SE416343B - Forbrenningsmotor med roterande cylinderblock och forbrenning utanfor cylindrarna - Google Patents

Description

'7907009-0 10 15 20, 25 30 35 2 att vi nalkas slutpunkten för tillgång till flytande kolvätebränslen, har allmänhetens uppmärksamhet riktats på nödvändigheten att på ett mera effektivt sätt ut- nyttja vâra bränsletillgångar, och intresset har allt- mera inriktats på nyare och bättre motorer.

Följande synpunkter på val av motorer gäller ge- nerelltz låg bränslekostnad låga underhållskostnader låg vibration och ljudnivå bästa bränsleekonomi låga emissioner liten volym och vikt snabb reaktion lättstartad.

De termodynamiska villkoren för att på effektivaste sätt utnyttja flytande bränsle kräver bl a följande: högsta möjliga förbränningstemperatur kortaste möjliga förbränningstid fullständigt genomförd förbränning före expansions- takten _ lägsta möjliga värmeförluster genom strålning och värmeledning/värmekonvektion lägsta avgastemperatur efter maximalt uttag av mekaniskt arbete under expansionstakterna.

De mekaniska villkoren för effektivaste utnyttjning av konstruktionsmaterialen omfattar: högsta förhållande mellan styrka och densitet för minsta materialkostnad U minsta möjlig användning av dyra eller sparsamt förekommande legeringsâmnen hög inre dämpningskoefficient för delar utsatta för vibration längsta möjliga brukstid före utmattning och ned- sllfining av aeler, sen utsattes för böjning eller nöt- ning.

Konventionella motorer av tvåtaktsë eller fyrtakts-\ typ eller roterande motorer, vid vilka användes inter- 10 15 20; 25 30 35 7907009-0 3 mittenta eller cykliska förbränningsprocesser för er- nâende av extremt höga temperaturer och tryck över en liten del av arbetscykeln, ger över hela arbetscykeln en låg medeltemperatur, vilket är lämpligt för använd- ning av sådana billiga material som exempelvis alumi-, nium eller gjutjärn. Förbränningstemperaturen kan under korta ögonblick överskrida l600°C, men kolvarna kan hållas vid en medeltemperatur, som är lägre än ca 250°C genom att värme bortledes medelst kylmedel, smörjmedel och i motorn inströmmande luft.

Vid gasturbinmotorer sker förbränningen konti- nuerligt och vid konstant volym i en förbrännings- kammare, som tillföres överskott av luft för kylning av kammarväggarna och för att skydda turbinmunstycket och bladen. Extremt höga hastigheter för kompressor- -och turbinrotorer, såsom upp till 70 000 varv/min för små maskiner, innebär potentiella risker och nödvändig- gör skyddskâpor i rotationsplanet. Fördelarna är mycket 'låg vikt, fullständig förbränning och vibrationsfri gång. Nackdelarna är bl a långsam start, hög bränsle- förbrukning, om icke dyra värmeåtervinningsapparater användes, benägenhet till erosion och skador av rotor- bladen med försämrad verkningsgrad och känslighet vad beträffar anpassningen av kompressorn till turbinkapa- citeten för att undvika uppbromsning av strömningen eller uppkomst av strömningsstötar i kompressorn.

Andra konstruktörer har försökt att kombinera fler- cylindriga motorer med fram- och återgâende kolvar med turbiner, som arbetar vid höga varvtal, varvid sådana kombinationer kan omfatta från turboladdade motorer av den typ, som varit allmänt accepterade under 40 år, till s k frikolvsmotorer av det slag, som har använts som förbränningsapparat vid drivmaskiner med krafttur- biner på utgângssidan. Syftet med alla dessa försök är att utnyttja den högeffektiva men momentana och cykliska driften av kolvmotorns förbränningskammare.

Fackmän anser att det är nödvändigt att för drift av fordon, propellerflygplan och stationära anlägg- 10 15 20' 25 30 35 7907009-0 4 ningar utveckla en ny generation förbränningsmotorer med mindre cylindervolym, större effekt/viktförhållande och dessutom bättre prestanda vid lägre bränsleförbrukning för minskning av bränsleförsörjningsproblemet för ett ständigt ökande antal motorer. Vid konstruktionen av dessa nya motorer måste både de aerodynamiska och meka- niska aspekterna ägnas stor uppmärksamhet med sikte på driftsekonomi, underhåll och tillförlitlighet för minsk- ning av tillverknings-, drifts- och underhållskostnader- na.

