DE2122523A1 - Verbrennungsmotor mit einer verbesserten Verbrennung des Gasgemisches und einem geringeren Gehalt an schädlichen Gasen und Kohlenwasserstoffen im Abgas - Google Patents

Description

• Bezeichnung;: "Verbrennungsmotor mit einer verbesserten Ver= brennung des Gasgemisches und einem geringeren Gehalt an schäddlichen Gasen und Kohlenwasser= stoffen im Abgas." Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ver= brennungsmotor mit einer verbesserten Verbrennung des Gas= gemisches. Insbesondere bezieht sie sich auf einen sowohl nach dem Otto- als auch nach dem Dieselverfahren arbeiten= den neuen Verbrennungsmotor, sei es ein Zweitakter sei es ein Viertakter, der durch eine verbesserte Verbrennung des Gas gemisches und eine bessere Annäherung des wirklichen Arbeits= zyklus an den theoretischen gekennzeichnet ist.
• Es ist bekannt, dass man bei Verbrennungsmotoren -trotz der zahlreichen Verbesserungen, die bisher in den ver= schiedenen Zufuhrsystemen durchgeführt worden sind - immer noch sehr weit von den für eine vollkommene Verbrennung er= forderlichen optimalen Bedingungen entfernt ist. Daraus folgt ein grösserer Kraftstoffverbrauch,und ausserdem beträgt der Gehalt an Kohlenoxyd und. an unverbrannten Kohlenwasserstoffen mehr als 1% bzw. O,2O im Auspuffgas von Kraftfahrzeugen mit Viertaktmotor, wobei bei Zweitaktmotoren diese Anteile noch grdsser sind.
• Bekannt ist auch, dass das Kohlenoxyd und die unter brannten Kohlenwasserstoffe nicht nur einen unausgenützend Teil des Gasgemisches darstellen, sondern auch gesundheits.
• schädlich sind. Insbesondere wirkt sich das Kohlenoxid aufgrund seiner Reaktion mit dem Hämoglobin sehr giftig aus, während den Kohlenwasserstoffen, insbesondere den Benzolkohlenwasser= stoffen, normalerweise eine krebserregende Wirkung zugeschriei ben wird. Andererseits sind die zahlreichen bisher zur Besei=* tigung dieser schädlichen Gase vorgeschlagenen Systeme ( wie Nachverbrennung' Rücklauf der Auspuffgase usw.> - wobei gleicht zeitig auch ein verminderter Kraftstoffverbrauch angestrebt wird - noch nicht ausreichend verbessert, und sie verlangen zahlreiche Abänderungen der Antribsmaschinen sowie zusätzliche Vorrichtungen, die umständlich und teuer sind.
• Man hat nun gefunden, dass der Hauptgrund für diese mangelhafte Verbrennung hauptsächlich in der äusserst begrenz= ten Mindestzeit liegt, die für die Verwirklichung der op= timalen Mischungs- und Verbrennungsbedingungen zur Verfü= gung steht. Dies ist deutlich erkennbar wenn man bedenkt, dass ein mit 5000 U/min arbeitender Motor beim Verbrennungs= hub einen Bogen von 300 um den oberen Totpunkt in weniger als einer Millisekunde durchläuft. Daraus ergibt sich eine beträchtliche Raumveränderung während des Verbrennungshubs, wogegen die Verbrennung bei Ottomotoren theoretisch bei -gleichbleibendem Raumstattfinden sollte. Ausserdem kann die Vollendung der Verbrennung nicht innerhalb der obenerwähnten beschränkten Zeiträume erfolgen, sodass man bei Ottomotoren,um ein regel= mässiges -Arbeiten zu erreichen bei hohen Drehzahlen eine 30-35° betragende Zündvorverstellung vornehmen muss, während man zur Ausnutzung der ganzen Verbrennungsmittelladung (Sauer= stoff), die den Zylindern zugefthrt worden ist, und zur Errei= chung der höchstmöglichen Leistung gezwungen ist, den Zylin= dern ein reiches Gemisch zuzuführen, wobei der Verbrauch gesteigert wird.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu= grunde, einen neuen Verbrennungsmotor zu schaffen, der den Zustand des Gasgemisches verbessert und daher ein wirschaft= licheres Dasieren des Kraftstoffes erlaubt.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einaiNotor zu schaffen, bei dem die Nuxtzzeit ftlr eine bessere Verbrennung verlängert wird, sodass eine wesentliche Vermin= derung des Gehaltes an Kohlenoxyd und unverbrannten Kohlen= wasserstoffen im Abgas von Verbrennungsmotoren erreicht wird.
• Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen mit wenigstens einem Zylinder und einem mit der Antriebswelle verbundenen Kolben versehenen Verbrennungsmotor gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hubraum jedes Zylinders auf ein Paar nebeneinanderliegen de Zylinder verteilt ist, die eine gemeinsame Verbrennungs= kammer besitzen und deren Kolben mit der Antriebswelle derart verbunden sind, dass während eines gewissen Drehbogens der Welle die Kolben die entsprechenden oberen Totpunkte in auf= einanderfolgenden Zeiten erreichen, wobei der Raum der Ver= brennungskammer nahezu gleich bleibt.
• Weitere Zwecke, Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemässen Verbrennungsmotors werden dem Fachmann aufgrund der folgenden ausführlichen Beschreibung einiger Ausführungsformen verstndlich, die als Beispiele und keines= wegs einschränkend aufgeführt werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
• Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines nach dem Zweitaktverfahren arbeitenden Motors gemäss vorlie= gender Erfindung; und Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines nach dem Viertaktverfahren arbeitenden Motors gemäss vorlie= gender Erfindung.
• Es ist selbstverständlich, dass ausser den beiden in den beigefügten Zeichnungen gezeigten und im folgenden beschriebenen Ausführungsformen andere Konstruktionsvarianten des erfindungsgemässen Motors möglich sind, und zwar je nach dem dem Motor eigenen Kreisprozess und der Art und Anwendung~~~ des Motors selbst.
• In Figur 1 wird eine entlang einer zur Motorachse senkrecht verlaufenden Ebene genommene Schnittansicht einer möglichen Ausfthrungsform eines erfindungsgemässen Motors mit Zweitaktverfahren dargestellt. Gemäss dem grundlegenden Merkmal der Erfindung, wurde der Hubraum des Zylinders in zwei parallele Zylinder aufgeteilt, die eine gemeinsame Ver= brennungskammer besitzen, wobei derjenige dem Kolben 1 und dem Pleuel 2 zugeordnete Zylinder der Auslasszylinder und derjenige dem Kolben 3 und dem Pleuel 4 zugeordnete Zylinder der Einlasszylinder ist. Die beiden Kolben sorgen somit für die Öffnung und Schliessung der Auslass- bzw. Einlassöffnungen.
• In Figur 1 sind der Kolben 1 und dãs~Pleuel 2 des Auslass= zylinders mit Vollinie und ddr Kolben 3 und der Pleuel 4 des Einlasszylinders mit Strichlinie eingezeichnet.
• Es ist klar, dass die Stellung der Antriebswelle, wenn sich der Kolben 1 am oberen Totpunkt befindet, wobei diese Stellung in der Figur mit P1 bezeichnet ist, nicht mit der angenommelnen Stellung P2 in dem Augenblick übereinstimmt, in dem sich der Kolben 4 an seinem oberen Totpunkt befindet. Zwischen den beiden Totpunkten durchlauft die Antriebswelle den Dreh= winkel α, währenddessen der Raum der Verbrennungskammer 5, die den beiden Zylindern gemeinsam ist, praktisch gleich bleibt. Nachdem der Kolben 1 seinen oberen Totpunkt erreicht hat und.seinen Abwärtshub mit nachfolgendem Zunehmen des Verbrennungskammerraumes beginnt, ist der Kolben 3 tatsächlich noch im Begriff bis zu seinem oberen Totpunkt zu steigen, wobei er eine Verminderung des Raumes des ihm zustehenden Teiles der Verbrennungskammer bewirkt. Man hat somit beim Durchlaufen des Drehwinkels OL der Antriebswelle zwei Änderungen des Gesamtraumes der Verbrennungskammer 5 mit entgegengesetztem vorzeichen, jedoch im absoluten Wert fast gleich ,weshalb der Raum der Verbrennungskammer während der gesamten Zeit in der die Antriebswelle den Winkel asc durchläuft,praktisch konstant bleibt.
• In Figur 1 ist eine Ausführung dargestellt, in der die Achsen der beiden gekuppelten Zylinder parallel oder leicht geneigt mit Bezug auf die durch die Antriebsachse verlaufende mittlere Längsebene liegen. Es ist auch eine Variante dieser Ausführung vorgesehen, nach welcher ~~~ die gekuppelten Zylinder, die eine einzige gemeinsame Verbrennungskammer au£= weisen, auf der Längsebene des Motors aufgerichtet angeordnet sind. In diesem Fall wird die Massnahme getroffen, die Kurbel= zapfen, auf welche die Pleuel der gekuppelten Zylinder einwir= ken, versetzt vorzusehen, so daß man die gewünschte Versetzung der Totpunkte der entsprechenden Kolben erhält.
