DE102009058290A1

DE102009058290A1 - Viertaktmotor, Verfahren zu seinem Betrieb und Kraftstoffeinspritzverfahren

Info

Publication number: DE102009058290A1
Application number: DE200910058290
Authority: DE
Inventors: Vladimir Volchkov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Viertaktmotor, ein Verfahren zu seinem Betrieb und ein Kraftstoffeinspritzverfahren.
Die Ziele vorliegender Erfindung sind
1 – das Schaffen eines Viertaktmotors, der erhöhte Wirkungsgrad, Leistung und Drehmoment bei verringertem spezifischem Kraftstoffverbrauch hat,
2 – das Schaffen eines Verfahrens zu seinem Betrieb, dessen Realisation den Bedarf am Kühlsystem und am Aufladungssystem eliminiert, so dass der Motor sich selbst auflädt und gleichzeitig kühlt,
3 – das Schaffen eines Kraftstoffeinspritzverfahrens, das keine bekannten Nachteile der Saugrohr- und Direkteinspritzungen hat, aber dabei ihre Vorteile besitzt.
Diese Ziele werden dadurch erreicht, dass lufteinsaugender Motor folgendes enthält:
– einen doppelwandigen Arbeitszylinder (mit einem Zylinderkopf), in dem sich ein Kolben mit einer Kolbenstange hin- und her bewegt, wobei der Arbeitszylinder einen Führungsteil hat, der geradlinige Bewegung der Kolbenstange und ihr gasdichtes Unterbringen gewährleistet,
– die im Arbeitszylinder unterhalb des Kolbens angeordneten Einlassventile,
– die im Zylinderkopf angeordneten getriebenen Auslassventile,
– eine Kraftstoffeinspritzanlage zur Einbringung von Kraftstoff in einen Raum, der sich außerhalb des Arbeitsraums befindet
und dadurch gekennzeichnet, dass
– der Zylinderkopf doppelwandig ausgeführt ist,
und der Motor auch folgendes beinhaltet:
– einen zwischen den Wänden des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfes angeordneten, fast ganzen Brennraum umgebenden Wärmetauschraum – als ein Verbundraum zwischen dem Brenn- und Unterkolbenraum, dafür bilden Leerräume des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfs einen Einheitsraum,
– die im Zylinderkopf angeordneten, den Brennraum mit/von dem Wärmetauschraum verbindenden/absperrenden Ansaugventile,
– die im Arbeitszylinder angeordneten, den Unterkolbenraum mit/von dem Wärmetauschraum verbindenden/absperrenden Sperrventile,
– mindestens ein am Wärmetauschraum angebrachtes Einspritzelement.
Das Verfahren zum Betrieb des vorgeschlagenen lufteinsaugenden Viertaktmotors und das Verfahren der dazugehörigen Kraftstoffeinspritzung beinhalten Vorverdichten der Frischluft im Unterkolbenraum beim Abwärtsgehen des Kolbens bei Arbeitstakt und Ansaugtakt
und dadurch gekennzeichnet, dass
– Einlass der Frischluft erfolgt nur in den Unterkolbenraum beim Aufwärtsgehen des Kolbens,
– bei erstem Vorverdichten der Frischluft wird sie aus dem Unterkolbenraum in den Wärmetauschraum verdrängt,
– die Kraftstoffeinspritzung beim Ottomotor und Voreinspritzung beim Dieselmotor erfolgt in den Wärmetauschraum,
– die in den Wärmetauschraum einströmende vorverdichtete Frischluft vermischt sich mit eingespritztem Kraftstoff und wird wegen der Erwärmung von Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, während dessen das zu verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird,
– Ansaugen des zu verbrennenden Gemisches in den Brennraum erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum.

