DE112005000152T5

DE112005000152T5 - Verbrennungsmotor und die Methode seiner Steuerung

Info

Publication number: DE112005000152T5
Application number: DE112005000152T
Authority: DE
Inventors: Aleksandr Nikolaevic Sergeev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2007-02-15
Also published as: EP1748166B1; JP4505015B2; ATE548549T1; US7451727B2; EP1748166A1; EP1748166A4; US20060266325A1; JP2007530866A; WO2005095769A1

Abstract

Verbrennungsmotor, der einen Arbeitszylinder mit einem Kolben, der mit der Kurbelwelle kinematisch verbunden ist, einen Arbeitszylinderkopf mit einer darin platzierten Brennkammer und Vorkammer enthält, die mit Zündkerze ausgestattet ist, wobei die Brennkammer und die Vorkammer über Rücklaufventile durch Kanäle für die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit einer Kraftstoff-Luft-Gemischpumpe verbunden sind, die als Kompressorzylinder mit Kolben ausgeführt ist und mit einer Kraftstoffzufuhreinrichtung, Luft- und Kraftstoffzufuhrkanälen sowie einem Absperrventil mit einem Sattel ausgestattet ist, wobei der Kompressorzylinderkolben mit dem Arbeitskolben kinematisch verbunden ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kraftstoffzufuhrkanal und die darin platzierte Kraftstoffzufuhreinrichtung sowie die Luftzufuhrkanäle im oberen Teil des Kompressorzylinders oberhalb des oberen Totpunktes des Kompressorkolbens platziert sind und an den Ausgängen der Luftzufuhrkanälen in den Kompressorzylinder Rücklaufventile montiert sind.