För att möjliggöra väsentliga förbättringar i dessa avseenden är det nödvändigt att i grunden förbättra motorerna både aerodynamiskt och termdynamiskt. De väsentliga parametrar, som inverkar på funktionen av enligt Brayton-cykeln arbetande maskiner, är kompressions- tryckförhâllandet och expansions/inloppsgasens tempera- tur. En ökning av kompressionstryckförhållandet ger en signifikativ minskning av specifik bränsleförbrukning, medan ökande expansions/inloppsgastemperatur ger en signifikativ ökning av den specifika effekten. Analys av en s k regenerativ enkeltaktsmotor visar att hög expansions/inloppsgastemperatur ger en betydande ökning av den specifika effekten och att även en måttlig minsk- _ning av den specifika bränsleförbrukningen ernås med ökande expansions/inloppstemperatur. Vid en sådan tem- peratur inom området 1200-l425°C är den specifika bräns- leförbrukningen optimal för en rekuperativ motor vid ett kompressionstryckförhållande æ1caJD:l.vidare visar analyser att den specifika bränsleförbrukningen vid belastningar, som är lägre än full belastning, vid mo- torer av denna nya generation kan minskas med upp till 50% av enkeltakt-versionernas förbrukning. Dessa analy- ser indikerar att högre turbininloppsgastemperatur, 'högre kompressionsförhållande och lägre vikt kräver hög- effektiv rekuperationsteknologi för framtidens högeffek- tiva motorer.

Tillverkningen av sådana motorer kräver betydande förbättringar av existerande teknologi. För gasexpan- 10 15 20k 25 30 35 7907009-0 5 sionen utsatt material med tillräcklig styrka vid de höga temperaturer, som kan förväntas vid effektiva gas- turbinmotorer, finns redan men användes sällan för for- donsmotorer,och höga kompressionsförhållanden, som i aerodynamiska kompressionsmotorer vanligen ernås endast genom införlivning av ett antal komplexa och dyra komp- ressionssteg, kan lätt ernås i ett enda steg genom an- vändning av en rotationskolvkompressor. Storleken och tyngden av vanliga gasturbinrekuperatorer är allvarligt begränsande för användningen av dessa för mobilt bruk.

Viss rekuperation kan ernås till låg kostnad vid den i det följande beskrivna motorn enligt uppfinningen.

Varje studie av arbetssättet eller funktionen av en ny motor påvisar önskvärdheten av höga tryck och gastemperaturer och att en kompakt, lätt rekuperator är önskvärd. En minskning av antalet motorkompressor- steg minskar givetvis kostnaden. Möjligheten att på effektivt sätt uppnå höga kompressionsförhållanden vid ett enda steg och tillgången till material samt kon- struktions~ och tillverkningsteknik, som medger drift vid höga gastemperaturer, utgör de nödvändiga förutsätt- ningarna för byggandet av framtidens motorer vilken termodynamisk arbetscykel man än använder. Vid den i .det följande beskrivna motorn enligt uppfinningen uppnås lätt med ett enkelt steg ett kompressionsförhållande av l6:l vid ett enkeltaktsutförande och l0:l vid en version med rekuperation. ' otorn enligt uppfinningen är en motor med en i förhållande till Brayton-perioden modifierad arbets- period och har ett roterande cylinderblock med två serier radiella kolvar, av vilka kolvarna i den ena serien är förskjutbara radiellt utåt och inåt och arbetar som komp- ressorkolvar för ett gasformigt medium, såsom luft. Under efter varandra följande kompressions- och»arbetstakter ma- tas genom sekventionell fördelning den komprimerade luften till en förbränningskammare, som är anordnad inuti och i 7 huvudsak koaxiellt med fördelaren. I förbränningskammaren insprutas finfördelat ("atomiserat") vätske- eller gas- nveovoos-o 10 15 20 25 '30 35 6 formigt bränsle medelst ett insprutningsdon vid ett tryck, som är högre än trycket i förbränningskammaren under alla arbetsförhållanden. Genom rörelsen av luft eller annan gas i förbränningskammaren blandas bränslet homogent, varvid antändningen kan initieras medelst en yttre tändningskälla, varefter bränslet självantändes inom vissa gränser för de blandade beståndsdelarna av bränsle och oxiderande ämnen. Cylindrarna för den andra serien av kolvar är anordnade att i tur och ordning till- föras förbränningsprodukterna medelst en fördelningsanord- ning. Genom den av förbränningsprodukternas tryck alstrade expansionskraften drives dessa kolvar radiellt utåt och ut- övar tryck mot en stationär kamyta. Expansionskolvarna (ar- betstaktkclvarna) är utrustade med stödrullar, som verkar direkt på de inre kamytorna i det stationära huset och därigenom bringar cylinderblocket att rotera samt dri- ver kompressionskolvarna inåt eller utåt genom att de är försedda med kamföljarrullar i anliggning mot kam- ytorna. Drivkraft uttages från det roterande cylinder- blocket och överföres via en kugghjulstransmission till en utgångsaxel.

