NL1019904C2 - Verbrandingsmotor. - Google Patents

Description

VERBRANDINGSMOTOR

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsmotor, omvattende een behuizing met een kamer, die is ingericht voor het uitvoeren van ten minste de 5 volgende functies: a) het aanzuigen en/of comprimeren van voor de ontbranding benodigd gas; b) het tot ontbranding brengen van de brandstof; c) het leveren van arbeid; en d) het afvoeren van verbrandingsgassen.

10 Een dergelijke verbrandingsmotor is in de praktijk bekend en wordt ook wel aangeduid als “Otto”-motor. De bekende verbrandingsmotor is voorzien van een kamer, die is gevormd door 1 of meer cilindervormige compartimenten, waarin een zuiger beweegbaar is opgenomen. De motor doorloopt in werking een cyclus met vier fasen, die elk zijn gekoppeld aan een slag van de zuiger. De vier fases cq. slagen worden op het 15 vakgebied aangeduid als: inlaatslag, compressieslag, arbeidsslag en uitlaatslag.

De bekende verbrandingsmotor is er in verschillende types, met verschillende aantallen cilinders en verschillende cilinderinhoud. Er zijn vele toepassingen voor deze verbrandingsmotor bekend. De bekendste daarvan is waarschijnlijk de toepassing in voertuigen, waaronder auto’s, motoren en brommers.

20 De onderhavige uitvinding heeft tot doel om een verbrandingsmotor van het bovengenoemde type te verschaffen met een hogere efficiëntie.

De verbrandingsmotor volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat in de kamer een rotor is aangebracht, die de kamer in een aantal compartimenten verdeelt, waarbij elk van de compartimenten is bestemd voor het uitvoeren van ten minste één van 25 de genoemde functies a t/m d.

Door de zuiger te vervangen door een dergelijke rotor kunnen alle types in principe toe met slechts één kamer. De motor heeft nu een inherent uitgebalanceerde constructie waardoor toegevoegde balansgewichten, zoals die gebruikelijk zijn bij de bekende motor, achterwege kunnen blijven. De motor heeft derhalve een minimum aantal onderdelen, 30 hetgeen de betrouwbaarheid verhoogt en de productiekosten verlaagt. Dankzij het specifieke ontwerp is de motor trillingsarm en ondervindt deze verder relatief lage versnellings- en vertragingskrachten, hetgeen zowel bijdraagt tot een hoger rendement ais tot een hoger comfort bij een lager gewicht.

Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm is de rotor voorzien van een aantal 35 schotten die zich in radiale richting uitstrekken naar de wand van de kamer. In deze voorkeursuitvoeringsvorm is de kamer op elegante wijze met een minimum aantal m' 4 n jt 2 onderdelen in compartimenten opgedeeld.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de rotor voorzien van een eerste paar schotten, die roteerbaar zijn bevestigd aan een eerste rotatie-as, en van een tweede paar schotten, die roteerbaar zijn bevestigd aan een tweede rotatie-as, welke rotatie-assen 5 excentrisch in de kamer zijn aangebracht. Middels deze uitvoeringsvorm is een kamer met een onronde doorsnede in afzonderlijke compartimenten op te delen. Hierin zijn compartimenten met verschillende volumina op eenvoudige wijze te realiseren zonder extra onderdelen.

Bij voorkeur zijn de schotten in het eerste en/of het tweede paar onafhankelijk van 10 elkaar roteerbaar. De daaraan verbonden extra bewegingsvrijheid leidt tot een optimale werking van de motor.

In weer een verdere uitvoeringsvorm heeft de kamer een algemene cilindervorm.

Een kamer in deze vorm is uitstekend hanteerbaar en technische gemakkelijk te produceren en neemt bovendien weinig inbouwruimte in en is verder eenvoudig te 15 koppelen aan een bestaand motorsysteem.

