DE10151373A1

DE10151373A1 - 4-stroke engine has compressor to supply compressed air to mixture chamber, located in front of intake valve/cylinder intake

Info

Publication number: DE10151373A1
Application number: DE10151373A
Authority: DE
Inventors: Talip Tevkuer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: DE10151373B4

Abstract

A mixer chamber (5,6) for fuel and compressed air supplied by a compressor (11), is located in front of an intake valve (7,8) or an intake aperture into a cylinder space. The intake volume of the compressor is larger than the stroke volume of the cylinder (3,4). A blower (12) acting in direction of the intake aperture, is located in front of the compressor intake. The compressor is driven by the engine crankshaft. The compressor has a double-acting piston, and the combustion chambers of the four cylinders are supplied with compressed are with every stroke of the compressor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Kraftstoffluftgemisch in einen Zylinder angesaugt, durch einen Kolben verdichtet und entflammt wird. The invention relates to an internal combustion engine in which a fuel-air mixture into one Cylinder is sucked in, compressed by a piston and inflamed.

Infolge der Verbrennung steigen Temperatur und Druck im Zylinder stark an, wobei von den Gasen eine Arbeit an den Kolben abgegeben wird. Gegen Ende der Expansion öffnet sich ein Auslassventil, so dass ein Teil der Verbrennungsgase in die Abgasleitung entweicht und der Rest durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens ausgeschoben wird. Danach beginnt ein erneutes Ansaugen von Kraftstoffluftgemisch - das Arbeitsspiel wiederholt sich. Die Bewegung des Kolbens wird über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen und steht als Drehmoment zu Antriebszwecken zur Verfügung. As a result of the combustion, the temperature and pressure in the cylinder rise sharply, with von the gases are given work on the pistons. Opens towards the end of the expansion an exhaust valve so that some of the combustion gases escape into the exhaust pipe and the rest is pushed out by the upward movement of the piston. After that starts a renewed intake of fuel-air mixture - the work cycle repeats itself. The Movement of the piston is transmitted to a crankshaft via a connecting rod and is available as a torque for drive purposes.

Dieser Motor ist allgemein als Viertakt-Otto-Motor bekannt. This engine is commonly known as a four-stroke petrol engine.

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. From DE 201 04 621 U1 is a four-stroke internal combustion engine of the generic type known with inlet and outlet valves and an ignition device, in which two interacting cylinders are arranged, each cylinder consisting of two in a row arranged cylinder rooms, a main combustion chamber and one Secondary combustion room exists. In each cylinder, a piston is designed as a double piston, in each case consisting of main piston and secondary piston, which are rigidly connected to each other, whereby the respective main piston moves in the main combustion chamber and the respective one Auxiliary pistons in the auxiliary combustion chamber. The combustion chamber above the top dead center of the The main piston of one cylinder is with the space below the lower one Dead center of the secondary piston of the other cylinder connected by an overflow channel. The space between the main piston and secondary piston near the transition from The main combustion chamber to the secondary combustion chamber has an input or Outlet duct on. Each connecting rod is split and attached to the crankshaft opposite crank pin connected.

Nachteilig bei diesen Viertaktverbrennungsmotoren ist eine ungleichmäßige Kraftstoffverteilung, was zu Leistungsverlusten führt. A disadvantage of these four-stroke internal combustion engines is that they are not uniform Fuel distribution, which leads to loss of performance.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Viertaktverbrennungsmotor die Leistung zu steigern durch eine verbesserte Verbrennung. The object of the invention is to increase the performance of a four-stroke internal combustion engine increase through improved combustion.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved with the characterizing features of claims 1 and 2. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit einem sich in einem Zylinder linear bewegenden Kolben, Ventilen sowie einer Zündmöglichkeit im Brennraum oberhalb des Kolbens und einer Pleuelstange, die den Kolben mit einer Kurbelwelle verbindet, vorgesehen, dass dem Einlassventil oder einer Einlassöffnung in den Zylinderraum eine Mischkammer für Kraftstoffund Druckluft, die aus einem Kompressor kommt, vorgeschaltet ist, wobei der Kompressor über ein ansaugbares Luftvolumen größer dem Volumen des Hubraumes des Zylinders verfügt. According to the invention in a four-stroke internal combustion engine with one in a cylinder linearly moving pistons, valves and an ignition option in the combustion chamber above the piston and a connecting rod that connects the piston to a crankshaft, provided that the intake valve or an intake opening into the cylinder space Mixing chamber for fuel and compressed air coming from a compressor is connected upstream, wherein the compressor has an intake air volume greater than the volume of the Displacement of the cylinder.