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertaktmotor, ein Verfahren zu seinem Betrieb und ein Kraftstoffeinspritzverfahren.
Die Idee der Benutzung des Vorverdichtens des Frischgases in der Kurbelkammer vom abwärts gehenden Kolben zwecks Erzeugung des Überdrucks ist für Zweitaktmotoren seit langem realisiert. Sie haben Kurbelkammerspülpumpe mit einem Überströmkanal – ein zu einer Seite des Arbeitszylinders verschobener, kompakter Verbundraum zwischen der Kurbelkammer und dem Einlassschlitz.
Es sind Extrapolationen dieser Idee auf Viertaktmotoren bekannt: die Dokumente CH 154282A , DE 645261A , DE 1576235A , DE 2261180A , DE 2708729A1 , DE 3022901A1 , DE 3438031C1 , DE 19649202A1 , DE 198 25 490 , GB 160296A , GB 2254884A , JP 58167822AA und WO 1999 064734 . Der nächstliegende Stand der Technik sind die Dokumente DE 19825490 und WO 199906434 , die mit folgenden Nachteilen belastet sind:

– der Bau ist bedeutend komplizierter als der Bau von herkömmlichen Viertaktmotoren,
– das Überleitungsrohr, das gewöhnlichem Überströmkanal der Zweitaktmotoren gleich ist, vergrößert den Bau wesentlich,
– zwei Einlassanschlüsse: für Einsaugung des Frischgases vom Außen in den Brennraum und für Einsaugung des zu vorverdichtenden Frischgases in den Unterkolbenraum – davon: doppelte Anzahl der Einspritzpunkte für Benziner usw.,
– zusätzlicher Zwischenraum, der das Überleitungsrohr mit Brennraum verbindet, und zusätzliches Ventil zu seiner Verbindung/Absperrung mit/von dem Überleitungsrohr; dieses Ventil soll das Verhältnis zwischen dem Frischgasstrom vom Außen und dem Aufladungsstrom vorverdichteten Frischgases aus dem Überleitungsrohr in der Abhängigkeit von der Belastung regulieren, aber auf welche Weise – das macht eine auszuarbeitende Lösung unentbehrlich,
– aufgebauter Überdruck im Unterkolbenraum ist nicht so groß, so dass man auf das Direktansaugen nur bei minimaler Belastung verzichten kann, weil, erstens, es unmöglich ist, die im Arbeitszylinder schwenkende Pleuelstange gasdicht abzudichten, zweitens, Differenz zwischen dem Hubraum und dem Volumen von dem Kolben bis zum Kurbelkammerboden klein ist und, drittens, der Querschnitt des Überleitungsrohrs ist dafür zu klein, und zusätzliche Überleitungsrohre würden den Bau unzulässig verkomplizieren (zusätzliche Ventile usw.); deswegen läuft die Befüllung des Brennraums folgendermaßen ab: anfangs – Direktansaugen (vom Außen), dann – Ansaugen vorverdichteten Frischgases aus Unterkolbenraum als „zusätzliche Gasmenge”: „... Gas aus dem Unterkolbenraum wird dem direkt angesaugten Gasstrom beigefügt”.

In Automobilmotoren verwendet man zwei Kraftstoffeinspritzverfahren: Niederdruck-Saugrohreinspritzung und Hochdruck-Direkteinspritzung.
Die Nachteile der Direkteinspritzung beim Ottomotor, die im vorgeschlagenen Motorkonzept zu beheben sind:

– größerer Pumpen- und Düsenverschleiß wegen hohen Einspritzdrucks,
– die Einspritzdüse ist den hohen Brennraumtemperaturen und -drücken ausgesetzt; es besteht die Gefahr, dass Düsennadel hängen bleibt, der Nadelsitz undicht wird und die Bohrung verkokt,
– das Unterbringen der Einspritzdüse am Brennraum verkleinert den Raum für Einlass- und Auslasskanäle,
– das Kraftstoff-Luft-Gemisch ist nicht homogen,
– Benetzung von Brennraumwänden – bei luftgeführtem Brennverfahren, verkomplizierte Brennraumwände – bei wandgeführtem Brennverfahren und eine deutliche thermische Wechselbelastung auf die Zündkerze, so dass ihr dauerhafter Betrieb noch nicht sichergestellt ist, – bei strahlgeführtem Brennverfahren.

Der größte zu behebende Nachteil der Saugrohreinspritzung ist der Kraftstoffniederschlag im Saugrohr.
Es sind Verfahren bekannt, die Verbrennung von Dieselkraftstoffen optimieren (sollen):

– Voreinspritzen in den Brennraum, die Nachteile: erhöhte Rußemission und ungleichmäßiges Verteilen des Kraftstoffs im Brennraum;
– Einspritzen in den Brennraum mit zwei Einspritzelementen nach Patent DE 10 2006 014 071 ; der Nachteil – reduzierter Gaswechsel, weil der Raum für Einlass- und Auslasskanäle geringer ist, weil er für zweites Einspritzelement abgenommen ist.

