NL1022830C1 - Roterende motor/pomp. - Google Patents

Description

Titel: Roterende motor/pomp.

De uitvinding betreft een motor, dan wel een pomp, waarbij de werking berust op een aantal in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers, waarbij de overeenkomstige 5 zuigerstangen gekoppeld zijn aan een roterende anker, ook wel in het vervolg krukas genaamd.

De gegroepeerde zuigers bewegen in bedrijf in een meedraaiend cilinderhuis, dat zodanig om de krukas meedraait, dat de rotatiesnelheden van beide gelijk in 10 grootte en gelijk in rotatierichting zijn.

Voor de duidelijkheid wordt verwezen naar Fig.I, Fig.II en Fig.III, waarbij eenvoudigheidshalve uitgegaan wordt van een 6-cilinder brandstof-verbrandingsmotor met als verbinding tussen het meedraaiend cilinderhuis en de krukas 15 een tandwielstelsel.

Het rotatiehart van het cilinderhuis valt niet samen met de het rotatiehart van de krukas.

De afstand tussen beide rotatieharten wordt bepaald door de technische haalbare vaste "verbindingskoppeling" tussen 20 beide rotatieharten.

Indien, als voorbeeld een tandwieloverbrengingskonstrukie als vaste "verbindingskoppeling" gekozen wordt, is de afstand tussen beide rotatieharten groter dan de optelsom van de halve buitenomtrekdiameters van de beide tandwielen, 25 zodat deze tandwielen elkaar niet raken, maar middels een tussentandwiel zowel dezelfde omtreksnelheid als dezelfde draairichting draaien.

De gelijke draairichting van

Zowel de krukas, als het cilinderhuis zijn gelagerd 30 afgesteund op een gestel.

Dit gestel is in Fig.I eenvoudigheidshalve aangegeven als een stilstaande buitenring, waarin op een vast-opgestelde plaats het ontstekingsorgaan, zoals één enkele bougie, dan wel het inspuitorgaan, zoals één verstuiver geplaatst is.

' .···, ... v, H De betreffende verbrandingsmotor kan in principe H functioneren als een viertakt verbrandingsmotor, maar ook H als een tweetakt verbrandingsmotor.

H In Fig.I is als voorbeeld uitgegaan van een viertakt 6- 5 cilindermotor, kortom 2 omwentelingen, waarbinnen de arbeidsslag, de uitlaatslag, de inlaatslag als wel de compressieslag plaatsvindt.

De overeenkomstige krukas heeft overeenkomstig ook een 6-hoek vorm.

H 10 Het functionele verbrandingsmotorgedeelte -als geheel- is compact rond de uitgaande krukas gegroepeerd en heeft een uiterst korte inbouwlengte in tegenstelling tot bijvoorbeeld een 6-cilindermotor-in-lijn.

Het cilinderaantal wordt bepaald door de beschikbare ruimte 15 in de omtrek van het cilinderhuis.

Doorgaans is de korte inbouw-lengtemaat van een motor belangrijk in verband met de lengtemaat van het voertuig e.d.

I Onder inbouwlengte kan ook verstaan worden inbouwhoogte 20 ,indien de onderhavige motor liggend uitgevoerd is en de H krukas de verticale stand in tegenstelling tot de I horizontale stand in het voorgaande.

I De standen van de drijfstangen zijn zodanig tijdens de I arbeidsslag, dat ze nagenoeg loodrecht staan op de krukas.

I 25 Dit veroorzaakt een exactere krachtsdoorleiding dan bij de H conventionele motoren, waarbij nagenoeg halverwege de I arbeidsslag er een fractie van een moment is, dat de overeenkomstige halve krachtsdoorleiding plaats vindt haaks I op de krukas.