Motorn enligt uppfinning är avsedd att användas som drivmotor för motorfordon, båtar och propellerdrivna _flygplan och även som stationär och industriell driv- motor. Den roterande motorn enligt uppfinningen arbetar med en konstant volym och kontinuerlig förbränning. Kol- varna både i motorns kompressions- och expansionssek- tioner är radiellt anordnade kolvar, vilkas längdaxlar sträcker sig vinkelrätt mot den geometriska axeln hos en cylinderformig fördelnings- och förbränningskammar- enhet. Motorn enligt uppfinningen kan drivas medelst många olika bränslen av fotogentyp. Den kontinuerliga förbränningen medger användning av mycket magert bränsle med mycket god bränsleekonomi över ett vidsträckt varv- talsområde. De tvângsmässiga kompressions- och expan- sionstakterna eliminerar varje möjlighet till stötvåg- strömning. Motorn är fullständigt balanserad och vibra- tionsfri även vid låga varvtal och har tack vare ett 10 15 20 25 30 35 7967009-0 7 kompakt drivsystem med kamföljarrullar relativt låg vikt och snå dimensioner i jämförelse med en ekvivalent motor med fram- och återgående kolvar och vevaxeldrift.

Ett enkelt rotationsvarv av cylinderblocket motsvarar sex arbetsperioder vid en konventionell fyrtaktsmotor.

Motorns termodynamiska arbetsperiod är unik genom att den genom en kombination av delar av Dieselmotorns och Braytonmotorns arbetsperioder ger en pulserñbde ström- ningskaraktäristik.

Kamdriften medger en ny frihet för val av optimal kolvrörelse med hänsyn till motorns rotationsvinkel.

Andra kolvrörelser än sinusformiga är exempelvis möjliga och drivkamkurvan kan utformas för att medge konstant eller kontinuerligt variabel accelerations/retardations- karaktäristik med viloperioder där så önskas. Motorns egenskaper med avseende på termodynamik och massflöde kan optimeras som ett resultat därav. Genom att anordna skilda kompressions- och expansionssektioner är det möjligt att använda optimala material och tätnings/smörj- system för de två kolvtyperna. Kompressionskolven kan I bestå av annat material än järn och en måttlig smörj- oljetillförsel är tillräcklig även vid höga kompressions- förhållanden. För förbränningsrum och inre fördelare kan användas små tryckskillnader, varigenom kan använ- das en lätt konstruktion, som kan innefatta keramiska material. Den från kompressorn utgående luften kan upp- värmas genom strålning och konvektion från inre avgas- kanaler med därav följande värmeâtervinning under ar- betsperioden och minskad bränsleförbrukning. Speciella material finns redan för värmeisolering och för avtät- ning av expansionskolvarna under torrsmörjningsförhållan- den och luftkylning av cylinderväggarna kan anordnas.

Motorn enligt uppfinningen kombinerar de bästa dragen av gasturbinens kontinuerliga förbränningsprocess med vissa fördelar hos kolvmotorer med tvångsmässig de- placering, såsom en enda förbränningskammare, som är belägen i motorns centrum, värmekonservering, god effekt och begränsad fortplantning av buller. Anordningarna för 10 15 20 25 30 35 7907OÛ9-G 8 bränsletillförsel är i hög grad förenklade och består huvudsakligen av en bränslepump av högtryckstyp, led- ningar, ett brânsleinsprutningsmunstycke och en propor- tionell flödesregulator. För tändningssystemet erford- ras endast en anordning för tillslagning eller för att förhindra släckning. Genom en energikälla för alstring av konstant tryck erhålles samma tryck i cylindrarna och elimineras ojämn gång, som orsakas av att cylind- rarna uppträder på olika sätt. Justerlngs- och under- hâllsåtgärder är enklare att utföra för en enda förbrän- ningskammare än för flera. Formsymmetri och konstruktiv enkelhet minskar arbetskostnaderna samt anskaffnings- och underhållskostnaderna. Stora strömningskanaler för bränsletillförsel till en enda förbränningskammare gör motorn mera okänslig för föroreningar i bränslet. An- vändning av gasturbinmotorns snabbroterande komponenter onödiggöres, vilket ökar säkerheten för dem som använder motorerna. Genom förbränning med överskott av syre och vid relativt låg temperatur minskas halten av skadliga avgaser i jämförelse med diesel- och ottomotorer och onödiggöres dyra eller obekväma avgasreglerande anord- ningar.

