DE3715750A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Verbrennungskraftmaschinen, die durch die Verbren­ nung eines Energieträgers in einem Brennraum (1) mechanische Energie direkt erzeugen, indem der Verbren­ nungsdruck einen Kolben (2), der den Brennraum (1) ein­ seitig begrenzt, verschiebt, und so den Zylinderraum vergrößert, wobei der Kolben (2), meist über eine Pleuelstange (7) und eine Kurbelwelle, die mecha­ nische Energie überträgt, sind aus Fachliteratur und Patenschriften in mannigfacher Ausführung be­ kannt.

Wirkungsgrad, Leistungsgewicht, Lebensdauer, Abgas- und Leistungsverhalten und die Geräuschemis­ sion sind vielfach verbessert worden und, so die Forderung, noch weiter zu verbessern. Speziell dem Strömungsverhalten der Gase im Brennraum (1), der Aufladung und der möglichen Nutzung der Restenergie der Abgase wurde bei der Suche nach einem akzepta­ blem Kompromiß viel Aufmerksamkeit geschenkt. So auch bei der erfindungsgemäßen Konstruktion, bei der hauptsächlich in der Ausführung an einen selbstzün­ denden Verbrennungsmotor nach dem bekannten 4-Takt Diesel-Prinzip gedacht wurde, "Viertaktdieselmotor nach dem Ringkammerverfahren" von mir genannt.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion (Fig. 1-6) wird die Frischluft durch den Einlaßkanal (4) über das Ventil (6) in den Brennraum (1) geleitet (Fig. 1). Dabei wird die Frischluft bei geöffnetem Ventil (14) durch den Kolben (2) vorkomprimiert (Fig. 1-2).

Der Frischlufteintritt in den Brennraum (1) erfolgt dabei so, daß im Brennraum (1) eine möglichst gleich­ gerichtete Luftströmung um die Pleuelstange (7) herum entsteht (Fig. 1, 6). Diese Rotation der Frischluft im Zylinderraum (1) bleibt auch in der folgenden Kom­ pressionsphase weitgehend erhalten. Der durch das er­ findungsgemäße Einspritzventil (20′) eingespritzte Kraftstoff wird zentral in der Strömungsrichtung der Frischluft eingebracht. Die schädliche Kondensation des Kraftstoffs an den Zylinderwänden wird so redu­ ziert, die bereits vorhandene Gasdynamik im Zylinder (3′) induziert einen entsprechend gerichteten Verbren­ nungsablauf im Brennraum (1′), die Verbrennung des ein­ gespritzten Kraftstoffs erfolgt gleichmäßiger und "weicher" in der Arbeitsphase (Fig. 3). Danach wird, bei geöffnetem Auslaßventil (6′) das Abgas über die Verbindungsleitung und das Einlaßventil (13) in den Raum (12) eingebracht und hier nachexpandiert, die Energie der Abgase also noch teilweise genutzt und in mechanische Energie umgesetzt, bevor das Abgas über ein Auslaßventil (14) und evtl. z. B. eine An­ lage zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase (22) an dieAtmosphäre abgegeben wird. In den an­ deren Zylinder (2′) wird gleichzeitig über ein Ein­ laßventil (13′) Frischluft eingebracht.

Bei der Bewegung vom oberen Totpunt (O.T) in den unteren Totpunkt (U.T) vergrößert sich das Vo­ lumen der Zwischenkammern (15′-15′′) zwischen den Rückseiten der beiden Kolben (2′, 11′) (2′′, 11′′), in die so, aus den Zwischenkammern (15′′′, 15′′′′) einer vorhandenen zweiten "Twin-Einheit" deren Kolben eine gegenläufige Bewegungsrichtung aufweisen, Kühlmittel durch einen Wärmetauscher (19) über eine Verbindungs­ leitung (17) strömen kann. Das Kühlmittel kann dabei noch für die Kühlung des Zylinderdeckels (8) usw. herangezogen werden, eine spezielle Kühlmittelpumpe erübrigt sich. Rückschlagventile (24, 25) sorgen für eine einheitliche, gleichbleibende Strömungsrichtung in den Verbindungsrohren (16, 17). Durch Verzicht auf die Wasserpumpe und mit dem integrierten Lader gelang es bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Anzahl der beweglichen Teile und notwendigen An- und Ab­ triebe im Vergleich zu herkömmlichen, vergleichbaren Verbrennungsmotoren mit Ladern zu senken. Die erfin­ dungsgemäße Konstruktion von Zylinder, Kolben und Ven­ tilen verbessert Wirkungsgrad, Geräusch- und Abgasver­ halten und das Leistungsgewicht. Die Ausführung mit Wasser als Kühl- und Schmiermittel in der Zwischen­ kammer (z. B. 15) erfordert natürlich eine spezielle Materialwahl bei Kolben (2, 11) und Zylinder (3, 23). Keramisches Material bietet sich hier an. Das an den Zylinderwänden verdampfende Wasser wirkt sich vergleich­ mäßigend auf die Verbrennung und auch wirkungsgrad­ steigernd aus, die Schadstoffemission wird, speziell bezüglich ihres Ruß-Anteils, positiv beeinflußt.

