SE2000002A1 - Rörkolv (för förbränningsmotorer) - Google Patents

Abstract

Uppfinningen består av en roterande kolv benämnd rörkolv, (som kan liknas vid ett cykelhjul, där slangen är röret och ekrarna är navsidan). som har formen av ett rör som är krökt till en cirkel, sittande i en smal navsida mot den inre cirkelns centrum, där navsidan är fast monterat på en utgående drivaxel i 90 grader. Drivaxeln är sedan lagrad i vardera halvan av ett motorblock som innesluter själva rörkolven, med kolvringar, som roterar i passande ursavningar mellan de två hopskruvade motorblocken. När ett explosivt media sprutas in i en eller flera explosionskammare i motorblocket och antänds, uppstår en tryckvåg mot det stumma motorblocket. Tryckvågen fortsätter då mot de inloppsportar i explosionsutrymmen i rörkolven som passerar och står mitt för explosionskamrama. Denna tryckvåg träffar en tryckvägg i explosionsutrymmet som tar upp merparten av explosionskraften, vilket får rörkolven (1) och dess urgående drivaxel att rotera, när explosion sedan sker i de olika explosionskamrama så att rörkolven fortsätter att rotera styrt av det kraftbehov som föreligger.

Description

Tekniskt omrade Rork°lv for fcirbranningsmotorer, i det fortsatta benamnd: Rork°lv, som ersatter konventionell, kolv, vevstake och vevaxel. Dar rOrkolven roterar lagrad i en utgaende drivaxel innesluten i ett omgivande motorblock. Dar rorkolven sedan ar uppdelad i flera explosionsutrymmen som vart och ett motsvaras av samma volym i en konventionell cylinder med kolv.

Bakgrund Det finns i dag en mangd olika forbranningsmotorer och de fungerar alldeles utmarkt, men de har alla en relativt lag verkningsgrad, och andra nackdelar, som obalanser, cialigt utfall vid 16ga varvtal och manga och rorliga delar som orsakar %fluster eller tatningsproblem.

De fiesta motorer har en kolv som via en kolvstang driver en vevaxel. Kolven gar c15, upp och ner. Forevarande uppfinning ayser en helt ny typ av kolv, som är fastsatt och roterar runt drivaxeln vilket narmare ska forklaras i det foljande.

Uppfinningens syfte Avsikten med denna innovation ar att astadkomma en motor som har mindre vibrationer, battre verkningsgrad och ar billigare att framstalla, cla den har fa rorliga delar och ar lattare att reglera, vad galler varvtal och erhallen effekt. Detta ocksa vid 15ga varvtal och anledningen ar som fob er.

Kolvmotorer har utvecklats under en mycket Fang period och de har forfinats mer och mer, sa att de i dag är ytterst driftssakra och relativt billiga att producera. Forevarande uppfinning ayser att: trotts detta, utmana dessa valutvecklade motorer, dad& att uppfinnaren tycker att det ar bakvant att en kolv ska gd fram och tillbaka med lag verkningsgrad och dalig kraftoverfOring och ge obalanser, enligt nedansthende beskrivning som är hamtad fran Wikipedia.

(Citat fran Wikipedia kursivt och inom citations tecken ) "Kraftaverfaringen i en kolvmotor ar endast optimal neir vev-slangen star i 90 grader, cla kolvmotorn har en kolv som reir sig linjart och en vevstake som delvis gar en cirkular rorelse neir den far vevaxeln att rotera. Vridmomentet blir darfor positivt endast under forbranningstakten och Or da sinusliknande. Noll vid kolvens topplage, for att sedan Oka till max nar vev-slangen ar i 90 grader for att sedan ater ga mot noll. Detta ger upphov till vibrationer fran kolv, vevstake och vevaxel. Detta maste kompenseras med motvikter som ger obalanser som i sin tur maste kompenseras pa olika seitt". Ingenting av detta ar positivt for verkningsgrad och ekonomi.

Forevarande uppfinning ar inte behaftad med dessa nackdelar, da inga obalanser forekommer. Kraftoverforingen sker ocksa hela tiden nara optimalt mot den utgaende drivaxeln.

