NO752479L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for kjSling av forbrenningsmotor.

I vanlige forbrenningsmotorer blir den varme som utvikles

Ved eksplosjonen delvis forbrukt eller ledet inn i veggene

i det omgivende metall, og under denne varmeoverforing gjennom veggene vil den stråle ut til,luften fra finner på den ytre overflate av sylindrene eller den ledes inn i et væskeformet kjSlemiddel i en kappe rundt sylindrene.

En motor av den art som er beskrevet i US-patentskrift 3.828.740

og 3.857.372 er meget effektive i drift men det har vist seg

at ytterligere effektivitet kan oppnås hvis forbrenningsvarmen hindres fra å absorberes av sylindren, stempelet og forbrenningsfit kammeret.

Foreliggende oppfinnelse går derfor ut på å anvise en rotasjons-forbrenningsmotor med anordninger for å redusere den varmemengde som vil absorberes av sylindrene, stemplene, forbrenningskammerne o.s.v.

Oppfinnelsen går således ut på en fremgangsmåte for kj Sling

av en forbrenningsmotor omfattende et antall sylindre med bevegelig stempel anordnet i hver sylinder og det særegne ved denne fremgangsmåte består i at brennstoff innfores i sylindrene og forbrennes for å svinge stemplene til å beveges i et ekspansjonsslag i vedkommende sylinder, at sylindrene avkjSles 'innvendig ved innf oring av omgivelsesluf t direkte inn i sylindffené / og at varmeoverforing til og gjennom veggene i sylindrene bremses slik at varmeledningen ut gjennom sylindrene reduseres og slik at kj Slingen av sylindrenot'^"cigså~stD'rtr<i>rs"ett utelukkende ved innfSringen av den omgivende luft.

Oppfinnelsenggår også ut på en forbrenningsmotor innrettet til å kjSles ved denne fremgangsmåte, og denne forbrenningsmotor omfatter en motorramme med en dreibar aksel som strekker seg ut fra rammen, et antall sylindre innrettet' til å motta brennstoff,

en stempelanordning i hver sylinder og innrettet til å beveges heri mellom en stilling med maksimal konklusjon og en stilling med maksimal ekspansjon, idet stemplet sammen med tilhorende sylinder danner et forbrenningskammer, og det særegne ved denne motor består i at den omfatter en lufttilforselsanordning for tilforsel av forholdsvis kald omgivende luft direkte gjennom det indre av sylindrene etter atfforbrenningen i vedkommende sylinder har funnet sted for å kjole stempelanordningen og det indre av sylindren, samt at et parti av den indre overflate av forbrenningskammeret mellom stemplets to endestillinger omfatter et varmeisolerende material, f.eks. kjeramikk eller rustfritt stål.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til vedfoyde tegning. Fig. 1 viser i perspektiv en motor i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser,oi storre målestokk, et snitt langs linjen II-II i fig. 1, idet deler er skåret bort for mer fullstendig å vise oppfinnelsen. Fig. 3 er et perspektivriss av en av sylindrene i motoren.

Fig. 4 viser, i storre målestokk, et snitt fra fig. 2.

Fig. 5 viser et snitt tilsvarende fig. 4 bortsett fra at det viser en endret utforelse. Fig. 6 er et delsnitt etter linjen VI-VI i fig. 1, med deler skåret bort for mer fullstendig å vise oppfinnelsen.

Fig. 7 er et delsnitt av motorens faste kjerne.

Fig. 8 er et snitt langs linjen VIII-VIII i fig. 6.

Motoren i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse,

som vist på tegningen, er betegnet 10x og omfatter motorrammer 12 og 14 som er festet til hverandre ved hjelp av bolter 16 e.l., slik det fremgår av fig. 1 og 2. Som vist i fig. 1 er en sirkelformet kamplate 18 anbragt mellom rammene 12 og 14 idet boltene 16 strekker seg gjennom kamplaten. Posisjonen av kamplaten 18 i forhold til omkretskantene av rammene 12 og 14

er fastlagt av ringformede utsparinger 20 og 22 i rammene

(se fig. 6). Rammen 12 er utstyrt med et knektparti eller brakettparti 24 for montering av motoren.

