NL1040935B1

NL1040935B1 - Excentrische vulschijf voor een variabele zuigerslag bij 4-takt motoren.

Info

Publication number: NL1040935B1
Application number: NL1040935A
Authority: NL
Inventors: Jan Dijk Gerrit
Original assignee: Jan Dijk Gerrit
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-09-26

Abstract

De vinding heeft betrekking op een excentrische vulschijf met meerdere assen en tandwielen welke is gemonteerd in een 4-takt verbrandingsmotor tussen de kruktap en de drijfstang waarbij kruktap en drijfstang beide zijn voorzien van vertanding en het ronddraaien van het excentriek wordt verzorgd door meerdere assen en tandwielen die in het excentriek zijn opgenomen waarbij de tandwielen aangrijpen in de vertanding van kruktap of drijfstang. Het doel van al de vinding is het verhogen van het rendement van een 4-takt verbrandingsmotor door het beter benutten van de expansieslag van de motor. Deze octrooiaanvraag is feitelijk een verdere uitwerking en vervolmaking van het basisprincipe zoals is ontwikkeld door de heer Emmit M. Tucker (zie patent US 1964096 uit 1934), met name op het gebied van praktische inpasbaarheid, krachtenverdeling, montagemogelijkheden, smering en lagering.

Description

EXCENTRISCHE VULSCHIJF VOOR EEN VARIABELE ZUIGERSLAG BIJ 4-TAKT MOTOREN

De vinding heeft betrekking op een excentrische vulschijf met tandwielen welke is gemonteerd in een 4-takt verbrandingsmotor tussen de kruktap en de drijfstang. Excentrische constructies op deze locatie in de 4-takt verbrandingsmotor zijn bekend (bijvoorbeeld WO2011006537, WO2014037758, DE102012014047, DE 102008032665, US3686972, US4044629, US3861239, US6453869, en NL1009211) en borduren alle in meer of mindere mate voort op patent US1326129 uit 1919. Bij al deze constructies wordt het ronddraaien van het excentriek op de kruktap verzorgd door assen en tandwielen die buiten het excentriek zijn geplaatst en de drijfstang niet is voorzien van vertanding. Daarnaast zijn ook excentrische constructies bekend waarbij een as met tandwielen in het excentriek is opgenomen en waarbij kruktap en drijfstang beide zijn voorzien van vertanding waarbij het ronddraaien van het excentriek wordt verzorgd door de tandwielen in het excentriek die aangrijpen in de vertanding van kruktap en drijfstang. Voorbeelden van deze uitvoeringsvorm is US 1964096 uit 1934 en WO8607115 uit 1986. Het doel van al deze vindingen is het verhogen van het rendement van een 4-takt verbrandingsmotor door het beter benutten van de expansieslag van de motor.

De vinding in deze octrooiaanvraag omvat een verdere vervolmaking van de laatste uitvoeringsvorm met name op het gebied van praktische inpasbaarheid, krachtenverdeling, montagemogelijkheden, smering en lagering. Voor de praktische inpasbaarheid in bestaande motoren is het van belang dat het excentrische vulschijf compact is. Dit betekent veelal ook dat de excentriciteit van de excentrische vulschijf beperkt moet zijn. Een relatief klein verschil tussen de diameter van kruktap en drijfstang resulteert in een vergaande sikkelvorm van de vulschijf, waardoor de tandwielen klein dienen te zijn, maar wel relatief veel ruimte beschikbaar is om meerdere assen met tandwielen te plaatsen.

Een schematisch weergave van een excentrische vulschijf met tandwielen waarbij de krachtenverdeling is geoptimaliseert tonen figuren 1,2 en 3 (vooraanzicht, dwarsdoorsnede) en figuur 4 en 5 (zijaanzicht, dwarsdoorsnede). Voor de overzichtelijkheid is de excentrische vulschijf niet getekend in de figuren 1,2 en 3 maar wel gekenmerkt middels nummer 6 in de figuren 1 en 2.

Figuur 1 toont een drijfstang (1) rondom een kruktap (2) met aan de bovenzijde het gat (3) voor de bevestiging van de zuiger. Op de kruktap is een krans met vertanding (4) aangebracht. Ook de binnenzijde van de drijfstangvoet is voorzien van vertanding (5). Rondom de kruktap is eveneens de excentrische vulschijf (6) gemonteerd voorzien van gaten en sparingen voor de plaatsing van twee assen (7) met elk een kleiner tandwiel (8) die aangrijpt in de vertanding van de kruktap en elk een groter tandwiel (9) die aangrijpt in de vertanding van de drijfstang. Om de excentrische vulschijf één omwenteling per twee krukasomwentelingen te laten draaien is het noodzakelijk dat de verhouding tussen het aantal tanden van kruktap (4) en kleine tandwiel (8) gelijk is aan de verhouding tussen het aantal tanden van drijfstang (5) en grote tandwiel (9). Figuur 2 toont de uitvoeringsvorm waarbij in de excentrische vulschijf een derde as (10) met wederom twee tandwielen is opgenomen; tandwiel (11) die aangrijpt in de vertanding van de drijfstang en tandwiel (12) die aangrijpt in de vertanding van de kruktap. Omdat de ruimte tussen de vertanding van drijfstang (5) en kruktap (4) ter plekke van deze derde as (10) groter is dan ter plekke van de twee andere assen (7) is tandwiel (11) iets groter dan de tandwielen (9) en tandwiel (12) iets groter dan de tandwielen (8). Uiteraard geldt ook hier dat de verhouding tussen het aantal tanden van kruktap (4) en tandwiel (12) gelijk is aan de verhouding tussen het aantal tanden van drijfstang (5) en tandwiel (11).