En kolvmotor maste ocksa ha ett visst ldgsta varvtal, som kallas tomgangsvarval, det ar samtidigt det varvtal som man maste uppna for att kunna starta motorn. Forevarande uppfinning ar inte beroende av ett sadant lagsta varvatal for att kunna starta, eller att ga pa tomgang.

Itorkolvmotorn kommer att kunna startas och ga pa tomgang pa mycket laga varvatal, dad& att kompressionsfas inte behovs och inte heller alla faser som finns i en konventionell kolvmotor fran det att dess vevaxel gar mot noll i verkningsgrad till dess att den ater kommer i lage for antandning och gar fran det ovre noll laget mot max ldget 90 gradermot vevslangen. Rorkolvens alla explosionsutrymmen kommer alltid att fa explosion nara den optimala rata vinkeln mot utgaende drivaxel oaysett var under ett vary som explosion sker. Vid en given motorvolym kommer en konventionell kolvmotor att to c:a 3ganger sa mycket plats i ansprak, som samma volym som hos en rorkolvmotor.

Det beror pa att fler kolvar (med egna motorvolymer) far plats i den gemensamma roterande kolven, ddr inga onodiga utrymmen krays for varje kolv vevstake och vevaxel, som i en konventionell kolvmotor.

Forevarande Uppfinning kommer ocksa att kunna ga pa laga varvtal och ands klara en hog belastning, ddrfor att man i sadana fall kan ge samtidig kraft till alla verksamma explosionsutrymmen runt hela rorkolvens omkrets, vilket gor att man inte ar lika beroende av att ha ett hogt varvtal, for att motorn inte ska stanna eller orka. Vid laga belastningar kan motorn ocksa minska antalet explosioner i rorkolvens olika explosionsytrymmen sa att antalet tandningar bli mycket fa som kanske bara, en, eller ingen tandning per vary, eller vart 3:e 4:e eller 5:e vary osv. och da kanske i bara en eller nagra explosionsutrymmen vilket ar gynnsamt ur miljosynpunkt. Rorkolven kan till skillnad mot en konventionell kolvmotor rotera utan hjalp at kontinuerlig antandning, da kolven i sig kommer att fungera som ett ballanserat svanghjul med en massa som vill fortsatta att rotera utan omedelbar hjalp av ny energi.

Mojlighet firms and& att snabbt- och vid behov, kunna aktivera alla explosionsutrymmen att tanda, samtidigt eller i den takt som programeringen ar satt att Ora, for olika effekter och behov. I stallet for samtidig antandning av samtliga explosionsutrymmen kan dessa vara forskjutna i forhallande till varandra sa att de inte samtidigt kommer i tandningslage i icirhallande till explosionskammaren sa att de clamed ger en mer utjamnad kraft och ballanserad kraftoverforing till rorkolvmotorn.

Om ett hogre varvtal skulle fordras, ar uppfinningens konstruktion sadan, att den skulle kunna klara mycket hoga varvatal rent mekaniskt. Mojlighet finns ocksa att tan& olika explosionsutrymmen i sadan takt att man hinner med att fullfolja i den stone hastighet som fordras for att explosions och avgas cykler ska hinnas med, delta genom att man later en explosion ske i en och samma explosionskammare en gang per vary, eller tva ganger alternativt vartannat vary osv. Allt efter behov.

Altemativt skapar man forskjutningar mellan de olika explosionsutrymmen som finns vad galler antandning i dessa.

Figurhanvisningar Figur 1: visar enbart rorkolven (1) i genomskarning Figur 2: visas rorkolven (1) i genomskarning sittande mellan tva motorblockshalvor (19) och (20) med rorkolven (1) i en avgasfas.

Figur 3: visar en halv genomskuren ror kolv (1) sittande i motorblockshalvan (20) med explosionskammaren (12) nar denna dr mitt for inloppsporten (8). Ddr syns ocksa bransleinsprutet (13) samt tandanordningen (14) och rorkolven (1) med sitt explosionsutrymme (7) far i delta lage en explosion enligt pilen (30) mot tryckvaggen (5).

Figur 4: Visar Rorkolven (1) i motorblockshalvan (20) i explosionsfasen men nu med direktinsprutning (13) utan direkta explosionskammare (12).