Die Ziele vorliegender Erfindung sind

1 – das Schaffen eines Viertaktmotors, der erhöhte Wirkungsgrad, Leistung und Drehmoment bei verringertem spezifischem Kraftstoffverbrauch hat,
2 – das Schaffen eines Verfahrens zu seinem Betrieb, dessen Realisation den Bedarf am Kühlsystem und am Aufladungssystem eliminiert, so dass der Motor sich selbst auflädt und gleichzeitig kühlt, wobei vorgeschlagener Motor und Verfahren seines Betriebs keine erwähnten Nachteile aufweisen,
3 – das Schaffen eines Kraftstoffeinspritzverfahrens, das keine obererwähnten Nachteile der Saugrohr- und Direkteinspritzungen hat, aber dabei ihre Vorteile besitzt.

Diese Ziele werden dadurch erreicht, dass ein lufteinsaugender Viertaktmotor folgendes enthält:

– einen doppelwandigen Arbeitszylinder (mit einem Zylinderkopf), in dem sich ein Kolben mit einer Kolbenstange hin- und her bewegt, wobei der Arbeitszylinder einen Führungsteil hat, der geradlinige Bewegung der Kolbenstange und ihr gasdichtes Unterbringen gewährleistet,
– das/die im Arbeitszylinder unterhalb des Kolbens angeordnete(n) Einlassventil(e),
– das/die im Zylinderkopf angeordnete(n) getriebene(n) Auslassventil(e),
– eine Kraftstoffeinspritzanlage zur Einbringung von Kraftstoff in einen Raum, der sich außerhalb des Arbeitsraums befindet

– der Zylinderkopf doppelwandig ausgeführt ist, und der Motor auch folgendes beinhaltet:
– einen zwischen den Wänden des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfes angeordneten, fast ganzen Brennraum umgebenden Wärmetauschraum – als ein Verbundraum zwischen dem Brenn- und Unterkolbenraum, dafür bilden Leerräume des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfs einen Einheitsraum,
– das/die im Zylinderkopf angeordnete(n), den Brennraum mit/von dem Wärmetauschraum verbindende(n)/absperrende(n) Ansaugventile,
– das/die im Arbeitszylinder angeordnete(n), den Unterkolbenraum mit/von dem Wärmetauschraum verbindende(n)/absperrende(n) Sperrventil(e),
– (mindestens) ein am Wärmetauschraum angebrachtes Einspritzelement.

Die schematischen Ausführungsvarianten des vorgeschlagenen Motors:
auf der – Arbeitszylinder und Zylinderkopf,
auf der – ein Ottomotor beim Ansaugen,
auf der – ein Dieselmotor beim Ausstoßen,
auf den – – Gaswechsel bei vier Verfahrenschritten,
auf der – Arbeitsspiel eines Ottomotors,
auf der – Arbeitsspiel eines Dieselmotors.
Es sind folgende Kennzeichnungen für die Abbildungen angegeben:

An: – angetriebenes Ansaugventil,
Aus: – angetriebenes Auslassventil,
B: – Brennraum,
C: – Buchse,
D: – Dichtung,
E: – Niederdruck-Einspritventil am Wärmetauschraum M,
Ein: – selbsttätiges Einlassventil,
F: – Kerze,
K: – Kolben,
L: – Natriumfüllung,
M: – Wärmetauschraum,
N: – Nocken,
S: – selbsttätiges Sperrventil,
T: – Kolbenstange,
U: – Unterkolbenraum,
V: – Hochdruck-Einspritdüse am Brennraum B,
W: – Wärmetauscher,
Z: – Arbeitszylinder,
ZK: – Zylinderkopf.

Das Verfahren zum Betrieb des vorgeschlagenen lufteinsaugenden Viertaktmotors und das Verfahren der dazugehörigen Kraftstoffeinspritzung beinhalten Vorverdichten der Frischluft im Unterkolbenraum U beim Abwärtsgehen des Kolbens K bei Arbeitstakt und Ansaugtakt [bei geschlossenem(n) Einlassventil(en) Ein]
und dadurch gekennzeichnet, dass