Handelt es sich bei dem Viertaktverbrennungsmotor um einen, 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, einem Hauptverbrennungs- und einem Nebenverbrennungsraum pro Zylinder linear bewegen, wobei jeweils der Hauptverbrennungsraum des einen Zylinders mit den Nebenverbrennungsraum des anderen Zylinders im Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes durch einen Überströmkanal miteinander verbunden ist und sich mindestens ein Auslassventil jeweils im Hauptverbrennungsraum befindet, sieht die Erfindung vor, dass in jedem Zylinder ein beidseitig beaufschlagbarer Kolben angeordnet ist und dem Einlassventil oder einer Einlassöffnung in den Zylinderraum eine Mischkammer für Kraftstoffund Druckluft, die aus einem Kompressor kommt, vorgeschaltet ist, wobei der Kompressor über ein ansaugbares Luftvolumen größer dem Volumen des Hubraumes eines Hauptverbrennungsraumes und eines Nebenverbrennungsraumes verfügt. Is the four-stroke internal combustion engine one, two interacting cylinders are arranged in which pistons, which have split connecting rods with the crankshaft are connected to opposite crank pins, forming two combustion chambers, one main combustion chamber and one Move the secondary combustion chamber per cylinder linearly, with the main combustion chamber of the one cylinder with the secondary combustion chamber of the other cylinder in the combustion chamber is connected to one another above the top dead center by an overflow channel and there is at least one exhaust valve in the main combustion chamber Invention before that a double-acting piston is arranged in each cylinder and the inlet valve or an inlet opening into the cylinder space a mixing chamber for Fuel and compressed air coming from a compressor is connected upstream, the Compressor with an intake air volume greater than the volume of one Main combustion room and a secondary combustion room.

Zusätzlich kann vor der Ansaugöffnung des Kompressors noch ein Gebläse angeordnet sein, um insbesondere bei höheren Drehzahlen eine optimale Luftaufnahme des Kompressors zu ermöglichen. In addition, a blower can be arranged in front of the intake opening of the compressor be, in particular at higher speeds, an optimal air intake of the Enable compressor.

Um die Verwirbelung der Luft mit dem Kraftstoff weiter zu optimieren, ist in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorgesehen, dass die Druckluftzufuhr in die Mischkammer über eine an oder in der Mischkammer angeordnete Luftdüse erfolgt. To further optimize the swirling of the air with the fuel, is in one Design provided according to the invention that the compressed air supply into the mixing chamber via an air nozzle arranged on or in the mixing chamber.

Bei einem Zweizylindermotor, bei dem der Kompressor durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, ist es von Vorteil, wenn eine dreifachgekröpfte Kurbelwelle mit einem Winkel zwischen den Kröpfungen eingesetzt wird, und die Kurbelwellenzapfen so mit den Kolben der Zylinder und dem einseitig wirkenden Kolben des Kompressors verbunden werden, dass die Kolben der Zylinder im Gleichlauf (beide sind zeitgleich im oberen Totpunkt OT bzw. im unteren Totpunkt UT) arbeiten und der Kolben des Kompressors im Gegenlauf (die Kolben der Zylinder sind in 01 und der des Kompressors in UT und umgekehrt). In a two-cylinder engine in which the compressor is driven by the crankshaft of the engine is driven, it is advantageous if a triple cranked crankshaft with a Angle between the cranks is used, and so the crankshaft journal with the Piston of the cylinder and the single-acting piston of the compressor connected that the pistons of the cylinders are in synchronism (both are simultaneously in top dead center OT or at bottom dead center UT) and the piston of the compressor in counter-rotation (the pistons of the cylinders are in 01 and those of the compressor in UT and vice versa).

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Viertaktverbrennungsmotors ist besonders vorteilhaft bei einem Vierzylindermotor nutzbar, wenn der Kompressor einen beidseitig wirkenden Kolben aufweist, so dass bei jedem Kolbenhub des Kompressors ein Brennraum mit Druckluft versorgt werden kann. Der Kompressor wird dabei durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben. The configuration of a four-stroke internal combustion engine according to the invention is special can be used with a four-cylinder engine if the compressor is on both sides has acting piston, so that with each piston stroke of the compressor a combustion chamber Compressed air can be supplied. The compressor is powered by the crankshaft Motor driven.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 Motor und Kompressoranordnung, Fig. 1 and motor-compressor assembly,

Fig. 2 die Zylinderanordnung bei einem Zweizylindermotor und Fig. 2 shows the cylinder arrangement in a two-cylinder engine and

Fig. 3 die Zylinderanordnung bei einem Vierzylinderreihenmotor. Fig. 3 shows the cylinder arrangement in a four-cylinder in-line engine.