Figur 5: Visar en halv genomskuren rorkolv (1) i motorblockshalva (20) nar rorkolven (1) roterat till avgas-fasen, med overtrycksporten (9) staende mot den bakomliggande dolda overtrycksoppningen (16) samt den efterkommande men ocksa dolda blandaroppningen (27) som senare kommer att passeras av inloppsporten (6) i explosionsutrymmet (7) Detaljlista: med hanvisning till ingaende delar 1. Rork°lv 2. Drivaxel 3. Nav 4. Naysida . Tryckvagg 6. Styrvagg 7. Explosionsutrymme (i rorkolven) 8. Inloppsport (i rorkolven) 9. Overtrycksport (i rorkolven) . Stodlager 11. Motorblock 12. Explosionskammare (i motorblock) 13. Bransleinsprut ( alternativt direktinsprut) 14. Tandanordning . Avgasoppning (i motorblock) 16. Overtrycksoppning ( i motorblock) 17. Kolvringar 18. Navringar 19. Motorblockshalva Vanster . Motorblockshalva H6ger 21. Smorj kanaler 22. Avgasport ( i rorkolven ) 23. Kylkanaler 24. Splines . Oljesump 26. Oljeretur 27. Blandaroppning 28. Utgatt 29. Stromningspilar . Explosionsriktning 31. Explosionsriktning Forenklad fdrklaring Rorkolven kan liknas vid (ett cykelhjul med duck, som har tackta naysidor i stallet for ekrar och dar (Jacket ar ersatt av ett rot.), (se figur 1) inne i detta ror finns flera avgransade explosionsutrymmen fordelade runt hela r6ret. Detta "hjul" sitter sedan monterat inne i och mellan tva sammanskruvade motorblockshalvor, Se figur (2) som har ursvarning for att passa rorkolven som omsluts och tatas av kolvringar. Rorkolvens nav ar fastsatt pa en utgaende drivaxel som ar lagrad i de bada motorblocken vinkelrat mot navet.

Inne i motorblocket och runt ursvarvningen for rorkolven sitter flera jamt fcirdelade explosionskammare samt insprutningsventiler och tandanordningar som dr anpassade efter de explosionsutrymmen som finns inne i rorkolven. Rorkolven har inloppsportar som passar dessa explosionskammare. Vidare finns det i motorblockets ursvarvning for rorkolven, avlanga overtrycksoppningar i ena motorblockshalvan, liksom motstaende avgasOppningar i den andra motorblockshalvan.

Nar rorkolven sedan dras runt av en startmotor sprutas explosivt media in i aysedda explosionskammare medels ett bransleinsprut som dar ger ett overtryck.

Overtryck av syre (och vid behov bransleblandning) finns da redan i explosionsutrymmet nar detta vid rotation via en inloppsport (8) oppnar till explosionskammaren dar bransleblandningen ytterligare fylls pa och antands nar inloppsporten star i ratt 'age. Explosionskraften traffar da motorblockets fasta stumma vaggar i explosionskammaren (som da kan liknas vid ett topplock i en konventionell kolvmotor) varvid kraften i stallet fortplantas till rorkolvens explosionsutrymme. (som da kan liknas vid toppen av en kolv i en konventionell motor). Denna kraft far da rorkolv och drivaxel att rotera. Explosionsutrymmet dr efter explosionen sedan fyllt med avgaser, som kan evakueras nar rorkolven fortsatter att rotera och overtrycksportar i explosionsutrymmet da nar avlanga overtrycksoppningar i motorblockets ena halva. Motstaende avgasportar i explosionsutrymmet (7) oppnar samtidigt till avlanga avgasoppningar i det motsatta motorblocket sa att overtrycket nu kan pressa ut avgaserna ur explosionsutrymet genom avgasoppningen och ut ur motorblocket, innan avgasoppningen passeras och stangs.

