FI120468B - Pumppu tai moottori - Google Patents

Description

Pumppu tai moottori

Keksinnön kohteena on pumppu tai moottori, joka käsittää rungon, jossa rungossa on seinämä, pohja ja kansi, jotka rajaavat sisäänsä tilan, kampiakselin, jossa on 5 tilan sisään sijoittuva tappi ja tilan ulkopuolelle ulottuva varsiosa, jolloin tappi ja varsiosa ovat epäkeskisiä, ja siipiä, jotka on kiinnitetty ensimmäisestä päästään nivelöidysti seinämään ja toisesta päästään nivelöidysti tapin ympärille järjestettyihin keskikappaleisiin.

10 Tunnetuissa polttomoottoreissa on sylintereitä, joissa on edestakaista liikettä tekevä mäntä. Kun mäntien edestakainen liike muutetaan kampiakselin pyöriväksi liikkeeksi, kampiakseliin kohdistuu suuria poikittaisia voimia ja haitallista värähtelyä. Toimivan mäntämoottorin rakentaminen edellyttääkin mäntien ja kampiakselin yhteistoiminnan tarkkaa suunnittelua ja mitoitusta, mikä nostaa moottorin valmis-15 tuskustannuksia. Lisäksi edestakaisen liikkeen muuttaminen pyöriväksi liikkeeksi synnyttää väistämättä kitkavoimia, jotka heikentävät moottorin hyötysuhdetta.

Polttomoottorin rakenteen yksinkertaistamiseksi ja hyötysuhteen parantamiseksi on kehitetty moottorirakenteita, joissa männät tai niitä vastaavat rakenneosat tekevät pyörivää liikettä. Tällaisista moottoreista tunnettuja rakenteellisia ratkaisuja 20 on käytetty myös pumpuissa ja kompressoreissa.

Julkaisusta W003004842 tunnetaan moottori, jossa rungon sisällä olevassa kammiossa on kolmiota muistuttava, akselin ympärille sovitettu kiertomäntä. Kier-tomäntä ja kammion seinämät rajaavat väliinsä palotiloja, joiden tilavuus muuttuu akselin kierroksen aikana. Kammiossa suurella nopeudella pyörivän männän "kär-25 ki ” hankaa jatkuvasti kammion seinämää, minkä vuoksi palotilasta on hankala saada tiivistä. Viitejulkaisuissa FR 2542041 ja US 3601512 on esitetty ratkaisuja, jossa rungon sisällä on pyörivä roottori, johon on kiinnitetty laakeroidusti siipiä. Siipien ulompien päiden ja rungon seinämän välissä on rengas, joka pyörii rungon sisällä laakeroinnin varassa. Tällainen moottori on rakenteeltaan monimutkainen 30 ja kallis.

Julkaisuissa US 3364908 ja WO9829650 on kuvattu moottoreita, joissa paikallaan pysyvän rungon sisällä on sylinterimäinen kammio. Kammion sisällä on pyörivä roottori, joka käsittää kampiakselin ja joukon mäntälevyjä. Mäntälevyt on kiinnitetty ensimmäisestä päästään nivelöidysti rungon sisäseinämään ja toisesta päästään 2 yhdysvarren välityksellä kampiakselin epäkesko-osiin. Mäntälevyt ja rungon seinämät rajaavat väliinsä kammiot, jotka toimivat polttoaineseoksen palotiloina. Tässä ratkaisussa mäntälevyjen voima johdetaan kampiakselille perinteisestä mäntämoottoreista tunnetulla yhdysvarsirakenteella, mikä johtaa tehohäviöihin ja 5 huonoon hyötysuhteeseen. Julkaisun WO9829650 katsotaan edustavan lähintä tunnettua tekniikkaa.

Keksinnön tavoitteena on tuoda rakenteeltaan uudenlainen laite, jolla voidaan vähentää tunnettuun tekniikkaan liittyviä epäkohtia. Keksinnön mukaisesta laitteesta voidaan valmistaa useita eri suoritusmuotoja, jotka voivat toimia pumppuna, 10 kompressorina, paineenalaisella fluid ilia toimivana moottorina tai toimilaitteena tai polttomoottorina.

Keksinnön mukaiset tavoitteet saavutetaan laitteella, joille on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

15 Keksinnön mukainen laite voi olla suoritusmuodosta riippuen moottori tai pumppu. Laite käsittää rungon, jossa on edullisesti lieriömäinen seinämä sekä pohja ja kansi, jotka rajaavat yhdessä sisäänsä tilan. Laiteessa on lisäksi kampiakseli, jossa on tilan sisään sijoittuva tappi ja tilan ulkopuolelle ulottuva varsiosa. Tappi ja varsiosa ovat toisiinsa nähden epäkeskisiä, joten varsiosan pyöriessä pyöräh-20 dysakselinsa ympäri tappi liikkuu tilan sisällä ympyrän muotoista rataa pitkin. Tilan sisällä on siipiä, jotka on kiinnitetty ensimmäisestä päästään nivelöidysti rungon seinämän sisäpintaan ja toisesta päästään nivelöidysti tapin ympärille järjestettyihin keskikappaleisiin. Keksinnön mukaisessa laitteessa siivet on järjestetty tilaan siten, että rungon pohja ja kansi sekä tilan sisällä olevat siivet ja keskikappaleet 25 muodostavat kammion. Kampiakselin pyöriessä siipien asento ja keskikappalei-den etäisyys siivistä muuttuu, jolloin myös kammion tilavuus muuttuu. Kammion tilavuus saavuttaa minimi- ja maksimiarvonsa kampiakselin yhden kierroksen aikana.