Fig. 1 zeigt einen Viertaktverbrennungsmotor mit zwei Zylindern 3, 4 mit einseitig beaufschlagten Kolben 1, 2, die mit einer Kurbelwelle 16 verbunden sind. Dem jeweiligen Einlassventil 7, 8 oder einer Einlassöffnung in den Zylinderraum - das Auslassventil wurde nicht dargestellt - ist jeweils eine Mischkammer 5, 6 für Kraftstoffund Druckluft vorgeschaltet. Die Druckluft kommt für beide Zylinder 3, 4 aus einem Kompressor 11, der über ein ansaugbares Luftvolumen größer dem Volumen des Hubraumes der jeweiligen Zylinder 3, 4 vertilgt. Fig. 1 shows a four-stroke internal combustion engine with two cylinders 3, 4 with one side acting pistons 1, 2, which are connected to a crankshaft 16. A mixing chamber 5 , 6 for fuel and compressed air is connected upstream of the respective inlet valve 7 , 8 or an inlet opening into the cylinder space - the outlet valve was not shown. The compressed air for both cylinders 3 , 4 comes from a compressor 11 which , via an air volume that can be drawn in, consumes more than the volume of the displacement of the respective cylinders 3 , 4 .

Vor der Ansaugöffnung des Kompressors 11 ist ein Gebläse 12 angeordnet. A fan 12 is arranged in front of the suction opening of the compressor 11 .

Die Druckluftzufuhr in die Mischkammern 5, 6 erfolgt über an oder in den Mischkammern S. 6 angeordnete Luftdüsen 9, 10, die Kraftstoffzufuhr über die Zuleitungen 13, Sollen die beiden dargestellten, in Reihe angeordneten Zylinder 3, 4 des Viertaktverbrennungsmotors mit einseitig beaufschlagbaren Kolben 1, 2 durch einen Kompressor 11 versorgt werden, der durch die Kurbelwelle 16 des Motors im Verhältnis 1 : 1 angetrieben wird, ist ein Versatz der Kurbelwellenzapfen nicht möglich. Die beiden Kolben 1, 2 müssten sich stets in die selbe Richtung bewegen, wenn auch mit unterschiedlichen Arbeitstakten. Das ist wegen der Laufunruhe und Kurbelwellenbelastung technisch nicht sinnvoll. The compressed air is fed into the mixing chambers 5 , 6 via air nozzles 9 , 10 arranged on or in the mixing chambers S. 6, the fuel supply via the feed lines 13 , should the two cylinders 3 , 4 of the four-stroke internal combustion engine shown in series, with pistons 1 which can be acted upon on one side, be used , 2 are supplied by a compressor 11 which is driven by the crankshaft 16 of the engine in a ratio of 1: 1, an offset of the crankshaft journal is not possible. The two pistons 1 , 2 would always have to move in the same direction, even if with different work cycles. This is not technically sensible due to the uneven running and crankshaft load.

Deshalb wird, wie in Fig. 2 dargestellt, vorgeschlagen, bei einem Zweizylindermotor eine dreifachgekröpfte Kurbelwelle mit einem Winkel von 120° zwischen den Kröpfungen und damit zwischen den Kurbelwellenzapfen einzusetzen, wobei die Kurbelwellenzapfen so mit den Kolben 1, 2 der Zylinder 3, 4 und dem einseitig wirkenden Kolben des Kompressors 11 verbunden sind, dass die Kolben 1, 2 der Zylinder 3, 4 im Gleichlauf (beide sind zeitgleich im oberen Totpunkt OT bzw. im unteren Totpunkt UT) arbeiten und der Kolben des Kompressors 11 im Gegenlauf (die Kolben der Zylinder sind in OT und der des Kompressors in UT und umgekehrt). Therefore, as shown in Fig. 2, it is proposed to use a triple cranked crankshaft with an angle of 120 ° between the crankings and thus between the crankshaft journals in a two-cylinder engine, the crankshaft journals thus with the pistons 1 , 2 of the cylinders 3 , 4 and are connected to the one-sided piston of the compressor 11 , that the pistons 1 , 2 of the cylinders 3 , 4 work in synchronism (both are simultaneously in top dead center OT or bottom dead center UT) and the piston of the compressor 11 in counter-rotation (the pistons the cylinder is in TDC and that of the compressor in TDC and vice versa).

