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Die
Erfindung betrifft einen Viertaktverbrennungsmotor, der sich durch
eine verbesserte Verbrennung auszeichnet.
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Aus
der
DE 201 04 621
U1 ist ein Viertaktverbrennungsmotor der gattungsgemäßen Art
mit Ein- und Auslassventilen sowie einer Zündeinrichtung bekannt, bei
dem zwei zusammenwirkende Zylinder angeordnet sind, wobei jeder
Zylinder aus zwei hintereinander angeordneten Zylinderräumen, einem Hauptverbrennungsraum
und einem Nebenverbrennungsraum besteht. In jedem Zylinder ist ein
Kolben als Doppelkolben ausgebildet, jeweils bestehend aus Hauptkolben
und Nebenkolben, die starr miteinander verbunden sind, wobei sich
der jeweilige Hauptkolben im Hauptverbrennungsraum bewegt und der
jeweilige Nebenkolben im Nebenverbrennungsraum. Der Brennraum oberhalb
des oberen Totpunktes des Hauptkolbens des einen Zylinders ist jeweils
mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes des Nebenkolbens des
anderen Zylinders durch einen Überströmkanal verbunden.
Der Raum zwischen Hauptkolben und Nebenkolben nahe dem Übergang
vom Hauptverbrennungsraum zum Nebenverbrennungsraum weist bei diesem
Motor einen Ein- bzw. Auslasskanal auf. Jede Pleuelstange ist geteilt
ausgeführt
und mit der Kurbelwelle an gegenüberliegenden Kurbelzapfen
verbunden.
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Nachteilig
bei diesem Viertaktverbrennungsmotor ist eine ungleichmäßige Kraftstoffverteilung, was
zu Leistungsverlusten führt.
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Ergänzend sei
noch auf die Verbrennungskraftmaschinen nach
DE 150 421 A und
DE 429 064 A veriesen, die
ebenfalls mit doppelt wirkenden, in zwei Arbeitszylindern laufenden
Kolben arbeiten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bei einem gattungsmäßigen Viertaktverbrennungsmotor
die Leistung zu steigern durch eine verbesserte Verbrennung.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Beim
erfindungsgemäßen Viertaktverbrennungsmotor,
bei dem zwei zusammenwirkende Zylinder angeordnet sind, in denen
sich Kolben, die über geteilte
Pleuelstangen mit der Kurbelwelle an gegenüberliegenden Kurbelzapfen verbunden
sind, unter Bildung von jeweils zwei Verbrennungsräumen pro Zylinder
bewegen, einem Hauptverbrennungs- und einem Nebenverbrennungsraum,
wobei jeweils der Hauptverbrennungsraum des einen Zylinders mit
den Nebenverbrennungsraum des anderen Zylinders im Brennraum oberhalb
des oberen bzw. unteren Totpunktes durch einen Überströmkanal miteinander verbunden
ist und sich mindestens ein Ein- und ein Auslassventil jeweils im
Hauptverbrennungsraum befinden, ist vorgesehen, dass die Einlassventile
an eine Druckluftleitung angeschlossen sind und in den Überströmkanälen jeweils
eine Vorkammer angeordnet ist, wobei in die Vorkammern Kraftstoff
einspritzbar ist, oder dass jeder Haupt- und Nebenverbrennungsraum über Einspritzdüsen für Kraftstoff
verfügt, die
jeweils im Bereich des Ausganges der Überströmkanäle in die Haupt- und Nebenverbrennungsräume der
Zylinder angeordnet sind.
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Je
nach Motorart kann in den Vorkammern auch eine Zündvorrichtung für Kraftstoffluftgemische angeordnet
sein.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei Dieselmotoren
ist vorgesehen, dass die Einspritzdüsen so angeordnet sind, dass
sie den Kraftstoff direkt in die Tiefe der Überströmkanäle einspritzen.
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Um
die Strömung
zwischen den Zylinderräumen
weiter zu optimieren, sieht die Erfindung in einer vorteilhaften
Ausgestaltung vor, dass der Abschnitt der Kolbenkante der Kolben
im Eintrittsbereich der Überströmkanäle in die
Haupt- und Nebenverbrennungsräume
als muldenartige Vertiefung ausgebildet ist oder die Kolbenkante
hier eine Abschrägung
aufweist.
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Die
Erfindung soll anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:
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1 Verbrennungsmotor
mit Doppelkolben
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2 Verbrennungsmotor
mit einteiligem Kolben
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1 zeigt
den Viertaktverbrennungsmotor mit zwei zusammenwirkenden Zylindern 1 und 2.
Jeder Zylinder 1, 2 besteht aus zwei hintereinander
angeordneten Zylinderräumen,
der Zylinder 1 aus dem Hauptverbrennungsraum 1.1 und
dem Nebenverbrennungsraum 1.2, der Zylinder 2 aus
dem Hauptverbrennungsraum 2.1 und dem Nebenverbrennungsraum 2.2.
Der Durchmesser des Hauptverbrennungsraumes 1.1, 2.1 ist
jeweils größer als
der des Nebenverbrennungsraumes 1.2, 2.2.
