NL1021386C1

NL1021386C1 - Oscillating tubular motor, especially hydrogen engine for vehicle, has combustion air supplied via cooling mantle, heat exchanger in exhaust gas flow and partition beam channels

Info

Publication number: NL1021386C1
Application number: NL1021386A
Authority: NL
Inventors: Hendrik Lenten
Original assignee: Hendrik Lenten
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-05

Abstract

Fuel (preferably hydrogen) is injected via channels in a wedge- shaped partition beam (7). An air pump (19) is used to supply air via inlet ports (2) in the combustion region after the air has passed a cooling mantle and a heat exchanger (22) located in the exhaust gas flow. The compressor part (1) has a wedge-shaped cross- section, is provided with a skirt (8) or ring, oscillates backwards and forwards about its length axis in a radial direction inside a cylinder and has a semi- spherical end (3).

Description

]]

Oscillerende buismotor.Oscillating tubular motor.

De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsmotor waarbij het in dwarsdoorsnede wigvormige verdringer-element in de cilinder, ten opzichte 5 van haar lengteas, een slingerende beweging uitvoert. Deze beweging wordt begrend door in de cilinder gemonteerde, eveneens in doorsnede wigvormige balk waarin zich de kanalen bevinden voor de brandstoftoevoer. Na initiatie van de explosie wordt het verdringerelement verplaatst naar de andere zijde van de balk, terwijl onderweg, via sleufvormige poorten, de 10 uitlaatgassen, casu quo dampen, kunnen ontsnappen. Aan het einde van de slag staan de poorten voor de geforceerde luchttoevoer open en na een korte verplaatsing (na-ontsteking) wordt de brandstof toegevoerd en volgt opnieuw een explosie, geïnitieerd door een vonk of door spontane ( ontbranding in een voorverbrandingskamer. Het een en ander is afhankelijk ! 15 van de compressie en de gebruikte brandstof. De arbeidsslag is bepaald door de booglengte tussen de inlaat- en de uitlaatpoorten. In de praktijk zal dit neerkomen op een hoekverdraaiing van circa 90 graden. Het verdringerelement is inmiddels aangekomen aan de andere zijde van de wigvormige balk, verandert van richting en na een geringe hoekverdraaiing 20 vindt in omgekeerde richting plaats wat boven is omschreven. Over een hoek van ongeveer 20 graden vanaf de balk vindt compressie plaats, doch de verhitte, voorgecomprimeerde lucht die via de inlaatpoorten wordt aangevoerd is maatgevend voor de druk waarbij de explosie geïnitieerd wordt. De oscillerende buismotor is een dubbel werkende, tweetact motor en 25 dat impliceert dat per cyclus ongeveer de helft van de cilinderinhoud benut wordt voor de werkslagen. Evenals bij een conventionele motor geven meerdere samenwerkende cilinders een rustiger loop. In het gegeven voorbeeld is uitgegaan van vier cilinders, gesynchroniseerd en gefaseerd door een hydraulisch systeem waarbij de oliepomp is gemonteerd op de as 30 van de cilinder, terwijl de luchtpomp voor de geforceerde toevoer van hete 1021386 2 lucht zich eveneens op de motoras bevindt, dat wil zeggen per cilinder. De fase verschuiving van de verschillende cilinders kan op deze wijze nauwkeurig geregeld worden zonder gebruikmaking van een krukasmechanisme. Het ligt derhalve voor de hand om te kiezen voor een 5 hydraulische aandrijving op de wielen. Daarmee komen de voor een conventionele automobiel noodzakelijke onderdelen zoals koppeling, versnellingsbak, cardankoppelingen, cardanas, differentieel en remmen te vervallen. De cilinders worden voorzien van half bolvormige fronten waardoor de holle, van een verdeelschot voorziene assen zijn gestoken. Elke 10 as aan de ene zijde uitgerust met een spoelluchtpomp en aan de andere zijde met een oliepomp. Deze oliepompen voeren, na gelijkrichting, de olie naar de eigenlijke, direct op de wielen gemonteerde standaard hydromotoren. De afdichtingstrippen lopen door tot op de holle as waardoor er, in tegenstelling tot de Wankelmotor, geen zogenaamde “dode hoeken” ontstaan. De 15 buismotor volgens de vinding leent zich in het bijzonder voor de verbranding van waterstof, maar ook biogas en alcohol kunnen als brandstof dienen. Het moge duidelijk zijn dat de motor volgens de vinding een aantal specifieke voordelen heelt ten opzicht van andere motoren. Zo wordt het verdringerelement niet scheef belast zoals dat bij een zuigermotor het geval 20 is. Ook is er geen sprake van aanzienlijke dilatatieverschillen. Dit, opgeteld bij de eerder genoemde voordelen ten opzichte van conventionele verbrandingsmotoren maakt toepassing in combinatie met waterstof aantrekkelijk. Om de bij verbranding van waterstof grote vrijkomende warmtehoeveelheden zo veel mogelijk te benutten, wordt rondom de 25 cilinders een mantel aangebracht waardoor de buitellucht geleid wordt alvorens te worden toegevoerd aan de verbrandingsruimte