DE29613109U1

DE29613109U1 - Kolben mit Eigenoszillation für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE29613109U1
Application number: DE29613109U
Authority: DE
Original assignee: POLLERHOFF HOLGER
Current assignee: POLLERHOFF HOLGER
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2006-07-19

Description

Beschreibung

Kolben mit Eigenoszillation für den Einsatz in Verbrennungskraftmaschinen. Bei Kolben üblicher Bauart ist es erforderlich, daß die Steuerzeiten der Ventile so gewählt sind, daß Einlaß- (EV) und Auslassventile (AV) für eine gewisse Zeit gleichzeitig geöffnet sind. Da die Ventile relativ langsam öffnen und schließen, wählt man die Steuerwinkel der Ventile also größer als es dem Ansaugen und Ausschieben des Kolbens entspricht. Damit erreicht man, daß zu Beginn und Ende des Ansaug- und Ausschubhubs ein kleiner Querschnitt schon bzw. noch offen ist. Das Ende des Auslasses und der Beginn des Einlasses überschneiden sich, d. h. beide Ventile sind gleichzeitig offen. Durch diese Ventilüberschneidung gelingt es, das Abgas aus dem Verbrennungsraum zu entfernen. Die Abgassäule strömt infolge ihrer Trägheit auch dann noch weiter, wenn der Kolben bereits in seinem oberen Totpunkt (OT) steht. Dadurch entsteht im Verbrennungsraum ein Unterdruck und durch das schon offene Einlaßventil (EV) wird frische Ladung angesaugt. Große Ventilüberschneidung ermöglicht eine gute Ausspülung der Restgase, hat aber bei Ottomotoren, ausgenommen Direkteinspritzmotoren, Kraftstoffveriuste und hohe Kohlenwasserstoff Emissionen zur Folge.

Der in den Schutzanprüchen 1 bis 4 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kolben für Verbrennungskraftmaschinen zu entwickeln, der einen ausnutzbaren Verdichtungsraum (Vc) schafft und diesen aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse im Verbrennungsraum variieren kann, so daß er nach dem Arbeitstakt im Aufwärtshub zum oberen Totpunkt (OT), den ursprünglichen Verdichtungsraum (Vc) zusätzlich ausfüllt. Und die Restgasentleerung gegen Ende der Aufwärtsbewegung nicht mehr allein durch die Massenträgheit des Gases erfolgt, sondern annähernd vollständig durch den Kolbenhub erfolgen kann und so die Ventilüberschneidung wesentlich geringer gewählt werden kann, aber durch Ausnutzung des dann zusätzlich entstandenen Ansaugvolumen eine ebenso große frische Ladung angesaugt wird wie das bei herkömmlichen Koibenarten mit einer grösseren Ventilüberschneidung möglich wäre.

Dieses Problem wird mit in den Schutzansprüchen 1 bis 4 angegebenen Merkmalen gelöst.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß die Abgase nicht wie herkömmlich durch große Ventilüberschneidungen und damit verbunden, durch die Ausnutzung der Massenträgheit des Gases, aus dem Brennraum befördert werden, sondern durch Ausschieben der Gase durch den Kolben, da dieser nun beim Ausschieben der Restgase auch den ursprünglichen Verdichtungsraum (Vc) ausfüllen kann. Es wird so ein zusätzliches Ansaugvolumen geschaffen und die Ventilüberschneidung kann nun weiter gesenkt werden. Dadurch bedingt lassen sich Kraftstoffveriuste vermeiden und so die Kohlenwasserstoffwerte im Abgas weiter senken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur A bis H erläutert. Es zeigen :

Fig. A. Position des Kolbens nach dem Ausstoßen der Restgase und unmittelbar vor dem Ansaugen der Fnschgase. Die Auslaßventile (AV) sind geöffnet, die Einlaßventile (EV) geschlossen. Die Druckfedern (4) haben ihre größte Länge im eingebauten Zustand erreicht und drücken das äußere Kolbenelement (2) in den ursprünglichen Verdichtungsraum. Die Restgase werden vom Kolben ausgeschoben. Der Hub des äußeren Kolbenelements (2) wird durch die Längsnut im äußeren Kolbenelement (2) über dem Bolzen (5) begrenzt. Die Einlaßventile (EV) beginnen sich zu öffnen.

Fig. B. Position des Kolbens bei einer 1/4 Umdrehung der Kurbelwelle nach dem Ausstossen der Restgase. Die Einlaßventile (EV) sind geöffnet, die Auslaßventile (AV) geschlossen. Der Kolben bewegt sich zum unteren Totpunkt (UT) hin. Fnschgase strömen in den Zylinder. Die Federn haben immer noch ihre größte Länge im eingebauten Zustand.

Fig. C. Position des Kolbens bei einer halben Umdrehung der Kurbelwelle, nach dem Ausstoßen der Restgase. Da die Federn (4) immernoch ihre maximale Länge im eingebauten Zustand haben, ist das äußere Kolbenelement (2) immernoch an seiner entferntesten Stelle vom inneren Kolbenelement (1). So kann also durch Ausnutzung des ursprünglichen Verdichtungsvolumen beim Ansaugen der Fnschgase nun der gesamte zur Verfügung stehende Brennraum mit Frischgasen gefüllt werden. Wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt (UT) erreicht sind die Einlaßventile wieder geschlossen.