30 Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa laite on pumppu, jolloin laite käsittää ulkoisen voimanlähteen kampiakselin varsiosan pyörittämistä varten. Rungon pohjassa on tällöin ainakin yksi tuloputki fluidin johtamiseksi kammioon kampiakselin kierroksen ensimmäisessä vaiheessa ja ainakin yksi poistoputki fluidin johtamiseksi pois kammiosta kampiakselin kierroksen toisessa vaiheessa.

3

Keksinnön eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa laite on paineenalai-sella fluidilla toimiva moottori, jolloin rungon pohjassa on ainakin yksi tuloputki paineenalaisen fluidin johtamiseksi kammioon kampiakselin kierroksen ensimmäisessä vaiheessa ja ainakin yksi poistoputki fluidin johtamiseksi pois kammiosta 5 kampiakselin kierroksen toisessa vaiheessa.

Keksinnön eräässä kolmannessa edullisessa suoritusmuodossa laite on pai-neenalaisella fluidilla toimiva toimilaite, jolloin laitteessa on neljä siipeä ensimmäisen kammion ja toisen kammion muodostamiseksi. Tällöin rungon pohjassa on lisäksi ensimmäinen tuloputki paineenalaisen fluidin johtamiseksi ensimmäiseen 10 kammioon kampiakselin kierroksen ensimmäisessä vaiheessa ja toinen tuloputki paineenalaisen fluidin johtamiseksi toiseen kammioon kampiakselin kierroksen toisessa vaiheessa kampiakselin saattamiseksi edestakaiseen pyörähtävään liikkeeseen.

Keksinnön eräässä neljännessä edullisessa suoritusmuodossa laite on poltto-15 moottori, jolloin laitteessa on sytytystulppa ilman ja polttoaineen seoksen sytyttämiseksi ja venttiilikoneisto. Venttiilikoneistossa on imukanava ilman ja polttoaineen seoksen johtamiseksi kammioon kampiakselin ensimmäisen kierroksen aikana ja poistokanavan palokaasujen johtamiseksi pois kammiosta kampiakselin toisen kierroksen aikana. Edullisesti venttiilikoneisto on järjestetty laitteen kanteen ja sy-20 tytystulppa laitteen pohjaan.

Keksinnön eräässä viidennessä edullisessa suoritusmuodossa laite on kaksi rinnakkaista tilaa käsittävä polttomoottori, jossa on puristusosa ilman ja polttoaineen kokoonpuristamista varten ja palamisosa ilman ja polttoaineen seoksen polttamista varten. Tällöin puristusosan ja palamisosan kansi on korvattu yhteisellä välile-25 vyllä, jossa on kaasunvaihtoreikä kokoonpuristetun kaasun johtamiseksi puristusosan kammiosta palamisosan kammioon. Tässä suoritusmuodossa kampiakseli käsittää puristusosassa olevan ensimmäisen osan ja palamisosassa olevan toisen osan, jotka on yhdistetty toisiinsa yhdistyslaipalla. Edullisesti kampiakselin ensimmäisen osan ja toisen osan kiertoasennossa on vaihe-ero.

30 Keksinnön etuna perinteisiin mäntämoottoreihin ja -pumppuihin verrattuna on se, että siinä ei ole mäntien edestakaisesta liikkeestä aiheutuvaa tärinää.

Keksinnön mukaisen moottorin etuna on, että palokaasujen poistovaihe voidaan mitoittaa melko vapaasti, jolloin poistumispaineesta saadaan pieni. Tämän ansiosta moottorin hyötysuhde paranee. Siipien muotoilun ansiosta kammiot tyhjentyvät palokaasuista työtahdin lopussa miltei täydellisesti, joten uuteen polttoaineseok- seen ei sekoitu palokaasuja. Tämä parantaa edelleen moottorin hyötysuhdetta.

4

Edelleen keksinnön etuna on, että kammioiden tiivistäminen on helppoa, koska tiivistyspinnat ovat tasomaisia.

5 Lisäksi keksinnön mukaisen moottorin etuna on, että se on kevyt, koska siinä ei ole perinteisesti moottoreihin kuuluvia osia, kuten sylinteriä, mäntää ja kiertokan-kea.

Vielä keksinnön mukaisen moottorin etuna on, että siinä palokaasujen paine kohdistetaan suoraan kampiakseliin ilman voimaa siirtäviä rakenneosia. Näin moottori 10 on saatu rakenteeltaan yksinkertaiseksi, jolloin sen valmistuskustannukset jäävät pieniksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuvat 1a-1c esittävät esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaista laitetta 15 ja eräitä sen yksittäisiä osia, kuvat 2a-2g esittävät kuvissa 1a-1c esitetyn laitteen siipien asennon ja siipien rajaaman kammion tilavuuden muuttumista kampiakselin yhden kierroksen aikana, kuva 3 esittää esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen laitteen toisen edullisen suoritusmuodon toimintaperiaatetta, 20 kuvat 4a-4f esittävät esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen laitteen kolmannen edullisen suoritusmuodon toimintaperiaatetta, kuva 5 esittää esimerkinomaisesti keksinnön mukaisen laitteen erästä neljättä edullista suoritusmuotoa, kuvissa 6a-6g on havainnollistettu kuvasarjan avulla kuvan 5 mukaisen laitteen 25 toimintaa, kuvissa 7a-7c on esitetty esimerkinomaisesti keksinnön mukaisen laitteen eräs viides edullinen suoritusmuoto ja kuvissa 8a-8f on havainnollistettu kuvasarjan avulla kuvissa 7a-7c esitetyn laitteen toimintaa.

5

Kuvassa 1a on esitetty esimerkinomaisesti eräs keksinnön mukaisen laitteen edullinen suoritusmuoto poikkileikkauksena ja kuvassa 1b edestä katsottuna. Kuvassa 1c on esitetty laitteen yksittäisiä osia aksonometrisinä kuvina. Kuvissa esitettyä laitetta voidaan käyttää esimerkiksi öljy- tai vesipumppuna tai kompressorina.

5 Keksinnön mukaisessa laitteessa on runko 10, jossa on edullisesti lieriömäinen seinämä 12 ja seinämän ensimmäiseen reunaan kiinnittyvä pohja 14. Seinämän toiseen reunaan on kiinnitetty levymäinen kansi 16 siten, että seinämä, kansi ja pohja rajaavat sisäänsä sylinterimäisen onton tilan 17. Kansi on kiinnitetty seinämään irrotettavasti kiinnityspulteilla 18. Kannen reunoissa on läpimenevät reiät ja 10 seinämän 12 päätypinnassa on sisäkierteelliset kiinnitysreiät kiinnityspultteja varten. Laitteen sisäpuolisen rakenteen esille tuomiseksi kantta ei ole esitetty kuvassa 1b.

Pohjassa 14 on kampiakselin reikä 24, jonka läpi kulkee kampiakseli 26. Kampiakselissa on tankomainen varsiosa 28, jonka päässä on laippa 30. Laipan en-15 simmäisessä pinnassa on varren kanssa yhdensuuntainen mutta sen suhteen epäkeskisesti sijoittuva tappi 32. Varsiosa ja tappi ovat laipan eri puolilla osoittaen eri suuntiin. Varsiosia laakereineen voi olla myös kaksi kappaletta, yksi tapin kummallakin puolella. Kampiakselin reiässä on ulompi osa, joka vastaa halkaisijaltaan laipan halkaisijaa ja sisempi osa, joka vastaa halkaisijaltaan varsiosan hal-20 kaisijaa. Ulomman osan syvyys on olennaisesti yhtä suuri kuin laipan paksuus, jolloin laipan ensimmäinen pinta asettuu olennaisesti samaan tasoon pohjan 14 tilaan 17 rajoittuvan pinnan kanssa. Tapin 32 ja varsiosan epäkeskisyydestä johtuen varren pyöriessä pituusakselinsa ympäri tappi liikkuu tilan 17 sisällä ympyrän muotoista rataa pitkin. Kampiakselin sisällä voi olla öljykanava 34, jota pitkin voi-25 daan johtaa voiteluainetta tilan 17 ulkopuolelta tilan sisään. Kampiakselin reiän 24 sisemmällä osalla on laakerointi 36, joka mahdollistaa kampiakselin pyörimisen. Pohjassa on lisäksi vielä ainakin yksi tuloputki 38 ja ainakin yksi poistoputki 40, jotka muodostavat yhteyden tilan ulkopuolelta tilan sisään.

Kammion 17 sisällä on siipiä 42, jotka muodostavat kampiakselin pyörimisliikkeen 30 aikana laajenevia ja supistuvia kammioita 44. Siivet ovat muodoltaan kaarevia le- : vymäisiä osia, jotka kiinnittyvät ensimmäisestä päästään seinämän sisäpintaan ja toisesta päästään keskikappaleen 46a, 46b avulla kampiakselin tappiin 32. Siiven leveys on olennaisesti yhtä suuri kuin pohjan 14 ja kannen 16 välinen etäisyys.

: Edullisesti siipien kantta ja pohjaa vasten asettuvissa sivupinnoissa 54 on ura, 35 johon on sovitettu tiiviste 56, jolla varmistetaan siipien rajaaman kammion tiiveys.

6

Siipien ensimmäisten päiden kiinnittämiseksi rungon seinämän 12 sisäpinnassa on rinnakkaisia kiinnityskorvakkeita 52, joissa on reikä saranatappia 50 varten. Siipien toiset päät kiinnittyvät kampiakselin tappia ympäröiviin keskikappaleisiin 46a, 46b. Keskikappaleissa on kiekkomainen tukiosa 58, jossa on läpimenevä 5 reikä kampiakselin tappia varten. Tukiosan ulkokehällä on kiinnityskorvakepari 60, jossa on läpimenevä reikä saranatappia varten. Keskikappaleet on kiinnitetty kampiakseliin asettamalla kampiakselin tappi 32 kulkemaan tukiosan reiän läpi. Tapin ja keskikappaleen välillä on laakerointi 64.

Kutakin siipeä varten tarvitaan oma keskikappale, joten keskikappaleiden luku-10 määrä ja mitoitus riippuu tilassa 17 olevien siipien lukumäärästä. Jos tilassa on kaksi siipeä, niin kiekkomaisen tukiosan paksuus tapin suunnassa on olennaisesti puolet pohjan ja kannen välisestä etäisyydestä. Vastaavasti jos siipiä on neljä kappaletta, tukiosan paksuus on pohjan ja kannen etäisyyden neljännes. Edullisesti keskikappaleiden keskinäisillä vastakkain asettuvilla pinnoilla sekä niiden 15 kantta 16 ja pohjaa 14 vasten asettuvilla pinnoilla on urat, joissa on tiiviste 62 kosketuspintojen välisen tiiveyden varmistamiseksi.

