NL9000464A - Zuigermotor en in- en uitlaatsysteem daarvoor. - Google Patents

Description

Zuigermotor en in- en uitlaatsysteem daarvoor

De uitvinding heeft betrekking op verbrandingsmotoren, en in het bijzonder op een verbrandingsmotor met ten minste een paar tegenover elkaar liggende cilinders, in elk waarvan een zuiger kan oscilleren, waarbij de zuigers met behulp van een drijfstang in verbinding staan met een draaiend gelagerde krukas.

Een verbrandingsmotor van deze soort, die bekend is onder de aanduiding boxermotor, heeft een aantal specifieke voordelen boven motoren met een andere bouwwijze, zoals lijnmotoren, namelijk een compacte lage bouw en goede uitbalance-ring. Er zijn in principe twee uitvoeringen bekend, namelijk die waarbij beide zuigers door een eigen drijfstang met een gezamenlijke kruktap van de krukas zijn verbonden en die waarbij elke zuiger een eigen drijfstang en kruktap heeft en de beide kruktappen meestal 180° ten opzichte van elkaar zijn verzet. Tussen de beide kruktappen kan al dan niet een kruk-aslager zijn voorzien.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een nieuw soort boxermotor die vele voordelen biedt boven de bekende soorten boxermotoren.

Hiertoe wordt de verbrandingsmotor volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat slechts één van de zuigers van elk paar door middel van de drijfstang met de krukas is verbonden, terwijl de andere zuiger van het paar met behulp van een verbindingsorgaan direkt met de ene zuiger is verbonden.

De voordelen van deze constructie volgens de uitvinding zijn evident. Ten eerste is het aantal mechanische bewegende onderdelen verminderd, daar nog slechts één drijfstang met de daarbij behorende lagers per zuigerpaar aanwezig is. Voorts kunnen de cilinders nu exact in lijn met elkaar worden opgesteld, waardoor de bouwlengte van het cilinderblok kan worden verminderd. Door de enkele drijfstang en kruktap kan de krukas ook korter worden in vergelijking tot de bekende boxermotoren. Het gewicht van het gehele motorblok zal, door de besparing van materiaal, dienovereenkomstig lager kunen worden gehouden met alle voordelen van dien.

Een voordelige uitvoering van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding bezit het kenmerk, dat het verbindings-orgaan bestaat uit een de zuigers verbindende mantel, die in de betreffende cilinders is geleid en is uitgevoerd met openingen voor het doorleiden van de krukas.

Door deze maatregel vervult het verbindingsorgaan niet alleen de functie van het verbinden van de zuigers doch dient dit ook als zuigermantel voor het geleiden van de zuigers in hun cilinders.

Bij voorkeur zal worden getracht de cilinders van het cilinderpaar zo dicht mogelijk bij elkaar te brengen, zodat de afmeting van het cilinderblok in de richting van de cilinders klein kan worden gehouden en het verbindingsorgaan kort en daarmede licht. Dit is uiteraard het beste te realiseren bij een motor met een korte zuigerslag, waarbij de kruk kort is en de omhullende van de kruk een kleine diameter bezit. Een zeer gunstige situatie ontstaat als de omhullende van de kruk binnen de binnenomtrek van de cilinders of zelfs binnen de binnenomtrek van de mantel valt, omdat dan de cilinders geheel tegen elkaar aan kunnen worden geplaatst.

Een verdere verbetering van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding, die zowel bij de in het voorgaande beschreven boxermotor toepasbaar is, als bij andere soorten verbrandingsmotoren die zijn voorzien van een verbrandingsruimte, een op de verbrandingsruimte aangesloten inlaat- en uitlaatkanaal en een tussen het inlaat- respectievelijk uit-laatkanaal en de verbrandingsruimte aangebracht kleporgaan voor het afwisselend afsluiten van de verbrandingsruimte en in verbinding brengen van de verbrandingsruimte en het inlaat- resp. uitlaatkanaal, is daardoor gekenmerkt, dat het kleporgaan bestaat uit een draaiend aandrijfbare klepwals met een met de omtrek daarvan in verbinding staande uitholling, via welke de verbinding tussen het betreffende kanaal en de verbrandingsruimte tot stand brengbaar is.

Dit in- en uitlaatsysteem bezit grote voordelen boven de thans gebruikelijke oscillerende kleppen. Ten eerste zijn er geen door terugstelveren veroorzaakte dynamische beperkingen. Een zuiver draaiende beweging is in dynamisch opzicht de meest gunstige.