I 30 In Fig.I is duidelijk zichtbaar, dat in het zogenaamde bovenste dode punt(BDP), de drijfstang exact haaks staat op de krukas, zodat er sprake is van een ideale krachtsdoorleiding op basis van de koppelformule: "Kracht vermenigvuldigd met de loodrechte armlengte komt 35 overeen met het koppel", waarbij de kracht overeenkomt met de momentane verbrandingsdruk vermenigvuldigd met het 3 zuigeroppervlak en de armlengte overeenkomt met de momentane loodrechte excentriciteit van de krukas en het koppel overeenkomt met het beschikbare draaimoment van de krukas. Kortom:"De krachtdichtheid" is erg groot.

5 De tijdsduur, dat de zuiger rond het BDP staat, is erg groot in vergelijking met het BDP-tijdsmoment bij conventionele motoren, waardoor de verbranding vollediger uitgevoerd kan worden, waardoor het uiteindelijke brandstofgebruik aanzienlijk lager is.

10 De zuiger hoeft niet "op-en-neer" getrokken te worden, zoals bij de meeste conventionele motoruitvoeringen, waardoor het netto rendement hoger is.

Er is bij onderhavig uitvinding slechts één inspuitsysteem, dan wel één on tstekings systeem per 15 volledige motor nodig.

Voor of tweetakt uitvoering, of viertakt uitvoering is onderhavige toepassing bruikbaar te maken.

Voor of motorgebruik, of pompgebruik (in bijvoorbeeld de hydrauliektechniek) is onderhavige uitvinding relatief 20 eenvoudig geschikt te maken.

Voor zowel gebruik op een laag, dan wel een hoog toerental, is onderhavige uitvinding in het bijzonder geschikt.

Dit impliceert, dat dezelfde motor op een bijzonder laag 25 toerental kan functioneren, als op een relatief hoog toerental.

De vermogens-inhoud per volume-inhoud (oftewel "veel vermogen uit een kleine motor") is bij onderhavige uitvinding vele malen groter, dan bij de conventionele 30 motoruitvoeringen.

De inspuit- dan wel inlaatvoorkamer is voor wat betreft inwendige vorm niet nader aangegeven, omdat deze in iedere gewenste vorm aangebracht kan worden.

Doordat de afdichtingstechnieken, de diversiteiten in 35 oliesoorten en de beschikbare metallurgische eigenschappen van materialen in de huidige tijd vrijwel grenzeloze H mogelijkheden kent, zijn de mogelijke nadelen op deze H gebieden van uiterst beperkte invloed op de voordelen, zoals in het voorgaande genoemd.

Expliciet vragen de navolgende punten bij de realisatie van 5 onderhavige uitvinding speciale aandacht: -de oliebewegingen in het carter, -de afdichting tussen cilinderhuis en de stilstaande gestelring.

-de krachtsconcentraties in de vaste "verbindingskoppeling" I 10 tussen de draaiende krukas en het meedraaiend I cilinderhuis.

I -de grillige voorkamervorm

In het navolgende zal de uitvinding, voor wat betreft de I motoruitvoering, nader worden toegelicht aan de hand van 15 bijgaande tekeningen zoals weergegeven in Fig. I. tot en met Fig.III.

Voor wat betreft de pompuitvoering zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, zoals weergegeven in Fig.IV.

20 Fig.I toont een doorsnede van een motor-uitvoeringsvorm volgens onderhavige uitvinding in verticale stand , waarbij de krukas een horizontale ligging heeft.

Fig.II toont een doorsnede over de lengterichting van de uitvoeringsvorm volgens Fig.I.

25 Fig.III toont -in aanzichten- schematisch de zwevende tandwiel-overbrengingskonstruktie als vaste "verbindingskoppeling" tussen cilinderhuis en krukas.

Fig.IV toont een doorsnede van een pomp-, dan wel motoruitvoeringsvorm, zoals in de hydrauliek gebruikt 30 wordt, volgens onderhavige uitvinding in verticale stand , waarbij de krukas een horizontale ligging heeft.

Fig.I toont een doorsnede van een motoruitvoeringsvorm volgens onderhavige uitvinding in verticale motorstand, waarbij de krukashartlijn 1, zoals schematisch 5 aangegeven met een dikke punt, een horizontale ligging heeft.