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Die
Kolben 3 und 4 sind als Doppelkolben ausgebildet,
jeweils bestehend aus Hauptkolben 3.4, 4.4 und
Nebenkolben 3.5, 4.5, die starr miteinander verbunden
sind. Der Hauptkolben 3.4 bewegt sich im Hauptverbrennungsraum 1.1 und
der Hauptkolben 4.4 im Hauptverbrennungsraum 2.1.
Entsprechendes gilt für
die Nebenkolben 3.5, 4.5.
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Der
Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens 3.4 des
Zylinders 1 ist mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes
des Nebenkolbens 4.5 des Zylinders 2 durch den Überströmkanal 5 verbunden.
Der Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens 4.4 des
Zylinders 2 ist mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes
des Nebenkolbens 3.5 des Zylinders 1 durch den Überströmkanal 6 verbunden.
In jedem Überströmkanal 5, 6 ist
eine Vorkammer 12 angeordnet, in die Kraftstoff einspritzbar
ist, der mit der aus dem jeweiligen Hauptverbrennungsraum 1.1 oder 2.1 kommenden
Luft verwirbelt und dann gezündet
wird.
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Der
Raum zwischen dem Hauptkolben 3.4 und dem Nebenkolben 3.5 weist
nahe dem Übergang vom
Hauptverbrennungsraum 1.1 zum Nebenverbrennungsraum 1.2 einen
Ein- bzw. Auslasskanal 1.8 auf. Beim Zylinder 2 ist
dies der Ein- bzw. Auslasskanal 2.8.
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Die
Ein- und Auslassventile 1.3, 1.4 und 2.3, 2.4 sind
in jedem Zylinder 1, 2 oberhalb der Hauptkolben 3.4 und 4.4 angeordnet,
wobei die Einlassventile 1.3 und 2.3 über eine
Druckluftleitung 11 mit komprimierter Luft beaufschlagt
sind.
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Der
gerade geführte
Teil der geteilten Pleuelstangen 7 bzw. 8 verläuft durch
den jeweiligen Nebenverbrennungsraum 1.2 bzw. 2.2.
Der folgende Teil der Pleuelstangen 7 bzw. 8 ist
schwenkbar am gerade geführten
Teil angeordnet und mit der Kurbelwelle an gegenüberliegenden Kurbelzapfen verbunden.
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Die
Kolben befinden sich in der Darstellung in folgenden Positionen:
Hauptkolben 3.4 in
der Position Beginn des Verdichtens,
Nebenkolben 3.5 in
der Position Beginn des Ansaugens,
Hauptkolben 4.4 in
der Position Beginn des Ansaugens,
Nebenkolben 4.5 in
der Position Beginn des Verdichtens.
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Beim
Verdichten der Luft im Hauptverbrennungsraum 1.1 und im
Nebenverbrennungsraum 2.2, was auch zu einer Luftverdichtung
in den entsprechenden Vorkammer 12 führt, wird Kraftstoff in die Vorkammer 12 eingespritzt,
bei entsprechender Verdichtung fremd- oder selbstgezündet und
verbrennt unter Expansion im Hauptverbrennungsraum 1.1 und im
Nebenverbrennungsraum 2.2. Gegen Ende der Expansion öffnet sich
das Auslassventil 1.4, so dass ein Teil der Verbrennungsgase
in die Abgasleitung entweicht und der Rest durch die Aufwärtsbewegung des
Hauptkolbens 3.4 und des Nebenkolbens 4.5 ausgeschoben
wird. Danach beginnt ein erneutes Ansaugen von Kraftstoffluftgemisch.
Im Hauptverbrennungsraum 2.1 und im Nebenverbrennungsraum 1.2 vollziehen
sich diese Takte gleichfalls, nur um einen Takt jeweils versetzt.
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In
der 2 ist ein weiterer Viertaktverbrennungsmotor mit
zwei zusammenwirkenden Zylindern 1, 2 dargestellt.
In den Zylindern 1, 2 bewegt sich jeweils ein
Kolben 3, 4, der über eine geteilte Pleuelstange 7, 8 mit
der Kurbelwelle an gegenüberliegenden
Kurbelzapfen verbunden ist. Die Zylinder 1, 2 werden
durch den jeweiligen Kolben 3, 4 jeweils in zwei
Verbrennungsräume
unterteilt, einem Hauptverbrennungsraum 1.1, 2.1 und
einem Nebenverbrennungsraum 1.2, 2.2. Der Hauptverbrennungsraum 1.1 des
Zylinders 1 ist mit dem Nebenverbrennungsraum 2.2 des
Zylinders 2 im Brennraum oberhalb des oberen bzw. unterhalb
des unteren Totpunktes durch einen Überströmkanal 5 verbunden.
Der Hauptverbrennungsraum 2.1 des Zylinders 2 ist
mit dem Nebenverbrennungsraum 1.2 des Zylinders 1 im
Brennraum oberhalb des oberen bzw. unterhalb des unteren Totpunktes
durch einen Überströmkanal 6 verbunden.