– Einlass der Frischluft erfolgt nur in den Unterkolbenraum U [durch das/die Einlassventil(e) Ein bei dem/den geschlossenen Sperrventil(en) S] – beim Aufwärtsgehen des Kolbens K: bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt,
– bei erstem Vorverdichten der Frischluft wird sie aus dem Unterkolbenraum U in den Wärmetauschraum M [durch das/die Sperrventil(e) S] verdrängt,
– die Kraftstoffeinspritzung beim Ottomotor und Voreinspritzung beim Dieselmotor erfolgt in den Wärmetauschraum M,
– die in den Wärmetauschraum M einströmende vorverdichtete Frischluft vermischt sich mit eingespritztem Kraftstoff und wird wegen der Erwärmung von Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, während dessen das zu verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird,
– Ansaugen des zu verbrennenden Gemisches in den Brennraum B erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum M [durch das/die Ansaugventil(e) An].

Die Kraftstoffeinspritzung in den Wärmetauschraum M kann kontinuierlich oder intermittierend erfolgen – dafür ist das Niederdruck-Einspritzventil E zu verwenden, das sich am wärmsten Bereich des Wärmetauschraums M befinden soll zwecks sicherer Verdampfung des Kraftstoffs. Aus diesem Grund auf den Abbildungen ist das Niederdruck-Einspritventil E im Zylinderkopf ZK zwischen Auslassventilen Aus untergebracht. Da die Durchmischung des Kraftstoffs mit vorverdichteter Luft im Wärmetauschraum M binnen drei oder vier Takten erfolgt, wird das Gemisch hoch homogenisiert.
Bei Ottomotoren erfolgt die Einspritzung in den Wärmetauschraum M mit der Bildung zündfähigen Gemisches.
Bei Dieselmotoren sind zwei Einspritzelemente erforderlich: V – Hochdruck-Einspritzdüse am Brennraum B und E – Niederdruck-Einspritzventil am Wärmetauschraum M; die Voreinspritzung in den Wärmetauschraum M erfolgt mit der Bildung eines armen, nicht selbstzündfähigen Dieselkraftstoff-Luft-Gemisches, dabei die maximal große Voreinspritzmenge anzustreben ist, so dass das Verdichten im Brennraum B an der Grenze der Selbstzündung erfolgen sollte, und kurz vor OT – die Haupteinspritzung in den Brennraum B mit der Selbstzündung. Dank hohem Niveau der Homogenisation des Dieselkraftstoff-Luft-Gemisches hat die Voreinspritzmenge einen wesentlich größeren Anteil als bei bekannten Dieselverfahren.
Zwecks effektiven Wärmeaustausches im Wärmetauschraum M

– entweder mindestens ein zellenartiger Wärmetauscher W (aus Al, Cu) dort, z. B. zwischen dem eigentlich Arbeitszylinder Z und seiner Buchse C bei einer Übermaßpassung, untergebracht ist, so dass er fast ganzes Volumen des Wärmetauschraums M ausfüllt,
– oder Innenraum des Wärmetauschraums M mindestens einen zellenartigen Wärmetauscher W darstellt, der einstückig mit dem eigentlich Arbeitszylinder Z oder/und dem Zylinderkopf ZK ausgeführt ist.

Der Wärmeaustausch geschieht zwischen den Zellenwänden und dazwischen durchströmendem vorverdichtetem Gas. Im Wärmetauschraum M/Wärmetauscher W vermischen sich das nach dem Ansaugtakt übrig gebliebene Gas, eingespritzter Kraftstoff und vorverdichtete Frischluft aus dem Unterkolbenraum U; der eingespritzte Kraftstoff und diese Gase kühlen die Brennraumwände des Arbeitszylinders Z und des Zylinderkopfs ZK intensiv, dabei werden sie Erwärmung und zusätzlicher (doppelter) Vorverdichtung ausgesetzt. Das Volumen des Wärmetauschraums M soll erforderlichen höchsten Liefergrad und ausreichende Kühlleistung gewährleisten, und die Form der Zellen ist solche, dass dank dem Umlaufstrom vorverdichteter Gase maximaler Wärmeaustausch erlangt wird. Der Wärmetauschraum M bekommt eine Portion vorverdichteter Frischluft aus dem Unterkolbenraum U bei jedem Abwärtsgehen des Kolbens K, d. h. doppelte Portion – bei einem Arbeitsspiel.
Somit wird die vom Arbeitsraum abzuführende Wärme, die als unvermeidliches Böses (auf Grund derer bis 33% zugeführter Energie verloren geht) aufgenommen wird, vollständig ausgenutzt, so dass Bedarf an der Kühlung und der Aufladung entfällt. Aus diesem Grund sind das Kühlsystem und das Aufladungssystem aus dem Motorkonzept eliminiert. Die Gaswechselräume: Brennraum B, Unterkolbenraum U und Wärmetauschraum M kontaktieren miteinander ohne Zwischenraum [durch das/die Ansaugventil(e) An und das/die Sperrventil(e) S].
Die translatorische Bewegung ohne Schwenkungen der Kolbenstange T gewährleisten, beispielsweise, die Triebwerke mit der Nocken- oder Exzenterwelle und mit dem Kolbenstange-Kreuzkopf-Pleuelstange-Aufbau. Ihr gasdichtes Unterbringen durch Dichtung D ermöglicht jeden erdenklich hohen Überdruck im Unterkolbenraum U. Es wird empfohlen, das/die Einlassventil(e) Ein selbsttätig(e) auszuführen, obwohl der Einsatz des Antriebs für es/sie zwecks seiner/ihrer rückartigen Öffnung durch daneben gedrehte Antriebswelle leicht realisierbar ist (siehe WO 199906434 ).
Das Verfahren für den Ottomotor erfolgt taktmäßig folgendermaßen:
Verdichtungstakt:

– oberhalb des Kolbens K: Verdichtung vorgewärmten, doppelt vorverdichteten Ottokraftstoff-Luft-Gemisches; kurz vor OT: Zündung von Kerze F;
– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Einspritzung des Ottokraftstoffs vom Ventil E, seine Vermischung mit Gemischrest, Erwärmung mit Verdichten gebildeten Gemisches;

Arbeitstakt:

– oberhalb des Kolbens K: Arbeiten des Brenngases;
– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Luft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Einströmung der vorverdichteten Luft aus dem Unterkolbenraum U mit ihrer Vermischung mit Gemischrest, Erwärmung mit Verdichtung gebildeten Gemisches;

Ausstoßtakt:

– oberhalb des Kolbens K: Auslass verbrannten Gases;
– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung des vorverdichteten Gemisches;

Ansaugtakt:

– oberhalb des Kolbens K: Ansaugung des vorgewärmten, doppelt vorverdichteten Gemisches aus Wärmetauschraum M;
– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Luft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Auszug des vorgewärmten, doppelt vorverdichteten Gemisches in den Brennraum B, Durchpumpung mit Erwärmung der aus dem Unterkolbenraum U einströmenden vorverdichteten Luft zum Brennraum B.

Das Verfahren für den Dieselmotor erfolgt taktmäßig folgendermaßen:
Verdichtungstakt:

– oberhalb des Kolbens K: Verdichtung vorgewärmten, doppelt vorverdichteten Dieselkraftstoff-Luft-Gemisches, kurz vor OT: Haupteinspritzung des Dieselkraftstoffs von Düse V mit Selbstzündung;
– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Voreinspritzung des Dieselkraftstoffs vom Ventil E, seine Vermischung mit Gemischrest, Erwärmen mit Verdichten gebildeten Gemisches;

Arbeitstakt:

– oberhalb des Kolbens K: Arbeiten des Brenngases;
– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Frischluft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Einströmung der vorverdichteten Frischluft aus Unterkolbenraum U mit ihrer Vermischung mit Gemischrest, Erwärmung mit Verdichtung des gebildeten Gemisches;

Ausstoßtakt:

Ansaugtakt:

– oberhalb des Kolbens K: Ansaugung des vorgewärmten, doppelt vorverdichteten Gemisches aus Wärmetauschraum M in den Brennraum B;
– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung der vorverdichteten Frischluft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Auszug des vorgewärmten und doppelt vorverdichteten Gemisches in den Brennraum B, Durchpumpung mit Erwärmung der aus dem Unterkolbenraum U einströmenden vorverdichteten Luft zum Brennraum B.