In Fig. 3 wird vorgeschlagen, einen Kompressor 11 mit einem beidseitig wirkenden Kolben zu nutzen, der einen Motor mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 3, 4, 14 und 15 mit Druckluft versorgt. Bei jedem Kolbenhub des Kompressors 11 wird so eine Mischkammer 5.1, 5.2, 6.1 oder 6.2 mit Druckluft versorgt. Durch Versatz der Zylinder in die Reihenfolge 14, 4, 15, 3 und damit auch der Mischkammern 5.1, 6.1 und 5.2, 6.2, die jeweils aus einem Hubraum des Kompressors 11 versorgt werden, in die Reihenfolge 5.2, 5.1, 6.2 6.1, ist auch wieder eine wechselnde Kurbelzapfenstellung der Kurbelwelle 16 möglich. In Fig. 3 it is proposed to use a compressor 11 with a piston acting on both sides, which supplies a motor with four cylinders 3 , 4 , 14 and 15 arranged in series with compressed air. With each piston stroke of the compressor 11 , a mixing chamber 5.1 , 5.2 , 6.1 or 6.2 is supplied with compressed air. By displacing the cylinders in the order 14 , 4 , 15 , 3 and thus also the mixing chambers 5.1 , 6.1 and 5.2 , 6.2 , which are each supplied from a displacement of the compressor 11 , in the order 5.2, 5.1, 6.2 6.1, is also again a changing crank pin position of the crankshaft 16 is possible.

Claims

1. Four-stroke internal combustion engine with a piston that moves linearly in a cylinder, valves and an ignition option in the combustion chamber above the piston and a connecting rod that connects the piston to a crankshaft, characterized in that the inlet valve ( 7 , 8 ) or an inlet opening in the A mixing chamber ( 5 , 6 ) for fuel and compressed air coming from a compressor ( 11 ) is connected upstream of the cylinder chamber, the compressor ( 11 ) having an intake air volume greater than the volume of the cylinder displacement ( 3 , 4 ).

2. Four-stroke internal combustion engine, in which two interacting cylinders are arranged, in which pistons, which are connected to the crankshaft on opposite crankpins via split connecting rods, move linearly to form two combustion chambers per cylinder, one main combustion chamber and one secondary combustion chamber, respectively the main combustion chamber of one cylinder is connected to the secondary combustion chamber of the other cylinder in the combustion chamber above top dead center by an overflow channel and at least one exhaust valve is located in the main combustion chamber, characterized in that a piston which can be acted upon on both sides is arranged in each cylinder and the intake valve or A mixing chamber ( 5 , 6 ) for fuel and compressed air, which comes from a compressor ( 11 ), is connected upstream of an inlet opening in the cylinder chamber, the compressor ( 11 ) having an intake air volume greater than d em volume of the displacement of a main combustion chamber and a secondary combustion chamber.

3. Four-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that a fan ( 12 ) is arranged in the direction of the intake opening in front of the intake opening of the compressor ( 11 ).

4. Four-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compressed air supply into the mixing chamber ( 5 , 6 ) via an on or in the mixing chamber ( 5 , 6 ) arranged air nozzle ( 9 , 10 ).

5. Four-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the compressor ( 11 ) can be driven by the crankshaft ( 16 ) of the engine.

6. Four-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that in a two-cylinder engine, the crankshaft ( 16 ) is triple cranked with an angle between the crankings, the crankshaft journal thus having the pistons ( 1 , 2 ) of the cylinders ( 3 , 4 ) and the one-sided piston of the compressor ( 11 ) are connected so that the pistons ( 1 , 2 ) of the cylinders ( 3 , 4 ) work in synchronism (both are simultaneously at top dead center OT and bottom dead center UT) and the piston of the compressor ( 11 ) in counter-rotation (the pistons of the cylinders are in TDC and those of the compressor in TDC and vice versa).

7. Four-stroke internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the angle between the cranks is 120 °.

8. Four-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the compressor ( 11 ) has a double-acting piston and the engine has four cylinders ( 3 , 4 , 14 , 15 ) so that with each piston stroke of the compressor ( 11 ) a combustion chamber is supplied with compressed air.

9. Four-stroke internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the mixing chambers ( 5.1 , 5.2 , 6.1 , 6.2 ) of adjacent cylinders (3, 4, 14, 1 S) are connected in a row arrangement with different displacements of the compressor ( 11 ).