Driv- eller rotor-akslen 26 strekker seg dreibart innover

gjennom rammen 12 og er undersottet heri av et hovedlager 28. Henvisningstallet 30 betegner en kjerne som strekker seg gjennom rammen 14 inn i motoren 10 slik at dens indre ende 32 ligger tett opptil den indre nav av akslene26. Kjernen 30 utgjores av kjernedeler 34 og 36 som er festet til hverandre ved hjelp av bolter 38. Et par utskårne partier eller spor 40 og 42 er utformet i kjernedelen 34 på innbyrdes motsatte sider av denne slik det fremgår av fig. 7. Kjernen 30 er utformet med anordninger betegnet 44 for tilfiårsel av smoreolje til de innbyrdes adskilte ringformede spor 46 og 48.

Kjernedelen 36 er utformet med"ai invendig;gjenget åpning 50 hvori

er skrudd inn ai luftledning 52. Luftledningen 52 står i forbindelse med en trykkluftkilde. Åpningen 50 står i forbindelse med et luftkammer 54 som har é't par innbyrdes adskilte luftkanaler eller- boringer 56 og 58. Kjernedelen 34 er utformet med et pair langstrakte luftkanaler eller-boringer 60 og 62 som står i forbindels med boringene 56 og 58. Som det fremgår av fig. 7 står de indre ender av boringene 60 og 62 i forbindelse med sporene 42 og 40 for luftåpninger 64 og 66. Henvisningstallet 68 betegner en nålventilanordning anordnet i kjernen 30 for tilforsel av brennstoff til sylindrene gjennom dyser 70 og 72.

Henvisningstallet 74 betegner en rotoranordning som er dreibart lagret på kjernedelen 34 som beskrevet i US-patentskrift 3.828.740. Et kantparti 76 på rotoranordningen 74 er utformet med fire sirkelformede åpninger 78. Navpartiet 80 på rotoranordningen 74

er festet til akslen 26 på passende måte. Henvisningstallet 82 betegner en sylinder som er lagret i hver av åpningene 78 og som har et flensparti 84 som samvirker med rotoranordningen 74 slik det fremgår av fig. 2. Hver av sylindrene 82 er festet til rotoranordningen 74 ved hjelp av skruer e.l. som strekker seg gjennom åpninger 86 i flensen 84.

Hver av sylindrene 82 omfatter et indre endeparti 88 og et skjortparti 90. Skjortpartiet 90 er utformet med motsatte slisser 92 og 94 og et antall utblåsningsåpninger 96 som strekker seg gjennom sylinderen rundt omkretsen av denne. Et stempel 98 er anordnet i hver sylinder 82 for glidebe^egelse i denne og for sammen med sylinderen å danne et forbrenningskammer, og stempelet omfatter et hodeparti 100 og skjortpart 102. En rulle 104 er lagret på en aksel 106 som er festet til skjortpartier 102,

og rullen 104 ruller mot en kamflate 108 på kamplaten 18 slik at stempelet bringes til å bevegeoseg i forhold til sylinderen ettersom motorens rotor dreies. Hvert av stemplene er utformet med et antall åpninger 110 i skjortpartiet og gjennom dette.

Et utblåsningskammer 112 er anordnet i motoren og strekker seg rundt hver av sylindrene slik det fremgår av fig. 6. Utblåsningsrkammeret 112 står i forbindelse med et par utblåsningsror 114 og 116. Utblåsningskammeret 112 står også i forbindelse med utblåsningsåpningene 96 i sylinderen 82.

Den foretrukne utforelse av stemplene og sylindrene fremgår av fig. 4. I fig. 4 er hodepartiet 100 på stempelet 98 vist med et belegg 118 av et material med lav varmelednings-koeffisient, f.eks. porselen. Den indre ; overflate av sylindren 82 er også dekket med et material 118, og dette er også tilfelle med et forbrenningskammerparti 120 i rotoranordhingene 74. En endret utforelse av stemplene og sylindrene er vist i fig. 5. I fig. 5

er sylindren 82 1 og stemplet 98' utfort fullstendig av -

et material med lav varmeledhings-koeffisient, f.eks. porselen. Porselen har den varmelednings-koeffisient på ca. 0,6.

Det har også blitt fastslått at rustfritt stål er et meget

egnet material til bruk enten som materiale i stemplene og sylindrene, eller som belegg-materiale 118. Rustfritt stål er onskelig fordi* det har en meget lavere varmeledningsevne enn stopejern. Ved romtemperatur har stopejern en varmeledningsevne på 0,112 mens rustfritt stål (AISI type 304) har en varmeledningsevne på 0,036. Denne ståltype foretrekkes og den omfatter 18 til 20 % cr og 8 til 12 deler nikkel. 300-seriene av AlSI-stål foretrekkes fremfor andre serier. Det henvises i denne forbindelse til Metals Handbook, vol. 1, sidene 408, 409, 422 og 423 (American Society of Metals) .