Dank starker Vorverdichtung des anzusaugenden Gases im Unterkolben- U und dann im Wärmetauschraum M wird sehr hoher Befüllungsgrad/Liefergrad erzielt – das erhöht Leistung, Drehmoment und Wirkungsgrad.
Auch dank erwähnter starker Vorverdichtung und der Erwärmung des anzusaugenden Gemisches wird das zu verbrennende Gemisch im Brennraum B hochhomogenisiert – das soll spezifischen Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen verkleinern.
Das Eliminieren des Kühlsystems und des Aufladungssystems verringert baulichen Aufwand, vereinfacht und verbilligt den Motor bedeutend sowie ermöglicht weitgehende Wartungsfreiheit.
Es soll stark verringerte Störanfälligkeit erreicht werden:

– guter Kaltstart – dank sicherer Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs im Wärmetauschraum M;
– keine Frostschäden und keine Schlagempfindlichkeit – wegen dem fehlenden Kühlsystem; das begünstigt den Einsatz des Motors für den Betrieb bei Extrembedienungen.

Wegen dem sehr hohen Liefergrads und unter Berücksichtigung davon, dass der Ladevorgang einen Teil der Gesamtverdichtung übernimmt, soll der Arbeitshub wie bei aufgeladenen Kurzhubmotoren sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 154282 A [0003]
DE 645261 A [0003]
DE 1576235 A [0003]
DE 2261180 A [0003]
DE 2708729 A1 [0003]
DE 3022901 A1 [0003]
DE 3438031 C1 [0003]
DE 19649202 A1 [0003]
DE 19825490 [0003, 0003]
GB 160296 A [0003]
GB 2254884 A [0003]
JP 58167822 AA [0003]
WO 1999064734 [0003]
WO 199906434 [0003, 0023]
DE 102006014071 [0007]

Claims

Viertaktmotor enthält folgendes: – einen doppelwandigen Arbeitszylinder (mit einem Zylinderkopf), in dem sich ein Kolben mit einer Kolbenstange hin- und her bewegt, wobei der Arbeitszylinder einen Führungsteil hat, der geradlinige Bewegung der Kolbenstange und ihr gasdichtes Unterbringen gewährleistet, – das/die im Arbeitszylinder unterhalb des Kolbens angeordnete(n) Einlassventil(e), – das/die im Zylinderkopf angeordnete(n) getriebene(n) Auslassventil(e) – eine Kraftstoffeinspritzanlage zur Einbringung von Kraftstoff in einen Raum, der sich außerhalb des Arbeitsraums befindet und dadurch gekennzeichnet, dass – der Zylinderkopf doppelwandig ausgeführt ist, und der Motor auch folgendes beinhaltet: – einen zwischen den Wänden des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfes angeordneten, (fast) ganzen Brennraum umgebenden Wärmetauschraum – als ein Verbundraum zwischen dem Brenn- und Unterkolbenraum, dafür bilden Leerräume des Arbeitszylinders und des Zylinderkopfs einen Einheitsraum, – das/die im Zylinderkopf angeordnete(n), den Brennraum mit/von dem Wärmetauschraum verbindende(n)/absperrende(n) Ansaugventil(e), – das/die im Zylinderkopf angeordnete(n), den Unterkolbenraum mit/von dem Wärmetauschraum verbindende(n)/absperrende(n) Sperrventil(e). – mindestens ein am Wärmetauschraum angebrachtes Einspritzelement.
Viertaktmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscher im Wärmetauschraum aufgestellt ist, so dass er fast sein ganzes Volumen ausfüllt.
Viertaktmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Innenraum des Wärmetauschraums mindestens einen zellenartigen Wärmetauscher darstellt, der einstückig mit dem eigentlich Arbeitszylinder oder/und dem Zylinderkopf ausgeführt ist.
Das Verfahren zum Betrieb des Viertaktmotors nach einem der Ansprüche 1–3 beinhaltet Vorverdichten der Frischluft im Unterkolbenraum beim Abwärtsgehen des Kolbens (bei Arbeits- und Ansaugtakt) und dadurch gekennzeichnet, dass – Einlass der Frischluft erfolgt nur in den Unterkolbenraum bei jedem Aufwärtsgehen des Kolbens: bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt, – bei erstem Vorverdichten der Frischluft wird sie aus dem Unterkolbenraum in den Wärmetauschraum verdrängt, – die Kraftstoffeinspritzung beim Ottomotor und Voreinspritzung beim Dieselmotor erfolgt in den Wärmetauschraum, – die in den Wärmetauschraum einströmende vorverdichtete Frischluft vermischt sich mit eingespritztem Kraftstoff und wird wegen der Erwärmung von Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, während dessen das zu verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, – Ansaugen des zu verbrennenden Gemisches in den Brennraum erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum.