr. 237.642 kendes, en fri- stempelmotor/kompressor, der udviser de indledningsvis anførte træk, og ved hvilken trinstemplet i sin helhed er anbragt inden i motorblokken, således at trinstemplet ikke kan rage ud over dennes endeflader. Denne motor har to 25 forbrændingskamre, som er forbundet med forkamre, hvorfra brændstofblandingen gennem det hule stempel strømmer ind i forbrændingskamrene, men hvor der ikke sker nogen forkomprimering i forkamrene.

Formålet for den foreliggende opfindelse er at til-30 vejebringe en totaktsforbrændingsmotor af den indledningsvis anførte art, der er videreudviklet således, at der med den simplest mulige konstruktion kan opnås en høj virkningsgrad, idet der samtidig skal foreligge mulighed for direkte at omsætte den ved forbrændingen frembragte energi via stempel-35 trinnene.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at trinstemplet 149478

O

2 er indrettet til at kunne rage ud over cylinderens endeflader, og at det ekstra stempeltrin deler det yderligere kammer i to særskilte forkompressorrum, som er forbundet med forbrændingskamrene ' ved aksialt forløbende kanaler, der udmunder i 5 forbrændingskammerendesiderne og hver er aflukket ved hjælp af en med stempelmidterstykket forbundet stempelventil under ekspansion af mediet i forbrændingskamrene og er åben gennem udstødsslidser ved udstødning af forbrændingsgasserne.

Ved denne udformning opnås udover en meget enkel kon-10 struktion og en tilsvarende lav fremstillingspris at den af arten af kanalernes udmunding og af udstødsslidserne bestemte skylning i vidt omfang omfatter hele cylinderrummet, hvilket sammen med forkomprimeringen af brændstofblandingen muliggør en høj volumetrisk ydelse og en høj virkningsgrad. Da trin-15 stemplet kan råge ud over cylinderens endeflader, kan stempeltrinnene tillige virke som arbejdsstempler f.eks. i en kompressor eller pumpe, således at man får en meget kompakt og konstruktivt enkel arbejdsmaskine, eller energien kan indirekte afgives af trinstemplet på anden måde.

20 Fortrinsvis er kanalerne mellem forkompressorrummene og forbrændingskamrene udformet hulcylindriske og anbragt koncentrisk omkring stempelmidterstykket. En fordel ved denne indretning beror på forbedringen af skylningen i forbrændingskamrene .

25 Ved en hensigtsmæssig udførelsesform er stempelventi lerne hver dannet af et til kanalernes tværsnit tilpasset afsnit af stempelmidterstykket, idet der i den ydre dødpunktsstilling for det pågældende stempeltrin mellem afsnittets ringformede endeflade og kanalens væg forekommer en åbning 30 til skyllestrømmen. Skylningen bliver ved denne indretning styret med en konstruktivt enkel stempelventil.

Fortrinsvis er der på de cylindriske ydervægge af afsnittene nær ved de ringformede endeflader anbragt stempelringe.

35 o 3 149478

En yderligere, hensigtsmæssig udførelsesform består i, at der mellem endefladen af hvert af de pågældende forbrændingskamre og det til endefladen grænsende vægafsnit af den fra forkompressorrummet udgående kanal er tilvejebragt mindst 5 to udsparinger, som i den ydre dødpunktsstilling af stempeltrinnet frigives af den de ikke udsparede vægzoner berørende stempelventil. En fordel ved denne udførelsesform må ses i den over hele stempelventilens slagvej forløbende, tvangsmæssige styring ved hjælp af kanalvæggene.

10 Fortrinsvis er en indsugningsåbning anbragt i det yderligere kammers cylindriske væg i midten mellem de to endesider. Denne indsugningsåbning står til rådighed for begge forkompressorrum. I afhængighed af det ekstra stempeltrins indsugnings- eller kompressionsstilling er de pågæl-15 dende forkompressorrum åbne eller lukkede mod indsugningsåbningen.

Ved en fordelagtig udførelsesform er udstødsslidserne udformede som i det væsentlige tangentialt i forbrændingskamrene udmundende udstødskanaler. Ved denne indretning op-20 nås en længdeskylning.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere, idet der henvises til tegningen, som viser et længdesnit gennem en udførelsesform for en totaktsforbrændingsmotor ifølge opfindelsen.

