DE112017005831T5

DE112017005831T5 - Kolben für einen ökologisch sauberen Zweitakt - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112017005831T5
Application number: DE112017005831.7T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-08-08
Also published as: WO2018093279A1; PL235520B1; PL419505A1

Abstract

Der Gegenstand der Erfindung ist der auf einem Kurbelzapfen (10) eingesetzt, Verbrennungsmotorkolben mit variablen Durchmessern, mit Kolbenringen an beiden seinen Enden, dadurch gekennzeichnet, dass die volle Seitenfläche des Kolbens aus mindestens zwei ölgeschmierten Zonen (1,3), sowie aus einer sich zwischen ihnen befindenden, nicht geschmierten Zone (2) besteht, wobei der geschmierte Teil mit einem größeren Durchmesser (3), einen Satz von Kolbenringen enthält, der jeweils aus mindestens einem Abstreifring (4) und einem Dichtring (5) besteht, dagegen im geschmierten Teil des Kolbens mit einem kleinerem Durchmesser (1), befinden sich mindestens zwei gegenüberliegende Abstreifring (6) - und Dichtringsätze (7), zwischen denen befindet sich, verbunden mit den Kanälen, die Öl zuführen (8), ein Schmierelement (9), um eine effektive und gleichmäßige Verteilung des Öls zu gewährleisten.