Uppfinningen beskrives närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig l i form av ett funktionellt blockschema åskådliggör regler- systemet vid en motor enligt uppfinningen, fig 2 visar i form-av ett tidsdiagram de olika takterna under en ar- betsperiod vid motorn enligt uppfinningen och visar schematiskt motorns kompressions- och expansionssektio- ner samt läget av de olika cylindrarna under olika stadier av arbetsperioden, fig 3, 4 och S visar schema- tiskt att motorn enligt uppfinningen kan konstrueras för användning av enkla, dubbla eller tredubbla kamspårut- föranden, fig 6 visar en motor enligt uppfinningen i längdsektion och åskådliggör vissa konstruktionsdrag samt motorns arbetsprincip vid ett utförande av motorn med en enda uppsättning av kompressions- och expansionstakt- kolvar, fig 7 visar i en förenklad tvärsektion motorns 10 15 20 25 30 35 '7907009-0 9 kompressionssektion, fig 8 visar motorns expansionscy- lindrar i en förenklad tvärsektion genom motorn, fig 9 visar i längdsektion ett alternativt utförande med en enda uppsättning av kolvar, som verkar både som komp- ressions- och expansionstaktkolvar, och fig 10 visar ett annat alternativt utförande med dubbla uppsättningar kolvar i kompressions- och expansionssektionerna.

Den i fig 6 visade motorn, som är generellt beteck- nad med 10, innefattar ett stationärt motorhus 12 med en rotor 14 i form av ett roterande cylinderblock och med en förbränningskammare 16. På insidan av motorhuset 12 är utformade dubbla kamspâr 20, 120 för kamföljarrullar 22, 122, vilka bildar en anordning för}upptagande av kraf- ten från arbetskolvar 122 och för att genom reaktionskraft rotera cylinderblocket och överföra drivkraft till kompres- sionskolvar 32. En dubbel uppsättning av sekundära kamspår 24, 124 är anordnade som styrspår för styrkamföljarrullar 26, 126. Dessa rullar för varje kolv är lagrade på en lager- tapp eller axel 28, 128.

I fig 7 visas motorns kompressordel ("kompressionssek- tion"), i vilken de dubbla kamytorna 20 är så utformade, att de kompressionskolvarna 32 drivande kamföljarrullarna 22 vid varje omloppsvinkel av l20° av cylinderblocket rör _sig från ett läge på maximalt avstånd från motorns längd- axel till ett läge på minsta avstånd från längdaxeln och därifrån tillbaka till det förstnämnda läget på maximalt av- stånd från motorns längdaxel. Genom den speciella formen av motorns drivkamspår och det visade kolvarrangemanget bringas kolvarna att röra sig från vad som kan anses vara ett yttre- dödpunktsläge till ett inre dödpunktsläge och tillbaka till det yttre dödpunktsläget under varje omloppsvinkel av 1200 för cylinder- och kolvblocket. Den exakta kurvaturen för kam- spåret mellan de inre och yttre dödpunktslägena beror på de belastningsfaktorer som kan uppstå genom tröghets-, kompres- sions- och centrifugalkrafter samt kombinerade belastningar.

Såsom framgår vid en jämförelse av fig 2, 3, 4 och 5 kan kamytans antal loger eller anordning omkring motorblocket variera beroende på erforderlig hastighet, belastning och 10 15 io 25 30 35 7907009-0 10 arbetsperiod för motorn. Det bör observeras att kamspåren kan uppvisa viloytor med konstant kurvradie vid de inre och yttre dödpunktslägena, så att öppning och stängning av cylinderkamrarna icke medför höga gas- eller lufthastig- heter genom ökningarna. I samband med det nyss sagda hänvisas till patentansökningen nr , vars innehåll genom denna referens anses införlivad i före- liggande patentansökan.

Ett kolvkopplingsok 30 är monterat på respektive lagertapp 28 mellan drivkamföljarrullarna 28 och bildar del av respektive kolv 32, vilken lämpligen är försedd med kolvringspår och kolvringar och innefattar ett kolv- huvud med en ändyta 34. Cylinderblocket 14 innefattar ett bestämt antal cylindrar 40, 140 och motsvarande antal kolvar 32, 132, vilka är förskjutbara radiellt inåt och utåt under cylinderblockets rotation i det med kamspår försedda stationära huset. Lager 42, 44 är anordnade mellan det stationära yttre huset 12 och det roterande cylinderblocket 14, vilket framgår av fig 6. Såsom vi- sas i fig 6 och 7 har cylinderblocket 14 en inre vägg 46, som är försedd med i motorns längdriktning lång- sträçkta inlopps- och utlooosöppningar 40, 148, vilkas funktion skall beskrivas mera i detalj i det följande.