• Mit beiden oben aufgeführten Lösungen erreicht man ausser der Versetzung der Totpunkte der Kolben der gekuppelten Zylinder den Vorteil, dass sowohl die Offnung als auch die Schliessung der Auslassöffnungen gegenüber der Öffnung und Schliessung der Einlassbffnungen vorgestellt sind. Hierbei wird der Verlust an frischem Gemisch, der bei den herkömmli= chen Motoren durch die Auslassöffnungen eintritt , offensicht= lich vermindert. Dies wurde in Figur 1 als Funktion des Dreh= winkels der Antriebswelle 6. durch Eintragen der beiden B6gen S und A, die den Auslass- bzw. Einlasshub zeigen, dargestellt, wobei deren Anfangspunkte AS und AA bzw. Endpunkte CS und CA um einen Winkel ß bzw. f versetzt sind. Die Maßnahme , den Verschluss der Auslassbffnungen (bei CS) etwas vorzeitig (Winkel γ ) gegenüber dem Verschluss der Einlassöffnungen (bei CA) vorzusehen, ermöglicht neue und äusserst vorteil hafte Arbeits- und Spülbedingungen. Man hat tatsächlich weit geringere Verluste beim Auslassen und erreicht eine bessere Füllung aufgrund des Ruhedrucks des Zufuhrstromes des Ge= misches in den beiden gekoppelten Zylindern.
• im Fall von Viertaktern kann die Erfindung-neben den beiden beschriebenen Ausfilhrungen für Zweitakter, natür= lich mit den nötigen Abänderungen, eine weitere in Figur 2 dargestellte Ausführungsform annehmen.
• Nach dieser Variante ist der Hubraum Jedes Zylinders in zwei Zylinder aufgeteilt, die zueinander parallele oder um einen kleinen Winkel geneigte Achsen besitzen,wobei die Ebene dieser Achsen senkrecht zur Motorachse liegt. Die Ver= brennungskammer 5 ist auf der Mittellinie der beiden gekuppel= ten Zylinder vorgesehen,und das Kurbelgetriebe besteht aus einem dem Kolben 1' zugeordneten Hauptpleuel 2' und aus einem dem Kolben 3' zugeordneten Nebenpleuel 4S, der auf einem Bolzen 7 angelenkt ist, der an dem Ende des Hauptpleuels befestigt ist.
• Wie in Figur 2 gezeigt, durchläuft der Gelenkbolzen 7 des Neben pleuels 4' eine Ellipse während der Pleuelfuss eine volle Drehung um die Motorachse vollbringt. Es ist weiterhin klar, dass der Hub des Kolbens 3' grösser ist als der des Kolbens 1' und dass die beiden oberen Totpunkte nicht zusammenfal= len, d.h. die beiden Kolben 1' und 3' erreichen nicht in demselben Augenblick ihren oberen Totpunkt. Bei der Ausführung gemäss Figur 2 besteht - ausschliesslich als nicht einschrtnkendes Beispiel gegeben - eine Versetzung der zwei Totpunkt um ca. 260. Im allgemeinen hat der Versetzungswinkel Werte zwischen 10 und 350, Wie schon zuvor gesagt, bleibt bei Zweie taktern der Raum der Verbrennungskammer'während die Antriebs= welle 6 diese Umdrehung vollbringt, praktisch unverändert, wodurch eine bessere Mischung und eine vollkommenere Verbrennt nung des Gasgemisches begünstigt werden.
• Daraus folgt, dass man während des Verbrennungs= hubs dem idealen Arbeitszyklus, nach welchem diese Umwandlung bei konstantem Raum stattfinden sollte, sehr nahe kommen was einen Zustand darstellt, der bei den herkömmlichen Motoren bei weitem nicht erreicht wird. Durch diese Nassnahme ist auch die notwendige Zdndversteilung von weit geringerem Wert gegenüber den Winkelwerten,die bei den herkömmlichen Motoren verlangt werden, und weniger veränderlich in Ab= ahängigkeit von Drehzahlbereich~~ des Motors, wobei bei hohen Drehzahlen der.Voreilungswinkel,um eine gerade befriedigende Verbrennung zu erreichen, beträchtlich sein musste.
• Mögliche weitere Ergänzungen und/oder Änderungen kennen von Fachleuten an den obenbeschriebenen und darge= stellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Motors vorgenomeen werden, wobei im Rahmen der Erfindung geblieben wird. Die Aufteilung des Hubraums in zwei gekoppelte Zylinder kann tatsächlich auf Jede vom konstruktiven und technologi= schen Standpunkt mögliche Art und Weise erfolgen und am vorteilhaftesten unter Berilcksichtigung des Verfahrens, des Typs und der Verwendung des Motors.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder und einem mit der Antriebswelle verbundenen Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubraum jedes Zylinders auf ein Paar nebeneinanderliegende 7ylinder verteilt ist,.die eine gemeinsame Verbrennungskammer (5) besitzen und deren Kolben (1,3) mit der Antriebswelle/derart verbunden sind, dass während eines gewissen Drehbogens der Welle die Kolben die entspre= chenden oberen Totpunkte in aufeinanderfolgenden Zeiten er= reichen, wobei der Raum der Verbrennungskammer nahezu'gleich bleibt.

