NO325373B1 - Anordning ved forbrenningsmotor som er tilordnet en lineaerforskyvbar induksjonsspole - Google Patents

Abstract

Anordning ved forbrenningsmotor (1) omfattende et stempel (4) og en stempelsylinder (2) samt nødvendige hjelpesystem av i og for seg kjent utførelse, og hvor stempelet (4) via stempelstangen (8) og en vippearm (9) er koplet til en lineærforskyvbar induksjonsspole (3) som samvirker med en fastmontert permanentmagnet (5), og som derved er innrettet til å kunne produsere elektrisk energi når stempelet (4) forskyves i stempelsylinderen (2).

Description

ANORDNING VED FORBRENNINGSMOTOR SOM ER TILORDNET EN LINEÆRFORSKYVBAR INDUKSJONSSPOLE

Denne oppfinnelse vedrører en forbrenningsmotor som er tilordnet en lineærforskyvbar induksjonsspole. Nærmere bestemt dreier det seg om en forbrenningsmotor som omfatter et stempel og en stempelsylinder samt nødvendige hjelpesystem av i og for seg kjent utførelse. Stempelet er via stempelstangen og en vippearm koplet til en lineærforskyvbar induksjonsspole som samvirker med en fastmontert permanentmagnet, og som derved er innrettet til å kunne produsere elektrisk energi når stempelet forskyves i stempelsylinderen.

Otto-motorer omfatter et stempel som via en stempelstang og

en veivaksling er koplet til et svinghjul. Ved forbrenningsmotorer som baserer seg på dette prinsipp, og hvor produsert energi tas ut via veivakslingen, befinner veivakslingen seg nær sitt øvre dødpunkt når forbrenningstrykket over stempelet er høyest. Dette uheldige forhold bevirker at dreiemomentet som virker på veivakslingen under forbrenningens første del, blir relativt beskjedent.

Andre mekaniske kraftoverføringsprinsipper har også vært forsøkt, men da forbrenningsmotorer generelt, og i kjøretøyer spesielt, avgir kraft ved sterkt varierende turtall og belastning, så har det allikevel resultert i en lavere total virkningsgrad enn den teoretisk oppnåelige.

Dette, sammen med andre forhold, bidrar til at en forbrenningsmotor av denne art oppviser en relativt beskjeden virkningsgrad. Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som

er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

En forbrenningsmotor i overenstemmelse med oppfinnelsen omfatter et stempel og en stempelsylinder samt nødvendige hjelpesystem av i og for seg kjent utførelse, og kjenne-tegnes ved at stempelet via stempelstangen og en vippearm er koplet til en lineærforskyvbar induksjonsspole som samvirker med en eller flere fastmonterte permanentmagneter,

og som derved er innrettet til å produsere elektrisk energi når stempelet forskyves i stempelsylinderen.

Permanentmagnet-enheten, som kan utgjøres av et antall stav-eller radial-magneter, er fastmontert til forbrenningsmotoren ved vippearmens induksjonsspole.

Det har vist seg at såkalte Neodym-magneter er velegnet for dette formålet.

Induksjonsspolen er formet slik at den omkranser en permanentmagnet under hele stempelslaget. Den genererte energi kan da hentes ut fra spolen som vekselstrøm med en frekvens tilsvarende stempelfrekvensen.

Motoren vil kunne produsere strøm under alle stempelets takter. For å opprettholde en jevn stempelfrekvens er stempelet via stempelstangen og vippearmen koplet til et ubelastet svinghjul. Flere stempeler kan på i og for seg kjent måte være koplet til en felles vippearm.

Permanentmagnetens fester består av varmeisolerende materiale, da Neodym-magneters effekt avtar betydelig ved en forholdsvis lav øvre temperatur-terskel.

Tidligere løsninger med å plassere permanentmagneter i selve stempelet påvirkes av denne temperatur-faktor, og resulterer i en begrensning av energi-utbyttet.

Det er dessuten av avgjørende betydning å la induksjonsspolene være den bevegelige part i induksjons-prosessen, da disse vil ha en betydelig mindre vekt enn permanentmagnetene. Tidligere forsøk med å feste magneter til stempel og stempelstang har ikke vært vellykket, på grunn av magnetenes forholdsvis høye spesifikke vekt. Jo større vekt, jo mer energi kreves for både å akselerere og retardere magnetene,

og kraftutbyttet blir følgelig redusert.

I tidligere kjente publikasjoner innen fagområdet med elektrisk kraftuttak finnes idéer med å tilkople en mekanisk fjæranordning eller et elektromagnetisk system for å kunne opprettholde en stabil og repeterende mekanisk funksjon.