Volgens een praktische voorkeursuitvoeringsvorm is de kamer samengesteld uit drie cilinders, waarvan de assen in hoofdzaak evenwijdig van elkaar verlopen. De doorsnede van een eerste deel van de kamer heeft bij voorkeur de vorm van een eerste cirkel met de eerste rotatie-as als middelpunt en een straal, die bij benadering gelijk is aan de radiale 20 afmetingen van de bijbehorende schotten. De doorsnede van een tweede deel van de kamer heeft bij voorkeur de vorm van een tweede cirkel met de tweede rotatie-as als middelpunt en een straal, die bij benadering gelijk is aan de radiale afmetingen van de bijbehorende schotten. Door variatie in de positie van de rotatie-assen en de lengte van de schotten zijn de volumina van de compartimenten optimaal in te stellen en daarmee ook 25 de verhouding tussen het “inlaatslag”-compartiment en het “arbeidsslag”-compartiment. Tengevolge hiervan kan een hoger rendement worden behaald bij een lagere uitlaatgastemperatuur en een lagere uitlaatgasdruk. Hiermee is een optimale vermogen/volumeverhouding te bereiken, die gepaard gaat met een lage thermische en akoestische omgevingsbelasting.

30 Volgens een verdere praktische voorkeursuitvoeringsvorm is de straal van de tweede cirkel groter dan de straal van de eerste cirkel, hetgeen tot optimale prestaties van de verbrandingsmotor leidt.

Ter completering van het ontwerp van de praktische voorkeursuitvoeringsvormen heeft de doorsnede van een derde deel van de kamer bij voorkeur de vorm van een derde 35 cirkel, die zich tussen de eerste en de tweede cirkel bevindt.

Volgens een volgende voorkeursuitvoeringsvorm heeft de rotor een aantal

4 Λ Λ Λ Q Π A

3 uitsparingen voor het vormen van een overeenkomstig aantal compartimenten voor het tot ontbranding brengen van de brandstof. Door het aantal in gebruik zijnde uitsparingen te variëren kan het motorvermogen stapsgewijs van deelbelasting naar volle belasting worden gebracht en vice versa.

5 Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm zijn de uitsparingen in hoofdzaak aan tegenoverliggende zijden van de rotor aangebracht, zodat er tweemaal per omwenteling ontbranding in de motor kan plaatsvinden en arbeid kan worden geleverd.

Bij voorkeur hebben de uitsparingen in hoofdzaak de vorm van een halve bol, waarmee een snelle ontbranding met minimale verliezen kan worden gerealiseerd.

10 De uitvinding heeft daarnaast betrekking op een voertuig, vaartuig en/of een luchtvaartuig voorzien van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding.

De uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand van tekeningen van een voorkeursuitvoeringsvorm, waarin

Figuur 1 toont een schematisch aanzicht van een voorkeursuitvoeringsvorm van de 1S verbrandingsmotor volgens de uitvinding;

Figuur 2 toont een schematisch vooraanzicht van de verbrandingsmotor uit figuur 1; - Figuur 3A toont schematisch een dwarsdoorsnede door de verbrandingsmotor uit figuur 1 met de rotor in een eerste stand;

Figuur 3B toont schematisch een dwarsdoorsnede door de verbrandingsmotor uit 20 figuur 1 met de rotor in een tweede stand;

Figuur 3C toont schematisch een dwarsdoorsnede door de verbrandingsmotor uit figuur 1 met de rotor in een derde stand; en

Figuur 3D toont schematisch een dwarsdoorsnede door de verbrandingsmotor uit figuur 1 met de rotor in een vierde stand.

25 In figuur 1 is schematisch een aanzicht getoond van een voorkeursuitvoeringsvorm van de verbrandingsmotor 1 volgens de uitvinding. De verbrandingsmotor 1 heeft een behuizing 2, waarin zich een ruimte of kamer 3 bevindt. In de kamer 3 is een rotor 4 aangebracht waarop schotten of schoepen 5A, 5B, 6A, 6B zijn bevestigd. De vier schotten delen de kamer op in een aantal compartimenten. Behuizing 2, kamer 3 en rotor 4 hebben 30 een algemene cilindervorm.

De rotor 4 heeft een aantal uitsparingen 7 A t/m H voor opname van brandstof. De uitsparingen zijn aan weerszijden van de rotor aangebracht en hebben in hoofdzaak de vorm van een halve bol. In figuur 1 zijn ter illustratie uitsparingen 7A t/m D getoond.

