NL2004499C2 - Verbrandingsmotor. - Google Patents

Description

NL 14432-Me Verbrandingsmotor

De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsmotor, voorzien van een cilinderblok met daarin tenminste een cilinder waarin een zuiger is opgenomen die in de cilinder heen en weer kan bewegen tussen een onderste en bovenste dode 5 punt(ODP en BDP), welke zuiger aan het ene uiteinde een verbrandingsruimte begrenst en aan het andere uiteinde met een overbrengingsmechaniek is verbonden, waarbij op de verbrandingsruimte een inlaat en een uitlaat aansluit.

Een dergelijke verbrandingsmotor bestaat al heel lang 10 in de vorm van Diesel- en Ottomotoren. Deze motoren zijn in de loop der tijd steeds verder verbeterd, in het bijzonder met het oog op vermogenswinst en zuinigheid. Daarbij is ook de bediening van de kleppen in de in- en uitlaat verbeterd, teneinde deze kleppen nauwkeuriger te kunnen besturen, ook in 15 afhankelijkheid van de belasting van de motor. Er zijn motoren j bekend, waarbij de inlaatklep elektrisch wordt bediend, teneinde een zo groot mogelijke vrijheid in openings- en sluitingstijden te bereiken. Een dergelijke elektrische bediening is bij de uitlaatklep niet mogelijk vanwege de zeer hoge 20 tegendruk in de cilinder tijdens de expansieslag.

! De uitvinding beoogt thans een nieuwe verbrandingsmo tor te verschaffen, waarbij ten aanzien van de gasstromen in de cilinder een verdere verbetering kan worden bereikt.

Hiertoe wordt de verbrandingsmotor volgens de uitvin-25 ding daardoor gekenmerkt dat op de cilinder dichter bij het onderste dode punt dan de inlaat en uitlaat ten minste één ka- | naai met daarin een bestuurbare klep aansluit. Dit kanaal kan een inlaat- en/of uitlaatkanaal vormen en er kunnen dus ook meerdere kanalen zijn met elk een eigen functie.

30 Een dergelijk kanaal met bij voorkeur een elektro nisch bestuurde en elektrisch bediende klep heeft het voordeel dat de gasstromen en de besturing van de motor beter aan de omstandigheden kunnen worden aangepast. Het uitlaatkanaal .] 2 heeft als voordeel dat de expansiedruk snel nadat de zuiger in de expansieslag het ODP heeft bereikt kan worden afgelaten | door de bestuurbare klep te openen. Deze bestuurbare klep is tijdens de verbranding van het mengsel door de zuiger afge-5 schermd en behoeft dus lagere gasdrukken te weerstaan. De klep kan dan ook in de richting van de cilinder weg openen, waardoor de bediening eenvoudiger kan zijn. Doordat de expansiedruk snel afneemt door het uitlaatkanaal, komt er snel minder druk op de klep in de uitlaat, waardoor het mogelijk 10 wordt ook deze klep elektrisch te bedienen.

Bij voorkeur sluit het kanaal op de wand van de cilinder aan, waarbij dan in de meeste gevallen het uitlaatkanaal dichter bij het ODP zal zijn gelegen dan het in-laatkanaal. In een motor die werkt volgens het 15 viertaktprincipe, en waarbij het overbrengingsmechaniek zodanig is ingericht dat het onderste dode punt bij de inlaatslag boven het uitlaatkanaal is gelegen en in de verbrandingsslag j onder het uitlaatkanaal is gelegen, wordt het uitlaatkanaal dus slechts vrijgegeven bij de expansieslag.

20 Het extra inlaatkanaal met bestuurbare klep heeft het voordeel van een gunstigere gasstroming en betere besturing \

van de motor. Het is zelfs mogelijk om in de opgaande slag nog J

lucht terug te laten stromen indien de omstandigheden hierom vragen.

25 Het is zeer gunstig om het genoemde kanaal toe te passen bij een verbrandingsmotor die is ingericht als tegen-zuigermotor, waarbij twee cilinders een gezamenlijke verbrandingsruimte bezitten en bij voorkeur de hartlijn van de cilinders met elkaar in lijn zijn gelegen. Deze motor heeft 30 een eenvoudige constructie en in het overbrengingsmechaniek kan vrij eenvoudig een mechanisme worden geïntegreerd voor het bereiken van een variabele slag van de zuigers, bijvoorbeeld kan een bestuurbaar excentriek in een tuimelmechanisme worden opgenomen.

35 De uitvinding omvat ook een werkwijze voor het be drijven van een verbrandingsmotor, voorzien van ten minste een cilinder met daarin een tussen een onderste dode punt (ODP) en bovenste dode punt (BDP) heen en weer bewegende zuiger die een i i 3 i i

viertakt cyclus doorloopt met een inlaatslag, compressieslag, J

expansieslag en uitlaatslag, waarbij in de expansieslag wanneer de zuiger zich nabij het ODP bevindt een uitlaatklep wordt geopend die zich nabij het ODP bevindt. I

5 Verdere voordelen en kenmerken van de uitvinding blijken uit de navolgende beschrijving aan de hand van de tekening die uitvoeringsvoorbeelden van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding weergeeft.