Vid motorns avgasutloppsände har cylinderblocket '14 ett utsprång 50 med mindre diameter och med en driv- kuggkrans 52 för ett kraftuttag i form av ett kugghjul 54, som är förbunden med eller bildar del av en utgångs- axel 56, vilken är lagrad i lager 58 i ett lagerhus, som bildar del av det stationära huset 12.

Koxiellt inuti cylinderblockets 14 cylinderformiga innervägg 46 är anbragt en stationär fördelnings- och förbränningskammarenhet, som är generellt betecknad med 16. Denna enhet 16, som är förbunden med det yttre sta- tionära huset medelst bultar 60, 62 är i huvudsak cylin- derformig och har en yttre vägg 64 samt en inre vägg 66, som är i huvudsak koncentrisk med och belägen på radiellt avstånd innanför den yttre väggen 66. Kompressordelen av fördelnings- och förbränningskammarenheten slutar i 10 15 20_ 25 30 35 7907009-0 ll huvudsak mellan motorns kompressions- och expansionssek- tioner vid en ringformig tätning eller väggsektion 68.

Kompressor- eller kompressionsdelens fördelare har, så- som bäst framgår av fig 7, tre åtskilda och sålunda se- parata luftinloppskanaler 70 mellan ytterväggen 64 och innerväggen 66, vilka avgränsar periferiella öppningar 72, som medger insugning av luft i cylinderkamrarna 73. öppningarna 72 har sådan bestämd storlek att luftin- lopps- och luftutloppsöppningen 48 för varje cylinder 40 ernår förbindelse med densamma över ett visst antal vin- kelgrader av rotationsrörelsen under en arbetsperiod.

Väggen 66, som bildar fördelarens innervägg, är så ut- formad, att den avgränsar sinsemellan åtskilda tryck- luftkanaler 74, vilka uppvisar öppningar av bestämd bredd i rotorns rotationsriktning för förbindelse med cylinderkamrarnas 73 inlopps/utloppsöppningar 48. Så- lunda (och som visas i fig 7) insläppes luft i cylind- rarna genom kanalerna 70 och öppningarna 72, vilken luft komprimeras och utmatas till förbränningskammaren genom kanalerna 74.

Fördelnings- och förbränningskammarenheten 16 inne- fattar en ändvägg i form av en kåpa 76 med ett insprut- ningsmunstycke 78 för "arbetsfluidum", dvs bränsle. En _i den ena änden sluten cylinder- eller tubformig insats 80, som bildar själva förbränningskammaren, är anbragt i enheten 16 innanför fördelarens innervägg 66. Insat- sens 80 slutna, invid kåpan 76 belägna ände (se fig 6) har en öppning, genom vilken munstycket 78 mynnar i för- bränningskammaren, och sträcker sig inåt mot motorns av- gasutloppsände. Insatsen 80 har i sin vägg ett antal pe- riferiella öppningar, så att komprimerad luft, som ut- stötes från kompressionscylindrarna till och genom kana- lerna 78 pressas genom dessa periferiella öppningar in i förbränningskammaren, där luften och bränslet intimt blandas för förbränningen. Ett tändstift 82 är anordnat för tändning vid start av motorn och till dess att själv- antändning av bränslet äger rum. Framför motorn är an- bragt.en kåpa 80, vilket har formen av en skål med plan 10 15 20 25 30 35 '79070Û9-Û 12 botten och ringa djup och avgränsar ett lutinlopp, i vilket kan vara anbragt ett ringformigt luftfilter 86.