Description

Gegenstand der Erfindung ist der Kolben eines ökologisch sauberen Zweitakt-Verbrennungsmotors aus dem Bereich der Mechanik. Er kann für die neue Generation von Zweitaktmotoren mit Indikationen für den Einsatz in Autos, Motorrädern, allen Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen, Arbeitsgeräten und stationären Generatoren eingesetzt werden. Verschiedene Lösungen der Kolben für Zweitaktmotoren sind bekannt. Alle derzeit verwendeten Motoren dieses Typs müssen mit Öl geschmiert werden, das dem Kraftstoff zugesetzt wird, obwohl es auch bekannte Versuche gibt, einen Motor mit druckgeschmierten Kolben ähnlich Viertaktmotoren zu bauen. Einer davon ist die Konstruktion eines Kolbens gemäß der Patentanmeldung Nr. P 407765 „Kolben mit Ringen eines Zweitakt - Verbrennungsmotors“. Der Vorschlag ist jedoch zu neu, als dass er bereits anwendbar wäre. Der Kolben des Motors nach der Erfindung unterscheidet sich von dem in der obigen Anmeldung beschriebenen nicht nur durch seine Konstruktion, sondern auch dadurch, dass er auf einen traditionellen Motor mit einer traditionellen Kurbelwelle oder sogar einem Zweizylindermotor angewendet werden kann. Der Kolben weist eine ölfreie Zone auf, die als Wand in der Vorverdichtungskammer dient, ohne dass die Luft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Kammer mit Öl in Berührung kommt. Die Idee eines Kolbens mit dem doppelter Durchmesser ist seit Jahren bekannt. Motoren mit solchen Kolben wurden mit einem größeren Kolbendurchmesser als Vorverdichtungskolben und einem kleineren Durchmesser als Arbeitskolben entwickelt. Dies war eine sehr vorteilhafte Lösung, die im Vergleich zur traditionellen Lösung, bei der das Kurbelgehäuse gleichzeitig die Vorverdichtungskammer war, weil sie die Gewichtsfüllung des Zylinders deutlich verbesserte. Allerdings hatte sie immer noch den grundlegenden Nachteil, dass dem Kraftstoff Öl zugegeben werden musste. Die Lösung dieses Problems basiert auf der Erfindung. Ihre Anwendung wird es ermöglichen, bereits bekannte Konstruktionen von Verbrennungsmotoren zu nutzen, um einen ökologisch sauberen Zweitaktmotor einer neuen Generation zu schaffen. Das Erreichen der Zweitakt-Form des Motorbetriebs erfordert nicht mehr die Zugabe von Öl zum Kraftstoff oder die Verwendung einer völlig anderen Kurbelwelle. Neben den Vorteilen eines solchen Motors in Form der doppelten Leistung und des Drehmoments eröffnet die Lösung nach der Erfindung auch andere Möglichkeiten. Sie ist einfach in der Konstruktion, basiert auf bekannten und bereits bewährten Komponenten und vor allem ist eine ökologisch saubere Lösung, die modernen Viertaktmotoren gleichkommt oder sogar überlegen ist.
Das Wesen der Erfindung ist sehr einfach in der Konstruktion, auf einem Kurbelzapfen eingesetzt, Verbrennungsmotorkolben mit variablen Durchmessern, mit Kolbenringen an beiden seinen Enden, dadurch gekennzeichnet, dass die volle Seitenfläche des Kolbens aus mindestens zwei ölgeschmierten Zonen, sowie aus einer sich zwischen ihnen befindenden, nicht geschmierten, ölfreien Zone besteht, wobei der untere Bereich des geschmierten Teils des Kolbens mit einem größeren Durchmesser, der als Vorverdichtungskolben arbeitet, einen Satz von Kolbenringen enthält, der jeweils aus mindestens einem Abstreifring und einem Dichtring besteht, dagegen im oberen Bereich, mit einem kleinerem Durchmesser, des geschmierten Arbeitsteils des Kolbens, der als Arbeitskolben arbeitet, befinden sich mindestens zwei gegenüberliegende Abstreifring - und Dichtringsätze, so dass das Öl, das die Ringe schmiert, nicht über ihren gemeinsamen externen Rahmen hinausgekommen ist. Zwischen diesen Sätzen befindet sich, mit den Kanälen, die Öl zuführen, verbunden, ein mehrteiliges oder einteiliges Schmierelement in Form eines Rings, Tampons, einer Nut oder Bohrungen, um eine effektive und gleichmäßige Verteilung des Öls zu gewährleisten. Da der Kolben auf einem Kurbelwellenbolzen eingesetzt ist, kann er für die bekannten Lösungen mit einer traditionellen Kurbelwelle verwendet werden. Zwei extreme Schmierzonen erfordern aufgrund der darin eingebauten Kolbenringe eine Ölversorgung. Die obere Zone kann sprühgeschmiert oder druckgeschmiert werden. Das Öl für ihre Schmierung wird über Ölkanäle aus dem Inneren des Kolbens zugeführt. Der obere Ringsatz auf der Seite des Kolbenbodens dichtet den Kolben gegen den Arbeitszylinder ab und verhindert, dass Öl in die Verbrennungskammer gelangt. Der gegenüberliegende Ringsatz auf der Seite der ungeschmierten Zone dichtet den Kolben gegen den Arbeitszylinder ab und verhindert, dass Öl in die ungeschmierte Zone, d. h. in die Vorverdichtungskammer, gelangt. Die mittlere Zone muss nicht nur nicht geschmiert werden, sondern kann überhaupt nicht geschmiert werden. Die Seitenfläche dieses Kolbenteils kommt nicht mit der glatten Oberfläche des Zylinders in Berührung, da sie einen etwas kleineren Durchmesser hat. Sie ist auch eine Innenwand der Vorverdichtungskammer. Das Öl, das in diese Zone gelangt, würde die in den Motor strömende Luft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch verunreinigen. Der größere Durchmesser des Kolbens, der die untere Schmierzone ist, mit dem traditionellen Kolbenringsatz arbeitet in Verbindung mit einem Vorverdichtungszylinder, der die Außenwand der Vorverdichtungskammer bildet.
