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Einleitung
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Die Entwicklung der Verbrennungsmotoren hat in den letzten Jahren einen stetigen Fortschritt gebracht, insbesondere in Bezug auf die Treibstoffersparnis und damit auf die Verbesserung der Abgaswerte.
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Die Einspritzsysteme wurden durch eine Reihe unterschiedlicher Maßnahmen weiter entwickelt. Dabei stand und steht die Verbesserung der Kraftstoffverbrennung, die Erzielung eines höheren Wirkungsgrades im Vordergrund, eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft ist das Ziel.
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Schon im Jahr 1959 habe ich anlässlich einer Studienarbeit am Lehrstuhl für Kolbenmaschinen der TU Hannover für die konstruktive und rechnerische Durchbildung eines Luft gekühlten 6-Zylinder Dieselmotors in V-Form (90°), in den Kolbenboden eine birnenförmige Muldung gegeben, um den eingespritzten Dieselkraftstoff mit der Luft gut zu durchmischen.
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Heute gibt es vielerlei Kolbenbodenformen, um diesen Zweck zu erfüllen.
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Außerdem haben sich, wie erwähnt, die Einspritzsysteme stark verbessert, u. a. z. B. durch genau dosierte und zeitlich vorgegebene Teileinspritzungen. Immer ist das Augenmerk bei der Verbrennungsverbesserung bevorzugt auf die Kraftstoffseite gelenkt worden.
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Der hier vorgelegte Vorschlag dieser Patentanmeldung legt den Schwerpunkt auf die Verwirbelung der eingeführten Luft, insbesondere an den Kolben- und Zylinderkanten, von wo aus die gesamte Verbrennungsluft stark bewegt wird und sich auf diese Weise gut mit dem Kraftstoff vermischt.
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Dieses wird erreicht z. B. durch Einlegen eines Wirbelringes.
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Es findet Anwendung für jegliche Art der Verbrennungsmotoren und zwar u. a. sowohl für solche, bei deren Blick auf den Kolbenboden eine Kreisform für Kolben und zugehörige Zylinder, also für heute gebräuchliche Motoren, erkannt wird, wie auch ebenso für solche, bei denen man beim Blick auf den Kolbenboden eine quadratische Form für Kolben und zugehörige Zylinder erblickt; s. hierzu die Patentanmeldung „Quadrokolben” mit den entsprechend zugehörigen „Quadrozylindern”, AZ.:
DE 10 2011 120 980 A1 .
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Der Wirbelring kann geschlitzt ausgeführt sein oder auch ungeschlitzt.
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Ein weiterer Wirbelring, z. B. in eine Nut im Zylinder eingesetzt ist denkbar, wenn auch eher nicht weiter förderlich; dagegen ist vorstellbar, dass die Öffnungen für die Zylinder in der Zylinderkopfdichtung kleiner ausfallen als die Durchmesser der Zylinder selbst, bzw. kleiner als das Maß „a” der „Quadrokolben, bzw. der „Quadrozylinder”, so dass sich eine Wirbelkante ergibt.
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Der Wirbelring kann allein verwendet werden, oder in Verbindung mit einer eben beschriebenen Zylinderkopfdichtung; wie auch eine solche Zylinderkopfdichtung ggf. auch allein für sich, ohne Wirbelring eingesetzt sein kann.
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Schließlich ist denkbar, dass an der Unterkante des Zylinderkopfes ein Wirbelring positioniert, bzw. die Unterkante selbst als Wirbelkante ausgebildet ist oder/und ggf oben auf der Zylinderkopfdichtung ein Wirbelring positioniert wird.
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Der Wirbelring kann massiv ausgeführt sein oder Öffnungen aufweisen; diese Öffnungen sind entweder als Bohrungen z. B. rund gestaltet oder aber in länglicher Form mit z. B. gerundeten Enden und ggf. der Rundung der Durchmesser angepasst, bzw. mit z. B. gerundeten Enden, aber länglich geformt, den Geraden der „Quadrozylinder” entsprechend.
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Die Öffnungen sind auch anders gestaltet vorstellbar; sie dienen ggf. der Gewichtsreduzierung oder/und sind dem Kühlwasserfluß zwischen Motorblock-(Unterteil) und Oberteil, dem Zylinderkopf, dienlich.