25 I en cylinder 10, der er begrænset af en.væg 12, befinder sig et trinstempel 14, der er aksialt frit bevægeligt.

Trinstemplet 14 indeholder to stempeltrin 16,18, et stempelmidterstykke 20, et ekstra stempeltrin 22 og to stempelafsnit 24,26. Stempeltrinnene 16,18 har lige stor 30 diameter. Stempelmidterstykket 20 har en diameter, der er betydeligt mindre end diameteren af stempeltrinnene 16,18. Diameteren af det ekstra stempeltrin 22, der er anbragt i midten mellem de to stempeltrin 16,18 på stempelmidterstykket 20, kan være lige så stor som eller større end 35 diameteren af stempeltrinnene 16,18. De to stempelafsnit 24,26 har lige stor diameter, der er noget større end diameteren af stempelmidterstykket 20. Yderligere har stem-pelafsnittene 24,26 ringformede endeflader 21.

O

4 149478

Cylinderen .10 er udstyret med to forbrændings-kamre 28,30, der hvert er anbragt aksialt inden, for stempeltrinnene 16,18. Et yderligere kammer 32 befinder sig mellem de to forbrændingskamre 28,30. I det yderligere 5 kammer 32 er det ekstra stempeltrin 22 anbragt bevægeligt.

Det med stempelmidterstykket 20 en enhed dannende, ekstra stempeltrin 22 deler det yderligere kammer 32 i to for-kompressorrum 34,36, der hvert gennem en kanal 38,40 er forbundet med et af forbrændingskamrene 28,30. Det yder-10 ligere kammer 32 er anbragt i midten mellem de to forbrændingskamre 28-,30 og hvert sted adskilt fra disse af en væg 42 hhv. 44. I væggene 42,44 forløber hvert sted en af kanalerne 38,40, som er udformet hulcylindrisk. De ikke nærmere betegnede cylindervægge i kanalerne 38,40 omgiver hver kon-15 centrisk en del af stempelmidterstykket 20. Mellem den cylindriske ydervæg af stempelmidterstykket 20 og cylindervæggen i den pågældende kanal 38,40 forekommer et frit rum, i hvilket et gasformigt medium kan strømme fra det tilsvarende forkompressorrum 34 hhv. 36 til det nærliggende forbrændings-20 kammer 28 hhv. 30, idet stempeltrinnene 16 hhv. 18 i en arbejdstakt for motoren drives med forbrænding af en brændsels--luftblanding, hvorved varmeenergi omdannes til mekanisk arbejde.

Forbrændingskamrene .28,30 er hvert forsynet med 25 udstødsslidser 46, der befinder sig inden for den ydre dødpunktsstilling for det pågældende stempeltrin 16,18. Til udstødsslidserne grænser udstødskanaler 48 i cylindervæggen 12. Ved den på tegningen gengivne forbrændingsmotor forløber udstødskanalerne vinkelret på længdeåksen for trinstemp-30 let 14. Det er imidlertid også muligt at anbringe udstødskanalerne 48 skråt i forhold til længdeaksen, idet midterakserne for kanalerne 48 skærer midteraksen for afsnittene 24,26 hhv. for stempelmidterstykket 20. Ydermere kan kanalerne 48 indmunde tangentialt eller tilnærmelses-35 vis tangentialt i forbrændingskamrene 28,30. Med denne indretning kan der i forbindelse med udstrømningsåbningerne for kanalerne 38,40 i de ikke nærmere betegnede endesider af forbrændingskamrene 28,30 opnås en gunstig længdeskylning af forbrændingskamrene 28,30.

o 5 149478

Det yderligere kammer 32 indeholder en indsugningsåbning 50, som er anbragt i cylindervæggen 12 i midten mellem de to endevægge af kammeret 32. Foran den eksempelvis cylindriske indsugningsåbning 50 befinder der sig en til cy-5 linderen 10 grænsende karburator 52, når forbrændingsmotoren er udformet som benzinmotor. På tegningen er kun gengivet en del af kaburatoren 52 med et drøvlespjæld 54.