Voorts wordt een aanzienlijke ruimtebesparing bereikt door het wegvallen van de veel plaatsruimte innemende kleppen. Met dit in- en uitlaatsysteem volgens de uitvinding kan derhalve een zeer compact motorblok worden gebouwd, zeker wanneer het wordt ingebouwd in de in het voorgaande beschreven boxermotor.

De draaiende klepwals van de inlaat heeft nog het bijkomende voordeel, dat deze een waaierbeweging van het binnentredende gasmengsel veroorzaakt, hetgeen een gunstig effect heeft op de cilindervulling.

De vorm en grootte van de doorlaat van het klep-orgaan kan worden gevarieerd door het veranderen van de vorm en grootte van de uitholling in de wals en de diameter van de wals. Hierdoor zijn er vele mogelijkheden tot het bereiken van een gewenste in- en uitstroming van gas.

Het is gunstig indien de uitholling in de klepwals blind is, waarbij bij voorkeur de uitholling althans ongeveer cirkelsegmentvormig is. Uiteraard zou het in principe ook mogelijk zijn een doorgaande uitholling in de wals aan te brengen. Deze moet dan wel symmetrisch ten opzichte van een radiaal vlak van de wals worden geplaatst, terwijl de omwentel ingssnelheid dient te worden gehalveerd.

Bij voorkeur zijn aan elke verbrandingsruimte twee op een afstand van elkaar geplaatste evenwijdige als inlaat, resp. als uitlaat fungerende klepwalsen toegevoegd. Een eenvoudiger uitvoering is echter te realiseren door aanbrenging van een enkele klepwals per verbrandingsruimte, waarin twee afzonderlijke onder een hoek verzette uithollingen zijn aangebracht, die op het inlaat- resp. uitlaatkanaal aansluiten.

Het is gunstig de klepwalsen van een keramisch materiaal te vervaardigen. Deze materialen zijn tegen zeer hoge temperaturen bestand, zijn slijtagevast en behoeven geen smering van hun oppervlakken.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekening, die op zeer schematische wijze een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding weergeeft.

Fig. 1 is een horizontale doorsnede van een boxermotor en in- en uitlaatsysteem volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1, waarbij evenwel de krukas en de daarmee verbonden onderdelen in een enigszins andere stand zijn weergegeven.

De tekening toont een uitvoeringsvoorbeeld van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding, die in dit geval bestaat uit een viercilinder viertakt-boxermotor. Deze is voorzien van een gedeeld cilinderblok met delen 1 en 2, waarin een krukas 3 door middel van lagers 4 draaibaar is gelagerd. De krukas is op gebruikelijke niet weergegeven wijze met verdere overbrengingsorganen verbonden ten behoeve van de aandrijving van bijvoorbeeld een motorvoertuig.

In het cilinderblok 1, 2 zijn twee paar cilinders 5, 6 en 7, 8 gevormd, waarin bijbehorende zuigers 9, 10 en 11, 12 heen en weer verplaatsbaar zijn.

Volgens de uitvinding is van elk paar zuigers 9, 10 respectievelijk 11, 12 slechts één van de zuigers 9, 11 door middel van een bijbehorende drijfstang 13, 14 met een aan de krukas gevormde kruktap 15, 16 verbonden. De verbinding tussen de drijfstang 13, 14 en de bijbehorende zuiger 9, 11 enerzijds en tussen de drijfstang 13, 14 en de bijbehorende kruktap 15, 16 anderzijds is slechts zeer schematisch weergegeven, doch kan van een gebruikelijke constructie zijn. Wel zijn deze onderdelen bij voorkeur zo klein mogelijk uitgevoerd, zoals later nog nader zal worden toegelicht.

De beweging van de zonder drijfstang uitgevoerde zuiger 10, 12 wordt op de krukas 3 overgedragen door een direkte verbinding tussen deze zuiger 10, 12 en de bijbehorende zuiger 9, 11 van het betreffende paar zuigers. Deze direkte verbinding tussen de zuigers 9, 10 en 11, 12 wordt bewerkstelligd door middel van een verbindingsorgaan, dat in dit geval bestaat uit een mantel 17, resp. 18, die bij voorkeur losneembaar met de betreffende zuigers 9, 10, resp. 11, 12 is verbonden en behalve de verbindingsfunctie ook de normaal gebruikelijke zuigermantelfunctie vervult. In de mantels 17, 18 zijn evenwijdig aan de bijbehorende hartlijn verlopende sleufvormige openingen 19 aangebracht voor het doorlaten van de krukas 3 (zie fig. 2).