Aan de binnenzijde van de behuizing 2 bevinden zich middelen voor het gedoseerd 35 toedienen van brandstof. Bij voorkeur omvatten deze brandstofdoseringsmiddelen brandstofinjectoren 8 die zijn ingericht voor directe inspuiting. Nabij brandstofinjectoren 8

Λ Λ 4 Λ ft fü A

4 is een ontstekingsmechanisme 9, bijvoorbeeld een bougie, aangebracht voor het onsteken van de brandstof.

Figuur 2 toont de verbrandingsmotor 1 schematisch in vooraanzicht. De verbrandingsmotor 1 heeft een as 10 voor bevestiging van de motor aan de vaste wereld.

5 De arbeid die de motor levert kan worden overgedragen door koppeling met één van de vele op het vakgebied bekende overbrengingsmechanismen. In de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm is daartoe de rotor 4 gekoppeld aan een wang 13 voor aandrijving van een tandwiel 14 middels een drijfriem 15.

In figuren 3A t/m 3D is schematisch een dwarsdoorsnede door de 10 verbrandingsmotor 1 getoond met de rotor respectievelijk in een eerste, tweede, derde en vierde stand. De rotor 4 is voorzien van een eerste paar schotten 5A, 5B, die roteerbaar zijn om een rotatie-as 5. Een tweede paar schotten 6A, 6B is roteerbaar om een tweede rotatie-as 6. De eerste rotatie-as 5 en de tweede rotatie-as 6 lopen op enige onderlinge afstand in hoofdzaak parallel aan elkaar en strekken zich uit in het verlengde van de 15 kamer 3. Beide rotatie-assen zijn excentrisch in de kamer aangebracht. De twee schotten 5A, 5B in het eerste paar zijn onafhankelijk van elkaar roteerbaar, evenals de twee schotten 6A, 6B in het tweede paar. De schotten hebben tevens enige mate van bewegingsvrijheid in radiale richting.

Een eerste belangrijke functie van de schotten is het opdelen van de kamer 3 in 20 compartimenten. Tijdens rotatie volgen de schotten daartoe de wand van de kamer 3. Elk schot is aan zijn uiteinden, zowel in radiale als in axiale richting voorzien van een geschikt afdichtend materiaal. Daarbij wordt enige speling tussen de wand van de kamer en de rand van de afdichting aangehouden om de rotatie van de rotor ongehinderd te laten verlopen. Een voorbeeld van een geschikt afdichtmateriaal is keramische materiaal.

25 Een tweede belangrijke functie van de schotten is krachtoverbrenging. In dit kader is het eerste paar schotten 5A, 5B ook wel aangeduid als compressieschotten en is het tweede paar schotten 6A, 6B ook wel aangeduid als arbeidsschotten.

De vorm van de kamer 3 wordt het best benaderd door een cilinder met een onronde doorsnede. Deze cilinder is samengesteld uit drie excentrische cilinders. De 30 doorsnede is samengesteld uit drie excentrische cirkels. In de figuren is 3A t/m 3D heeft het linkerdeel van de kamer 3 de vorm van (een deel) van een cirkel L met as 5 als middelpunt en een straal, die bij benadering gelijk is aan de radiale afmetingen van de schotten 5A en 5B. Het rechterdeel van de kamer 3 heeft de vorm van (een deel) van een cirkel R met as 6 als middelpunt en een straal, die bij benadering gelijk is aan de radiale 35 afmetingen van de schotten 6A en 6B. Het middendeel van de kamer 3 heeft de vorm van (een deel) van een cirkel M. De verhouding van de volumina van de bijbehorende cilinders 1019904 5 L en R is bepalend voor de prestaties van de verbrandingsmotor. Deze volumina zijn instelbaar door keuze van de positie van de assen 5 en 6 en door keuze van de radiale afmetingen van de schotten. Bij voorkeur geldt in hoofdzaak de verhouding L:R=1:2.

De rotor 4 heeft een in hoofdzaak ronde dwarsdoorsnede De diameter hiervan is in S hoofdzaak gelijk aan de diameter van de cirkel die het middendeel M vormt, in dit voorbeeld is dit de kleinste diameter van de kamer 3

Aan de onderzijde van de kamer bevinden zich een inlaat 11 voor lucht en een uitlaat 12 voor verbrandingsgassen.