tussen verdringerelement en balk. In dat opzicht kan de oscillerende buismotor als een semi-heteluchtmotor beschouwd worden. Ook de nog in de uitlaatgassen aanwezige warmte wordt middels een warmte-uitwisselaar benut. De 30 vinding zal worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van de tekeningen, waarbij: 1021386 3 FIG. 1 de opstelling met olie- en luchtpomp geeft, F1G. 2 een dwarsdoorsnede toont over de eigenlijke buismotor, FIG. 3 idem in lengtedoorsnede F1G. 4 geeft een dwarsdoorsnede over de vier onderling hydraulisch 5 gekoppelde cilinders, F1G. 5 is een schema van de in fase verschoven verdringer-elementen en het na gelijkrichting afgeven aan de hydrometer.The invention relates to a combustion engine in which the wedge-shaped displacer element in cross-section performs a winding movement in the cylinder relative to its longitudinal axis. This movement is limited by a beam mounted in the cylinder, also in cross-section wedge-shaped beam in which the channels for the fuel supply are located. After initiation of the explosion, the displacer element is displaced to the other side of the beam, while the exhaust gases, or vapors, can escape via slotted gates. At the end of the stroke the gates for the forced air supply are open and after a short displacement (post-ignition) the fuel is supplied and another explosion follows, initiated by a spark or by spontaneous (ignition in a pre-combustion chamber). the other is dependent on the compression and the fuel used.The work stroke is determined by the arc length between the inlet and outlet ports, which in practice will amount to an angular displacement of approximately 90 degrees. side of the wedge-shaped beam, changes direction and after a slight angular displacement 20 takes place in the reverse direction as described above, compression takes place over an angle of about 20 degrees from the beam, but the heated, pre-compressed air which is supplied via the inlet ports supplied is decisive for the pressure at which the explosion is initiated.The oscillating tubular motor is a double we recognizing, two-stroke engine and 25 implying that about half of the cylinder capacity per cycle is used for the work strokes. As with a conventional engine, several co-operating cylinders give a quieter run. The example given is based on four cylinders, synchronized and phased by a hydraulic system in which the oil pump is mounted on the shaft 30 of the cylinder, while the air pump for the forced supply of hot 1021386 2 air is also located on the motor shaft, which ie per cylinder. The phase shift of the various cylinders can be precisely controlled in this way without using a crankshaft mechanism. It is therefore obvious to opt for a hydraulic drive on the wheels. This eliminates the parts required for a conventional automobile such as clutch, gearbox, universal joints, universal joints, differentials and brakes. The cylinders are provided with semi-spherical fronts through which the hollow shafts provided with a partition are inserted. Every 10 axis equipped with a purge air pump on one side and with an oil pump on the other side. After rectification, these oil pumps transport the oil to the actual standard hydromotors mounted directly on the wheels. The sealing strips extend all the way to the hollow shaft, so that, in contrast to the Wankel motor, no so-called "blind spots" are created. The tubular motor according to the invention lends itself in particular to the combustion of hydrogen, but biogas and alcohol can also serve as fuel. It will be clear that, according to the invention, the motor has a number of specific advantages over other motors. The displacer element is thus not skewed, as is the case with a piston engine. There are also no significant dilatation differences. This, added to the aforementioned advantages over conventional combustion engines, makes use in combination with hydrogen attractive. In order to utilize as much as possible the large quantities of heat released during the combustion of hydrogen, a jacket is provided around the cylinders through which the outside air is guided before being supplied to the combustion space between displacer element and beam. In that respect, the oscillating tubular motor can be considered as a semi-hot air motor. The heat still present in the exhaust gases is also utilized by means of a heat exchanger. The invention will be elucidated on the basis of an exemplary embodiment with the aid of the drawings, wherein: 1021386 FIG. 1 shows the arrangement with oil and air pump, F1G. 2 shows a cross section through the actual tubular motor, FIG. 3 idem in length section F1G. 4 shows a cross section through the four mutually hydraulically coupled cylinders, F1G. 5 is a diagram of the phase-displaced displacer elements and the rectifier delivery to the hydrometer.