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Die Wirbelringe können einzeln in jeden Zylinder bzw. „Quadrozylinder” eingelegt sein oder in einen dafür vorgesehenen Rahmen bzw. ein Gitter, so dass damit eine komplette Zylinderbank abgedeckt wäre.
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Die bereits erwähnte Zylinderkopfdichtung könnte z. B. einen solchen Rahmen abgeben. Auch ist vorstellbar, dass hierfür die Zylinderkopfdichtung geteilt ausgeführt ist, in ein Unterteil, in den die Wirbelringe eingesetzt sind, und ein Oberteil, das z. B. die Wirbelringe ganz oder teilweise abdeckt.
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Die Höhe des Wirbelrings, sowie die Innen- bzw. Außendurchmesser bzw. die Innen- und Außenmaße der „Quadro-Wirbelringe” sind von Fall zu Fall festzulegen.
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Das Gleiche gilt für die Konturen; diese werden bei der Beschreibung der Figuren näher erläutert.
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Insgesamt ergibt die stärkere Verwirbelung der Verbrennungsluft eine verbesserte Durchmischung mit dem jeweiligen Kraftstoff, eine Erhöhung des Wirkungsgrades, einen damit ggf. geringeren Kraftstoffbedarf und folglich bessere Abgaswerte.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipanordnung des Wirbelringes
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2 ein ähnliches Bild mit der Einzelheit X, die in den 3 bis 10 dargestellt ist
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3 den Wirbelring mit dem Überstand über die Zylinderinnenwand
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4 einen abgesetzten Wirbelring
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5 den Wirbelring und den abgesetzten Kolben
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6 einen abgesetzten Wirbelring und einen abgesetzten Kolben
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7 einen geschrägten Wirbelring und einen ebenfalls geschrägten Kolben
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8 einen Wirbelring mit einer überlappenden Zylinderkopfdichtung
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9 einen an der Oberseite abgesetzten Wirbelring und einen abgesetzten Zylinderkopf
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10 eine abgesetzte Zylinderkopfdichtung
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11 einen Wirbelring mit Öffnungen
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1 zeigt ein „schematisches” Schnittbild von Kolben 1, Kolbenring 2, Zylinder 3, Wirbelring 4, der in die Oberseite des Zylinders 3, eingelegt ist, die Zylinderkopfdichtung 5, Zylinderkopf 6, (schematisch), und die Achsen der Ventile 7.
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2 zeigt ein ähnlich schematisch dargestelltes Bild mit der Einzelheit X, dem Kolben 1, dem Kolbenring 2, dem Zylinder 3, dem eingelegten Wirbelring 4, der Zylinderkopfdichtung 5, dem („vorgestellten”) Zylinderkopf 6, sowie einer Ventilachse 7. Die Einzelheit X ist in den folgenden 3 bis 10 näher erläutert.
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3 zeigt den Kolben 1, den Zylinder 3, den Wirbelring 4, und dessen Überstand Ü, die Zylinderkopfdichtung 5, sowie die Kante des oberen Totpunktes OT.
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Die Umlaufkanten von Zylinderoberkante 3, sowie der Unterkante von Zylinderkopfdichtung 5, wurden nicht gezeichnet zum besseren Verständnis.
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4 zeigt wiederum den Kolben 1, den Zylinder 3, einen zum Kolben hin abgesetzten und in den Zylinder 3, eingelegten Wirbelring 4, sowie die Zylinderkopfdichtung 5, und die Linie des oberen Totpunktes OT. Die Umlaufkante des über dem Kolben 1, 2 abgesetzten Wirbelrings 4, ist gestrichelt ausgeführt.
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5 zeigt ebenfalls den Kolben 1, der zum Kolbenboden hin abgesetzt ist, die Umlaufkante ist gestrichelt dargestellt, den Zylinder 3, mit dem eingelegten Wirbelring 4, sowie die Linie des oberen Totpunktes OT.
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6 zeigt, dass sowohl der Kolben 1, wie auch der in den Zylinder 3, eingelegte Wirbelring 4 einen Absatz aufweisen. Die Umlaufkanten von Zylinder 3, wie von Wirbelring 4, wurden nicht dargestellt.
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7 zeigt Kolben 1, Zylinder 3, mit dem eingelegten Wirbelring 4. Sowohl Kolben 1, wie auch Wirbelring 4, weisen eine Schrägung auf, die nach oben hin in eine kurze Senkrechte mündet. Statt der senkrecht geführten Geraden hätte sich eine Rundung anschließen können, oder die Schrägung könnte ebenso oben auslaufen.