Siipien 42 ensimmäisessä päässä on ensimmäinen kiinnitysuloke 48a ja toisessa päässä toinen kiinnitysuloke 48b, joissa on reiät saranatappia 50 varten. Siivet on kiinnitetty ensimmäisestä päästään saranoidusti seinämään siten, että ensimmäi-20 set kiinnitysulokkeet on sovitettu seinämässä olevien rinnakkaisten kiinnityskor-vakkeiden 52 väliin ja saranatappi on asetettu kiinnityskorvakkeiden ja kiinnitysulokkeiden läpi menevään reikään. Vastaavasti siipien toiset päät on kiinnitetty keskikappaleisiin sovittamalla siipien toisessa päässä olevat toiset kiinnitysulokkeet keskikappaleiden kiinnityskorvakeparin 60 väliin ja asettamalla 25 saranatappi 50 korvakkeiden ja ulokkeiden läpi menevään reikään. Siipien molempien päiden saranoitu kiinnitys mahdollistaa kampiakselin pyörimisen ja siipien rajoittaman kammion 44 tilavuuden muuttumisen kampiakselin 26 pyörintäliikkeen aikana. Saranaliitoksen osat on työstetty mahdollisimman sopiviksi ja pienellä välyksellä toimiviksi, jotta liitoskohdat ovat siipien kaikissa 30 asennoissa mahdollisimmat tiiviit.

30 Kuvissa 2a-2g on esitetty kuvasarjan avulla siipien 42 asennon ja siipien rajaaman kammion 44 tilavuuden muuttuminen kampiakselin yhden kierroksen aikana. Kuvissa esitetyssä laitteessa on kaksi siipeä, jotka rajaavat yhdessä pohjan, kannen ja keskikappaleiden 46a, 46b kanssa sisäänsä kammion 44, jonka tilavuus muuttuu kampiakselin pyörimisliikkeen aikana. Kammion tilavuuden muutos aiheu-35 tuu siipien asennon sekä siipien ja keskikappaleen keskinäisen etäisyyden muuttumisesta kampiakselin pyörintäliikkeen aikana. Keksintö voidaan toteuttaa myös 7 nelisiipisenä, jolloin kammioita 44 on kaksi. Tämän vuoksi kuvasarjassa on piirretty kaksi siipeä 42 yhtenäisellä viivalla ja toiset kaksi siipeä katkoviivalla. Kuvan selostuksessa keskitytään yhtenäisellä viivalla piirrettyjen siipien rajaaman kammion koon muutoksen kuvaamiseen. Katkoviivalla kuvattujen siipien rajaaman 5 kammion koko muuttuu samalla tavoin, mutta kammio saavuttaa maksimi- ja mi-nimitilavuutensa kierroksen eri vaiheessa.

Kun keksinnön mukaista laitetta käytetään pumppuna tai kompressorina, kampiakselia pyöritetään jollain ulkoisella voimalähteellä (ei ole esitetty kuvassa), jolloin tappi 32 liikkuu tilan 17 sisällä ympyrän muotoista rataa pitkin. Voimanlähde 10 voi olla mikä tahansa sopiva moottori, kuten poltto- tai sähkömoottori. Laitteen runko pysyy kampiakselin pyörimisliikkeen aikana paikoillaan. Kuva 2a kuvaa tilannetta pyörintäliikkeen alkutilanteessa. Tässä tilanteessa keskikappaleiden 46a, 46b seinämä on hyvin lähellä siipiä 42, jolloin kammion 44 tilavuus on pienimmillään. Tuloputken 38 pää johtaa kammioon 44, joten kaasu, kuten ilma, pääsee 15 virtaamaan tuloputkea pitkin laitteen ulkopuolelta kammion sisään. Poistoputken 40 pää jää siiven alle, joten kaasun virtaus poistoputken kautta on estetty. Kuvassa 2b kampiakseli on kiertynyt akselinsa ympäri 45 astetta ja kuvassa 2c 90 astetta. Kiertymisliikkeen aikana siipien asento muuttuu, jolloin kammion 44 tilavuus kasvaa ja kammioon virtaa lisää kaasua tuloputkea pitkin. Pyörintäliikkeen vaihet-20 ta, jossa kammion tilavuus kasvaa ja kaasua virtaa sisään kammioon kutsutaan tässä esityksessä yleisesti imuvaiheeksi. Kuvassa 2d kampiakseli on kiertynyt 150 astetta. Tässä tilanteessa tuloputken pää on siiven peittämä, jolloin kaasun virtaus kammion sisään estyy. Kuvassa 2e kampiakseli on kiertynyt 240 astetta, kuvassa 2f 280 astetta ja kuvassa 2g 330 astetta. Pyörintäliikkeen tässä vaiheessa, jota 25 kutsutaan tässä esityksessä yleisesti poistovaiheeksi, keskikappale alkaa siirtyä siipiä kohti ja kammion 44 tilavuus pienenee. Samalla siivet ovat kiertyneet pois poistoputken 40 pään edestä, jolloin kaasu pääsee purkautumaan pois kammiosta poistoputkea pitkin. Tuloputken pää ei johda kammioon, joten kaasun kulku tulo-putken kautta on estetty. Siivet 42 on muotoiltu siten, että kierron lähestyessä lop-30 puaan keskikappaleiden 46a, 46b ja siipien rajaaman kammion tilavuus muodostuu mahdollisimman pieneksi, jotta olennaisesti kaikki kammiossa oleva kaasu pakotetaan virtaamaan poistoputkeen. Kuva 2a kuvaa tilannetta kierroksen päätyttyä, jolloin uusi kierros alkaa.