Fig. D. Position des Kolbens bei 3/4 Umdrehung der Kurbelwelle nach dem Ausstoßen der Restgase. Der Kolben bewegt sich wieder zum oberen Totpunkt (OT), Einlaß- und Auslaßventile bleiben weiter geschlossen. Der Gasdruck des Frischgases steigt an und beginnt die Federn (4) über das äußere Kolbenelement (2) zusammenzudrücken.

Fig. E. Position des Kolbens bei einer Umdrehung der Kurbelwelle nach dem Ausstoßen der Restgase. Einlaß- und Auslaßventile bleiben weiter geschlossen. Der Kolben befindet sich an seinem oberen Totpunkt (OT). Der Verdichtungsdruck der Fnschgase hat sein Maximum erreicht, die Druckfedern haben ihre minimale Stauchlänge erreicht. Das äußere Koibeneiement (2) liegt auf dem inneren Kolbenelement (1) auf, so daß der Kraftfluss über beide Kolbenelemente erfolgen kann. Der Verdichtungsraum (Vc) entsteht. Es folgt die Zündung.

Fig. F. Position des Kolbens bei 1 1/4 Umdrehungen der Kurbelwelle nach dem Ausstoßen der Restgase. Einlaß- und Auslaßventile sind weiter geschlossen. Der Verbrennungsdruck treibt den Kolben zum unteren Totpunkt (UT). Die Kraft, die auf den Kolben während des Verbrennungshöchstdrucks einwirkt, wirkt nicht auf die Druckfedern (4).Sie wird über das äußere Kolbenelement (2) auf das innere Kolbenelement (1) über den Bolzen (5) über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen.

Fig. G. Position des Kolbens bei 1 1/2 Umdrehungen der Kurbelwelle, nach dem Ausstoßen der Restgase. Die Einlaßventile (EV) bleiben geschlossen, die Auslaßventile (AV) öffnen sich. Der Druck im Verbrennungsraum sinkt ab. Der Kolben geht zum oberen Totpunkt (OT).

Fig. H. Position des Kolbens bei 1 3/4 Umdrehungen der Kurbelwelle, nach dem Ausstoßen der Restgase. Die Einlaßventile (EV) bleiben geschlossen, die Auslaßventile (AV) sind geöffnet. Durch den absinkenden Druck der Restgase im Verbrennungsraum, expandieren die Federn (4) wieder und bewegen das äußere Kolbenelement (2) vom inneren Kolbenelement (1) fort. Die entstandenen Restgase werden nun vom Kolben über die Auslaßventile (AV) ausgeschoben. Wenn der Kolben den oberen Totpunkt (OT) erreicht hat, haben die Federn wieder ihre maximale Länge im eingebauten Zustand und das äußere Kolbenelement (2) soweit vom inneren Kolbeneiement (1) bewegt, daß das ursprüngliche Verdichtungsvolumen im Brennraum wieder vom Kolben ausgefüllt ist. Die Kurbelwelle hat nun zwei Umdrehungen gemacht und der Prozeß kann erneut beginnen (FIgA).

Die einzelnen Figuren sind in alphabetischer Reihenfolge auch noch einmal in der Übersichtsdarstellung aufgeführt.

Claims

Schutzansprüche

1. Kolben mit Eigenoszülation, insbesondere für den Einsatz in Verbrennungskraftmaschinen, welcher in seinem Inneren mindestens eine Zug- oder eine Druckfeder aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Druckfedern (4) im Kolbeninneren zwischen Kolbenelement (1) und Kolbenelement (2) bei nachlassendem Gasdruck, nach der Verbrennung im Brennraum, expandieren und das äußere Kolbenelement (2) vom inneren Kolbenelement (1) fortbewegen.

2. Eigenoszillierender Kolben nach Schutzanspruch 1

dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Kolbenelement (1) den Druckfedern (4) zwischen Koibenelement (1) und Kolbenelement (2), einen Gegenhalt bietet.

3. Eigenoszillierender Kolben nach Schutzanspruch 2

dadurch gekennzeichnet,

daß bei sich aufbauendem Gasdruck im Brennraum die Druckfedern (4) im Kolbeninneren zwischen Kolbenelement (1) und Kolbenelement (2), über das äußere Kolbenelement (2) wieder zusammengedrückt werden und sich das äußere Kolbenelement (2) auf das innere Kolbenelement (1) legt, so daß die Kraftübertragung über die Kolbenelemente (1) und (2) erfolgen kann.

4. Eigenoszillierender Kolben nach Schutzanspruch 3
dadurch gekennzeichnet,

daß der Hub des äußeren Kolbenelements (2) bei nachlassendem Gasdruck im Brennraum bei der Expansion vom inneren Kolbenelement (1) sich über dem Bolzen (5) durch eine Längsnut im äußeren Kolbenelement (2) begrenzen läßt.