Tijdens rotatie wordt de kamer opgedeeld in compartimenten, waarvan het volume 10 verandert. Het aantal compartimenten varieert en is drie of vier, afhankelijk van de stand van de rotor. Op deze wijze wordt de functie van de inlaatslag, de compressieslag, arbeidsslag en de uitlaatslag van de verbrandingsmotor gerealiseerd, hetgeen hierna zal worden verduidelijkt.

De verbrandingsmotor volgens de uitvinding werkt als volgt.

15 In figuur 3A is de rotor in een eerste stand getoond. De kamer is nu opgedeeld in drie compartimenten, respectievelijk 3A t/m 3C. In compartiment 3A wordt lucht aangezogen middels inlaat 11. De in compartiment 3B aanwezige lucht is maximaal gecomprimeerd in uitsparing 7A. Brandstofinjectoren 8 spuiten daar nu brandstof in, zodat er een brandbaar mengsel ontstaat. Indien de brandstof benzine is, gebeurt dit bij 20 voorkeur in een verhouding van 1 deel brandstof op 14 delen lucht. Middels bougie 9 wordt het mengsel tot ontploffing gebracht. In compartiment 3C vindt expansie plaats na een voorafgaande ontbranding en wordt arbeid geleverd.

Figuur 3B toont de rotor 4 in een tweede stand, waarin de rotor bij benadering 45 graden is gedraaid in de richting van de klok. De kamer is nog steeds opgedeeld in drie 25 compartimenten, die nu zijn aangeduid met respectievelijk 3A, 3C en 3D. Het volume van compartiment 3A is verder toegenomen door aanzuiging van lucht middels inlaat 11. Compartiment 3B uit figuur 3A is na de ontbranding overgegaan in compartiment 3C dat ten gevolge daarvan expandeert en arbeid levert. Het volume van compartiment 3D neemt verder af tijdens de afvoer van de hierin aanwezige verbrandingsgassen middels uitlaat 30 12.

Figuur 3C toont de rotor 4 in een derde stand, waarin de rotor opnieuw bij benadering 45 graden verder is gedraaid in de richting van de klok. De kamer is nu opgedeeld in vier compartimenten, respectievelijk 3A t/m 3D. In compartiment 3A wordt nieuwe lucht aangezogen middels inlaat 11. De in compartiment 3B aanwezige lucht wordt 35 gecomprimeerd. In compartiment 3C vindt nog steeds expansie plaats na ontbranding en wordt arbeid geleverd. De in compartiment 3D aanwezige verbrandingsgassen worden

4 Π 1 G Q 0 A

6 verder afgevoerd middels uitlaat 12.

Figuur 3D toont de rotor in een vierde stand, waarin de rotor opnieuw bij benadering 45 graden verder is gedraaid in de richting van de klok.. De kamer is nog opgedeeld in vier compartimenten, respectievelijk 3At/m 3D. Het volume van compartiment 3A neemt 5 verder toe vanwege het aanzuigen van lucht middels inlaat 11. De in compartiment 3B aanwezige lucht wordt verder gecomprimeerd. In compartiment 3C vindt nog steeds expansie plaats na ontbranding en wordt nog steeds arbeid geleverd. De laatste in compartiment 3D aanwezige verbrandingsgassen worden afgevoerd middels uitlaat 12.

Samenvattend veranderen de volumina van de compartimenten 3A t/m 3D cyclisch 10 door rotatie van de rotor 4. Deze volumeveranderingen zijn analoog aan de volumeveranderingen van een zuiger bij de bekende Otto-motor en hebben dezelfde functie, namelijk het cyclisch realiseren van een inlaatslag, een compressieslag, een arbeidsslag en een uitlaatslag. Bij de verbrandingsmotor volgens de uitvinding vindt er tweemaal per omwenteling ontbranding plaats en wordt er tweemaal per omwenteling 15 arbeid geleverd. In het algemeen vinden in het linkerdeel (L) van de kamer 3 de voorbereidingen plaats voor het opnieuw laten ontbranden van brandstof, d.w.z. het aanzuigen en comprimeren van de benodigde gassen, terwijl in het rechterdeel (R) de meest recente ontbranding wordt afgehandeld door middel van krachtoverdracht en het afvoeren van verbrandingsgassen.