Kuvassa 3 on esitetty esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen laitteen toi-35 sen edullisen suoritusmuodon toimintaperiaate. Kuvassa 3 esitetyssä suoritusmuodossa laitetta käytetään moottorina. Laitteen rakenteelliset osat ovat saman- 8 laisia kuin edellä esitetyssä selostuksessa ja samoista osista on käytetty samoja nimiä ja viitenumerolta. Moottori käytössä laitteen sisällä olevat osat käyvät kampiakselin pyörintäkierroksen aikana läpi aivan samat vaiheet kuin edellä kuvatussa selostuksessa. Moottori käytössä kampiakselia ei kuitenkaan pyöritetä ulkoisella 5 voimanlähteellä, vaan kammioon 44 johdetaan tuloputkea 38 pitkin paineenalaista fluidia ts. kaasua tai nestettä, joka saa kampiakselin pyörimisliikkeeseen. Keksinnön mukaisella laitteella muutetaan siis fluidin paine kampiakselin pyörimisliikkeeksi. Kaasu tai neste voi olla esimerkiksi paineilmaa, höyryä tai paineenalaista hydrauliikkaöljyä. Kun kammioon 44 johdetaan paineenalaista nestettä, keskikap-10 paleen kammioon 44 rajoittuvaan pintaan kohdistuu painevoima p. Painevoiman resultantin F suuruus saadaan fluidin paineen ja keskikappaleen paineenalaisen pinnan tulona. Kun kampiakselin pyörähdysakselin etäisyys painevoiman resultantin vaikutuspisteestä on L, saadaan painevoiman aikaansaaman, kampiakselia kiertävän momentin suuruus painevoiman resultantin F ja etäisyyden L tulona.

15 Kuvasarjassa 4a-4f on esitetty esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen laitteen kolmannen edullisen suoritusmuodon toimintaperiaate. Tätä keksinnön suoritusmuotoa voidaan käyttää esimerkiksi venttiiliä avaavana ja sulkevana toimilaitteena, jota käytetään paineenalaisesta fluidista saatavan voiman avulla. Laite muistuttaa toiminnaltaan edellä kuvattua moottoria mutta eroaa moottorista siinä, 20 että kampiakselia voidaan pyörittää joko myötäpäivään tai vastapäivään. Laitteen rakenteelliset osat ovat samanlaisia kuin edellä esitetyssä selostuksessa ja samoista osista on käytetty samoja nimiä ja viitenumerolta. Toimilaitteena toimivassa laitteessa on neljä siipeä 42, jotka muodostavat kaksi kammiota: ensimmäisen kammion 44a ja toisen kammion 44b. Kammiot sijaitsevat seinämän 25 12 rajaaman tilan 17 vastakkaisilla reunoilla. Laitteen pohjan läpi johtaa kaksi tuloputkea siten, että ensimmäinen tuloputki 38a johtaa ensimmäiseen kammioon ja toinen tuloputki 38b toiseen kammioon.

Kun ensimmäiseen kammioon 44a johdetaan paineenalaista fluidia ensimmäistä tuloputkea 38a pitkin, keskikappaleeseen 46 kohdistuu paine, joka saa kampiak-30 selin kiertymään myötäpäivään nuolen A suuntaan (kuvat 4a-4c). Kampiakselin pyörimisliikkeen aikana ensimmäisen kammion tilavuus kasvaa ja toisen kammion 44b tilavuus pienenee. Mikäli toisessa kammiossa on fluidia, se pääsee poistumaan kammiosta toisen tuloputken 38b kautta. Vastaavasti kun toiseen kammioon 44b johdetaan paineenalaista fluidia toista tuloputkea pitkin, keskikappaleeseen 35 46 kohdistuu paine, joka saa kampiakselin kiertymään vastapäivään nuolen B

suuntaan (kuvat 4d-4e). Tällöin toisen kammion tilavuus kasvaa ja ensimmäisen 9 kammion 44b tilavuus pienenee. Samalla fluidi poistuu ensimmäisestä kammiosta tuloputkea 38a pitkin. Siivet 42 on kiinnitetty seinämään siten, että niiden avulla saadaan kampiakseli kiertymään edestakaisin edullisesti ainakin 90 asteen verran. Keksinnön mukaisen laitteen kampiakseli voidaan siten kytkeä johonkin toi-5 seen laiteeseen, kuten venttiiliin, jolloin venttiili voidaan avata tai sulkea keksinnön mukaisen laitteen avulla. Toimilaitekäytössä olevassa laitteessa tulee luonnollisesti olla tarkoituksenmukainen syöttölaitteisto paineenalaisen fluidin syöttämiseksi tuloputkiin 38a, 38b (syöttölaitteistoa ei ole esitetty kuvassa).

Kuvassa 5 on esitetty esimerkinomaisesti eräs keksinnön mukaisen laiteen neljäs 10 edullinen suoritusmuoto. Tämä keksinnön suoritusmuoto on polttomoottori, jonka toimintaperiaate muistuttaa perinteisen 4-tahtimoottorin toimintaa. Laitteen rakenteelliset osat ovat pääosin samanlaisia kuin edellä esitetyissä kuvien 1a-1c selostuksessa. Kuvan 5 selostuksessa laitteen aikaisemmin esitetyistä osista on käytetty samoja nimiä ja viitenumerolta. Kuvassa 5 esitetty suoritusmuoto poikkeaa ku-15 vissa 1a-1c esitetystä laitteesta siinä, että pohjassa 14 ei ole lainkaan tulo- ja poistoputkia. Sen sijaan laitteessa on venttiilikoneisto, joka käsittää imukanavan 70 ja poistokanavan 72, joiden kautta rungon 10 ulkopuolelta avautuu yhteys kannen 16 läpi tilaan 17. Kanavien päissä on varrelliset venttiilit 74, jonka avulla kanavien päät voidaan avata ja sulkea. Rungon pohjassa 14 on läpimenevä kierteel-20 linen reikä 60, johon on asennettu sytytystulppa 78. Imu- ja poistokanavat sekä sytytystulppa on sijoitettu runkoon siten, että ne asettuvat tilan 17 vastakkaisille reuna-alueille lähelle toisiaan. Edullisesti sytytystulppa sijoittuu tilaan 17 avautuvien imu- ja poistokanavien päiden väliin. Venttiilikoneisto ja sytytystulppa ovat tavanomaista tunnettua moottoritekniikkaa, joten niitä ei kuvata tässä yhteydessä 25 tarkemmin.

