DE112010001995T5

DE112010001995T5 - Drehventilsystem für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE112010001995T5
Application number: DE112010001995T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2013-02-07
Also published as: WO2010151238A4; KR20120016134A; CN102459828A; WO2010151238A1; TR200903671A1; CN102459828B; WO2010151238A8; TR201110855T2

Abstract

Ein Ventilsystem, das betrieben wird durch Rotieren an dem Ventilantriebsmechanismus und die äußere Fläche des Zylinders. Kompression und Verbrennungsdruck werden erhalten durch die Bildung einer Ölfilmschicht zwischen den beiden Flächen, die in Kontakt miteinander sind, wenn die ebene Fläche der Ventil-Luftkanäle mit den Kanälen, die an dem Zylinder angeordnet sind, übereinanderliegt. Die Anwendung von diesem System wird einen Verbrennunsanlauf an Kurbelwinkeln bereitstellen, wobei eine größeres Maß an Drehmoment durch die Kompressionsbildung an einem von dem oberen Totpunkt entfernten Punkt erreicht wird, indem zwei zueinander weisende Kolben innerhalb von Verbrennungsmotoren angeordnet werden.

Description

Diese Erfindung betrifft Einlass-, Auslass- und Kompressionsvorgänge die von einem Verbrennungsmotor benötigt werden und mittels eines drehbaren Ansaugsystems, das auf dem Zylindermantel angeordnet ist, ausgeführt wird.
Die von einem Motor in bekannten Verbrennungsmotoren benötigte Luft, wird durch das Einlassventil zugeführt, das mittels der Nockenwelle angetrieben wird, und die durch die Verbrennung gebildeten Gase werden über das Auslassventil abgeführt. Grundsätzlich ist der höchste Punkt des Innendrucks des Kolbens der obere Totpunkt, wo die Zündung stattfindet, da die gegenwärtig verwendeten Motoren nicht die Möglichkeiten aufweisen, einen Kurbelwinkel zu verschieben. Der Motor kann mit dieser Verbrennungsdruckkraft ein Drehmoment erzeugen, das an dem oberen Winkel der Nockenwelle stattfindet, und erzeugt mit der Bewegung des Kolbens nach unten weiterhin Drehmoment. Da der Kurbelwellenwinkel verhältnismäßig klein ist, ist es nicht möglich, diese Kraft, die an dem höchsten Punkt der Verbrennung gebildet wird, an die Kurbelwelle als großes Moment abzugeben. Wohingegen während der Kolbenbewegung in Richtung des unteren Totpunktes das durch den Verbrennungsmechanismus gebildete Hochdruckverbrennungsgas aufgrund einer Volumenvergrößerung seinen Druck verliert und eine Motordrehmomentabnahme an dem 90 Grad Kurbelwinkel, an dem das größte Moment anliegt, bewirkt. Da sich der Ventilmechanismus in derzeit verwendeten Motoren oberhalb der Verbrennungskammer befindet, ist es nicht möglich, deren Mechanismen zu montieren, die die Motoreffizienz erhöhen können. Aus diesem Grund führen Entwickler bestimmte Untersuchungen über die Produktion von effizienteren Motoren mit komplexen Mechanismen durch. Ähnliche Rotationsysteme werden in den Patentdokumenten mit den Nummern US 005205251A , US 5000136 , CA 1279018 und EP 0295823 verwendet und keine von diesen Patentdokumenten weisen Luftzuführungen von dem Zylindermantel auf, die eine vorteilhafte Strömung bereitstellen. Weiterhin erfordert ihre derzeitige Struktur eine überaus große Anzahl an mechanischen Teilen.
Mit dem empfohlenen System wird mittels dem um den Zylindermantel positionierten Drehventilsystem der obere Teil des Zylinders frei gelassen, indem das das Ventil beim Einlass, Auslass und der Kompression geschlossen bleibt. Ein zweiter Kolbenmechanismus, der an dem oberen Teil des Zylinders positioniert ist ermöglicht es, den Kompressionspunkt zu verschiedenen Punkten von dem oberen Totpunkt in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel durch eine Bewegung in Richtung des unteren Kolbens zu verschieben.. Der Mechanismus, der zum Erreichen der Aufgabe der Erfindung verwendet wird, wird in den beigefügten Figuren gezeigt, wobei
1 – eine dreidimensionale Schnittansicht des Drehventilmechanismus ist.
2 – eine Ansicht des Einlassstartintervalls der Schnittansicht des Zweikolbenmotors mit einem Drehventil ist.
3 – ein Graph des Kolbenpositionier-Kurbelwellenwinkels des Zweikolbenmotors ist, wobei der Kurbelwellenwinkel davon verschoben ist.
4 – ein Vergleichsgraph ist, der den Moment-Kurbelwinkel von einem aktuellen Motor, der den gleichen Kolbendurchmesser und Kompressionsverhältnis in Bezug zu den Momentwinkel aufweist, vergleicht mit demjenigen eines Motors, der einen verschobenen Kurbelwinkel aufweist.
Die Bauteile in den Figuren sind nummeriert und ihre Äquivalente sind im Folgenden definiert.
Bezugszeichenliste