20 De prestaties van de rotatiemotor volgens de uitvinding zijn een duidelijke verbetering ten opzichte van de prestaties van de bekende viertakt Otto-motor, zoals blijkt uit onderstaande tabel. De volgende verhoudingsgetallen gelden bij gelijke cilinderinhoud.

__Rotatiemotor Otto-motor

Max, vermogen__>2__1

Volume__<1__1

Gewicht__<1__1

Rendement__>1__1

Productiekosten__<1__1 1 2 3 4 5 6 1019904

Opgemerkt wordt dat de rotatiemotor ter illustratie is beschreven als benzinemotor.

2

Een deskundige op het vakgebeid zal echter begrijpen dat de uitvindingsgedachte 3 toegepast kan worden in alle verbrandingsmotoren, ongeacht de brandstofsoort. Tevens is 4 de rotatiemotor geschikt voor toepassing in alle typen voertuigen. Enkele voorbeelden zijn 5 auto’s, motorfietsen, bromfietsen, en scooters, maar ook vliegtuigen en boten.

6

De uitvinding is derhalve niet beperkt tot de getoonde en beschreven 7 voorkeursuitvoeringsvorm, maar strekt zich in het algemeen uit tot elke uitvoeringsvorm die valt binnen de reikwijdte van de bijgevoegde conclusies bezien in het licht van het voorgaande beschrijving en tekeningen.

5 tO199 0 4

Claims (11)

1. Verbrandingsmotor (1), omvattende een behuizing (2) met een kamer (3), die is ingericht voor het uitvoeren van ten minste de volgende functies: 5 e)het aanzuigen en/of comprimeren van voor de ontbranding benodigd gas; f) het tot ontbranding brengen van de brandstof; g) het leveren van arbeid; en h) het afvoeren van verbrandingsgassen, met het kenmerk, dat in de kamer een rotor (4) is aangebracht, die de kamer in een 10 aantal compartimenten (3A, 3B, 3C, 3D) verdeelt, waarbij elk van de compartimenten is bestemd voor het uitvoeren van ten minste één van de genoemde functies a t/m d.

2. Verbrandingsmotor volgens conclusie 1, waarin de rotor (4) is voorzien van een aantal schotten (5A, 5B, 6A, 6B) die zich in radiale richting uitstrekken naar de wand van 15 de kamer (3).

3. Verbrandingsmotor volgens conclusie 2, waarin de rotor is (4) voorzien van een eerste paar schotten (5A, 5B), die roteerbaar zijn bevestigd aan een eerste rotatie-as (5), en van een tweede paar schotten (6A, 6B), die roteerb 1019904 * bijbehorende schotten (5A en 5B).

9. Verbrandingsmotor volgens conclusie 7 of 8, waarin de doorsnede van een tweede deel van de kamer de vorm van een tweede cirkel (R) heeft met de tweede rotatie-as (6) 5 als middelpunt en een straal, die bij benadering gelijk is aan de radiale afmetingen van de bijbehorende schotten (6A en 6B).

10. Verbrandingsmotor volgens conclusie 8 en 9, waarin de straal van de tweede cirkel (R) groter is dan de straal van de eerste cirkel (L). 10

11. Verbrandingsmotor volgens conclusie 8, 9 en 10, waarin de doorsnede van een derde deel van de kamer de vorm van een derde cirkel (M) heeft, die zich tussen de eerste en de tweede cirkel bevindt.

12. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de rotor (4) een aantal uitsparingen (7A, 7B, 7C, 7D; 7E, 7F, 7G, 7H) heeft voor het vormen van een overeenkomstig aantal compartimenten voor het tot ontbranding brengen van de brandstof.

13. Verbrandingsmotor volgens conclusie 12, waarin de uitsparingen (7A, 7B, 7C, 7D; 7E, 7F, 7G, 7H) in hoofdzaak aan twee tegenoverliggende zijden van de rotor (4) zijn aangebracht.

14. Verbrandingsmotor volgens conclusie 12 of 13, waarin de uitsparingen (7A, 7B, 7C, 25 7D; 7E, 7F, 7G, 7H) in hoofdzaak de vorm van een halve bol hebben.

15. Voertuig voorzien van een verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies.

16. Vaartuig voorzien van een verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies 1 t/m 14. 1 1019904 Luchtvaartuig voorzien van een verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies 1 t/m 14 35