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Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine, die nach dem Otto- oder Dieselverfahren arbeitet, bei der neben dem Arbeitszylinder mit Abgasauslassventil ein Nachverbrennungszylinder mit Einlassventil und Auslassventil in Reihe oder in V-Anordnung angeordnet ist, mit einer gemeinsamen Kurbelwelle, auf die die gegenläufigen Kolben arbeiten, und bei der der Abgasauslass des Arbeitszylinders durch einen Überströmkanal für die Abgase mit dem Einlass des Nachverbrennungszylinders verbunden ist, wobei der Überströmkanal einen Zusatzlufteinlass mit einer Absperrvorrichtung aufweist.
Zweck und Aufgabe der Erfindung ist es, eine umweltfreundliche Brennkraftmaschine zu erhalten, bei der die in den Abgasen enthaltenen brennbaren Bestandteile und Aromate in einem Nachverbrennungszylinder mit voreilendem Kolben vollständig verbrannt und entgiftet werden.
Bei der Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine der oben beschriebenen Konstruktion wird durch den voreilenden Kolben des Nachverbrennungszylinders in diesen Zusatzluft für die Nachverbrennung der Abgase angesaugt, bei geöffnetem Einlassventil im Überströmkanal und bei gleichzeitig geöffnetem Einlassventil des Nachverbrennungszylinders. Kurz vor Öffnen des Abgasauslassventils des Arbeitszylinders schliesst das Einlassventil im Überströmkanal und bei Öffnen des Abgasauslassventils des Arbeitszylinders strömen die noch brennenden Abgase in den Überströmkanal und in den Nachverbrennungszylinder, wobei die Abgase mit der Zusatzluft in Kontakt kommen, so dass eine Nachverbrennung der in den Abgasen enthaltenen brennbaren Bestandteile erfolgt.
Da die Abgase in einen abgeschlossenen Raum ausströmen, gebildet von Überströmkanal und den durch Voreilen des Kolbens im Nachverbrennungszylinder gebildeten Raum im Nachverbrennungszylinder, tritt eine Expansion der Abgase verbunden mit Abkühlung nicht ein. Die einsetzende Nachverbrennung hat eine Temperaturerhöhung zur Folge und es tritt ein Druckausgleich ein. Das Einlassventil im Nachverbrennungszylinder bleibt bis zum Schliessen des Abgasauslassventils des Arbeitszylinders geöffnet und noch für eine kurze Zeit, so dass die Abgase vollständig in den Nachverbrennungszylinder überströmen können, um dann aus dem Nachverbrennungszylinder durch die'im Bereich der unteren Totpunktstellung des Kolbens im Nachverbrennungszylinder angeordneten Auslassschlitze teilweise in die Abgasleitung auszutreten.
Abgase, die sich noch im Nachverbrennungszylinder befinden, werden durch den Kolben des Nachverbrennungszylinders bei dessen geöffnetem Auslassventil in die Abgasleitung ausgestossen.
Es wurden bereits erhebliche Anstrengungen gemacht, um umweltfreundliche Brennkraftmaschinen zu entwickeln. Es ist bekannt, in die Abgasleitung oder in den Abgaskanal oder in Nachverbrennungskammern Zusatzluft einzuleiten, um eine Nachverbrennung der Abgase zu erreichen. Da diese Anlagen unter atmosphärischem Druck stehen, expandieren die Abgase bei Verlassen der Brennkraftmaschine und es tritt eine Abkühlung durch innere Gasarbeit ein, so dass eine weitere und wirksame Nachverbrennung der in den Abgasen enthaltenen brennbaren Bestandteile nicht mehr möglich ist.
Bekannt ist eine Verbundbrennkraftmaschine mit zwei im Viertakt arbeitenden Hochdruckzylindern und einem im Zweitakt arbeitenden Niederdruckzylinder. Die Kolben der Brennkraftmaschine arbeiten auf einer gemeinsamen Kurbelwelle, wobei der Kolben des Niederdruckzylinders gegenläufig ist. Durch einen Luftverdichter wird durch Lufteinlassschlitze, die im Bereich der unteren Totpunktstellung des Kolbens im Niederdruckzylinder angeordnet sind, Druckluft in den Niederdruckzylinder gefördert als Spülluft und zur Füllung des Niederdruckzylinders. Abwechselnd strömen die Abgase aus einem der Hochdruckzylinder durch einen Überströmkanal in den Niederdruckzylinder, wenn sich dessen Kolben im oberen Totpunkt befindet. Anschliessend findet eine Nachverbrennung und Expansion der Abgase statt.
Der Nachteil dieser Brennkraftmaschine gegen- über der Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäss der Erfindung besteht darin, dass ein Luftverdichter erforderlich ist, wodurch die Maschine aufwendiger und komplizierter wird. Zudem ist zusätzlicher Energieaufwand für die Erzeugung und Förderung der Druckluft erforderlich.
Bekannt ist ferner eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, die nach dem Dieselverfahren arbeitet, mit einem Hochdruckzylinder und einem Niederdruckzylinder, deren Kolben auf eine gemeinsame Kurbelwelle arbeiten. Der obere Teil des Niederdruckzylinders ist als Zweitakt-Brennkraftmaschine ausgebildet mit Vorrichtung zur Einspritzung von Brennstoff, während der untere Teil als Luftverdichter ausgebildet ist und zur Förderung der Spülluft und zur Füllung des Hoch-
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druckzylinders dient. Die Brennkraftmaschine kann nur als Verbundmaschine arbeiten, aber auch als Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Einspritzung von Brennstoff in die beiden Zylinder. Die Kurbelzapfen für die beiden Kolben sind um 180. versetzt, so dass die Kolben gegenläufig sind.