1: Drehventil
2: Ventilwelle (Cam following shaft)
3: Zylinder
4: Unterer Kolben
5: Oberer Kolben
6: Zündkerze
7: Oberer Motorblock
8: Unterer Motorblock
9: Obere Abdeckung des Motors
10: Luftfilter
11: Injektor
12: Kurbelgehäuse
13: Untere Kolbenkurbel
14: Obere Kolbenkurbel
15: Untere Verbindungsstange
16: Obere Verbindungsstange

Der Drehventilmechanismus besteht aus drei Bauteilen, die miteinander verbunden sind und an dem oberen (7) und unteren (8) Abdeckungen des Motors (2) wie in 1 in einer dreidimensionalen Ansicht gezeigt positioniert sind. Das Drehventil, das Luftströmungskanäle und Antriebzähne (1) aufweist, besteht aus einem Zylindermantel, der das Drehventil mittels der darauf angeordneten Kanäle antreibt, und welcher Luftströmungskanäle aufweist und montiert ist, sodass er eine Aussparung aufweist, um ihm zu ermöglichen in Richtung der Ventilwelle und der Ventilgruppe zu gleiten.
Die Ventilwelle (2), die durch die Kurbelwelle angetrieben ist, rotiert die Zähne des Ventils mittels den Kanälen, die mit dem Motorwinkeln konform sind, und ändern in dieser Art und Weise die Position des Drehventils (1), das an dem Zylinder angeordnet ist. Demzufolge soll die Motoreinlassphase in Bezug zu dem Motorwinkel erfolgen (2), wenn das Ventil (1) rotiert und seine Luftströmungskanäle, die an seinem oberen Abschnitt angeordnet sind, sich mit den Luftströmungskanälen des Zylindermantels (2) überlagern. Die Kanäle, die an dem Drehventil in schräger Art und Weise geöffnet sind, ermöglichen es, dass Luft in den Zylinder in einer rotierenden Art und Weise während der Einlassphase gelangt. Auf diese Weise wird ein Kraftstoff- und Luftgemisch gleichmäßig in dem Zylinder verteilt und eine effektivere Verbrennung wird erreicht. Die Kompression erfolgt, wenn das Ventil (1) rotiert, um die ebene Fläche zwischen dem oberen Einlass und den unteren Auslasskanälen zu ermöglichen, so dass die Luftkanäle des Zylinders (2) geschlossen sind und der Ölfilm beginnt, Impermeabelität darzustellen und die Motorauslassphase wird erfolgen, wenn das Ventil (1) rotiert, um seinen unteren Kanäle zu ermöglichen, die Luftkanäle (2) des Zylinders (2) zu schließen.
Wenn der Einlass- und Auslassbetrieb an den Seitenwänden des Zylinders erfolgt, ist es möglich einen zweiten Kolben an dem oberen Teil des Zylinders anzuordnen, welcher die Kurbel zu verschiedenen Winkeln bewegen kann, was ein größeres Drehmoment bei dem Verbrennungsanlauf (2) erzeugt. In dieser Art und Weise kann der zweite Kolben, der in dem Bewegungsphasenunterschied ist, wenn der untere Kolben (4) den oberen Totpunkt durchläuft, dem unteren Kolben von dem oberen Abschnitt (5) durch die Kompression der Luft in dem Zylinder (3) folgen. Das Kraftstoff-Luftgemisch, das durch Verschieben von dem oberen Totpunkt innerhalb des Zylinders verdichtet wird, wird mittels einer Zündkerze (6) gezündet, welche ähnlich an der Seitenwand positioniert ist, und in dieser Art und Weise wird Verbrennungsdruck erreicht (3 – Position I). Der erreichte Druck wird im Zylinder mittels des Ölfilms erhalten, der an der ebenen Fläche zwischen den Kanälen, die an der Zylinderfläche geöffnet sind, und den Kanälen des Ventils (1), die in Kontakt mit dem Zylinder (2) sind, angeordnet ist. In diesem Moment ist der durch den Ölfilm bereitgestellte effektive Druck an der Impermeabelität reduziert, da die obere Kolbenspitze (5) an dem Luftkanalbereich passiert. Der Druck in dem Zylinder bewirkt ein Rückwärts-Moment, da der untere Kolben den Druck nach unten drückt, und der gleiche Druck eine nach oben wirkende Kraft auf den oberen Kolben (5) ausübt, welcher sich weiterhin nach unten bewegt. Da jedoch die untere Kolbenkurbel (13) einen größeren Momentenarm und -winkel aufweist als diejenigen der oberen Kolbenkurbel (14), dreht sie den Motor weiter. Dieser Prozess läuft derart weiter, dass der Momentenunterschied das Moment des unteren Kolbens vergrößert, während sich der obere Kolben in Richtung des unteren Totpunktes bewegt. Danach, wenn sie sich nach oben auf den oberen Kolben (5) bewegt, beginnt die Kraft, die zusammen mit dem an dem oberen Kolben (15) zentrierten Druck gebildet wird, ein Drehmoment an der oberen Kurbelwelle (14) zu erzeugen. Dabei beginnt die obere Kurbelwelle (14) ein Moment an die Motorkurbel zu geben in Proportion zu seinem Hub. Da der Verbrennungsdruck sich aufgrund von Volumenausdehnung verringert, die durch den Ausdehnungshub bewirkt wird, wird sichergestellt dass der Momentenabfall in dem Motor in nahe eines hohen Niveaus gehalten wird, wenn die Kolbenfläche verdoppelt wird. Auf diese Art und Weise wird der Zweikolbenmotor, der einen verschobenen Kurbelwinkel aufweist, sicherstellen, dass der Motorkurbelwinkel ein langdauerndes und großes Moment bei optimalen 90 Grad (ca.) bereitstellen wird, ohne den hohen Druck direkt zu einem großem Moment (4) umzuwandeln, welcher bei der Anfangsphase während der Verbrennung gebildet wird. In 4 wird der entsprechende Unterschied zwischen einem Kurbelwellenwinkel von berechneten Drehmomentwerten, die zu herkömmlichen Motoren mit ähnlichen Charakteristiken gehören, und einem empfohlenen Motor, der einen verschobenen Winkel aufweist, gezeigt. Im Vergleich mit herkömmlichen Motoren werden in Zwei-Kolbenmotoren mit Kurbelwellenwinkeln von 60–110 Grad aufgrund der Veränderungen des Verbrennungspunktes größere Drehmomentwerte erreicht. Danach wird die Abführung begonnen, wenn die Ventilwelle beginnt zu rotieren, und in dieser Art und Weise die Kanäle, die an der unteren Fläche angeordnet sind, sich in Richtung der an dem Zylinder angeordneten Kanäle öffnen (3 – Position II). Die Auslassphase ist abgeschlossen, wenn der untere (4) und obere (5) Kolben nahe der Kanäle entlang gleiten. Die Einlassphase beginnt, wenn die Ventilwelle (2) des Ventils (1) beginnt ihre Position durch Rotieren entsprechend eines geeigneten Winkels der Kurbelwelle zu verändern, und in dieser Art und Weise die Zylinderkanäle an den Kanälen, die mit der oberen Fläche des Ventils verbunden sind, übereinanderliegen (3 – Position III). Ein Darstellung des Motors in diesem Moment ist in 2 gezeigt. Aufgrund seiner Position liegt das Ventil (1) in derselben Achse wie die Kanäle, die an dem Zylinder (3) angeordnet sind. Der Lufteinlass beginnt wenn der untere Kolben (4) beginnt sich in Richtung nach unten zu bewegen, und in diesen Moment wird Luft von dem Luftfilter (10) angesaugt und zwischen den oberen Motorblock (7) und die obere Abdeckung (9) geleitet. Wenn die Luft sich in Richtung des Zylinders bewegt, wird der Kraftstoff in die absorbierte Luft mittels der Injektors gesprüht. Wenn sich die Kolben in entgegengesetzte Richtungen bewegen, wird der Zylinder homogen mit Kraftstoff-Luftgemisch mittels der Kanäle gefüllt, die an dem Ventil (1) in schräger Art und Weise positioniert sind. Die Kompressionsphase beginnt, wenn das Ventil (1) rotiert und seinen geeigneten Winkel wiederherstellt, und in dieser Art und Weise sicherstellt, dass der Ölfilm zwischen dem Zylinder und der Ventilfläche gebildet wird (3 – Position IV). Der untere (4) und der obere (5) Kolben verdichten die Luft im Zylinder. Die Arbeitsphase wird wieder beginnen, wenn das Kraftstoff-Luftgemisch, das in dem Zylinder verdichtet ist, mittels einer Zündkerze (6), die an der Seitenwand des Zylinders positioniert ist, gezündet wird (3 – Position I).
Diese Erfindung wird im Wesentlichen mit den Verbesserungen, die unten angegeben sind, realisiert werden:

– Ein größeres Motordrehmoment wird im Vergleich zu späten Verbrennungsvorgängen und Motoren mit ähnlichen Kolbendurchmessern erreicht werden.
– Die Unwirtschaftlichkeit von herkömmlichen Motoren bei niedrigeren Drehzahlen, die bei 15% liegt, wird durch niedrigen Kraftstoffverbrauch und stabile Verbrennung überwunden.
– Eine hohe Momentenkennlinie wird trotz dem Druckabfall in der Verbrennungskammer, wenn sich die Druckfläche mit der Bewegung des oberen Kolbens in Richtung nach oben der Größe nach verdoppelt, erreicht werden.
– Es wird möglich sein, dass alternative Kraftstoffe wie Wasserstoff, die aufgrund ihrer rapiden Entflammbarkeit instabil verbrennen, angemessen in einer gleichmäßigen Art und Weisemittels dem Kurbelwinkel, der in Abhängigkeit von dem oberen Totpunkt verschoben wird, verbrannt werden können.
Bei großer Drehmomenterzeugung wird es möglich sein, Motoren zu erzeugen, die weniger Zylinder und kleinere Kolbendurchmesser aufweisen und somit weniger Raum einnehmen.
– Durch die Verringerung von thermischen Ineffizienzen wird ein geringerer Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu Motoren, die ähnliche Leistungen aufweisen, erzielt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 005205251 A [0002]
US 5000136 [0002]
CA 1279018 [0002]
EP 0295823 [0002]

Claims

Ein Drehventilsystem für Verbrennungsmotoren dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst eine Ventilwelle (2), die mit der unteren Kurbelwelle (13) zusammenwirkt, einen Zylindermantel (3) mit Luftkanälen, die an der Fläche des Ventils (1), das ebenfalls Luftströmungskanäle aufweist, die zwischen dem unteren (7) und oberen (8) Motorblock positioniert sind, angeordnet sind, und welches auf diese Weise Luftbewegungen während den Einlass-, Kompressions- und Auslassphasen bereitstellt mittels Rotieren und Positionieren der Kanäle, die an der äußeren Fläche des Zylinders (2) angeordnet sind, und den Kanälen, die an dem Ventil in angeordnet sind, bei unterschiedlichen Motorwinkeln.
Ein Drehventilsystem (1) gemäß Anspruch 1, welches die Rotationsbewegung, die es von dem Kurbelwinkel erhalten hat, an das Ventil (1) abgibt, um die Winkelgenauigkeit seines Antriebs zu erreichen, und welches einen Ventilmechanismus (2) aufweist, der Kanäle aufweist, in die die Ventilzähne eingreifen.
Ein Motor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlöcher mit der ebenen Fläche, wo die Ventilluftkanäle angeordnet sind, ausgerichtet sind, und Impermeabelität mittels des Ölfilms bereitgestellt ist, der an den beiden Flächen angeordnet ist, um den Gasdruck, der nach der Explosion während der Arbeitszeit des Motors gebildet wird, zu erhalten.
Ventilstruktur gemäß Anspruch 1, wobei der Zündwinkel des Motors zu Winkeln verschoben wird, die ein größeres Moment gewährleisten, durch Positionierung von Kolben, die getrennt in untere und obere Bereiche des Zylinders bewegbar sind.
Gemäß Anspruch 1 bis 4, wobei die Bewegung des oberen Kolbens nach oben, die ein positives Moment bildet, mit dem Moment korrespondiert, wenn die Kolben divergieren und sich somit der Druck in dem Zylinder verringert, wodurch hohe Drehmomentkurven in Motoren durch die Verdopplung der Kolbenfläche erreicht werden.
Ein Ventil (1) gemäß Anspruch 1 mit Kanälen, die schrägen geöffnet sind, um eine homogenere Verteilung eines Kraftstoff-Luftgemisch innerhalb des Zylinder bereitzustellen.