Claims (13)

1. Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Brenn­ raum (1), dessen Volumen durch mindestens einen, in einem Zylinder (3) befindlichen Kolben (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (1) ringförmig mit annähernd kreisförmigem Querschnitt gestaltet ist, und, daß die imaginären Längsachsen des Einlaßkanals (4) und des Auslaßkanals (5) in etwa tangential zur imaginären Kurve angeordnet sind, die durch die imaginären Querschnittsmittel­ punkte der, in gedachten, parallel zur Bewegungs­ richtung des Kolbens ausgeführten Schnitten, entstehenden imaginären Segmente des Brennraumes (1) verläuft, und die imaginären Längsachsen des Einlaßkanals (4) und des Auslaßkanals (5) und der Ventile (6) in etwa parallel zueinander ver­ laufen.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (7) zwischen Kolben (2) und Kurbelwelle (23) zentral die innere Begrenzung des Brennraumes (1) darstellt, die druck­ dicht durch den Zylinderdeckel (8) mittels Dichtringen (9), die vorzugsweise am Zylinderdeckel (8) befestigt sind, geführt ist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2), der den Brenn­ raum (1) begrenzt, auf der, dem Brennraum (1) abge­ wandten Seite, über eine Stange (10) mit einem zweiten Kolben (11) verbunden ist, der einen Raum (12) begrenzt, der mindestens ein Einlaßventil (13) und ein Auslaßventil (14) besitzt.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die, vom Brennraum (1) abgewandte Seite des Kolbens (2) der den Brennraum (1) begrenzt und die, diesem Kolben (2) zugewandte Seite des Kolbens (11), der den anderen Raum (12) begrenzt, mit der Innen­ wand des Zylinders (3) eine Zwischenkammer (15) bilden die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der Zwischen­ kammer (15) als Kühl- und Schmiermittel mindestens für Kolben (2, 11) und Zylinder wirkt.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennraum (1) begrenzende Fläche des Kolbens (2) weitaus kleiner als die den anderen Raum (12) begrenzende Fläche des zweiten Kol­ bens (11) ist, und das Volumen der Zwischenkammer (15), abhängig vom Kolbenweg, in dem, der Brennkammer (1) zugewandten "oberen Totpunkt" sein Minimum erreicht und im anderen, "unteren Totpunkt", sein Maximum erreicht, und die Zwischenkammer mindestens eine Ver­ bindungsleitung (16, 17) aufweist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Zylinder (3′) (3′′) zu einer "Twin-Einheit" (18) zusammengefaßt sind, wobei jeweils ein Raum (z. B. 12′′), einerseits über zumindest ein Einlaßventil (i. B. 14′′) mit der Atmos­ phäre und andererseits über zumindest ein Auslaß­ ventil (i. B. 13′′) mit den Einlaßkanälen (i. B. 4′, 4′′) der Brennräume (1′, 1′′) verbunden ist und jeweils der andere Raum (i. B. 12′) einerseits über zumindest ein Einlaßventil (i. B. 13′) mit den Auslaßkanälen (5′, 5′′) der entsprechenden Brennräume (1′, 1′′) und andererseits über mindestens ein Auslaßventil (i. B. 14′) mit der Atmosphäre verbunden ist.

8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (16, 17) der Zwischenkammern (15′, 15′′) paarweise so ausgeführt sind, daß die Störung durch sie hindurch jeweils nur in einer Richtung pro Rohr erfolgt.

9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß eine "Twin-Einheit" (18) mit einer zweiten "Twin-Einheit" (18′) kombiniert wird, deren Kolben (2′′′, 11′′′) (2′′′′, 11′′′′) sich in gegen­ läufiger Richtung zu denen der erstgenannten (18) bewegen, wobei die Zwischenkammern (15′, 15′′) der einen "Twin-Einheit" (18) mit denen der anderen über Verbin­ dungsleitungen (16, 17) miteinander verbunden sind, die, zwischengeschaltet, einen Wärmetauscher aufweisen.

10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzventile (20) für den Kraftstoff integriertes Bestandteil der Einlaßventile (6) sind, und die Ventile in ihrer äußeren Form in etwa einen Stromlinienkörper darstellen, dessen imagi­ näre Längsachse zugleich der Ventilbewegungsrichtung entspricht, und an deren, dem Brennraum (1) zugewandten Spitze sich zentral die Austrittsdüse (22) für den Kraftstoff befindet.

11. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (22) zur katalytischen Nachverbrennung und Entrußung der Abgase mit im Raum (i B. 12′) angeordnet ist.

12. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (7) und die Stan­ ge (10) innen hohl sind und mindestens eine der Ver­ bindungsleitungen (16, 17) durch sie hindurch geführt ist.

13. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (16, 17) koaxial durch die Pleuelstange (7) und die Stange (10) geführt sind.