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Die
Ein- und Auslassventile 1.3, 2.3, 1.4, 2.4 sind
jeweils in den Hauptverbrennungsräumen 1.1, 2.1 angeordnet.
wobei die Einlassventile 1.3 und 2.3 über eine
Druckluftleitung 11 mit komprimierter Luft beaufschlagt
sind. Bei der dargestellten Ausführung befindet
sich hier auch jeweils eine Zündeinrichtung 1,5, 2,5.
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Die
beidseitig beaufschlagbaren Kolben 3, 4 weisen
am Umfang jeweils eine umlaufende Ringnut 3.3, 4.3 auf,
die als Schmiermitteldepot dient. Die Ringnute 3.3, 4.3 in
den Kolben 3, 4 sind jeweils mittig bezogen auf
die Kolbenhöhe
und in der dargestellten Ausführung
auch zwischen den jeweiligen Schmiermittelabstreifringen 3.1 und 3.2 bzw. 4.1 und 4.2 angeordnet.
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Die
als Schmiermitteldepot fungierenden Ringnute 3.3, 4.3 werden über in den
Zylinderwänden
der Zylinder 1, 2 angeordnete Ein- und Auslassöffnungen 1.6, 1.7, 2.6, 2.7 für Schmiermittel
versorgt.
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Die
Kolbenhöhe
ist so bemessen und die Anordnung der Einlass- und Auslassöffnungen 1.6, 1.7, 2.6, 2.7 so
erfolgt, dass die Einlass- und Auslassöffnungen 1.6, 1.7, 2.6, 2.7 stets
im Bereich des Kolbenmantels liegen, bei beidseitig an den Kolben 3, 4 vorhandenen
Schmiermittelabstreifringe 3.1, 3.2, 4.1, 4.2 zwischen
diesen. Die Auslassöffnung 1.7 für Schmiermittel
des Zylinders 1 ist mit der Einlassöffnung 2.6 für Schmiermittel
des Zylinders 2 durch einen Kanal 9 verbunden,
so dass das von der Oelpumpe 10 kommende Schmiermittel
zuerst die Ringnut 3.3 versorgt, bei entsprechender Kolbenstellung weiter
in die Ringnut 4.3 strömt
oder gepresst wird und dann aus der Auslassöffnung 2.7 des Zylinders 2 austritt.
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Erfindungsgemäß ist dieser
Verbrennungsmotor nicht mit Vorkammern in den Überströmkanälen 5 und 6 ausgerüstet, sondern
jeder Haupt- und Nebenverbrennungsraum 1.1, 2.1, 1.2 und 2.2 verfügt über Einspritzdüsen 13 für Kraftstoff,
die jeweils im Bereich des Ausganges der Überströmkanäle 5 und 6 in
die Haupt- und Nebenverbrennungsräume 1.1, 2.1, 1.2 und 2.2 der
Zylinder 1 und 2 angeordnet sind.
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Bei
der Dieselmotorenvariante kann auf die Zündeinrichtung 1,5, 2,5 wegen
der Selbstzündung verzichtet
werden, wobei es dann von Vorteil ist, wenn der Kraftstoff durch
die Einspritzdüsen 13 direkt in
die Tiefe der Überströmkanäle 5, 6 gespritzt
wird.
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Sowohl
in 1 als auch 2 ist gezeigt, dass
zur Strömungsoptimierung
zwischen den Zylinderräumen
der Abschnitt der Kolbenkante der Kolben 3, 4 oder 3.4, 3.5, 4.4 und 4.5 im
Eintrittsbereich der Überströmkanäle 5, 6 in
die Haupt- und Nebenverbrennungsräume 1.1, 2.1, 1.2 und 2.2 als
muldenartige Vertiefung 14 ausgebildet ist oder die Kolbenkante
hier eine Abschrägung
aufweist.
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- 1
- Zylinder
- 1.1
- Hauptverbrennungsraum
- 1.2
- Nebenverbrennungsraum
- 1.3
- Einlassventil
- 1.4
- Auslassventil
- 1.5
- Zündeinrichtung
- 1.6
- Einlassöffnung
- 1.7
- Auslassöffnung
- 2
- Zylinder
- 2.1
- Hauptverbrennungsraum
- 2.2
- Nebenverbrennungsraum
- 2.3
- Einlassventil
- 2.4
- Auslassventil
- 2.5
- Zündeinrichtung
- 2.6
- Einlassöffnung
- 2.7
- Auslassöffnung
- 3
- Kolben
- 3.1
- Schmiermittelabstreifring
- 3.2
- Schmiermittelabstreifring
- 3.3
- Ringnut
- 3.4
- Hauptkolben
- 3.5
- Nebenkolben
- 4
- Kolben
- 4.1
- Schmiermittelabstreifring
- 4.2
- Schmiermittelabstreifring
- 4.3
- Ringnut
- 4.4
- Hauptkolben
- 4.5
- Nebenkolben
- 5
- Überströmkanal
- 6
- Überströmkanal
- 7
- Pleuelstange
- 8
- Pleuelstange
- 9
- Kanal
- 10
- Oelpumpe
- 11
- Druckluftleitung
- 12
- Vorkammer
- 13
- Einspritzdüsen
- 14
- Vertiefung