Description

Die Erfindung gehört zum Motorenbau und kann bei der Herstellung und kann beim Betrieb von Verbrennungsmotoren mit einem System der Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Arbeitszylinder des Motors verwendet werden.
Bekannt ist der Verbrennungsmotor (Patent der Russischen Föderation Nr. 22290029 vom 25.11.2002, MKI F02B33/22). Dieser Motor beinhaltet einen Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben, der kinematisch mit einer Motorwelle verbunden ist, und einem Kompressorzylinder, der in einem einheitlichen Block mit dem Arbeitszylinder hergestellt ist. Im Kompressorzylinder ist eine Hülse mit Einlassfenstern platziert, die mit dem Einlasskanal kommunizieren. Der Kompressorzylinder ist mit dem Arbeitszylinder durch einen Verbindungskanal über ein Absperrventil verbunden. Das Absperrventil befindet sich über der Hülse koaxial zum Kompressorzylinder und ist in Form eines Glases mit einer Feder und einem Sattel ausgeführt, der von der oberen Kopffläche der Hülse gebildet ist. In der Hülse befindet sich ein Kompressorkolben, der kinematisch mit dem Arbeitskolben verbunden ist. Das Absperrventil ist mit seinem Boden zum Kompressorkolben gerichtet. Die kinematische Verbindung von dem Arbeits- und dem Kompressorkolben ist mithilfe der Mechanismen realisiert, auf deren Stangen der Arbeits- und der Kompressorkolben befestigt sind. Der Kompressorkolben ist im Verhältnis zum Arbeitskolben mit einer Möglichkeit der Phasenvoreilung um 40 bis 80° Wellenumdrehung. Der Innenraumumfang der Hülse innerhalb des Kompressorzylinders beträgt 5 bis 30% Arbeitumfangs des Arbeitszylinders. Im Kompressorzylinder, in seinem Mittelteil ist eine Ringnut ausgeführt, die mit dem Einlassventil verbunden ist. Die Hülsenfenster sind auf der Kreislinie der Hülse gegenüber der Ringnut im Kompressorzylinder angebracht. Am Einlasskanal ist ein mit ihm kommunizierender Mechanismus für die Zufuhr von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff platziert.
Als Mechanismen, mit deren Hilfe die kinematische Verbindung zwischen dem Arbeitskolben, der Motorwelle und dem Kompressorkolben realisiert wird, wurden Kurbelgetrieben oder Mechanismen ohne Pleuelstange eingesetzt. Die Zündkerze ist koaxial zum Arbeitszylinder montiert. Der Verbindungskanal ist im oberen Teil des Kompressorzylinders platziert. Die Projektion der Achse vom Verbindungskanal auf die Längsschnittebene vom Arbeit- und Kompressorzylinders liegt im Winkel von 20° bis 60° zur Längsachse des Arbeitszylinders. Der Scheitelpunkt von diesem Winkel ist zum Arbeitszylinderkopf ausgerichtet. Die Projektion der Achse vom Verbindungskanal auf die Querschnittsebene der Zylinder liegt im Winkel von 15° bis 40° zur Querachse des Arbeitszylinders, die die Längsachse des Kompressorzylinders schneidet.
Unter dem Arbeitskolben im Arbeitszylinder ist eine Membran montiert, die im zentralen Teil mit einer Dichtung ausgestattet ist. Durch diese Dichtung geht die Stange des Mechanismus durch, mit dem die kinematische Verbindung zwischen dem Arbeitskolben und dem Motorwalzen realisiert ist. Der äußere Umriss der Blendeoberfläche ist entsprechend dem inneren Umriss der Oberfläche vom Arbeitskolben ausgeführt, und der Ablasskanal befindet sich oberhalb der Blende. Der Raum oberhalb des Kolbens ist durch Überströmkanäle mit dem Raum unterhalb des Kolbens verbunden. Der Mechanismus für die Zufuhr von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff ist in Form einer Düse ausgeführt.
Eine solche Konstruktion des Motors ermöglicht es, seine Leistung und Betriebsstabilität zu erhöhen. Aber beim Motorbetrieb kühlt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf dem Weg vom Kompressorzylinder durch die Verbindungskanäle in die Brennkammer ab, was zur Entstehung der Tropfenphase im Kraftstoff-Luft-Gemisch führen kann. Dies wird die Homogenität des Gemisches gefährden und zur Abmagerung der Dampfphase führen, was die Leistung verringern, die Betriebsstabilität verschlechtern und den Kraftstoffverbrauch erhöhen wird.
Die Steuerung des Motorbetriebs läuft traditionell auf die Regulierung der Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch hinaus, die im Arbeitszylinder eintrifft. Dies ermöglicht die Drehungszahl der Kurbelwelle des Motors und seine Leistung je nach Belastung zu verändern. Diese Steuerungsmethode erlaubt es nicht, ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verwenden, und gewährleistet keinen stabilen Motorbetrieb bei geringen Kurbelwellendrehzahlen, was zur Steigerung des Kraftstoffverbrauchs und zur unvollständigen Kraftstoffverbrennung führt.