Figuur 3 toont een volgende variant van figuur 2. Hier zijn nog twee extra assen met tandwielen toegevoegd zodat het aantal assen met tandwielen in de excentrische vulschijf op een aantal van 5 komt. Omdat de ruimte tussen de vertanding van kruktap en drijfstang kleiner is ter plekke van deze vierde en vijfde as (13), is tandwiel (14) kleiner dan tandwiel (8) en tandwiel (15) kleiner dan tandwiel (9). Uiteraard geldt ook hier dat de verhouding tussen het aantal tanden van kruktap (4) en tandwiel (14) gelijk is aan de verhouding tussen het aantal tanden van drijfstang (5) en tandwiel (15). Uiteraard zijn ook uitvoeringsvormen van de excentrische vulschijf mogelijk met 4 assen of juist met meer dan 5 assen, waarbij de opstelling van de assen in de vulschijf al dan niet symmetrisch is. Uit analyse van het krachtenspel op de excentrische vulschijf volgt bijvoorbeeld dat niet alleen de expansieslag maar ook het eerste gedeelte van de uitlaatslag een zware belasting voor de excentrische vulschijf vormt, zodat het uit duurzaamheidsoogpunt mogelijkerwijs interessant is de assen assymmetrisch te positioneren. Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van de excentrische vulschijf met één as met tandwielen in zijaanzicht. Als aanvulling op de figuren 1, 2 en 3 zijn in figuur 4 de armen (16) tussen krukas en kruktap (2) schematisch weergegeven. Om het krachtenspel verder te optimaliseren is de vertanding op de kruktap en drijfstang dubbel uitgevoerd evenals de daarmee verbonden tandwielen (12 en 11) waardoor niet alleen de krachten over meerdere tandwielen worden verdeeld, maar ook dat de opstelling van de tandwielen ten opzichte van kruktap en drijfstang symmetrisch is. Vernieuwend in figuur 4 is tevens dat de vertanding op de kruktap uitgevoerd is als een verjongd tandwiel. Omdat dit verjongde tandwiel door de dunne constructie ter plekke van de kruktap moeilijk bevestigd kan worden aan de kruktap, is dit verjongde tandwiel ook bevestigd aan de armen tussen kruktap en krukas, in dit geval de kopse kant van de arm (16). Doel van dit verjongde tandwiel is dat het oppervlakte van de kruktap zo veel mogelijk beschikbaar is voor het afsteunen van de excentrische vulschijf. Figuur 5 is een variant op figuur 4: hier zijn de tandwielen (11) samengevoegd tot één breed tandwiel, maar heeft nog steeds de kenmerken zoals bij figuur 4 zijn genoemd. Een aanvullend kenmerk van de configuratie van de tandwielen in figuur 5 is dat de behuizing van de excentrische vulschijf deelbaar is in het vlak evenwijdig aan de draairichting van de excentrische vulschijf. Een niet bindende deellijn van de behuizing is weergegeven middels lijn (17).

Om in alle voorgaande figuren de verschillende onderdelen duidelijk te kunnen onderscheiden zijn de ruimtes tussen de verschillende onderdelen soms onrealistich groot weergegeven of, in geval van de behuizing van de excentrische vulschijf, alleen in de zijaanzichten getekend. In de schematische weergaven is niet te zien dat de excentrische vulschijf nauw op de kruktap aansluit en deze ook de as met tandwielen nauwkeurig positioneert. In werklijkheid zullen de toleranties tussen de verschillende onderdelen klein zijn. Daarnaast wordt in deze octrooiaanvraag veelal geschreven ik enkelvoud; het moge duidelijk zijn dat het toepassingsgebied van de vinding veelal motoren betreft met meerdere cilinders, zodat het in deze octrooiaanvraag feitelijk handelt om kruktappen, excentrische vulschijven en drijfstangen.