Overtrycksoppningen kan sedan vara lite langre och darfOr forbli oppen lite langre sa att ett overtryck kan byggas upp i explosionsutrymmet innan overtrycksoppningen stangs och en ny blandaroppning (27) da i stallet kommer mitt for inloppsporten (9) i explosionsutrymmet varvid valda media blandningar med overtryck kan styras att sprutas in i explosionsutrymmet, innan inloppsporten (8) pa nytt nar en explosionskammare for ytterligare en cykel av eventuell insprutning och antandning efter det forlopp som ar satt aft styra insprutning och explosioner i alla explosionsutrymmen runt rorkolven, beroende av behov av haft och typ av brdnsle som foreligger, vilket styrs av ett elektroniskt program med hjalp av vinkelgivare pa drivaxel och rorkolv samt av kraftavkannare mellan drivaxel och drivna hjul.

Nagra av fordelarna med denna innovation gentemot de motorer som anvands i dag ar att: Uppfinningen har farre rorliga delar samt aft den massa som sans i rorelse vid explosionerna hela tiden ror sig at samma hall, vilket ger en effektivare gang med mycket mindre vibrationer och slitage. Motorblocket kan goras i tva halvor ddr rorkolven laggs in mellan de bada halvorna i motorblocket.

Sjdlva rorkolven kan gjutas hel eller i tva halvor som senare fogas samman.

Man kommer ocksa ifran alla ventiler som ska ga upp och ner med fj aderbelastning och effektforluster.

Antalet explosionskammare som ska aktiveras avgors av vilket effekt behov som foreligger. En enda ringkolv kan pa detta sat innehalla olika antal explosionsutrymmen som var och ett mosvarar en vanlig kolv. Pa detta salt skulle en ringkolvmotor kunna goras mycket liten och mycket enkel, samtidigt som den skulle vara utan obalanser eller vibrationsproblem.

Naturligtvis kan man satta manga ringkolvar axiellt utefter en gemensam drivaxel med Hera sammanskruvade motorblock. Vad sedan Oiler storleken som ar mojlig att tillverka dessa motorer i sa torde det ga att Ora bade sma och stora motorer. Det gemensamma for dessa motorer skulle vara- att de har mycket fa rorliga delar med litet platsbehov och darldr eager lite i forhallande till motorvolym och prestanda.

Samtidigt skulle en ringkolvmotor vara enkel och billig att tillverka och aft variera efter behov och mycket flexibel vad galler kraftuttag vid olika varvtal samt vara ldtt att starta vid mycket laga vary och ge litet startmotstand och forvantat mindre emissioner.

Dettalierad beskrivning Rorkolvmotorn bestar av en ringformad kolv. (se figur 1) ddr rorkolven (1) dr, fastsatt pa drivaxeln (2).

Rorkolven (1) kan liknas vid ett ror som dr format sa att det bildar en sammanhallen, cirkel pa samma salt som en cykelslang.

Den cirkelformade rorkolven (1) a fastsatt pa en drivaxel (2) medels ett nav (3) som i sin tur sitter fastsatt i en eller flera nav-sidor i fortsdttningen kallad naysida. Naysidan (4) sitter tat sammanfogad med roret i rorkolven (1). lime i rorkolven (1), jamt fOrdelat, sitter ett antal explosionsutrymmen (7) som ar avgransade med en tryckvagg (5) och en styrvagg (6).

Varje explosionsutrymme (7) i rorkolven, har i sin periferi tre stycken till motorblocket (11) passande portar- en inloppsport (8) for den explosiva blandningen. Vidare for avgaserna en overtrycksport (9) som far overtryck fran en overtrycksoppning (16) i motorblocket (20) for att trycka ut avgaserna, genom den motstaende avgasporten (22) till avgas oppning (15) i motorblockshalvan (19) ddr avgaserna sedan i motorblocket (19) i kanaler kan evakueras eller ledas till aterinsprut eller rening och vidare ut i luften pa konventionellt Forloppsbeskrivning. Se figur 3 Rorkolven (1) visas har i genomskarning- ddr brdnsle har sprutats in med overtryck av insprutningsventilen (13) i explosionskammaren (12) vilket skapat ett overtryck ddr, som byggts upp under tiden som rorkolven (1) tatat mot overtryckskammaren (12). Nar rorkolven (1) av en startmotor har tvingats att rotera.

Explosion sker via tandanordning (14), nar inloppsporten (8) ar helt oppen mot explosionskammaren (12) i motorblocket (11).