Zoals de fig. 1 en 2 ook duidelijk tonen, is de omhullende van de kruk van de kruktap 15, 16 zo klein moge lijk gehouden, zodanig dat deze zich binnen de omtrek van de cilinders 5, 6 respectievelijk 7, 8 en bij voorkeur binnen de omtrek van de mantels 17, 18 uitstrekt, waardoor de tegenoverstaande cilinders 5 en 6, respectievelijk 7 en 8 zeer dicht in lijn tegenover elkaar kunnen worden geplaatst, waardoor de drijfstangen 13 en 14 en de mantels 17 en 18 dienovereenkomstig kort kunnen worden uitgevoerd, hetgeen een aanzienlijke gewichtsbesparing en een zeer compacte bouw van het cilinderblok oplevert. Dit is uiteraard het beste te verwezenlijken bij een motor met een relatief korte slag van de zuigers 9-12 en een relatief grote boring van de cilinders 5-8.

Het zal duidelijk zijn dat de weergegeven constructie uitblinkt door een zeer eenvoudige constructie met een minimum aan bewegende delen en zeer geringe afmetingen, hetgeen tevens resulteert in een zeer laag gewicht. Door de enkele drijfstang per zuigerpaar kunnen de bijbehorende cilinders van elk cilinderpaar in lijn tegenover elkaar liggen en kan de krukas zeer kort worden uitgevoerd.

De tekening toont verder een tweede aspect van de uitvinding in de vorm van een bijzonder in- en uitlaatsysteem. Dit systeem omvat speciale kleporganen, die tussen een betreffend inlaatkanaal 20, respectievelijk een uitlaat-kanaal 21 en één van de bijbehorende cilinders 5-8 zijn geplaatst (zie fig. 2). Alle kleporganen bestaan uit klepwal-sen, die in de tekening met verwijzingscijfers 22-29 zijn aangeduid. De in lijn liggende klepwalsen van aangrenzende cilinders kunnen onderling met elkaar zijn verbonden of uit één stuk materiaal zijn gevormd. De klepwalsen 22-29 zijn draaiend aandrijfbaar om hun hartlijn, die loodrecht op de hartlijn van de bijbehorende cilinder 5-8 is geplaatst en in dit geval evenwijdig aan de hartlijn van de krukas 3 verloopt. De klepwalsen zijn door niet nader aangeduide lagers ondersteund en kunnen worden aangedreven door de krukas 3 op een wijze die bekend is voor de aandrijving van gebruikelijke nokkenassen.

Voor het tot stand brengen van de verbinding tussen het betreffende inlaat- respectievelijk uitlaatkanaal 20, 21 en de bijbehorende cilinder 5-8 is elke klepwals 22-29 uitge voerd met een met de omtrek daarvan in verbinding staande blinde uitholling 30, die in dit geval een ongeveer cirkelsegmentvormige dwarsdoorsnede met afgeronde hoek bezit. In dit geval wordt de verbiding tussen het in- of uitlaatkanaal 20, 21 en de bijbehorende cilinder 5-8 als het ware langs de betreffende klepwals tot stand gebracht.

In het weergegeven geval bezit elke cilinder 5-8 twee aan weerszijden van een bougie 31 geplaatste klepwalsen 22-29, die elk één uitholling 30 bezitten. Uiteraard zou het ook mogelijk zijn dat elke cilinder 5-8 slechts één bijbehorende klepwals heeft, die dan is uitgevoerd met twee afzonderlijke en ten opzichte van elkaar over een hoek verdraaid aangebrachte uithollingen, waarop bij de ene uitholling een inlaatkanaal en bij de andere uitholling een uitlaatkanaal aansluit. In dit geval zou natuurlijk kunnen worden gesproken van twee met elkaar in lijn liggende en onderling verbonden klepwalsen.

In de fig. 1 en 2 zijn de klepwalsen 22-29 in verschillende standen te zien. Door pijlen is de bewegingsrichting van de verschillende bewegende onderdelen aangeduid.

De kruktappen 15, 16 van de krukas 3 zijn over 180° verzet en de ontstekingsvolgorde in de cilinders 5-8 is in dit illustratieve geval 5-6-8-7. Uiteraard kunnen de krukhoek en de ontstekingsvolgorde naar wens worden gekozen.