Kuvan 5 esittämässä suoritusmuodossa siivet 42 on muotoiltu siten, että keski-kappaleiden 46a, 46b ja siipien väliin muodostuvan kammion muoto on tarkoituksenmukainen polttoaineen palamisen sekä palavan kaasuseoksen syötön ja palo-kaasujen poiston kannalta. Siipien ensimmäiseen päähän on muodostettu ohen-T 30 nus, jotta siipien ja keskikappaleen väliin jäävällä kammiolla 44 on riittävän suuri tilavuus silloin, kun keskikappale on asettuneena siipien sisäpintaa vasten (ks. kuva 6a). Kuvassa 5 esitetty polttomoottori on toteutettu kaksisiipisenä, mutta se voidaan toteuttaa myös nelisiipisenä, jolloin moottorissa on kaksi siipien rajaamaa kammiota 44. Nelisiipisessä moottorissa tulee olla myös toinen venttiilikoneisto ja 35 toinen sytytystulppa.

10

Kuvissa 6a-6g on selostettu kuvasarjan avulla kuvan 5 mukaisen moottorin toimintaa kampiakselin 26 kahden kierroksen aikana. Kuvan 6a esittämässä lähtötilanteessa kampiakselin pyörähdyskulma on 0 astetta ja keskikappale 46 on painautuneena siipien 42 väliin. Siipien ja keskikappaleen rajaaman kammion 44 tila-5 vuus on tällöin pienimmillään. Kampiakselin yhden kierroksen aikana polttoaineen ja ilman seos virtaa imukanavaa pitkin kammioon ja puristuu kokoon. Kuvasarjan kuvat 6a-6d esittämät imuvaihetta, jolloin imuventtiili on auki ja kaasua virtaa kammioon. Poistokanava on tässä vaiheessa suljettuna. Kuvat 6e-6g kuvaavat puristusvaihetta, jolloin imu- ja poistokanavat ovat suljettuina ja kammiossa oleva 10 ilman ja polttoaineen seos puristuu kokoon. Kierroksen lopussa (kuva 6a) kammiossa 44 oleva paineenalainen ilman ja polttoaineen seos sytytetään sytytystulpalla 78. Polttoaineen räjähdysmäinen palaminen saa aikaan paineen nousun kammiossa, jolloin keskikappaleeseen 46a, 46b kohdistuu painevoima, joka saa kampiakselin pyörimisliikkeeseen (ks.kuva 3). Kuvasarjan kuvat 6a-6d kuvaavat nyt 15 tilannetta ns. työvaiheen aikana, jolloin imu- ja poistokanavat ovat suljettuna, ja keskikappaleeseen kohdistuu kampiakselia pyörittävä painevoima. Kuvat 6e-6g kuvaavat poistovaihetta, jolloin poistokanava avautuu ja palokaasut poistuvat kammiosta 44 kammion tilavuuden pienentyessä. Kierroksen lopussa (kuva 6a) poistokanava suljetaan venttiilillä 74 ja uusi kierros alkaa.

20 Kuvissa 7a-7c on esitetty esimerkinomaisesti eräs viides keksinnön mukaisen , laitteen edullinen suoritusmuoto. Tämä keksinnön suoritusmuoto on polttomootto ri, jonka toimintaperiaate muistuttaa perinteisen 2-tahtimoottorin toimintaa. Laitteen rakenteelliset osat ovat pääosin samanlaisia kuin edellä esitettyjen keksinnön edullisten suoritusmuotojen selostuksissa. Kuvien 7a-7c selostuksessa laitteen 25 aikaisemmin esitetyistä osista on käytetty samoja nimiä ja viitenumerolta.

Kuvissa 7a-7c esitetyssä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa on kaksi osaa, puristusosa 80 ja palamisosa 82, jotka ovat rakenteeltaan miltei toistensa peilikuvia. Osien välissä on levymäinen välilevy 84, joka erottaa osat toisistaan. Puris-* - tusosa, palamisosa ja välilevy on liitetty yhteen kiinnityspulteilla 18 yhdeksi raken- 30 teellisesti laitekokonaisuudeksi. Laitteen kampiakseli 26 rakentuu kahdesta osasta: puristusosassa olevasta ensimmäisestä osasta 26a ja palamisosassa olevasta toisesta osasta 26b. Kampiakselin ensimmäinen ja toinen osa ovat toistensa peilikuvia. Kampiakselien tapit 32a, 32b on yhdistetty toisiinsa kiekkomaisella yhdistys-laipalla 86 siten, että kumpikin kampiakselin osa on aina samanlaisessa pyörimis-35 liikkeessä. Yhdistyslaippa on siis tappeihin kiinteästi kiinnittyvä osa, joka pyörii samalla kierrosnopeudella kampiakselin osien kanssa. Edullisesti kampiakselin 11 osat on liitetty toisiinsa niin, että niiden pyörimisvaiheessa on noin 15 asteen vaihe-ero. Kampiakselin läpi voi kulkea öljykanava 34 voiteluaineen johtamista varten.