   2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge= kennzeichnet, dass die Achsen jedes Zylinderpaares auf Längs= ebenen liegen, die symnetrisch zu der durch die Motorachse verlaufende Mittelebene sind, wobei die Achsen jedes Zylinder paare zueinander parallel oder leicht geneigt sind.

   5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge= kennzeichnet, dass die Achsen jedes dieser Zylinderpaare auf der Längsebene des Motors oder leicht geneigt mit Bezug auf diese liegen und dass die Kurbelzapfen der beiden Kolben jedes Zylinderpaares zueinander versetzt sind, sodass die oberen Totpunkte von den entsprechenden Kolben in aufeinanderfolgen= den Leiten erreicht werden.

   4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, mit Viertakt= verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der beiden Zylinder jedes Zylinderpaares parallel oder leicht geneigt zueinander vorgesehen sind, wobei die Ebene . dieser Achsen senkrecht zur Rotorachse liegt 5. Viertaktverbrennunsmo tor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben(@)eines ersten Zylinders jedes der Zylinderpaare mit einem Hauptpleuel (2) verbunden ist, dessen Fuss auf einen Kurbeluzapfen der Antriebswelle (6) einwirkt und daß der Kolben des gekoppelten Zylinder mit einem Neben= (4) pleuel / verbunden ist, .das auf einem mit dem Fuss des Haupt= pleuels fest verbundenen Bolzen (7) angele-nit ist.

   6. Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da!:. die oberen Totpunkt der Kolben (1, 3) jedes Zylinderpaares mit einer Versetzung im Bereich von Werten zwischen 10 und 35°, als Drehwinkel der Antriebswelle gerechnet, erreicht werden.

   7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 5, mit Zweitaktverfahren, dadurch gekennzeichnet, das in jedem der genannten Zylinderpaare die Auslassöffnungen in jenem Zylinder vorgesehen sind, der dem Kolben zugeordnet ist, welcher seinen oberen Totpunkt früher erreicht, und dass die Einlasöffnungen in jenem zweiten Zylinder vorgesehen sind, der dem Kolben zugeordnet ist, welcher seinen oberen Totpunkt später erreicht; weshalb sowohl die Bffnung als auch die Schliessung der Auslassöffnungen vor der Öffnung und Schliessung der Einlassöffnungen erfolgen.

   L e e r s e i t e