Explosionens tryckvag traffar da den stumma och fasta delen i motorblocket (11), varefter kraften i tryckvagen gar vidare in i explosionsutrymmet (7) dar kraften da via styrvaggen (6) nar den bakre tryckvaggen (5) som ar vinklad och svagt konkavt utformad sa att storsta delen av explosionskraften kommer att hamna mot tryckvaggen centrum (5) (se pil) (30). ((Delta kan styras att ske i ett eller flera explosions utrymmen (7) samtidigt, eller forskjutet, eller enskilt )) tryckvagen far da rorkolven (1) att rotera samtidigt som drivaxeln (2) gor det.

Explosionsutrymmet (7) blir da fyllt av avgaser (se figur 2 och 5) Avgaser evakueras nar en overtrycksport (9) kommer mitt for en avlang overtrycksoppning (16) i motorblockshalvan (20) dar overtrycks luft sprutas in i rotationsriktningen, samtidigt som en motsaende avgasport (22) oppnar till en avlang avgasoppning (15) i motorblocket (19) genom vilken avgaserna i explosionsutrymmet (7) kan tryckas ut over tid och bort genom avgasror pa konventionellt salt. Avgasoppningen (15) som kan vara olika lang kan da stanga for det overtrycksoppningen (16) Or det, i sadana fall kommer det att bildas Cl overtryck av syre i explosionsutrymmet (7) innan ocksa overtrycksoppningen stanger och overtrycksporten (9) oppnas mot blandaroppningen (27) dar lampliga blandningar av overtryckt bransle, avgaser, luft, eller annat media kan sprutas in, innan inloppsporten (8) pa nytt nar explosionskammaren (12) Samma forlopp kan nu ske i flera explosionsutrymen (7) beroende pa hur den automatiska tand- fOljden ar stand vid varje tillfalle. Under denna fas har rorkolven (1) tatat explosionskammarens (12), sa att nytt bransle har hunnit sprutats in och byggt upp ett overtryck i explosionskammaren (12) nar rorkolven (1) med sin inloppsport (8) pa nytt star i aysett lage for bransleinsprutning (13) och explosion medels tandanordningen (14), vilket da styrs av vinkelgivare pa drivaxeln (2) och rorkolven (1) sa att ett likadant forlopp som tidigare beskrivits kan to vid, med nya cykler i ett aterkommande forlopp.

Vid direktinsprutning sprutas bransleblandningen direkt in i explosionsutrymmet (7) under den tid cid inloppsporten (8) ar atkomlig for insprutning (13). Alternativt kan bransleinsprutning delas upp da ocksa ske direkt in till explosionsutrymmet (7) via blandaroppningen (27).

Formen och storleken pa inloppsporten (8) avgor da detta forlopp beroende av typ av bransle osv. Mojlighet finns ocksa att skapa ett overtryck av syremattad Tuft inne i explosionsutrymme (7) innan detta kommer fram till explosionskammaren (12). Detta kan ske pa tva olika sat, genom att avgasoppningen (15) ar nagot kortare an vad overtrycksoppningen (16) dr och dad& stangs av innan overtrycksoppningen stangs ay.

Och eller via en blandaroppning (27) som blir atkomlig omedelbart efter det att overtrycksoppningen (16) passerats av overtrycksport (9). Genom blandaroppningen (27) kan da overtryck med olika blandningar av syre bransle ofullstandigt antanda avgaser mm styras att sprutas in kontrollerat sa att explosionsutrymmet (7) pa detta satt kan fa en maximalt gynnsam forbranning ndr inloppsporten (8) pa nytt kommer i lage for insprutningsventilen (13) och tandningsanordningen (14) nar en explosion styrs att antanda bara de explosionsutrymmen (7) som fyllts med en bransleblandning.

Overtrycket med syre och de eventuellt ofullstandigt antanda avgaserna kommer da att bidra till att explosionerna blir effektivare utan att detta i ovrigt paverkar verkningsgraden negativt. Mojlighet finns ocksa att styra avgasernas utlopp och explosionerna i explosionsutrymmet (7) pa flera salt som till exempel genom att man later ett explosionsutrymme (7) passera forbi flera overtrycksoppningar (16)utan att ge bransle och antanda dessa explosionsutrymen (7).