FIG. 6 laat een blokschema van het luchtcirculatiesysteem zien.FIG. 6 shows a block diagram of the air circulation system.

Het verdringerelement 1 - in Fig. 2 in de stand waarin door de inlaatpoort 2 10 geforceerde luchttoevoer plaats vindt, aangeduid met de “beginstand” - is over haar volle lengte en over de halfcirkelvormige uiteinde 3 voorzien van tenminste een afdichtingstrip 4 welke doorloopt tot dicht aan de stilstaande holle as 5, teneinde lekkage tot een minimum te beperken. Ook de afdichtingstrip 6 tussen de scheidingsbalk 7 en de skirt 8 (het cilindrisch 15 deel van het verdringerelement 1) kan uit meerdere strippen bestaan.The displacement element 1 - in FIG. 2 in the position in which forced air is supplied through the inlet port 2, indicated by the "initial position" - is provided over its full length and over the semicircular end 3 with at least one sealing strip 4 which extends close to the stationary hollow shaft 5, to minimize leakage. The sealing strip 6 between the separating bar 7 and the skirt 8 (the cylindrical part of the displacing element 1) can also consist of several strips.

Het verdringerlelement l(en de daarmede één geheel vormende skirt of bus 8) wentelt zich oscillerend om de stilstaande holle as 5 die over haar gehele lengte door een scheidingsschot 9 in twee compartimenten is verdeeld. Compartiment 10 dient voor de geforceerde luchttoevoer en compartiment 20 11 voor de uitlaatgassen en dampen die ontsnappen via de uitlaatpoorten 12 op het moment dat deze samenvallen met de overeenkomstige sleufgaten 13 in cilindrisch deel 8 van verdringerelement 1. De stilstaande cilinder 14 kan al dan niet één geheel vormen met de scheidingswand 7. Met het oog op de vervaardiging zal men de voorkeur geven aan montage achteraf, 25 bijvoorbeeld met een zwaluwstaartverbinding. De oliepompen 15 zijn onderling hydraulisch gekoppeld en zorgen, behalve voor de energieoverdracht op de hydromotoren 16 op de (niet getekende) wielen ook voor synchronisatie en gefaseerde bewegingen. Alvorens de bol- of buisvormige oliepompen 15 hun energie kunnen overdragen aan de 30 hydromotoren 16 vindt gelijkrichting van de oliestroom plaats door middel van een stelsel van terugslagkleppen 17. Een compensatietank 18 voorkomt 1021386 4 het ontstaan van luchtbellen in het hydraulisch systeem. De door de luchtpompen 19 aangevoerde koellucht wordt via de ontmantelde ruimte 20 langs de hete wand 14 geleid, die daardoor afkoelt tot een aanvaardbare temperatuur. Vervolgens passeert de aldus opgew'armde lucht via een 5 regelafsluiter 21 de warmte-uitwisselaar 22 op de uitlaat of knalpot (niet getekend.)The displacement element 1 (and the skirt or sleeve 8 forming one whole therewith) rotates oscillating about the stationary hollow shaft 5 which is divided over its entire length by a partition 9 into two compartments. Compartment 10 serves for the forced air supply and compartment 11 for the exhaust gases and vapors escaping through the exhaust ports 12 as they coincide with the corresponding slot holes 13 in cylindrical part 8 of displacer element 1. The stationary cylinder 14 may or may not be one integral with the partition wall 7. With a view to manufacture, preference will be given to mounting afterwards, for example with a dovetail joint. The oil pumps 15 are mutually hydraulically coupled and, in addition to the energy transfer on the hydromotors 16 on the (not shown) wheels, also provide for synchronization and phased movements. Before the spherical or tubular oil pumps 15 can transfer their energy to the hydromotors 16, the oil flow is rectified by means of a system of non-return valves 17. A compensation tank 18 prevents the formation of air bubbles in the hydraulic system. The cooling air supplied by the air pumps 19 is guided via the dismantled space 20 along the hot wall 14, which thereby cools to an acceptable temperature. The air thus heated then passes through a control valve 21 to the heat exchanger 22 on the outlet or muffler (not shown).