I publikasjon US2002/0139323A1 indikeres valgfritt alternativ av bruk av komprimerbar spiralfjær, eller elektromagnetisk kraft som støtte til stempelstangen. Begge alternativene er imidlertid energikrevende, og er en medvirkende årsak til redusert virkningsgrad. I tillegg indikeres at induksjonsspolen kan være stasjonær, og magneten bevegelig.

Dette vil imidlertid være ødeleggende for virkningsgraden. Etter som magnetene her også er en del av selve motorhuset, så vil motor-temperaturen kunne redusere bruk av neodym-magneter. I publikasjon GB2219671A utgjør magneten den bevegelige komponent i induksjons-prosessen, og dette vil som nevnt være negativt for energi-utbyttet.

I publikasjonene DE19943993A1, JP57044732, GB2358845A og WO2006/108297A1, utgjør også her magneten den bevegelige komponent i induksjons-prosessen, og sammen med høy temperatur i magnet-området vil dette være begrensende faktorer for virkningsgraden.

I publikasjon DE20305046 er magneten festet til selve veivakselen, og induserer strøm i en fastmontert spole. Arbeidsprinsippet er dermed det samme som i en tradisjonell motor, med kraftuttaket via en roterende veivaksel. Det betyr at når forbrenningstrykket over stempelet er høyest, så befinner veivakslingen seg nær sitt øvre dødpunkt. Dette uheldige forhold bevirker at dreiemomentet som virker på veivakslingen under forbrenningens første del blir relativt beskjedent.

En forbrenningsmotor ifølge oppfinnelsen tilveiebringer en relativt enkel og effektiv måte for å omforme mekanisk energi til elektrisk energi. Motoren vil med fordel kunne anvendes i kjøretøy hvor hele drivverket vil kunne erstattes av en elektromotor i hvert drivhjul. Motoren vil kunne arbeide ved en frekvens som gir best mulig kombinasjon av effekt, virkningsgrad og relativt små utslipp.

Ved bruk av Hydrogen som brennstoff vil de forurensende utslippene fra bensin, diesel og LNG kunne elimineres.

I det etterfølgende avsnitt beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser skjematisk i snitt en 2-sylindret forbrenningsmotor ifølge oppfinnelsen, hvor det ene stempelet befinner seg ved sitt øvre dødpunkt, og det andre stempelet ved sitt nedre dødpunkt; og Fig. 2 viser skjematisk det samme som i fig. 1, men her har stemplene beveget seg et halvt taktslag i sylinderen; og Fig. 3 viser skjematisk det samme som i fig. 1 og 2, men her er 4 sylindere koplet til en felles vippearm.

Svinghjulet er symbolsk plassert.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en flersylindret forbrenningsmotor som omfatter stempelsylinderne 2 og stemplene 4. Stemplene 4 er koplet til et svinghjul 6 via stempelstengene 8, vippearmen 9 og svinghjulstangen 10.

Forbrenningsmotoren 1 er forsynt med ikke viste nødvendige hjelpesystem for blant annet drivstofftilførsel, avgass,

tenning og kjøling.

Til vippearmen 9 er festet induksjonsspolene 3, som

omkranser de fastmonterte permanentmagnetene 5.

Permanentmagnetene 5 er festet med varmeisolerende

fester 7 til motorhuset 11.

Fra induksjonsspolene 3 er tilkoplet ledninger 12. På

tegningene indikerer betegnelsene "N" og "S" mulige polariseringsretninger i permanentmagnetene 5.

Når forbrenningsmotoren er i drift, induseres spenning i induksjonsspolene 3 hver gang de forskyves langs de omkransede permanentmagnetene 5. Elektrisk energi kan derved hentes ut fra ledningene 12 som vekselstrøm.

Claims (4)

1. Anordning ved forbrenningsmotor (1) omfattende et stempel (4) og en stempelsylinder (2) samt nødvendig hjelpesystem av i og for seg kjent utførelse, hvor stempelstangens (8) nedre endestykke er festet til en vippearm (9) som er koplet til en lineærforskyvbar induksjonsspole (3) som samvirker med en fastmontert permanentmagnet (5), og som derved er innrettet til å kunne produsere elektrisk energi når stempelet (4) forskyves i stempelsylinderen (2), karakterisert ved at induksjonsspolen (3) er festet til vippearmens (9) endestykke.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at induksjonsspolen (3) omkranser permanentmagneten (5) under hele stempelslaget.

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at stempelet (4) er koplet til et svinghjul (6) via stempelstangen (8), vippearmen (9) og svinghjulstangen (10).

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at temperaturisolerende fester (7) er anordnet mellom motorkassen (11) og permanentmagneten (5).