Diese Ringe sind wie in einem traditionellen Kolben angeordnet und werden mit Öl aus der Kurbelkammer sprühgeschmiert. Diese Anordnung der Ringe dichtet die Vorverdichtungskammer auf der Kurbelkammer-Seite ab und schützt vor dem Eindringen von Öl. Überschüssiges Öl aus beiden Schmierzonen wird durch die Bohrungen im Kolben in die Kurbelkammer abgelassen.
Die Erfindung des Kolbens eröffnet neue Möglichkeiten für die einfache Entwicklung einer ganzen Reihe von ökologisch sauberen Zweitakt-Verbrennungsmotoren der neuen Generation. Deutlich höhere Dynamik, die Verdoppelung von Leistung und Drehmoment, werden erreicht, ohne die mechanischen Belastungen einzelner Motorteile zu erhöhen. Durch die Vermeidung von zwei unnötigen Hüben hat der Motor weniger Innenwiderstand und muss einen Teil der Trägheitskräfte des Kolben-Kurbelwellensystems nicht überwinden. Bei vergleichbarer Leistung werden Autos in der Lage sein, viel kleinere Motoren zu haben, was sich direkt in ihren Produktionskosten niederschlägt. Im Zeitalter der Hybridautos, in dem der Verbrennungsmotor nur eine Hilfsfunktion hat, ist dies besonders wichtig. Nicht ohne Bedeutung ist auch die Leichtigkeit, das Phänomen der Aufladung zu erreichen, ohne zusätzliche Geräte, Steuerungen, Sonderantriebe, Ladeluftkühler und praktisch ohne Kosten. Das Phänomen der Aufladung tritt bereits beim Quotienten des Durchmessers des Vorverdichtungskolbens zum Durchmesser des Arbeitskolbens über 1,4 auf. Es beginnt bei langsamer Drehzahl, hat keine Zeitverzögerung, erfordert keinen zusätzlichen Antrieb, keine spezielle Schmierung und erfordert keinen anspruchsvollen Service. Es ist auch frei von Defekten moderner Turbolader.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt, wobei und einen Kolben eines Zweitaktmotors mit zwei Basisdurchmessern und kompletten Ringsätzen auf einem Kurbelwellenbolzen darstellen. Die Lage der einzelnen Kolbenringe, Schmierzonen und der ungeschmierten Zone wurde dort markiert. Die Pfeile und Beschreibungen zeigen ein Beispiel für einen Ölkreislauf und die Schmierung der Ringe. zeigt die Anwendung von Kolben nach der Erfindung in der exemplarischen Konstruktion eines Zweizylinder-V-Zweitaktmotors.
Die Anwendung der Erfindung wird am Beispiel eines Zweizylinder-V-Zweitaktmotors gezeigt, bei dem Kolben mit doppeltem Durchmesser verwendet werden. Die Vorverdichtungskammer 13 des ersten Zylinders ist über einen Einlasskanal 11 mit der Brennkammer 12 des zweiten Zylinders verbunden. Der zweite Zylinder ist nach dem gleichen Schema mit dem ersten verbunden. Diese abwechselnde Lösung ist notwendig, da beim Aufwärtsbewegen des Kolbens auch die Kapazität der Vorverdichtungskammer abnimmt, während das Füllen des Arbeitszylinders des Zweitaktmotors nur dann möglich ist, wenn die neue Last in den Arbeitszylinder hineingestopft wird, wenn sich sein Kolben in der unteren Position befindet. Daher sollte die Position des Vorverdichtungskolbens in Bezug auf die Position des Arbeitskolbens um einen bestimmten Winkel phasenverschoben werden. Bei den meisten Motoren, V - Motoren oder Reihenmotoren sollte dieser Winkel je nach Konfiguration und Anzahl der Zylinder oder sogar dem Verwendungszweck des Motors zwischen 90° und 180° der Kurbelwellendrehung liegen. Das Saugventil 15 ist ein typisches Ventil, das in Zweitaktmotoren verwendet wird, während das Ventil des Einlasskanals 16 vor unerwünschtem Zurücksetzen der Ladung bereits im Einlasskanal 11 schützt. Motorkolben werden auf zweierlei Weise geschmiert. Die obere Zone ist sprüh- oder druckgeschmiert und die untere Zone ist sprühgeschmiert. Das Öl wird wie bei einem traditionellen Viertaktmotor in das Kurbelkammer 14 zurückgeführt. Es gibt viele Beispiele für Anwendungen der Erfindung. Dies können Mehrzylindermotoren mit unterschiedlichen Konfigurationen, Positionen und Zylinderzahlen sein.

Claims

Auf einem Kurbelzapfen eingesetzt, Verbrennungsmotorkolben mit variablen Durchmessern, mit Kolbenringen an beiden seinen Enden, dadurch gekennzeichnet, dass die volle Seitenfläche des Kolbens aus mindestens zwei ölgeschmierten Zonen (1,3), sowie aus einer sich zwischen ihnen befindenden, nicht geschmierten Zone (2) besteht, wobei der geschmierte Teil mit einem größeren Durchmesser (3), einen Satz von Kolbenringen enthält, der jeweils aus mindestens einem Abstreifring (4) und einem Dichtring (5) besteht, dagegen im geschmierten Teil des Kolbens mit einem kleinerem Durchmesser (1), befinden sich mindestens zwei gegenüberliegende Abstreifring (6) - und Dichtringsätze (7), zwischen denen befindet sich, verbunden mit den Kanälen, die Öl zuführen (8), ein mehrteiliges oder einteiliges Schmierelement (9), um eine effektive und gleichmäßige Verteilung des Öls zu gewährleisten.