De aldus tot een hoge temperatuur verhitte lucht bereikt via de inlaatpoorten 2 de ruimte 23 tussen de scheidingswand of balk 7 en het verdringerelement 1. Deze verhitte lucht draagt, tezamen met de expanderende stoom ingeval 10 van waterstof als brandstof wordt uitgegaan, substantieel bij aan de verbetering van het totaal rendement, doch ook aan de initiatie van de explosie. Het moge duidelijk zijn dat met de oscillerend buismotor volgens de vinding en de hiermede inherente wijze van aandrijving van een automobiel een grote mate van efficiëntie wordt bereikt, terwijl deze motor 15 in het bijzonder geschikt is voor waterstof als brandstof omdat zonder bijzondere technische problemen een zeer grote compressie en expansieverhouding gerealiseerd kan worden; de lengte van de cilinders is vrijwel onbeperkt bij een uiterst korte verblijftijd.The air thus heated to a high temperature reaches via the inlet ports 2 the space 23 between the partition wall or beam 7 and the displacer element 1. This heated air, together with the expanding steam in case hydrogen is used as fuel, substantially contributes to the improvement of the total return, but also of the initiation of the explosion. It will be clear that a high degree of efficiency is achieved with the oscillating tubular motor according to the invention and the inherent manner of driving an automobile, while this motor is particularly suitable for hydrogen as a fuel because, without particular technical problems, a very high large compression and expansion ratio can be achieved; the length of the cylinders is virtually unlimited with an extremely short residence time.

10213861021386

Claims

1. A oscillating tubular motor in which the wedge-shaped displacer element, which is provided with a skirt or ring, crosses radially back and forth with respect to its longitudinal axis in a cylinder closed by hemispherical fronts, characterized in that the fuel, preferably hydrogen, is injected by channels arranged in a wedge-shaped separation beam. The amount of air 10 required for combustion is forced into the combustion chamber via an air pump via inlet ports, but only after passing through the cooling jacket and the heat exchanger built into the exhaust gas stream respectively. This heated air contributes to the efficiency in this way.

Oscillating tubular motor according to claim 1, characterized in that the crankshaft transmission as usual with conventional piston engines has been replaced by a hydraulic synchronization and phasing system, such that the oil pumps required for this are also used to mount the wheels mounted on the wheels of the driven automobile hydromotors, which can be fed via a rectifier, eliminating 20 clutch, gearbox, PTO shaft, PTO shaft differential and braking because all these functions are taken over by the hydraulic system.

3. Oscillating tubular motor as claimed in claim 1, characterized in that the hollow, stationary shaft is provided with a partition wall and the slot holes milled in this hollow shaft correspond at some moment of the oscillation with the corresponding slot holes in the skirt of the displacer element, to effect the supply of air and discharge of spent gases and vapors in this way. The slotted holes in the skirt can be widened on either side of the displacer element to enable the supply of air at an earlier time for the purpose of pre-compression. ü 4 «Si ιΓ 'UJ ^ Ki 9 i}

Oscillating tubular motor according to claim 1, characterized in that ships designed for submarine transport are equipped with it, the hydro motors driving the propeller.

5. An oscillating tubular motor according to claim 1, characterized in that a second pump for air is mounted on the shafts which, together with the other pumps mounted on the shaft, provide pulsating force. A water pump mounted on each shaft can also be used for this, resulting in a pulsating water pressure thrust.

6. Oscillating tubular motor according to claim 1, characterized in that it is used for the generation of electrical power through power stations, using the hydrogen exported by some countries; namely countries where this fuel can be produced cheaply, for example by means of geothermal energy sources. 1 0, "1,; j, J