Motorns expansionssektion, som ävenledes visas i fig 6 och 8, innefattar i det roterande motorblocket anordnade cylindrar 140 med kolvar 132. Kolvarna 132 är liksom kolvarna 32 försedda med ok 130, i vilka är lagrade lagertappar 128, vilka även är lagrade i kam- följarrullar l26, som är anordnade att följa styrkam- spâr 124, och i drivkamspârföljarrullar 122, vilka an- ligger mot ett drivkamspâr 120. Gaserna från förbrän- ningen ledes från förbränningskammaren 80 till en för- delare, som omfattar kanaler 152, vilka är anslutna till förbränningskammaren 80 och under en viss tid, dvs en viss rotationsvinkel av cylinderblocket, har förbindel- se med öppningar l48 i det sistnämnda. Dessa expanderan- de gaser från förbränningen ledes till bestämda cylind- rar, i vilka kolvarna av gaserna drives radiellt utåt under utförande av arbetstakter. Under cylinderblockets fortsatta rotation stänges öppningarna 148 och drives kolvarna utåt till sina yttre dödpunktslägen. Under en bestämd vinkel av rotationen erhåller öppningarna 148 i cylinderblocket förbindelse med avgasöppningar 154 i expansionsgasfördelaren, så att de expanderade gaser- _na under nyssnämnda kolvars returslag drives ut i och ut genom avgasröret 160. Motorn har en cylinderformig expansionsinloppsventil 162, vilken är roterbar ett visst antal grader och är reglerbar medelst en utanför motorn anbragt anordning. ventilen 162 har till ändamål att stänga öppningarna 148 under avgastakterna för att medge tryckuppbyggnad i kompressorsektionen, när motorn startas, och för att medge variabel expansionskaraktä- ristik, när motorn är i drift. När trycket i motorn har en för drift lämplig nivå, kringvrides ventilen 162 för att frilägga öppningarna 148, varefter motorn arbetar normalt. 2 Fig 2 visar schematiskt motorns arbetsperiod och tidscykeln för motorns kompressions- och expansions- sektioner. Kolvarna A, C och E är efter rotation av cy- 10 15 20 25 30 35 '7907009-0 13 linderblocket 60° i sådana lägen att motsvarande cylind- rar har erhållit full luftmängd, dvs kolvarna A, C och E är maximalt utskjutna och befinner sig sålunda i sina yttre dödpunktslägen. Under rotation ytterligare 600 återföres kolvarna A, C och E till sina radiellt inre dödpunktslägen under komprimering av luften i cylind- rarna. När dessa kolvar har nått sina inre dödpunkts- lägen, har genom motorblockets rotation de mot kolvarna A, C, E svarande cylindrarna sina öppningar 48 belägna mittemot kompressionsfördelarens öppningar 74 och ström- mar komprimerad luft in i förbränningskammaren. När efter ytterligare rotation av cylinderblocket kolvarna A, C och E åter har nått sina yttre dödpunktslägen, har motsvarande cylindrar på nytt fyllts med luft. De med B, D och F betecknade kolvarna arbetar på liknande sätt men i annan taktfas, så att de utför sina kompressions- takter, när kolvarna A, C och E utför insugningstakter- nä.

I expansionssektionen (arbets- och avgastaktcylind- rarna, se den nedre delen av fig 2) visas cylinderblocket först med de med G, I och K betecknade kolvarna i sina yttre dödpunktslägen efter en expansionstakt (arbets- takt). Under rotation av cylinderblocket 60° förskjutes _dessa kolvar till sina inre dödpunktslägen, i vilka lägen avgaserna är utdrivna och motsvarande cylindrar G, I och K är redo att mottaga en ny gasladdning från förbränningskammaren för nästa expansionstakt. När så cylinderblocket har roterat l80° har kolvarna G, I och K fullbordat sina expansionstakter utåt och skall just förskjutas tillbaka till sina inre dödpunktslägen för utdrivning av den expanderade gasen. Det bör observeras att takterna i kompressionssektionen är ca 5° förskjut- na i förhållande till takterna i expansionssektionen, så att expansionsventilerna öppnas före kompressions- ventilerna för att icke förbränningstrycket skall bli större än kompressionstrycket, när kompressionsventiler- na öppnas.

I fig 1 visas schematiskt regleringen av motorn. 10 15 20 25 30 35 7907009-0 14 Denna reglering är baserad på tre parametrar, nämligen motorvarvtalet, förbränningskammartemperaturen och föra- rens krav. Reglersystemet är elektroniskt och avkänner motorvarvtalet medelst en elektromagnetisk kännare, som är monterad i nära anslutning till ett kugghjul på mo- torns utgângsaxel för avkänning av förbipassagen av kuggarna. Förbränningskamartemperaturen kan avkännas direkt. För enkelhet och tillförlitlighet bestämmas emellertid temperaturen genom extrapolering uppåt från avgastemperaturen, som avkännes medelst ett termoele- ment med förbindningspunkten nära utloppet från motorns enpansionssektion. Förarens krav avkännes medelst en omvandlare, som pâverkas genom förarens manövrering av en konventionell gaspedal.

I det elektroniska reglersystemet utnyttjas dessa avkänningspulser för att alstra och sända en elektrisk signal till en doseringsventil, som reglerar bränsle- tillströmningen till motorn. Bränsletillflödet övervakas medelst en flödeskännare, som är belägen nedströms do- seringsventilen och sänder en utsignal, som återsändes till reglersystemet för bränslereglering. net elektro- niska reglersystemet alstrar aktiverings- och drivsigna- ler till ett konventionellt, på kondensatorurladdning _baserat tändsystem med en tändspole och ett tändstift i motorns förbränningskammare. Tändsystemet inkopplas, när bränsletrycket ligger över ett inställt lägsta tröskelvärde, exempelvis när motorvarvtalet är större än 375 r/m och avgastemperaturen är lägre än 260°C.