Kamflatene 108 på kamplaten 18 har motsatt rettede kamneser 122

og 124, som, som det fremgår av fig. 2, er utformet med "hvilé-U-partier 126 og .128 som har en radius tilmålt fra dét geometriske senter for kamplaten 18, hvorpå stemplet vil holdes i en stasjonær posisjon.

Under drift blir brennstoff under trykk tilfort konstant til dysene 70 og 72. Det eneste tidspunkt hvor brennstoff vil

stromme fra dysene 70 og 72 er når disse står i forbindelse med de:-;åpne indre ender av sylindrene gjennom åpningene 130 i rotoranordningen 74. Når brennstoffdysene 70 og 72cstår i forbindelse med sylindrene 82 vil brennstoff sproytes inn i det indre av sylindrene. Luft under trykk tilfores konstant til luftkammeret 54 slik at luft vil avgis fra de indre ender av boringene 60 og 62, gjennom åpningene 64 og 66, når sporene 42

pg 40 står i forbindelse med det indre av de respektive sylindre gjennom åpningene 130 idet rotoren dreies rundt den faste kjerne 30. Olje under trykk tilfores også til oljesporene 46 og 48 slik

at smoreolje tilfores mellom den indre overflate av rotoranordningen og den ytre overflate av kjernedelen 34. En oljefilm mellom kjernedelen 34 og rotoranordningen 74 tjener også til å tette åpningene 130 i forhold til området utenfor på rotoranordningen.

Fig. 2 viser de ovre og nedre stempler i anslagsstillingene.

I denne stilling vil rullene på stemplene være i de ovre dodsenter-arealer på kamnesene 126 og 128. Da virkemåten for de to motsatte rettede stempler er identisk skal det her bare beskrives driften av det ovre stempel (fig. 2) . Om det antas at luft og brennstoff er tilfort til det indre av sylindren vil kammen bevirke komprimering av blandingen til det maksimale, kompresjonsforhold ved ovre dodsenter på hvilket tidspunkt antennelsen begynner. For trykket i sylinderen kan bygges opp over de onskede grenseverdier må stemplet ekspandere noe til sin hvileposisjon ( 126) og holdes i denne stilling inntil forbrenningen er fullfort. Etter fullfort forbrenning og etter at stort sett all den kjemiske energi i brennstoffet er omdannet til varme tillates stemplet å ekspandere og å omdanne denne varmeenergi til mekanisk energi, men ikke for all forbrenningen er fullstendig og den fullstendige forbrenningskraft er tilgjengelig ved begynnelsen av ekspansjonssiaget, etter hvileperioden.

Materialet 118 av^kjeramikk eller rustfritt stål, .som foreligger

i form av et belegg på den indre overflate av sylindren, på forbrenningskammeret i rotoranordningen og på den ytre overflate av stempelhode, eller som utgjor alt materiale i disse bestanddeler, reduserer i vesentlig grad varmemengden som vil absorberes eller fores gjennom sylinderen, forbrenningskammeret og stemplet. Temperaturen i materialet 118 oker momentant under forbrenningen men forholdsvis liten varmengde ledes inn i materialet i sylindren, forbrenningskammeret og stemplet. Hvis forbrenningsvarmen tillates å forbli på overflaten av materialet 118, selv om det bare var en liten varmemnengde, vil det etterfolgende ekspansjonsslag tilfore ytterligere varme til dette slik at temperaturen vil bygges opp i sterk grad. Som nevnt ovenfor blir r : forholdsvis kald luft under trykk fort konstant til sporene 40 og 42 slik at luft kan tvinges inn i sylindrene når .disse spor står i forbindelse med åpningene 130 under dreiningen av rotoren og sylindrene. Trykkluften tvinges inn i sylindrene og medvirkerittil utsveiping av forbrenningsgassene fra sylinderen når toppen av stemplet er beveget ned forbi åpningene 96. Luften bevirker ikke bare

utsveiping av forbrenningsgassen fra sylindren men fremmer også kjSling av motoren samt- gjenfylling av sylindren for neste