Avgaserna i dessa explosionsutrymmen (7) far da mer tid att evakueras och man har ands mojlighet att ha ett overtryck i explosionsutrymmet (7) nar det sedan dr dags att spruta in bransle och antanda i ett sadant extra evakuerat och overtryckt explosionsutrymme (7) vilket da kommer att gynna fOrbrannings1Orloppet. Detta kan uppnas antingen genom att man konstant skapar ett overtryck i explosions utrymme (7) genom att nagot forskjuta overtrycksoppning (16) kontra avgasoppning (15) Overtrycket skulle ocksa kunna fa en extra kontrollerad tillsats av tryck och syre nth- det ar dags att skapa ett overtryck i slutet av en sadan cykel, 16re det att en fOrbranning i explosionsutrymet (7) ska ske antingen via overtrycksoppningen (16) eller genom en speciell efterkommande oppning i motorblocket (20) bendmnd blandaroppning (27) med specialtryck och blandning aysett endast for att skapa en optimal forbranning. Det overtryck som pa detta sat da skapas i explosionsutrymmet (7) firms sedan kvar dar ndr insprutning av brdnsle sker, via insprutningsmunstycket (13) som da ytterligare okar det overtryck som redan finns i explosionsutrymmet (7), till dess aft den explosiva blandningen fds att tan& och explodera vid raft tidpunkt via tandanordningen (14).

Overtrycket i explosionsutrymmet (7) och i explosionskammaren (12) hindrar samtidigt olja fran att komma in och forbrannas i dessa utrymmen.

Rorkolven (1) tatas runt om mot motorblocket (11) (se figur 1.) med parvisa fjadrande kolvringar (17) vilka inte helt omsluter rorkolven (1). Kolvringarna tatar varandras skarvar da de fran var sida om naysidan (4) omsluter varandra i sina urtag i rorkolven (1) dar de dr lasta i sina lagen i forhallande till varandra radiellt runt rorkolvens (1) explosionsutrymmen (7). Naysidan (4) tatas i sin tur av fjadrande navringar (18) som sitter i urtag i motorblocket (11) dar de passar in i urtag i naysidan (4) pd vardera sidan.

Motorblocket (11) dr delat i tva halvor Vanster halva (19) och hoger halva (20). I vardera halvan (19) respektive (20) finns ursvarvningar sa att rorkolven precis passar in i mellan dess bada halvor (19) och (20) ndr drivaxeln (2) i sina stodlager (10) passas in i de bada halvorna (19) och (20) da dessa sedan skruvas samman till ett enda motorblock (11) dar drivaxeln (2) tatas med axeltatningar pd vanligt salt. Flera sadana motorblock kan skruvas samman om de delar pa samma drivaxel och da samtidigt dela pd kyl, avgas och overtryckskanaler, samt bransle och smorj kanaler och en gemensamt styrd tandning.

Rorkolven (1) fdr smorjning genom smorjkanaler (21) i motorblocket (11), dar utrymme ocksd anordnas for oljesump (25) som kan smorja de ingdende rorliga delarna nar rorkolven (1) roterar och da slungar runt oljan som sedan kan rinna tillbaks ner i kanaler (26) till oljesumpen (25) efter filtrering. Olja hindras fran att komma in i Explosionskammaren (12) och explosionsutrymmet (7) av det overtryck som finns dar.

Kanaler for bransle samt avgaser och anslutning for tandning Ors pd passande stallen med kanaler och anslutningar i motorblocket (11) Vidare finns kylkanaler i motorblocket pd passande stallen anpassade for vatten eller annat media.

Rorkolven (1) kan gjutas i en eller tva halvor som da samman fogas med fardiga explosionsutrymmen (7) samt med Naysidor (4). De sammansvetsade tva gjutna halvorna kan sedan svarvas med precision samtidigt som ocksa urtag for kolvringar (17) och &riga urtag kan goras.

Motorblocket (11) kan goras i tva halvor (19) och (20) halvorna kan gjutas svarvas och bearbetas var for sig for att sedan skruvas samman med alla nodvandiga anslutningar och kanaler och anslutningar till fler sammankopplade motorblock (11) med gemensam drivaxel (2) driven av rorkolvar (1) i varje sammankopplat motorblock (11) med gemensamt styrprogram for tandning och bransleinsprutning mm.