Genom interna inställningar är det möjligt att medelst det elektroniska reglersystemet inställa tomgånasvarv- tal, maximalt tillåtet varvtal, lägsta bfänsletillför- sel, maximal bränsletillförsel samt accelerations- och retardationshastigheter. Det elektroniska reglersyste- met åstadkommer automatisk avstängning, när motorvarv- talet överskrider en säker gräns, såsom nominellt 200 r/m över ett bestämt maximalt varvtal, eller när avgastem- peraturen överskrider en säker gräns, som t ex är nomi- nellt 3l0°C över en bestämd maximitemperatur. Anord- 10 15 20 30 35 7907009-0 15 ningen åstadkommer automatisk igångsättning på nytt, när motorn återgår till att arbeta inom de säkra grän- serna. Det elektroniska systemet ombesörjer övervakning av bränsletillförseln för att upprätthålla driften av motorn inom de säkra varvtals- och temperaturgränserna.

Vid det i fig 9 visade utförandet med en enda kolvserie är motorn generellt betecknad med 200 och är det med kamspâr av beskrivet slag försedda huset betecknat med 202. Det roterande cylinderblocket 204 har en serie radiella cylindrar med kolvar 206, som i cylindrarna avgränsar cylinderkamrar 208. Det roterande cylinderblocket har en cylinderformig inre vägg 210.

Fördelaren för komprimerad luft och förbränningskamar- avgaser, vilken är generellt betecknad med 212, inne- fattar luftinloppskanaler 214 och utloppskanaler 216 för komprimerad luft. Förbränningskammaren 218 är an- ordnad centralt i och i huvudsak koncentriskt relativt fördelaren och ett bestämt antal öppningar är anordnade i förbränningskammarväggen för genomsläppning av kompri- merad luft från cylindrarna till förbränningskammaren och öppningar 220 för förbränningskammargaser samt av- gaskanaler 222 är anordnade på samma sätt som i det ovan beskrivna utförandet, men genom att motorn har en enda serie av cylindrar och kolvar 206, som verkar både som komprossions- och expansionskolvar, är luftinlopps- öppningar 230 för komprimerad luft anordnade i väggen 210, så att de kommer i läge mittemot fördelarens kana- ler vid bestämda vinkellägen av det roterande cylinder- blocket. Pâ sama sätt är expansions- och avgasöppningar 234 anordnade i den inre väggen 210 för motsvarande tak- ter av motorn under cylinderblockets rotation och an- ordnade att öppnas till avsedda kompressions- eller expansionskanaler i fördelarenheten. De beskrivna öpp- ningarna är periferiellt åtskilda och öppningarna 230 för kompressionstakterna är axiellt åtskilda från mo- torns öppningar 234 för expansionstakterna. Det framgår i.det ovanstående att varje kolv arbetar omväxlande som kompressionskolv och expansionskolv för approximativt 10 15 á0 25 7907009-0 16 varje sjättedels varv av cylinderblockets rotation vid ett utförande med tre lober hos kamkurvan.

Såsom redan nämnts kan en motor enligt uppfin- ningen, såsom motorn 300 i fig 10, även ha en dubbel sats 302, 304 av radiella kompressionscylindrar med kolvar och en dubbel sats 306, 308 av expansionscylind- rar med kolvar. Om så önskas kan dessutom en sats av kompressionscylindrar med kolvar kombineras med två satser av expansionscylindrar med kolvar, men motorn skulle även kunna ha två satser av kompressionscylind- rar med kolvar och en enda sats av expansionscylindrar med kolvar. Det bör även observeras att medelst cylind- rar, som förbinder utmatningsportarna hos respektive kompressionscylinder i den första cylindersatsen med inloppsportarna hos nästföljande kompressionscylinder- sats med användande av en inre fördelningsanordning, kan kompression ernås successivt i steg, vilket ger termodynamiska fördelar och gynnsamt förhållande volym/ vikt, varigenom diametrarna hos den andra eller följan- de sats av cylinder kan minskas.