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Überhaupt sind die Konturen des Wirbelrings 4, zum Kolben hin recht unterschiedlich gestaltbar. Das können Schrägungen kombiniert mit Rundungen sein, Schrägungen, die nach oben hin in verschiedenen Etappen gerade Stücke mit unterschiedlichen Steigungen aufweisen, Kombinationen hieraus mit Rundungen, seien sie konkav oder konvex oder beides, oder treppenförmige Absätze auch wieder in den verschiedensten Kombinationen z. B. auch mit Rundungen.
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Wichtig ist in jedem Fall, dass die Kontur des Kolbens 1, immer denen des Wirbelringes 4, angepasst ist.
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8 zeigt den Kolben 1, den Zylinder 3, mit dem eingelegten Wirbelring 4, sowie die Zylinderkopfdichtung 5, die über den Wirbelring 4, geführt ist. Umlaufkanten wie zuvor.
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9 zeigt den Kolben 1, den in den Zylinder 3, eingelegten, oben abgesetzten Wirbelring 4, in dessen Absatz die Zylinderkopfdichtung 5, eingesetzt ist, die ihrerseits vom Absatz des Zylinderkopfes 6, umschlossen wird. Umlaufkanten wie zuvor.
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10 zeigt den Kolben 1, den Zylinder 3, den darin eingelegten Wirbelring 4, die unten abgesetzte Zylinderkopfdichtung 5, die den Wirbelring 4, oben umschließt, den direkt auf der Zylinderkopfdichtung aufliegenden Zylinderkopf 6. Die Zylinderkopfdichtung 5 könnte ebenso an der Oberseite abgesetzt sein oder sogar auf beiden Seiten, unten und oben. Die beiden oberen Umlaufkanten der Zylinderkopfdichtung 5, sind gestrichelt dargestellt, die übrigen Umlaufkanten wie gehabt.
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Vielerlei unterschiedliche Konstruktionen von Kolben 1, Zylinder 3, Wirbelring 4, der ggf direkt auf die Zylinderfläche (4), aufgelegt ist und z. B. von der Zylinderkopfdichtung geführt ist, sind vorstellbar.
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Auch können die Wirbelringe 4, in einen Rahmen, nicht dargestellt, eingelegt sein, so dass auf diese Weise damit eine ganze Zylinderbank mit Wirbelringen 4, „versorgt” wäre.
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Einen solchen Rahmen könnte z. B. eine Zylinderkopfdichtung 5, abgeben.
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Die Zylinderkopfdichtung 5, könnte sogar ggf in ein Unter- und ein Oberteil geteilt sein, wobei in deren Unterteil z. B. die Wirbelringe 4, eingesetzt wären. Die Wirbelringe 4, könnten eine Gesamtmaske für eine Zylinderbank bilden. Nicht dargestellt!
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11 zeigt einen Wirbelring 4, für einen Zylinder, gestrichelt einen solchen für einen „Quadrozylinder”; außerdem sind runde und eine längliche Öffnung (en,) zu erkennen; Die längliche Öffnung ist hier mit geraden Konturen zu sehen, vorteilhafter waren 3 z. B. gebogene, den Krümmumgen des Außen- bzw. des Innendurchmessers angepasste Linien; die geraden Konturen eignen sich dafür bevorzugt für die Wirbelringe 4, für „Quadrozylinder”.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolben
- 2
- Kolbenring
- 3
- Zylinder
- 4
- Wirbelring
- 5
- Zylinderkopfdichtung
- 6
- Zylinderkopf
- 7
- Achse der Ventile
- Ü
- Überstand des Wirbelrings 4 über den inneren Zylinderrand 3
- d1
- Wirbelringinnendurchmesser
- d2
- Wirbelringaußendurchmesser
- a1
- „Quadrowirbelringmaß” innen
- a2
- ”Quadrowirbelringmaß” außen
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Die Wirbelringe 4, erfüllen zusätzlich mindestens zwei der Aufgaben, die auch die Kolbenringe erfüllen müssen, nämlich die der Wärmeableitung an die Zylinder und die der Gasdichtung.
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Insgesamt wird ein Vorschlag zur Verfügung gestellt, mit dessen einfachen Mitteln Vorteile für Verbrauch, Abgase und Umwelt erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011120980 A1 [0008]