In fig. 1 begint zuiger 9 in cilinder 5 juist aan de compressieslag, terwijl in cilinder 6 de zuiger 10 aan zijn inlaatslag begint, waarbij de uitholling 30 in de klepwals 24 juist de verbinding tussen het betreffende inlaatkanaal 20 en de cilinder 6 heeft vrijgegeven. In cilinder 7 heeft zojuist de ontsteking plaatsgevonden en begint nu de expansieslag van de zuiger 11. Tenslotte staat de zuiger 12 in cilinder 8 aan het begin van de uitlaatslag, waarbij de klepwals 28 de cilinder 8 met het uitlaatkanaal 21 verbindt.

Uiteraard dient bij het comprimeren en expanderen van het gasmengsel in de cilinders een zeer goede afdichting van de klepwalsen te zijn gewaarborgd teneinde het ontsnappen van gas uit de cilinder te verhinderen.

In fig. 2 is de krukas 3 in een andere stand weergegeven, waarbij zuiger 9 juist aan zijn inlaatslag en zuiger 20 aan zijn compressieslag is begonnen.

De klepwals 22 is geopend zodat een vers gasmengsel via de uitholling 30 de cilinder 5 kan binnentreden. Door de draaiing van de klepwals 22 zal aan het binnentredende gasmengsel een waaierbeweging van de omtrek naar het midden van de cilinder 5 worden gegeven, hetgeen een goede cilinder-vulling oplevert.

De doorlaat van de klepwalsen 22-29 en de kleptiming hiervan kunnen op eenvoudige wijze worden gevarieerd door het variëren van de grootte en vorm van de uitholling 30. De diameter van de klepwalsen bepaalt de maximale doorlaat.

Uit het bovenstaande volgt, dat de uitvinding een in- en uitlaat-systeem voor een verbrandingsmotor verschaft, dat in principe een eenvoudige constructie bezit en zeer weinig plaatsruimte inneemt.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoerings-voorbeeld dat op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kan worden gevarieerd.

Claims (8)

1. Verbrandingsmotor met ten minste een paar tegenover elkaar liggende cilinders, in elk waarvan een zuiger kan oscilleren, waarbij de zuigers met behulp van een drijfstang in verbinding staan met een draaiend gelagerde krukas met het kenmerk, dat slechts één van de zuigers van elk paar door middel van de drijfstang met de krukas is verbonden, terwijl de andere zuiger van het paar met behulp van een verbindingsorgaan direkt met de ene zuiger is verbonden.

2. Verbrandingsmotor volgens conclusie 1, waarbij het verbindingsorgaan bestaat uit een de zuigers verbindende mantel, die in de betreffende cilinders is geleid en is uitgevoerd met openingen voor het doorleiden van de krukas.

3. Verbrandingsmotor volgens conclusie 1 of 2, waarbij de omhullende van de kruk van de krukas zich althans ongeveer binnen de omtrek van de bijbehorende cilinders uitstrekt.

4. Verbrandingsmotor volgens een der voorgaande conclusies, met een op elke cilinder aangesloten inlaat- en uitlaatkanaal en een tussen het inlaat- resp. uitlaatkanaal en de betreffende cilinder aangebracht kleporgaan, dat bestaat uit een draaiend aandrijfbare klepwals met een met de omtrek daarvan in verbinding staande uitholling, waardoor de verbinding tussen het betreffende inlaat- resp. uitlaatkanaal en de bijbehorende cilinder tot stand brengbaar is.

5. Verbrandingsmotor volgens conclusie 4, waarbij de uitholling in de klepwals blind is.

6. Verbrandingsmotor volgens conclusie 5, waarbij de uitholling althans ongeveer cirkelsegmentvormig is.

7. Verbrandingsmotor volgens een der conclusies 4-6, waarbij de klepwals van een keramisch materiaal is vervaardigd.

8. Verbrandingsmotor met een verbrandingsruimte, een op de verbrandingsruimte aangesloten inlaat- en uitlaatkanaal en een tussen het inlaat- resp. uitlaatkanaal en de verbrandingsruimte aangebracht kleporgaan voor het afwisselend afsluiten van de verbrandingsruimte en in verbinding brengen van de verbrandingsruimte en het inlaat- resp. uitlaatkanaal, met het kenmerk, dat het kleporgaan bestaat uit een draaiend aandrijfbare klepwals met een met de omtrek daarvan in verbinding staande uitholling, waardoor de verbinding tussen het betreffende kanaal en de verbrandingsruimte tot stand brengbaar is.