Figuur 1 en 2 zijn zeer schematische doorsneden van 10 een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding in twee verschillende standen.

Figuur 3 is een zeer schematische doorsnede van een verder uitvoeringsvoorbeeld van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding.

15 Figuur 1 en 2 tonen een uitvoering van een verbran dingsmotor die is uitgevoerd als een zogenaamde tegenzuiger-motor met cilinders 1 en 2, waarvan de hartlijnen 3 in lijn j met elkaar zijn gelegen en die een gezamenlijke verbrandings- j kamer 4 bezitten. De verbrandingskamer 4 wordt begrensd door 20 de cilinders 1 en 2 in samenwerking met het ene uiteinde van ! zuigers 5 die aan hun andere uiteinde met behulp van een over- j.

brengingsmechaniek 6 hun beweging kunnen overbrengen naar een uitgaande as. Een onderste dode punt (ODP), waarin de afstand tussen de zuigers 5 maximaal is en een bovenste dode punt 25 (BDP) waarin de afstand tussen de zuigers minimaal is wordt tevens door het overbrengingsmechaniek bepaald. Volgens het viertak principe van deze motor, waarbij het kan gaan om een j diesel- of Ottomotor, bewegen de zuigers 5 van het ODP naar het BDP tijdens de compressie- en uitlaatslag, terwijl de zui- j 30 gers 5 van het BDP naar het ODP bewegen tijdens de expansie- j en inlaatslag. j r

Het overbrengingsmechaniek 6 omvat in dit uitvoe- j.

ringsvoorbeeld voor elke zuiger 5 een zuigerstang 7, een I

tuimelaar 8, een krukstang 9 en een krukas 10. Dit overbren-35 gingsmechaniek 6 zet derhalve de heen- en weergaande beweging van de zuigers om in een draaiende beweging van de krukas 10, die in draaiverbinding staat met een uitgaande as die bijvoor- |

beeld de wielen van een voertuig kan aandrijven, doch ook vele I

| 4 andere aandrijftoepassingen van de verbrandingsmotor zijn denkbaar.

Zoals gebruikelijk zijn op de verbrandingskamer 4 een inlaat 11 en een uitlaat 12 aangesloten, waarin een inlaatklep 5 13, resp. een uitlaatklep 14 zijn opgenomen (zie ook figuur 3). Deze inlaat- en uitlaatkleppen 13, 14 kunnen van gebruikelijke constructie zijn en kunnen op de gebruikelijke wijze mechanisch worden bediend, doch volgens de uitvinding kan de bediening van de beide kleppen 13, 14 bijvoorbeeld ook elek-10 trisch of elektro-hydraulisch zijn voor een zo groot mogelijke vrijheid bij de bediening van de kleppen 13, 14. Uiteraard is de verbrandingsmotor voorzien van een brandstoftoevoer, in het bijzonder een brandstofinjectie die direct op de verbrandingskamer of op de inlaat 11 is aangesloten. In het geval van een 15 Ottomotor is er uiteraard ook een ontstekingsinstallatie aanwezig voor het ontsteken van het verbrandingsmengsel in de verbrandingskamer 4.

In de figuren 1 en 2 is te zien dat op de cilinders 1 en 2 verdere kanalen 15 zijn aangesloten, die dichter bij het 20 ODP dan de inlaat 11 en uitlaat 12 op de cilinders 1, 2 aansluiten en die elk zijn uitgerust met een klep 16. In het weergegeven geval vormen de kanalen 15 uitlaatkanalen, waardoor het mogelijk is snel het expansiegas uit de cilinders 1 en 2 weg te laten stromen aan het einde van de expansie- of 25 verbrandingsslag, zodat de druk in de cilinders 1 en 2 snel daalt, waardoor de uitlaatklep 14 tegen een lagere druk in kan openen en daardoor eenvoudiger, bijvoorbeeld elektrisch kan worden bediend. Ook de klep 16 in de kanalen 15 wordt bij voorkeur elektrisch bediend en is daarbij elektronisch be-30 stuurbaar om op elk gewenst tijdstip te kunnen openen en sluiten.

De motor van de figuren 1 en 2 heeft nog de verdere bijzonderheid dat het overbrengingsmechaniek 6 is uitgerust met een mechanisme voor het bereiken van een variabele slag 35 van de zuigers 5, waarbij bijvoorbeeld een variabel ODP kan worden bereikt en het ODP na de expansieslag lager (verder van het ODP) is gelegen dan na de inlaatslag (zie figuur 2). Deze manier van bedienen wordt ook wel het Atkinson principe ge- 5 noemd. In het weergegeven geval wordt dit bereikt door een as 17 van elke tuimelaar 8 te monteren op een excentriek 18 waarmee dus de plaats van de as kan worden gewijzigd, en door het op de gewenste wijze verdraaien van het excentriek kan zowel 5 het ODP als het BDP worden gevarieerd (In figuur 2 zijn met stippellijnen de uiterste BDP's aangeduid) en zelfs tijdens elke slag van de zuiger worden veranderd teneinde de zuigers op de gewenste wijze te laten bewegen.