De krukas 2 heeft in doorsnede volgens Fig.I in deze uitvoeringsvorm een stervorm, waaraan de krukdrijfstangen 3 5 schematisch gelagerd gekoppeld zijn in de sterpunten 4.

De krukdrijfstangen 3 verzorgen de mechanische verbinding tussen de zuigers 5 en de krukas 2 en maken derhalve een licht-wankelende beweging gekoppeld aan een verplaatsingsbeweging.

10 De zuigers 5 bewegen zich langs een gladde cilinderwand 6, die gevormd is in het cilinderhuis 7

In de getoonde uitvoering zijn een zestal zuigers gekoppeld gegroepeerd rond de krukas 2, zodanig dat iedere zuiger zijn eigen opgelegde positie inneemt.

15 Het cilinderhuis 7 is draaibaar gekoppeld aan de krukas 2, zodanig, dat de cilinderhartli jn 8 gelegen is op een afstand 9, welke overeenkomt met de halve zuigerbeweging, ook wel slaglengte genaamd, van de zuigers 5.

Tussen de cilinderhuishartlijn 8 en de krukashartlijn 1 is 20 een vaste rotatieverbinding noodzakelijk, zodanig dat de draairichtingen en het toerental van het cilinderhuis 7 en de kruk 2 dezelfde zijn.

Het carter, 10 fungeert bij een viertaktuitvoering als smeeroliereservoir, dan wel als spoelruimte bij een niet 25 nader aangegeven tweetaktuitvoering.

De afdichting van het cilinderhuis 7 aan de bovenzijde van de cilinderkopholte 11 wordt verzorgd door een stilstaand, dan wel om de cilinderhartlijn 8 beperkt-draaibare ring 12, waaraan slechts één inspuitsysteem 13, dan wel één 30 ontstekingssysteem 13 per volledige motor noodzakelijk is. De ring 12 kan, niet nader aangegeven, draaibaar opgesteld zijn om het inspuitingstijdstip ten opzichte van het BDP, dan wel het onstekingsmoment ten opzichte van het BDP variabel te doen zijn met betrekking tot de mogelijk 35 vereiste voorinspuiting, dan wel vereiste voorontsteking.

J «τ'» O ('.· fi O fS

H De werking van de motor is verder overeenkomstig de conventioneel bekend veronderstelde motor te weten:

Voor- of nabij het bovenste dode puntniveau (BDP) 14 van de zuiger 5 vindt de brandstofinspuiting door het H 5 inspuitsysteem 13, dan wel ontstaat de ontbranding door een ontstekingssysteem 13.

In dit voorbeeld is er dan sprake van het begin van de arbeidsslag.

Volgens de draai richtingspi jl en 15 en 16 verloopt het 10 arbeidsproces tot het onderste dode puntniveau (ODP) 17 van de zuiger 5.

Vervolgens wordt de uitlaatslag van het verbrandingsproces I doorlopen tot wederom het bovenste dode puntniveau (BDP) 14 om over te gaan in inlaatslag en na het onderste dode 15 puntniveau (ODP) 17 in respectievelijk de compressieslag.

I Kortom: een identiek verbrandingsproces, als bij de conventionele motoren.

De zuigerstangen 3 staan vrijwel loodrecht en in het bovenste dode puntniveau (BDP) 14 én in het onderste dode 20 puntniveau (ODP) 17 exact loodrecht, waardoor er sprake is H van een ideale krachtsdoorleiding op basis van de I koppelformule: "Kracht vermenigvuldigd met de loodrechte armlengte komt overeen met het koppel", waarbij de kracht overeenkomt met de momentane verbrandingsdruk 25 vermenigvuldigd met het zuiger oppervlak en de armlengte overeenkomt met de momentane loodrechte excentriciteit van de krukas 2 en het koppel overeenkomt met het beschikbare draaimoment van de krukas 2.

De tijdsduur, dat de zuiger 5 rond het BDP 14 staat, is erg 30 groot in vergelijking met het BDP-tijdsmoment bij conventionele motoren, waardoor de verbranding vollediger uitgevoerd kan worden, waardoor het uiteindelijke brandstofgebruik aanzienlijk lager zal zijn.