Figuur 6 toont een gunstige uitvoeringsvorm van alleen de behuizing van de excentrische vulschijf gebaseerd op figuur 5. Aangezien de krukas van een verbrandingsmotor met meerdere cilinders vrijwel nooit deelbaar is uitgevoerd, zal de excentrische vulschijf -gelijk een gangbare drijfstang- om de kruktap gemonteerd worden. Dit is reeds getoond in de tekeningen van WO8607115. Het kenmerk dat de excentrische vulschijf deelbaar is in het vlak haaks op de draairichting van de excentrische vulschijf behoort dan ook reeds tot de stand van de techniek. Deze octrooiaanvraag voegt aan de stand van de techniek toe dat het excentriek ook deelbaar is in het vlak evenwijdig aan de draairichting. Een verdere vervolmaking van de behuizing van de excentrische vulschijf in figuur 6 omvat één of meerdere oliekanalen (18) om smeerolie geleverd door de oliepomp van de motor via kanalen in motorblok, krukas en kruktap naar het glij lager te voeren tussen excentriek en drijfstang. Door één of meerdere oliekanalen te combineren met de sparingen voor assen en ingebouwde tandwielen kunnen alle draaiende onderdelen van de excentrische vulschijf worden gesmeerd. Uiteraard kunnen ook andere lagers toegepast worden dan glijlagers; in de motorenbouw worden naaldlagers immers regelmatig toegepast.

Claims

1. Een 4-takt verbrandingsmotor voorzien van minimaal één krukas, kruktap, drijfstang, zuiger en cilinder waarvan de buitenzijde van de kruktap en de binnenzijde van de drijfstang(voet) zijn voorzien van vertanding en tussen kruktap en drijfstang een excentrische vulschijf is gemonteerd voorzien van tandwielen die aangrijpen in de vertanding van drijfstang of kruktap waarbij de verhouding tussen de hoeveelheid tanden van de kruktap en het daarmee verbonden tandwiel gelijk is aan de verhouding tussen de hoeveelheid tanden van de drijfstang en het daarmee verbonden tandwiel zodat de excentrische vulschijf half zo snel als de krukas ronddraait met het kenmerk dat de excentrische vulschijf twee assen bevat die elk zijn voorzien van tandwielen die ingrijpen op de vertanding van kruktap of drijfstang.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de twee assen op gelijke afstand ten opzichte van het geometrische middelpunt van kruktap en drijfstang in de excentrische vulschijf zijn geplaatst en dat van deze assen de grotere tandwielen die ingrijpen op de vertanding van de drijfstang gelijk van grootte zijn en dat van deze assen de kleinere tandwielen die ingrijpen op de vertanding van de kruktap eveneens gelijk van grootte zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de twee assen op verschillende afstanden ten opzichte van het geometrische middelpunt van kruktap en drijfstang in de excentrische vulschijf zijn geplaatst en dat van deze assen de grotere tandwielen die ingrijpen op de vertanding van de drijfstang niet gelijk van grootte zijn en dat van deze assen de kleinere tandwielen die ingrijpen op de vertanding van de kruktap eveneens niet gelijk van grootte zijn.

4. Een 4-takt verbrandingsmotor voorzien van minimaal één krukas, kruktap, drijfstang, zuiger en cilinder waarvan de buitenzijde van de kruktap en de binnenzijde van de drijfstang(voet) zijn voorzien van vertanding en tussen kruktap en drijfstang een excentrische vulschijf is gemonteerd voorzien van tandwielen die aangrijpen in de vertanding van drijfstang of kruktap waarbij de verhouding tussen de hoeveelheid tanden van de kruktap en het daarmee verbonden tandwiel gelijk is aan de verhouding tussen de hoeveelheid tanden van de drijfstang en het daarmee verbonden tandwiel zodat de excentrische vulschijf half zo snel als de krukas ronddraait met het kenmerk dat de excentrische vulschijf meer dan twee assen bevat die elk zijn voorzien van tandwielen die ingrijpen op de vertanding van kruktap of drijfstang en dat alleen van de assen die op dezelfde afstand van het geometrisch middelpunt van kruktap en drijfstang in de excentrrische vulschijf zijn geplaatst de diameter van de tandwielen die ingrijpen op de vertanding van de kruktap aan elkaar gelijk zijn en ook de diameter van de tandwielen die ingrijpen op de vertanding van de drijfstang aan elkaar gelijk zijn.

5. Inrichting volgens voorgaande conclusies met het kenmerk dat de vertanding op de kruktap is uitgevoerd als een verjongd tandwiel die ter plekke van de kruktap dunner is dan ter plekke van de vertanding.

6. Een 4-takt verbrandingsmotor voorzien van minimaal één krukas, kruktap, drijfstang, zuiger en cilinder waarvan de buitenzijde van de kruktap en de binnenzijde van de drijfstang(voet) zijn voorzien van vertanding en tussen kruktap en drijfstang een excentrische vulschijf is gemonteerd voorzien van tandwielen die aangrijpen in de vertanding van drijfstang of kruktap met het kenmerk dat de excentrische vulschijf is voorzien van minimaal één oliekanaal tussen het oppervlakte die aansluit op de kruktap en het oppervlakte dat aansluit op de drijfstang.

7. Inrichting volgens conclusie 6 met het kenmerk dat de oliekanalen worden gecombineerd met de sparingen voor assen en tandwielen.

8. Inrichting volgens voorgaande conclusies met het kenmerk dat de excentrische vulschijf deelbaar is in het vlak evenwijdig aan de draairichting van de excentrische vulschijf.