syklus. Luften som tilfSres kan omtales som omgivende luft,

men den er i et hvert tilfelle fra en kilde med forholdsvis kald luft. Den kalde luft tilfores direkte inn i sylindren i overskudsmengde for å sveipe ut forbrenningsgassene og for å kjSle motoren. Luftén tilfSres videre med vesentlig stSrre mengde enn det som Vil være nSdvendig for baré å sveipe ut forbrenningsgassene. Luften som er i kontakt med materialet 118 fjerner den varme fra dette som umiddelbart fSr er blitt innfSrt i det som fSige av forbrenningsvarmen. Det vil derfor være klart at avkjSlingen av denne motor ikke er avhengig av varmeledning gjennom sylindrene for avkjSling av de indre overflater men tillater avkjSling av sylindrene hurtig mens varme ikke tillates å absorberes av sylindrene, stemplene o.s.v. Den utfSrelsé som er vist i fig. 5 virker på samme måte som den vist i fig. 4 og hindrer varme fra å overfSres gjennom forbrenningskammere, sylindrene og stemplet.

Temperaturen i det keramiske material som f.eks. porselen e.l. stiger momentant under forbrenningen men isolerer sylindren, forbrenningskammeret og stemplet fra forbrenningsvarmen. Så snart luften innfSres- inn i sylindrene for utsveiping av disse fjerner luften varmen fra det kjeramiske material slik at temperaturen hurtig faller. Som fSige av at mindre varme absorberes av detB kjeramiske material under ekspansjonsslaget vil det kreves en mindre luftmengde til det indre av sylindrene for avkjSling.

Etter forbrenning, utsveiping<p>g avkjSling vil luft som tilfSres 1 det indre av sylindren deretter bli.kompremert idet rullen på stemplet nærmer seg kamnesen 124. Stemplet beveges innover i sylindren og dermed åpningene.96 slik at luften i sylindren kan komprimeres. Luften komprimeres og brennstoffet sproytes inn i sylindren når dysene 72 og 70 står ut for åpningene 130 for ;å bevirke antennelse..

Det fremgår at den roterende forbrenningsmotor i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse innebærer eh enestående kjSlemåte for sylindrene idet den varmenegde som absorberes av disse reduseres ved at det benyttes et material av keramikk eller rustfritt stål og idet kald luft deretter innfores til det indre av sylindrene for å fjerne den varme som dette material og det indre av sylindren har samlet. Mens det i forbindelse med denne motor er tenkt adskilt innfSring av luft og brennstoff inn i sylindren vil det være klart at avkjSlingen ved hjelp av luften også vil kunne gjennomfSres hvis luften innfSres i sylinderen sammen med brennstoff.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for kjSling av en forbrenningsmotor omfattende et antall sylindre .med et bevegelig stempel anordnet i hver sylindér, karakterisert ved at brennstoff innfSres i sylindrene (82, 82') og forbrennes for å tvinge stemplene (98, 98') til å beveges i et ekspansjonsslag i vedkommende sylindre, at sylindrene (82, 82') avkjSies innvendig ved innfSring av omgivelsesluft,direkte inn i sylindrene, og at varmeoverfSring til og gjennom veggene i'sylindrene bremses slik at varmeledningen ut gjennom sylindrene reduseres og slik at kjSlingen av sylindrene vil oppstå stort sett utelukkende ved innfSringen av den omgivende luft.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innfSrte omgivende luft også virker til å sveipe ut forbrenningsgasser fra sylindrene (82, 82') .

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det innfSres et ovérskudd av omgivende luft direkte inn i sylindrene idet overskuddsmengden av omgivende luft er vesentlig stSrre enn den luftmengde som er nSdvendig bare for å sveipe ut forbrenningsgassene eller for fylling av sylindrene.

4. Forbrenningsmotor innrettet til å kjSles ved fremgangsmåten i henhold til krav 1, omfattende en motorramme med en dreibar aksel som strekker seg ut fra rammen, et antall sylindre innrettet til å motta brennstoff, en stempelanordning i hver sylindre „ og innrettet til å beveges heri mellom en stilling med maksimal kompresjon og en stilling med maksimal ekspansjon, idet stemplet sammen med tilhorende sylinder danner et forbrenningskammer, karakterisert ved at den omfatter en lufttilforselsanordning (52, 60, 62, 64, 66) for tilforsel av forholdsvis kald omgivende luft direkte gjennom det indre av sylindrene (82, 82') etter at forbrenningene i vedkommende sylinder har funnet sted for å kjole stempelanordningen (98, 98') og det indre av sylindren (82.82'), samt at et parti av den indre overflate av forbrenningskammeret mellom stemplets to endestillinger omfattende et varmeisolerende material (118).

5. Forbrenningsmot <p> r som angitt i krav 4, karakterisert ved at det- varmeisolerende material (118) er kj:eramikk eller rustfritt stål.