Verder is in Fig.I de vorm van het carter 10 zichtbaar 35 gemaakt. De getekende vorm is in dit voorbeeld afgebakend door een gedeelte van de cilinderwand 6, de carterspits 18 7 en het cartervlak 19, waarbij de laatste twee net vrijlopen van de sterpunten 4.

Fig.II toont de schematische doorsnede A-A over de lengterichting van de uitvoeringsvorm volgens Fig.I.

5 De krukas 2 is in combinatie met het cilinderhuis 7 gelagerd in een schematisch weergegeven gestel 20. Vanzelfsprekend is iedere denkbare lageringsuitvoering van toepassing en in principe niet van belang voor de onderhavige uitvinding.

10 De getekende lageringsuitvoering is slechts ter verduidelijking van een uitvoeringsvorm van de onderhavige motor. Middels de lagers 21 en 22 is de krukas 2 gelagerd in het gestel 20, waarin eveneens het cilinderhuis 7, dat voorzien is van cilinderhuis-astappen 23 en 24 gelagerd is middels 15 de lagers 25 en 26. De krukas 2 is ,in dit uitvoeringsvoorbeeld, gekoppeld met de cilinderhuis-astap 24 middels tandwieloverbrengingskonstruktie 27 als zwevende "verbindingskoppeling".

Fig.III toont -in aanzichten- schematisch de zwevende 20 tandwiel-overbrengingskonstruktie 27 als vaste "verbindings-koppeling" tussen cilinderhuis 7 en krukas 2. Het krukastandwiel 28 is in aangrijping met tussentandwiel 29, dat continue in aangrijping is met het cilinderhuistandwiel 30. Om het krachtenspel gesloten te 25 verkrijgen is nog een tussentandwiel 31 toegepast, zodat aan de andere zijde van de lijn A-A uit Fig.I er een identieke verbinding is tussen het krukastandwiel 28 en het cilinderhuistandwiel 30.

Schematisch zijn de tussentandwielen 29 en 31 gelagerd in 30 het zwevende dubbelframe 32, middels respectievelijk de dubbel uitgevoerde lagers 33 en 34. Schematisch zijn het krukastandwiel 28 en het cilinderhuistandwiel 30 ook gelagerd in het zwevende dubbelframe 32, middels respectievelijk de dubbel uitgevoerde lagers 35 en 36.

35 Vanzelfsprekend kan de tandwiel-overbrengingskonstruktie 27 aan de binnenzijde van het gestel 20 uitgevoerd zijn.

H Fig.IV toont een doorsnede van een pomp-, dan wel motoruitvoeringsvorm, zoals in de hydrauliek gebruikt wordt, volgens onderhavige uitvinding in verticale stand , waarbij de krukas 37 een horizontale ligging heeft.

5 De pompconfiguratie is identiek aan de verbrandingsmotorconfiguratie op de inspuiting, dan wel de I ontsteking 13 uit Fig.I na.

Bij de hydrauliekconfiguratie is slechts sprake van een aanzuig- en een persgedeelte in de stilstaande buitenste I 10 ring 38.

In de getekende stand in Fig.IV, als zijnde van een pomp, I vindt bij rechtse aandrijving van de krukas 37 aanzuiging plaats in de standen I tot en met IV. Op het einde in stand IV ontstaat de overgang van aanzuiging naar persen, zodat I 15 de standen V en VI, zelfs tot stand V, het persen laten zien.

In de getekende stand, als zijnde van een hydrauliekmotor, I in Fig.V vindt bij rechtse draairichting van de

hydrauliekmotor aanvoer van drukolie plaats in de standen I

I 20 tot en met IV. Op het einde in stand IV ontstaat de

I overgang van druk naar retour, zodat de standen V en VI

retourstanden vertegenwoordigen.