På liknande sätt kan expansionscylinderutloppspor- tarna anslutas till ingângsportarna hos nästföljande sats av expansionscylindrar för att medge successiv, stegvis expansion och för att ge en ytterligare termo- dynamisk fördel. Expansionscylindrarna i den första sat- sen kan ha proportionellt minskade diametrar till kompressionscylindrarnas sista steg.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 30 35 7907009-0 17 PATENTKRAV l. Förbränningsmotor med roterande cylinderblock och förbränning utanför cylindrarna vid konstant volym och med följande kännetecken: a) ett yttre hus med en stationär, kontinuerlig, inre drivkamspâranordning (20,120) med åtminstone en lob och formad för åstadkommande av omväxlande rörelse av en kolv mellan ett yttre och ett inre dödpunktsläge, b) i huset (12) ett roterande cylinderblock (l4), som innefattar åtminstone en serie cylindrar (40, 140) med radiella längdaxlar, av vilka åtminstone två cvlind- rar bildar en kompressorsektion och en expansionssek- tion,att cylinderblocket innefattar kolvar (32, 132), som är anbragta i cylindrarna och anordnade för radiell fram- och återgångsrörelse och är försedda med kolvstänger eller motsvarande organ med kamföljare (22, 24, 122, 124) i anliggning mot drivkamspåranordningen, och att cylin- derblocket innefattar en i huvudsak cylinderformig inner- vägg (46), vilken bildar inre begränsningsvägg för cylind- rarna och innefattar åtminstone en öppning (48, 148) av bestämd storlek och form för varje cylinder,samt ett med det roterbara cylinderblocket förbundet kraftuttag (52), c) en stationär fördelare- och förbränningskammar- enhet innanför cylinderblockets innervägg (46), vilken enhet innefattar en kompressordel (66, 68, 80) med en inloppskanal- och öppningsanordning (72) för ledning av luft till åtminstone en första cylinder (40) vid bestämda vinkelgrader av cylinderblockets rotation och med passager och öppningar (74) för ledning av komprimerad luft från den första cylindern (40) vid bestämda vinkelrotations- grader av cylinderblocket, och en bränsleförbrännings- kammare (80) inuti nämnda enhet för mottagning av den komprimerade luften samt med en bränsleantändnings- och bränsleinsprutningsanordning (78, 82) för kontinuerlig blandning och förbränning av luft och.bränsle i förbrän- ningskammaren, en expanderdel med en kanal- och öppnings- 10 15 20 25 30 35 7907009-0 18 anordning (148, 154) för ledning av heta gaser från för- bränningskammaren till åtminstone en andra cylinder (140) under bestämda vinkelgrader av cylinderblockets rotation samt med en öppnings- och kanalanordning för utledning av expanderade och förbrukade gaser från den andra cylindern (140) och ut ur motorn. _

2. Motor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den har en hylsformig inloppsventil (162) i motorns expansionssektion för reglerbar öppning och stängning av öppningen (148) i motorns cylinderformiga innervägg (46).

3. Motor enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att drivkamspåranordningen innefattar tvâ kamkurvor (20,l20 resp 24,124) på oföränderligt avstånd från varandra för styrning av kolvarna i de inre och yttre dödpunktslägena.

4. Motor enligt patentkravet 3, n a d därav, att det roterbara cylinderblocket innefattar k ä n n e t e c k - åtminstone en serie första radiellt placerade cylindrar (40), vilka bildar en kompressorsektion, och åtminstone en serie andra radiellt placerade cylindrar (140), vilka är axiellt åtskilda från de förstnämnda cylindrarna och bildar en expanderingssektion. 7

5. Motor enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k - n a d därav, att bränsleförbränningskammaren (80) av- gränsas av en i huvudsak cylinderformig vägg, som bildar ett hus med flera periferiella öppningar för insläppning av komprimerad luft i kammaren, vilken är placerad i huvudsak i motorns centrala omrâde.

6. Motor enligt patentkravet 5, n a d därav, att motorns kompressor- och expansions- sektioner har dubbla drivkamspâr (20 resp 120) för sam- verkan med dubbla kamföljarrullar (22 resp 122), som är monterade på kolvstàngpartierna (30 resp 130).

7. Motor enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - n a d därav, att motorns kompressor- och expansionssek- k ä n n e t e c k - tioner har kamspår, som även innefattar styrkamspår mitt- emot drivkamspâren för samverkan med roterbara kamföljar- 10 15 7907009-0 19 rullar (26 resp 126), vilka är koaxiella med huvudkam- följarna (22, l22).

8. Motor enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k - n a d därav, att huvud- och styrkamföljarrullanordningar- na och kolvstänger eller dylika förbindningsorgan mellan dessa anordningar och kolvarna är monterade på en gemen- sam huvudaxeltapp (28, 128) för respektive kolv.

9. Motor enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att drivkamspåranordningen innefattar tre i huvudsak med samma avstånd åtskilda lober för bestäm- ning av kolvarnas yttre och inre dödpunktslägen.

10. Motor enligt patentkravet 9, k å n n e t e c k - n a d därav, att det roterbara cylinderblocket innefattar åtminstone en serie av första radiellt åtskilda cylindrar (40), vilka bildar en kompressorsektion, och åtminstone en serie av andra radiellt åtskilda cylindrar (140), vilka är axiellt åtskilda från den förstnämnda cylinderserien och bildar en expanderingssektion.