Figuur 3 toont een variant van de verbrandingsmotor 10 met een gewone cilinder 1, die zelfstandig kan werken of met andere cilinders kan samenwerken in bijvoorbeeld een lijn-, V-of boxeropstelling. In deze uitvoering van de verbrandingsmotor is wederom een kanaal 15 met een klep 16 aangebracht, welke in verbinding staat met de uitlaat 12. In dit geval is 15 echter een tweede kanaal 19 met een klep 20 op de cilinder 1 aangesloten, welke in verbinding staat met de inlaat 11. Op deze wijze kan dus zowel tijdens de expansie- en uitlaatslag, als tijdens de inlaat- en compressieslag een klep 16 resp. 20 worden geopend om gunstige omstandigheden in de cilinder te 20 creëren ten aanzien van gasstroming en -druk waardoor de ver- j brandingsmotor met een beter rendement kan worden bedreven. ' f

Te zien is dat het uitlaatkanaal 15 met de klep 16 dichter bij het ODP is gelegen dan het inlaatkanaal 19 met de klep 20, waardoor het inlaatkanaal 19 tijdens de inlaatslag en 25 eventueel tijdens de compressieslag langer kan open staan dan bij het uitlaatkanaal 15 nodig is, waar het slechts de bedoeling is om snel de gasdruk in de cilinder te verminderen, teneinde de zuiger met minder tegendruk de uitlaatslag te la- j ten uitvoeren en ook de uitlaatklep 14 met minder tegendruk te j 30 laten openen.

Uit het voorgaande zal duidelijk zijn dat de uitvinding een verbrandingsmotor verschaft die uitblinkt door een grote vrijheid van het bedrijven van de motor waardoor deze goed en gemakkelijk aan allerlei verschillende bedrijfsomstan-35 digheden kan worden aangepast. De uitvinding is niet beperkt tot de in de tekening getoonde en in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeelden die op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kunnen worden aangepast.

[

Claims (10)

1. Verbrandingsmotor, voorzien van een cilinderblok met daarin tenminste een cilinder waarin een zuiger is opgeno- 1 men die in de cilinder heen en weer kan bewegen tussen een onderste en bovenste dode punt (ODP en BDP), welke zuiger aan 5 het ene uiteinde een verbrandingsruimte begrenst en aan het andere uiteinde met een overbrengingsmechaniek is verbonden, waarbij op de verbrandingsruimte een inlaat en een uitlaat aansluit, met het kenmerk, dat op de cilinder dichter bij het onderste dode punt dan de inlaat en uitlaat ten minste één ka- 10 naai met daarin een bestuurbare klep aansluit.

2. Verbrandingsmotor volgens conclusie 1, waarbij de I bestuurbare klep een elektronisch bestuurde klep is.

3. Verbrandingsmotor volgens conclusie 2, waarbij de bestuurbare klep in een richting weg van de cilinder opent.

4. Verbrandingsmotor volgens een der voorgaande con clusies, waarbij het kanaal op de wand van de cilinder aansluit.

5. Verbrandingsmotor volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het kanaal een uitlaatkanaal vormt.

6. Verbrandingsmotor volgens een der voorgaande con- clusies, waarbij het kanaal een inlaatkanaal vormt. ,i 7. Verbrandingsmotor volgens conclusies 4 en 5, waar- ’ bij een afzonderlijk inlaat- en uitlaatkanaal op de cilinder aansluit en bij voorkeur het uitlaatkanaal dichter bij het ODP ; 25 is gelegen dan het inlaatkanaal.

8. Verbrandingsmotor volgens een der voorgaande con- j clusies, welke werkt volgens het viertaktprincipe, waarbij het j overbrengingsmechaniek zodanig is ingericht dat het ODP bij de inlaatslag boven de bestuurbare klep is gelegen en in de ver- 30 brandingsslag onder de bestuurbare klep is gelegen.

9. Verbrandingsmotor volgens een der voorgaande conclusies, die is ingericht als tegenzuigermotor, waarbij twee cilinders een gezamenlijke verbrandingsruimte bezitten en bij voorkeur de hartlijn van de cilinders met elkaar in lijn zijn 35 gelegen.

7 I

10. Werkwijze voor het bedrijven van een verbrandingsmotor, voorzien van ten minste een cilinder met daarin een tussen een onderste dode punt (ODP) en bovenste dode punt (BDP) heen en weer bewegende zuiger die een viertakt cyclus 5 doorloopt met een inlaatslag, compressieslag, expansieslag en uitlaatslag, waarbij in de expansieslag wanneer de zuiger zich nabij het ODP bevindt een uitlaatklep wordt geopend die zich nabij het ODP bevindt. ï | i: « i !. |- | 1- i j j- • ï