I Vanzelfsprekend is de stilstaande buitenste ring 41 I voorzien van niet verder aangegeven inlaat-, dan wel I 25 perskanalen, respectievelijk gescheiden van niet aangegeven I pers-, dan wel retourkanalen.

I Onderhavige uitvinding omvat een principe-uitvoering en er zal derhalve niet verder ingegaan worden op details, voor wat betreft uitvoeringsvormen van mogelijke inlaat- en/of I 30 pers-en/of retourkanalisering en onderlinge timing ervan.

I 35

Claims (11)

1. Een roterende motor, waarbij in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die 5 aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, met het kenmerk, dat de zuigerstangen in iedere stand nagenoeg haaks op de krukas staan met als gevolg een ideale krachtsoverbrenging tussen motorzuigers en krukas.

2. Een roterende pomp, waarbij in een omtrek regelmatig 10 gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, met het kenmerk, dat de zuigerstangen in iedere stand nagenoeg haaks op de krukas staan met als gevolg een ideale krachtsoverbrenging tussen krukas en pompzuigers. 15

3.Een roterende verbrandingsmotor, waarbij in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusie 1 met het kenmerk, dat de motor kan functioneren volgens het tweetakt- of volgens 20 het viertaktprincipe.

4. Een roterende verbrandingsmotor, waarbij in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusies 1 en 3 met het 25 kenmerk, dat op een vast-opgestelde plaats in een stilstaand of beperkt verstelbare buitenring één ontstekingsorgaan, zoals één enkele bougie, of één inspuitorgaan, zoals één verstuiver geplaatst is.

5. Een roterende verbrandingsmotor, waarbij in een omtrek 30 regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusies 1,3 en 4 met het kenmerk, dat het functionele verbrandingsmotorgedeelte -als geheel- kompakt rond de uitgaande krukas gegroepeerd is en 35 derhalve een uiterst korte inbouwlengte, dan wel 1 ΠΟΟο o λ H inbouwhoogte heeft, afhankelijk van respectievelijk de verticale, dan wel horizontale opstelling.

6.Een roterende pomp, waarbij in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die 5 aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusie 2 met het kenmerk, dat het functionele pompgedeelte -als geheel- kompakt rond de uitgaande krukas gegroepeerd is en derhalve een uiterst korte inbouwlengte I dan wel inbouwhoogte heeft, afhankelijk van respectievelijk 10 de verticale, dan wel horizontale opstelling. I

7.Een roterende verbrandingsmotor, waarbij in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusies 1,3,4 en 5 met het 15 kenmerk, dat de tijdsduur, dat de zuiger rond het BDP staat, erg groot is in vergelijking met het BDP-tijdsmoment I bij conventionele motoren, waardoor de verbranding I vollediger uitgevoerd kan worden en waardoor het I uiteindelijke brandstofgebruik aanzienlijk lager is. I 20

8.Een roterende verbrandingsmotor, waarbij in een omtrek I regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan I zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusies 1,3,4,5 en 7 met het I kenmerk, dat I 25 de zuiger niet "op-en-neer" getrokken wordt, zoals bij de I meeste conventionele motoruitvoeringen, waardoor het netto I rendement van onderhavige uitvinding aanzienlijk hoger is.

9.Een roterende verbrandingsmotor, waarbij in een omtrek I regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan I 30 zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn I aan een krukas, volgens de conclusies 1,3,4,5,7 en 8 met I het kenmerk, dat de motor volgens onderhavige uitvinding I op een relatief laag, dan wel een relatief hoog toerental I kan draaien. I 35

10.Een roterende pomp/motor, waarbij in een omtrek I regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, met het kenmerk, dat de pomp volgens onderhavige uitvinding op een relatief laag, dan wel een relatief hoog toerental kan draaien. 5

11.Een roterende motor/pomp, waarbij in een omtrek regelmatig gegroepeerde zuigers gekoppeld zijn aan zuigerstangen,die aan de andere zijde weer gekoppeld zijn aan een krukas, volgens de conclusies 1 tot en met 10 met het kenmerk, dat de krachtdichtheid van onderhavige 10 uitvinding erg groot is.