DE102016004471A1 - Process for linear compression and high pressure expansion - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben ohne Pleuel und Kurbelwelle auf einer Hubbewegung linear geführt wird.Method for linear compression expansion, characterized in that a piston without connecting rod and crankshaft is guided linearly on a lifting movement.

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.The current state of the art is dominated in the field of internal combustion engines from the four-stroke process, the first clock is the suction in the cylinder, in the second cycle the compression, in the third cycle the combustion and parts expansion, in the 4th stroke of the expansion and on the Stroke to the next suction, the rest of the remaining exhaust gas is completely ejected.

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.For this process, the crankshaft with the connecting rod and the piston requires two complete 360-degree crankshaft revolutions. For the charge change so two piston strokes, which can not be used for work, needed.

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.The exhaust valve opens before bottom dead center (UT), with the gas flowing out at the speed of sound through the exhaust valve and the residual gas being expelled from the piston, the exhaust valve is closed when the piston reaches top dead center (TDC).

Mit dem Öffnen des Einlassventils in (OT) und dem Kolbenweg nach (UT) beginnt ein neues Viertaktverfahren nach dem Otto-Prozess.With the opening of the inlet valve in (OT) and the piston stroke to (UT), a new four-stroke process begins after the Otto process.

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.The obvious disadvantage lies in the unused two piston strokes, the unused excess pressure in the exhaust gas and the torque reduction in the flywheel during suction, compression and ejection. Furthermore, further torque is reduced by the piston tilting and the resulting friction.

Aufgabe der Erfindung ist es mit weniger Reibung und geringeren Drehmomentverlusten ein vollständiges Viertaktverfahren zu zeigen, welches über nur eine Umdrehung der Antriebswelle abläuft.The object of the invention is to show a complete four-stroke process with less friction and lower torque losses, which runs over only one revolution of the drive shaft.

Die Merkmale des Verfahrens sind im Oberbergriff des Patentanspruchs 1 und 2 enthalten.The features of the method are included in Oberbergriff of claim 1 and 2.

Aus dem dargestellten Verfahren resultiert ein Viertakt-Otto-Prozess in einer vereinfachten Darstellung bei einer Umdrehung der Antriebswelle.From the illustrated method results in a four-stroke Otto process in a simplified representation during a revolution of the drive shaft.

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.The piston travels from (UT) to (OT) through a linearly guided device, displacing the cylinder space from the residual gas via the outlet valve. The way the piston travels is three-thirds of the maximum distance from (UT) to (OT). After reaching the top dead center, the exhaust valve is closed.

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.Due to the linearly guided device, the piston of (OT) is pulled about one third the maximum distance in the direction (UT), wherein the inlet valve is opened on the route and at the same time a fuel-air mixture is sucked into the existing one-third cylinder space.

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.After the intake and closed inlet valve, the linearly guided device moves the piston in the direction (OT) again, where after reaching the ignition, the compressed fuel-air mixture is ignited.

Nach Überschreiten des oberen Totpunktes expandiert das Verbrennungsgas und drückt den Kolben nun über die drei Drittel Wegstrecke zum unteren Totpunkt.After exceeding the top dead center, the combustion gas expands and now pushes the piston over the three-thirds distance to bottom dead center.

Auf dem Weg des Kolbens zum unteren Totpunkt gibt der Kolben über die linear geführte Vorrichtung ein großes Drehmoment an die zentrale Antriebswelle ab.On the way of the piston to the bottom dead center of the piston via the linear guided device from a large torque to the central drive shaft.

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.With this representation of the four-stroke Otto process in one revolution of the drive shaft and the associated further optimal use of the fuel and the concomitant exhaust gas improvement, a path is possible that was previously unthinkable.

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.In a particularly advantageous embodiment, further linearly guided devices with the associated piston can be arranged at intervals of one hundred and twenty degrees about the central drive shaft. This ensures that three complete four-stroke processes run one after the other during one shaft revolution.

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.If such an embodiment is selected, the additional construction cost in relation to the power is extremely low and cost-intensive, as well as a significant weight saving in the overall balance is available.

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.An internal combustion engine according to the described method with three linearly guided devices can replace a crankshaft engine with 6 cylinders, of course, a much lower construction cost is required and the fuel consumption and the exhaust gas includes significantly improved values.

Claims (10)

Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben ohne Pleuel und Kurbelwelle auf einer Hubbewegung linear geführt wird.Method for linear compression expansion, characterized in that a piston without connecting rod and crankshaft is guided linearly on a lifting movement. Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung den Kolben linear zwischen einer Zentralwelle und einem oberen Totpunkt bewegt. Method for linear compression expansion, according to claim 1, characterized in that a device moves the piston linearly between a central shaft and a top dead center. Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich der untere Totpunkt in der Nähe der Wellenachse befindet.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 2, characterized in that the bottom dead center is in the vicinity of the shaft axis. 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.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 3, characterized in that the piston between the bottom dead center and the top dead center in a distance of three-thirds is linearly movable. 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.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 4, characterized in that the piston on the three-thirds way from bottom dead center to top dead center expels residual gas through the exhaust valve. 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.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 5, characterized in that the exhaust valve is closed at top dead center and is sucked through the inlet valve fuel-air mixture in the third cylinder suction movement of the piston in the direction of bottom dead center in the resulting cylinder space. Verfahren zur linearen Verdichtung-Expansion, nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil nach Ende vom Saugvorgang geschlossen ist.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 6, characterized in that the inlet valve is closed after the end of the suction process. 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.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 7, characterized in that the piston is again pressed over the linear guided device to top dead center, the fuel-air mixture is compressed and is brought about a spark plug to the explosion. 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.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 8, characterized in that the expanding combustion gas presses the piston in the direction of bottom dead center over the resulting pressure and outputs over the full three-thirds way torque to the drive shaft. 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.Method for linear compression expansion, according to claim 1 to 9, characterized in that the suction and compression space claimed about one-third of the working space of about three-thirds, with other room size ratios have the function.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11930855B2 (en) 2017-10-25 2024-03-19 Joyetech Europe Holding Gmbh Electronic cigarette

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