Die im Luftverdichter erzeugte Druckluft gelangt nach dem Verlassen des Luftverdichters in eine Luftsammelkammer und strömt durch Einlassschlitze in den Hochdruckzylinder und zum Teil mit den Abgasen zum Niederdruckzylinder. Im Niederdruckzylinder tritt bei Betrieb mit Brennstoffeinspritzung eine Nachverbrennung der Abgase und anschliessend Expansion statt.
Der Vorteil der Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäss der Erfindung besteht darin, dass kein Luftverdichter und keine Luftsammelbehälter erforderlich sind, dass die Brennkraftmaschine wesentlich einfacher im Aufbau ist, weniger Aufwand erfordert und betriebssicherer ist.
Dieser Vorteil wird unter Vermeidung der oben genannten Nachteile gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der Kolben des Nachverbrennungszylinders dem gegenläufigen Kolben des Arbeitszylinders voreilt, wobei die Kurbelzapfen der gemeinsamen Kurbelwelle für die Kolben bei Anordnung der Zylinder in Reihe um 180 + Voreilwinkel und bei V-Anordnung der beiden Zylinder um 180 + Winkel der V-Anordnung + Voreilwinkel versetzt sind, und dass im Zylinderkopf des Arbeitszylinders unmittelbar hinter dem Abgasauslassventil der Zusatzlufteinlass mit der von einem Einlassventil gebildeten Absperrvorrichtung angeordnet ist, das von kurz vor Erreichen der oberen Totpunktstellung des Kolbens des Nachverbrennungszylinders an, bei gleichzeitiger Öffnung des Einlassventils des Nachverbrennungszylinders geöffnet und ab Öffnung des Auslassventils des Arbeitszylinders geschlossen ist,
wobei das Einlassventil des Nachverbrennungszylinders bis nach dem Schliessen des Auslassventils des Arbeitszylinders geöffnet bleibt. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind im Nachverbrennungszylinder im Bereich der unteren Totpunktstellung des Kolbens Auslassschlitze zur teilweisen Ableitung der Abgase in die Abgasleitung angeordnet.
Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemässe Konstruktion in schematischer Darstellung als Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit an den Arbeitszylinder --51-- angebauten Nachverbrennungszylinder --53-- in V-Anordnung, mit Winkel der V-Anordnung 30 . Der Kolben --52-- des Arbeitszylinders --51-- und der Kolben --54-- des Nachverbrennungszylinders --53-- arbeiten auf die gemeinsame Kurbelwelle --55--, deren Kurbelzapfen versetzt sind, u. zw. um 180 + Winkel der V-Anordnung = 30 + Voreilwinkel a = 30 . Die Kolben --52, 54-- sind gegenläufig, wobei der Kolben --54-- im Nachverbrennungszylinder --53-- dem Kolben --52-- im Arbeitszylinder --51-- um 30. voreilt.
Der Abgasauslass des Arbeitszylinders - mit Abgasauslassventil-57-- ist mit dem Einlass des Nachverbrennungszylinders --53-durch den Überströmkanal --58-- verbunden. Im Überströmkanal --58-- ist unmittelbar hinter dem Abgasauslassventil --57-- im Zylinderkopf des Arbeitszylinders --51-- der Zusatzlufteinlass --60-mit Einlassventil --61-- angeordnet. Im Zylinderkopf des Nachverbrennungszylinders befindet sich das Einlassventil --59-- und das Auslassventil --63--, während im Bereich der unteren Totpunktstellung von Kolben --54-- im Nachverbrennungszylinder --53-- Auslassschlitze --62-- angeordnet sind, so dass die Abgase teilweise in die Abgasleitung --64-- austreten können,
während die restlichen Abgase durch den Kolben --54-- durch das Auslassventil --63-- in die Abgasleitung ausgestossen werden.
Durch Voreilen des Kolbens --54-- im Nachverbrennungszylinder --53-- wird durch diesen Zusatzluft durch den Zusatzlufteinlass --60-- bei geöffnetem Einlassventil --59-- in den Nachverbrennungszylinder --53-- angesaugt. Kurz vor Öffnen des Abgasauslassventils --57-- des Arbeits- zylinders --51-- schliesst das Einlassventil --61-- im Zusatzlufteinlass --60-- und bei Öffnen des Abgasauslassventils --57-- des Arbeitszylinders --51-- strömen die Abgase aus dem Verbrennungsraum --56-- des Arbeitszylinders --51-- in den Überströmkanal --58-- und in den Nachverbrennungszylinder --53-- bei geöffnetem Einlassventil --59--. Das Einlassventil schliesst kurz nach dem Schliessen des
Abgasauslassventils --57-- des Arbeitszylinders --51--.
Der Voreilwinkel a variiert natürlich nach Art der Brennkraftmaschine, nach Leistung und Drehzahl. In der Zeichnung wurde ein Voreilwinkel a = 30. gewählt schon mit Rücksicht auf die Einfachheit der Darstellung.