DE102016004471A1

DE102016004471A1 - Verfahren zur linearen Verdichtung und Hochdruckexpansion

Info

Publication number: DE102016004471A1
Application number: DE102016004471.3A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Oberzom S A; Oberzom SA
Current assignee: Oberzom S A; Oberzom SA
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben ohne Pleuel und Kurbelwelle auf einer Hubbewegung linear geführt wird.

Description

Der heutige Stand der Technik wird im Bereich der Verbrennungsmotoren vom Viertaktverfahren dominiert, wobei der 1. Takt das Ansaugen im Zylinder erfolgt, im 2. Takt das Verdichten, im 3. Takt die Verbrennung und Teilexpansion, im 4. Takt die Expansion und auf dem Hubweg zum nächsten Ansaugen wird der Rest des noch vorhandenen Abgases vollständig ausgeschoben.
Für diesen Vorgang benötigt die Kurbelwelle mit dem Pleuel und dem Kolben zwei komplette 360-Grad Kurbelwellenumdrehungen. Für den Ladungswechsel werden also zwei Kolbenhübe, die nicht zur Arbeitsleistung herangezogen werden können, benötigt.
Das Auslassventil öffnet vor dem unteren Totpunkt (UT) wobei das Gas mit Schallgeschwindigkeit über das Auslassventil ausströmt und das Restgas vom Kolben ausgeschoben ist, ist das Auslassventil, wenn der Kolben den oberen Totpunkt (OT) erreicht, geschlossen.
Mit dem Öffnen des Einlassventils in (OT) und dem Kolbenweg nach (UT) beginnt ein neues Viertaktverfahren nach dem Otto-Prozess.
Der offensichtliche Nachteil liegt in den ungenutzten zwei Kolbenhüben, den nicht genutzten Überdruck im Abgas sowie der Drehmomentabbau in der Schwungmasse bei Ansaugen, Verdichten und Ausstossen. Weiterhin wird durch das Kolbenkippen und der dadurch entstehenden Reibung weiteres Drehmoment abgebaut.
Aufgabe der Erfindung ist es mit weniger Reibung und geringeren Drehmomentverlusten ein vollständiges Viertaktverfahren zu zeigen, welches über nur eine Umdrehung der Antriebswelle abläuft.
Die Merkmale des Verfahrens sind im Oberbergriff des Patentanspruchs 1 und 2 enthalten.
Aus dem dargestellten Verfahren resultiert ein Viertakt-Otto-Prozess in einer vereinfachten Darstellung bei einer Umdrehung der Antriebswelle.
Der Kolben fährt durch eine linear geführte Vorrichtung von (UT) nach (OT) und schiebt dabei den Zylinderraum vom Restgas über das Auslassventil aus. Der Weg, den der Kolben zurücklegt ist drei Drittel der maximalen Wegstrecke von (UT) nach (OT). Nach Erreichen des oberen Totpunktes ist das Auslassventil geschlossen.
Durch die linear geführte Vorrichtung wird der Kolben von (OT) etwa ein Drittel das maximalen Wegstrecke in Richtung (UT) gezogen, wobei das Einlassventil auf der Wegstrecke geöffnet ist und gleichzeitig ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den bestehenden ein Drittel Zylinderraum eingesaugt ist.
Nach dem Ansaugvorgang und geschlossenem Einlassventil bewegt die linear geführte Vorrichtung den Kolben wieder in Richtung (OT), wo nach Erreichen des Zündzeitpunktes das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird.
Nach Überschreiten des oberen Totpunktes expandiert das Verbrennungsgas und drückt den Kolben nun über die drei Drittel Wegstrecke zum unteren Totpunkt.
Auf dem Weg des Kolbens zum unteren Totpunkt gibt der Kolben über die linear geführte Vorrichtung ein großes Drehmoment an die zentrale Antriebswelle ab.
Mit dieser Darstellung zum Viertakt-Otto-Verfahren bei einer Umdrehung der Antriebswelle und der damit verbundenen weiteren optimalen Nutzung des Kraftstoffes sowie der damit einhergehenden Abgasverbesserung ist ein Weg möglich, der bisher so nicht denkbar war.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung können im Abstand von einhundertzwanzig Grad um die zentrale Antriebswelle weitere linear geführte Vorrichtungen mit dem dazu gehörenden Kolben angeordnet werden. Damit wird erreicht, dass bei einer Wellenumdrehung drei vollständige Viertaktprozesse nacheinander ablaufen.
Wird eine solche Ausführung gewählt, so ist der weitere Bauaufwand im Verhältnis zur Leistung äußerst gering aufwändig und kostenintensiv, ebenso ist eine erhebliche Gewichtsersparnis in der Gesamtbilanz vorhanden.
Ein Verbrennungsmotor der nach dem beschriebenen Verfahren mit drei linear geführten Vorrichtungen kann einen Kurbelwellen-Motor mit 6 Zylinder ersetzen, wobei natürlich ein viel geringerer Bauaufwand nötig ist und der Kraftstoffverbrauch und das Abgas wesentlich verbesserte Werte beinhaltet.

Claims

Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben ohne Pleuel und Kurbelwelle auf einer Hubbewegung linear geführt wird.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung den Kolben linear zwischen einer Zentralwelle und einem oberen Totpunkt bewegt.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich der untere Totpunkt in der Nähe der Wellenachse befindet.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt in einer Wegstrecke von drei Drittel linear beweglich ist.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben auf dem drei Drittel Weg vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt Restgas über das Auslassventil ausschiebt.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil im oberen Totpunkt geschlossen ist und über das Einlassventil Kraftstoff-Luft-Gemisch bei der ein Drittel Saugbewegung des Kolbens in Richtung unterer Totpunkt in den entstehenden Zylinderraum eingesaugt ist.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil nach Ende vom Saugvorgang geschlossen ist.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben wieder über die linear geführte Vorrichtung zum oberen Totpunkt gedrückt wird, das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet wird und über eine Zündkerze zur Explosion gebracht ist.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das expandierende Verbrennungsgas über den entstandenen Druck den Kolben in Richtung unterer Totpunkt drückt und über den vollen drei Drittel Weg Drehmoment an die Antriebswelle abgibt.
Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Saug- und Verdichtungsraum etwa ein Drittel des Arbeitsraumes von etwa drei Drittel beansprucht, wobei auch andere Raumgrößenverhältnisse die Funktion haben.