Diametrene af afsnittene 24,26 er afpasset efter tværsnittene af kanalerne 38,40 ..Diametrene er valgt således, at af-10 snittene 24,26 lukker kanalerne 38,40 så tast scan muligt, men imidlertid muliggør en aksial bevægelse af afsnittene 24,26 i kanalerne 38,40. Afsnittene 24,26 rager frem fra de nærmere betegnede endeflader af stempeltrinnene. Længden af afsnittene 24, 26 afhænger af den ydre dødpunksstilling for stempeltrinnene 16,18. Γ den ydre dødpunktsstilling for 15 stempeltrinnet 16 eller 18 frigiver det pågasldende afsnit 24.26 den tilknyttede kanal 38 eller 40 for tilførsel af medium til forbrændingskammeret 28,30. Ved indadgående bevægelse af stempeltrinnet 16 eller 18 lukker det tilsvarende afsnit 24.26 efter lukning af udstødsslidserne 48 den pågældende 20 kanal 38 eller 40. En meget god tætning opnås med stempelringe 56, som er anbragt på de cylindriske vægge af afsnittene 24,26 nær ved afsnitsendefladerne 21. Stempeltrinnene 16,18 er ligeledes udstyret med stempelringe 58.

Mellem endefladerne af forbrændingskamrene 28,30 og de 25 cylindriske endevægge af kanalerne 38,40 forekommer udsparinger 60, som har trekantformede tværsnit. Udsparingerne 60 er anbragt parvis liggende overfor hinanden og danner kamre, som forstørres i retning mod forbrændingskamrene 28,30.

I udsparingerne 60 kan ved en udformning af forbrændings-30 motoren som benzinmotor enderne af tændrør 62 rage ind.

I den ydre dødpunktsstilling for et af stempeltrinnene 16,18 berører stempelringen 56 stadig den mellem udsparingerne 60 tilbageværende væg af den tilsvarende kanal . 38,40. Det gasformige medium strømmer gennem den mellem kanal- 35 cylindervæggen og udsparingen 60 forekommende åbning 64 ind i udsparingen 60 og derfra ind i det pågældende forbrændingskammer 28,30. Afsnittene 24,26 er derfor så lange, at berøringen mellem stempelringene 58 og væggene i kanalerne 6 149478 o 38.40 heller ikke ophører i den ydre dødpunktsstilling for stempeltrinnene 16,18. Herved kan der opnås en god styring af afsnittene 24,26, der med hensyn til åbningen af kanalerne 38.40 danner stempelventiler.

5 På tegningen er stempeltrinnene 16,18 kun gengivet delvis. De bort fra forbrændingskamrene 28,30 vendende ender af stempeltrinnene 16,18 kan være anbragt i kamre i ikke gengivne arbejdsmaskiner, dvs. drevne maskiner. En tværsnitsformindskelse er herved ikke nødvendig, dvs. at der ved 10 samme cylindertværsnit står samme stempelslag til rådighed for arbejdsmaskinerne. Forbrændingskamrene 28,30 og arbejdsmaskinkamrene kan have et enkelt cylinderrum med samme diameter, tilfælles. En sådan udformning lader sig fremstille omkostningsgunstigt.

15 På tegningen er den brugte forbrændingsgas gengivet symbolsk ved små, udfyldte, sorte cirkler 68. Det gasformige medium, som tilføres forbrændingskamrene, er symbolsk gengivet ved små cirkler 66 med sort omkreds.

- Forbrændingsmotoren arbejder på følgende måde: 20 Som det er fremstillet på tegningen, befinder stempeltrin net 16 sig i det venstre forbrændingskammer 28 i kompressionsstillingen i vendepunktet, i hvilket det gasformige medium antændes. Herved fremkommer brugte forbrændingsgasser 68. Det højre stempeltrin er ankommet til dets ydre dødpunktsstilling,.

25 i hvilken udstødsslidserne 46 er frigivet. Kanalen 40 er åben imod forbrændingskammeret 30. Det ekstra stempeltrin 22 befinder sig i den højre side af kammeret 32 og har komprimeret det gasformige medium 66 til et tryk, der er højere end udstødsmodtrykket. Ved et 30 passende valg af størrelsen af kammeret 32 og diameteren af det ekstra stempeltrin 22 kan trykket i forkompressor-rummet 36 indstilles på et til skylning særlig gunstig værdi.

I forbrændingskammeret 30 er skylningen praktisk talt tilendebragt. Indretningen af kanalerne 38,40 tillader i høj grad, 35 at hele forbrændingskammeret omfattes af skylningen. I for-kompressorrummet 34 er gasformigt medium 66 indsuget gennem åbningen 50. Forkompressorrummet 34 har ved den på tegningen gengivne stilling af det ekstra stempeltrin 22 opnået sit. maksimale volumen, mens forkompressorrummet 36 har det mindste

O

7 149478 volumen. Da der i sidevæggene i forbrændingskamrene 28,30 kun forekommer udstødsslidser, hvis dimensioner i retning af længdeaksen for trinstemplet 14 kan holdes små, fremkommer der kun et lille slaglængdetab. Motoren har derfor et stort 5 effektivt stempelslag.