Puristusosassa on imukanava 70 ja palamisosassa pakokanava 88 ja sytytystulp-5 pa 78. Välilevyn 84 reunoilla on reiät kiinnityspultteja varten ja keskellä suurehko yhdistysreikä 90 kampiakselin osia yhdistävää yhdistyslaippaa 86 varten. Yhdis-tysreikä on halkaisijaltaan olennaisesti yhtä suuri kuin yhdistyslaipan halkaisija. Yhdistysreiän ja yhdistyslaipan välisen rajapinnan tiiveys on varmistettu reunatii-visteellä 92, joka on sijoitettu yhdistysreiän reunapinnalla olevaan uraan. Välile-10 vyssä on vielä kaasunvaihtoreikä 94, jonka kautta ilman ja polttoaineen seos pääsee virtaamaan puristusosan puoleisesta kammiosta palamisosan puoleiseen kammioon. Kaasunvaihtoreiän paikka on määritetty siten, että kaasun siirtyminen puristusosasta palamisosaan tapahtuu juuri kampiakselin kierroksen oikeassa kohdassa.

15 Kuvissa 7a-7c esitetty keksinnön mukainen moottori toimii seuraavalla tavalla: Puristusosan 80 tehtävänä on imeä imukanavaa 70 pitkin ilman ja polttoaineen seosta puristusosassa olevaan kammioon 44a, puristaa seos pieneen tilavuuteen ja siirtää se välilevyssä 84 olevan kaasunvaihtoreiän 94 kautta palamisosassa olevaan kammioon 44b. Ilman ja polttoaineen seoksen kokoonpuristuminen kam-20 miossa tapahtuu edellä selostetulla tavalla kampiakselin ensimmäisen osan 26a yhden kierroksen aikana. Kun kampiakselin kierros lähestyy loppuaan, avautuu puristusosan kammiosta 44a yhteys kaasunvaihtoreiän 94 kautta palamisosan kammioon 44b, jolloin ilman ja polttoaineen seos siirtyy puristusosasta pala-" misosaan. Palamisosassa ilman ja polttoaineen seos sytytetään sytytystulpalla 78, ; j 25 jolloin palokaasujen paine kohdistuu kampiakseliin ja saa sen pyörimisliikkeeseen.

Kampiakselien ensimmäisen osan 26a ja toisen osan 26b vaihe-eron ansiosta puristusosassa olevan siiven reuna on asettunut kaasuvaihtoreiän päälle siinä vaiheessa, kun ilman ja polttoaineen seos sytytetään ja palamisosassa alkaa uusi kampiakselin kierros. Polttoaineen palamisessa syntyvä palokaasujen paine ei 30 siten pääse purkautumaan puristusosan kammioon 44a, joten painevoima vaikuttaa vain palamisosan kammiossa 44b. Palokaasut poistuvat kammiosta 44b pa-kokanavan 88 kautta, kun kammion tilavuus alkaa kampiakselin kierroksen loppuvaiheessa pienentyä. Keksinnön mukainen moottori voi toimia bensiinikäyttöisenä kaasutinmoottorina, jolloin ilman ja polttoaineen seos sytytetään kammiossa edel-35 lä kuvatulla tavalla sytytystulpalla. Vaihtoehtoisesti sytytystulppa voidaan korvata polttoainesuuttimella, jolloin kammiossa puristetaan kokoon ilmaa ja polttoaine ruiskutetaan kovalla paineella palamisosan kammioon heti, kun kokoon puristunut ilma on siirtynyt siihen kampiakselin kierroksen loppuvaiheessa. Tämä keksinnön mukaisen moottorin edullinen suoritusmuoto voi toimia dieselpolttoaineella.

12

Kuvissa 8a-8f on esitetty kuvasarjana kammioita rajoittavien siipien asento kam-5 piakselin kierroksen loppuvaiheessa ja uuden kierroksen alkaessa. Kuvat 8a-8c esittävät tilannetta palamisosassa ja kuvat 8d-8f samanaikaista tilannetta puris-tusosassa. Kuvissa näkyvät asteluvut esittävät kampiakselin osien 26a, 26b kierroksen vaihetta (alku 0°, loppu 360°). Puristusosan kierroksen lähestyessä loppuaan (kuva 8d) kaasunvaihtoreikä 94 avautuu puristusosan ja palamisosan välille, 10 jolloin kaasu pääsee virtaamaan puristusosan kammiosta 44a palamisosan kammioon 44b. Siivet 42 on muotoiltu siten, että uuden kierroksen alkaessa puristusosan kammion 44a tilavuus pienenee käytännössä nollaan, joten olennaisesti kaikki kaasu virtaa palamisosaan (kuva 8e). Kun puristuspuolen kampiakseli on kiertynyt 15 astetta, siipi 42 sulkee kaasunvaihtoreiän (kuva 8f). Samanaikaisesti 15 palamispuolella tapahtuu polttoaineen syttyminen (kuva 8c), jolloin palokaasujen synnyttämä painevaikutus saa kampiakselin pyörimisliikkeeseen.

Palamisosan siivet 42b on muotoiltu siten, että niiden ja keskikappaleiden 46 väliin muodostuu sytytyshetkellä mahdollisimman hyvä palotila. Siipiin 42b on muodostettu kaasunvaihtoreiän kohdalle koverrus 96, jolla varmistetaan palothan riittävä 20 koko silloinkin, kun keskikappale 46 on asettunut siipien sisäpintoja vasten. Vastaavasti puristuspuolen siivet 42a on muotoiltu siten, että niiden ja keskikappaleen välinen tila muodostuu mahdollisimman pieneksi ilman ja polttoaineen seoksen siirtyessä palamispuolelle. Imukanavan, pakokanavan ja kaasunvaihtoreiän koko ja muoto on mitoitettu virtaustekniset seikat huomioiden siten, että kaasuseoksen 25 sisäänvirtaus, kulku kammioiden välillä ja ulosvirtaus laitteesta onnistuu mahdollisimman hyvin.

Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisen laitteen edullisia suoritusmuotoja. -; Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voi- \ . daan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

Claims (14)

1. Pumppu tai moottori, joka käsittää - rungon (10), jossa rungossa on seinämä (12), pohja (14) ja kansi (16), jotka ra-5 jaavat sisäänsä tilan (17), - kampiakselin (26), jossa on tilan (17) sisään sijoittuva tappi (32) ja tilan ulkopuolelle ulottuva varsiosa (28), jolloin tappi ja varsiosa ovat epäkeskisiä ja - siipiä (42), jotka on kiinnitetty ensimmäisestä päästään nivelöidysti (48a, 50, 52) seinämään (12) ja toisesta päästään nivelöidysti (48b, 50, 60) tapin (32) ympärille 10 järjestettyihin keskikappaleisiin (46a, 46b) tunnettu siitä, että -tilassa(17) on ainakin kaksi siipeä (42) pohjan (14), kannen (16), keskikappalei-den (46a, 46b) ja siipien rajaaman, tilavuudeltaan muuttuvan kammion (44) muodostamiseksi. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on pumppu, jolloin laite käsittää ulkoisen voimanlähteen kampiakselin varsiosan (28) pyörittämistä varten ja jolloin pohjassa (14) on ainakin yksi tuloputki (38) fluidin johtamiseksi kammioon (44) kampiakselin kierroksen ensimmäisessä vaiheessa ja aina- 20 kin yksi poistoputki (40) fluidin johtamiseksi pois kammiosta (44) kampiakselin ’ kierroksen toisessa vaiheessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on paineenalai-sella fluidilla toimiva moottori, jolloin pohjassa (14) on ainakin yksi tuloputki (38) > :x :* ·» i paineenalaisen fluidin johtamiseksi kammioon (44) kampiakselin kierroksen en-25 simmäisessä vaiheessa ja ainakin yksi poistoputki (40) fluidin johtamiseksi pois kammiosta kampiakselin kierroksen toisessa vaiheessa, kampiakselin (26) saattamiseksi pyörivään liikkeeseen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on paineenalai-sella fluidilla toimiva toimilaite, jolloin laitteessa on neljä siipeä (42) ensimmäisen 30 kammion (44a) ja toisen kammion (44b) muodostamiseksi ja pohjassa (14) on ensimmäinen tuloputki (38a) paineenalaisen fluidin johtamiseksi ensimmäiseen kammioon kampiakselin kierroksen ensimmäisessä vaiheessa ja toinen tuloputki (38b) paineenalaisen fluidin johtamiseksi toiseen kammioon kampiakselin kierroksen toisessa vaiheessa kampiakselin (26) saattamiseksi edestakaiseen pyörähtä-35 vään liikkeeseen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on polttomoottori, jolloin laitteessa on sytytystulppa (78) ilman ja polttoaineen seoksen sytyttämiseksi ja venttiilikoneisto, joka käsittää imukanavan (70) ilman ja polttoaineen seoksen johtamiseksi kammioon (44) kampiakselin (26) ensimmäisen kierroksen 5 aikana ja poistokanavan (72) palokaasujen johtamiseksi pois kammiosta (44) kampiakselin (26) toisen kierroksen aikana.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että venttiilikoneisto käsittää imukanavaan (70) ja poistokanavaan (72) sijoitetut avattavat ja suljettavat venttiilit (74).

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että venttiilikoneis to on järjestetty laitteen kanteen (16) ja sytytystulppa (78) laitteen pohjaan (14).

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on kaksi rinnakkaista tilaa (17) käsittävä polttomoottori, jossa on puristusosa (80) ilman ja polttoaineen kokoonpuristamista varten ja palamisosa (82) ilman ja polttoaineen 15 seoksen polttamista varten, jolloin puristusosan ja palamisosan kansi (16) on korvattu yhteisellä välilevyllä (84), jossa on kaasunvaihtoreikä (94) kokoonpuristetun kaasun johtamiseksi puristusosan (80) kammiosta (44a) palamisosan (82) kammioon (44b).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että kampiakselissa 20 (26) on puristusosassa (80) oleva ensimmäinen osa (26a) ja palamisosassa (82) oleva toinen osa (26b), jotka on yhdistetty toisiinsa yhdistyslaipalla (86).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että välilevyssä (84) on yhdistysreikä (90) yhdistyslaippaa (86) varten ja yhdistyslaipan ja yhdistysreiän välisessä rajapinnassa on reunatiiviste (92).

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että kampiakse lin (26) ensimmäisen osan (26a) ja toisen osan (26b) kiertoasennossa on vaihe-,, ero.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen laite, tunnettu siitä, että puristusosassa (80) on imukanava (70) ilman johtamiseksi puristusosan kammioon 30 (44a) ja palamisosassa on pakokanava (88) palokaasujen poistamiseksi pala misosan kammiosta (44b).

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että pala-misosassa on sytytystulppa (78) kammiossa (44b) olevan ilman ja polttoaineen seoksen sytyttämiseksi tai polttoainesuutin polttoaineen ruiskuttamiseksi kammioon (44b).

14. Jonkin patenttivaatimuksen 8-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että kam piakselissa (26) on öljykanava (34) voiteluaineen johtamiseksi laitteeseen.