Efter forbrændingen af det gasformige medium vandrer stempeltrinnet 16 mod højre. Det ekstra stempeltrin 22 og stempeltrinnet 18 følger denne bevægelse. Herved lukker stempeltrinnet 22 åbningen 50 og komprimerer derpå det gas-10 formige medium i forkompressorrummet 34. Stempeltrinnet 18 bevæger sig forbi udstødsåbningerne 46, mens afsnittet 26 lukker åbningerne 64. Derefter bliver det gasformige medium i forbrændingskammeret 30 komprimeret. Stempeltrinnet 22 frigiver åbningen 50 til forkompressorrummet 36, således 15 at der ind gasformigt medium i dette. Når stempeltrin net 16 bevæger sig over udstødslidserne, bliver ekspansionen . af de brugte forbrændingsgasser 68 afbrudt. Der finder et pludseligt trykfald sted i forbrændingskammeret 28 til modtrykket bag kanalerne 48. Så snart dette modtryk er opnået ' 20 i forbrændingskammeret 28, åbner afsnittet 24 forbrændingskammeret 28 mod forkompressorrummet 34. Derefter foregår en skylning, under hvilken det gasformige medium 66 erstatter de brugte forbrændingsgasser 68 i forbrændingskammeret 28. · Herunder komprimeres det gasformige medium i forbrændings-25 kammeret 30. Efter afslutning af dette slag gentager forløbet sig i omvendt retning.

Den ved forbrændingen udvundne kraft kan gennem stempeltrinnene 16,18 omsættes til arbejde, idet f.eks. et yderligere medium periodisk indsuges i og udstødes fra 30 yderligere, ikke gengivne kamre. Dette medium kan i et yderligere, ikke gengivet kredsløb drive arbejdsorganer, f.eks. turbiner.

35

Claims (4)

149478 o Pat e n t k r a v.

1. Totaktsforbrændingsmotor med et symmetrisk, i en cylinder (10) frit bevægeligt trinstempel (14), der mindst har to stempeltrin (16,18), som hvert er anbragt bevægeligt 5. et med udstødsslidser (48) forsynet forbrændingskammer (28.30) , som hvert gennem en kanal (38,40) er forbundet med et forrum (34,36), hvorhos forbrændingskamrene (28,30) er anbragt aksialt indvendigt for stempeltrinnene (16,18), mellem hvilke forbrændingskamre der befinder sig et yderligere 10 kammer (32), i hvilket der er tilvejebragt et ekstra, på et stempelmidterstykke (20) anbragt stempeltrin (22) af trinstemplet (14), kendetegnet ved, at trinstemplet (14) er indrettet til at kunne rage ud over cylinderens (10) endeflader, og at det ekstra stempeltrin (22) deler det 15 yderligere kammer (32) i to særskilte forkompressorrum (34,36), som er forblindet med forbrændingskamrene (28,30) ved aksialt forløbende kanaler (38,40), der udmunder i forbræn-dingskammerendesiderne og hver er aflukket ved hjælp af en med stempelmidterstykket (20) forbundet stempelventil 20 (24,26) under ekspansion af mediet i forbrændingskamrene (28.30) og er åben gennem udstødsslidser (46) ved udstødning af forbrændingsgasserne.

2. Totaktsforbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kanalerne (38,40) mellem forkom- 25 pressorrummene (34,36) og forbrændingskamrene er udformet hulcylindrisk og anbragt koncentrisk om stempelmidterstyk-ket (20).

3. Totaktsforbrændingsmotor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at stempelventilerne hver er 30 dannet af et til tværsnittet af kanalerne tilpasset afsnit (24,26) på stempelmidterstykket (20), idet der i den ydre dødpuriktsstilling for det pågældende stempeltrin (16,18) mellem den ringformede endeflade (21) af afsnittet og kanalens (38,40) væg forekommer en åbning (64) til skyllestrømmen.

4. Totaktsforbrændingsmotor ifølge krav 1 eller et af de følgende krav, kendetegnet ved, at der på de