Bekannt ist auch der Verbrennungsmotor, der durch das Patent RF Nr. 2230202 vom 08.01.2003., MKI 7 F02B19/10 geschützt ist, und als Prototyp dient. Der Motor beinhaltet einen Zylinder mit Kolben, eine Pumpe des Kraftstoff-Luft-Gemisches und einen Zylinderkopf, in der eine sphärische oder eine konische Brennkammer und eine zylindrische Vorkammer platziert sind. Die Brennkammer und die Vorkammer sind durch einen oder mehrere Kanäle mit der Pumpe für das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbunden. Die Projektionen der Achsenabschnitte der Kanäle, die in die Brennkammer und in die Vorkammer führen, auf die Längsschnittebene des Arbeitszylinders liegen im Winkel von 90 bis 20° bzw. 90 bis 140° zur Arbeitszylinderachse. Die Kanaleingänge sind tangential zu den Oberflächen der Kammer platziert. Die Brennkammerkanäle sind den Vorkammerkanälen entgegen gerichtet. Dies ermöglicht es, Motorleistung zu erhöhen und die Toxizität der Abgase mittels der Verwendung von einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch zu senken.
Eine solche Gesamtheit der Merkmale von der anmeldungsgemäßen Motorkonstruktion ermöglicht es, die Motorleistung zu erhöhen und die Toxizität der Abgase durch die Verwendung von einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch zu senken.
Allerdings kann sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch auch abkühlen, während es durch die Kanäle von der Pumpe zur Vorkammer und Brennkammer läuft, was zur Bildung der flüssigen Tropfenphase im Kraftstoff-Luft-Gemisch führen kann und somit das Gemisch mit dem Kraftstoff über den zulässigen Grenzen abmagern.
Außerdem kann ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches, während es an den Wänden der Brennkammer unter der Wirkung der Vertikalkomponente von Fliehkräften gleitet, vorzeitig in den Raum oberhalb des Kolbens herausgespritzt werden und somit das Gemisch abmagern, das in der Brennkammer bleibt. Als Ergebnis wird die Stabilität des Motorbetriebs gefährdet, die Motorleistung gesenkt und der Kraftstoffverbrauch erhöht sein.
Die Steuerung des Motorbetriebs nach Prototyp besteht auch darin, dass man die Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch verändert, das in die Brennkammer zugeführt wird. Der Grad der Verdichtung von diesem Gemisch ist streng durch die Parameter vom Absperrventil festgelegt und kann nicht im Funktionsprozess je nach dem Funktionsmodus verändert werden. Dies schränkt die Verwendungsmöglichkeiten des mageren Gemischs ein und gewährleistet keine weitere Erhöhung des Verbrennungsgrades von Kraftstoff, was die Möglichkeiten für die Steigerung der Motorleistung und die Senkung der Toxizität der Abgase verringert.
Das technische Resultat der Erfindung besteht in der Erhöhung der Stabilität des Motorbetriebs und seiner Leistung, in der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Senkung der Toxizität der Abgase.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der anmeldungsgemäße Verbrennungsmotor einen Arbeitszylinder mit einem Kolben beinhaltet, der mit der Kurbelwelle kinematisch verbunden ist. Der Arbeitszylinder hat einen Kopf, in dem die Brennkammer und die mit der Zündkerze ausgestattete Vorkammer platziert sind. Die Brennkammer und die Vorkammer sind durch Kanäle für die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemischs über Rückschlagventile mit der Pumpe für das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbunden. Die Pumpe ist in Form eines Kompressorzylinders mit Kolben ausgeführt und mit einem Mechanismus für die Kraftstoffzufuhr und Kanäle für die Kraftstoff- und Luftzufuhr sowie mit einem Absperrventil mit Sattel ausgestattet. Der Kolben des Kompressorzylinders ist kinematisch mit dem Arbeitskolben verbunden.
Die Motorleistung steuert man durch die Veränderungen der Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch, das in die Vorkammer und die Brennkammer eingespritzt wird. Dafür verändert man die Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr durch den Mechanismus für die Dosierung des Impulses.
Im Gegensatz zum Prototyp sind der Kanal für die Kraftstoffzufuhr und die darin platzierte Kraftstoffzufuhreinrichtung sowie die Luftzufuhrkanäle im oberen Teil des Kompressorzylinders oberhalb des oberen Totpunktes vom Kompressorkolben platziert. Am Ausgang des Luftzufuhrkanals in den Kompressorzylinder sind Rückschlagventile platziert. Die Kanäle für die Zufuhr vom Kraftstoff-Luft-Gemisch sind in Form einer Röhre ausgeführt, die durch eine Trennwand ihrer Achse entlang geteilt ist, oder in Form von zwei Röhren ausgeführt, die parallel zueinander montiert sind und im Deckelhohlraum platziert sind, der mit Kühlflüssigkeit befüllt ist, wobei der Deckel den Arbeitszylinder und den Kompressorzylinder abdeckt. Die Kanäle für die Zufuhr vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und in die Brennkammer sind mit einem Erhitzer und seinem Netzgerät ausgestattet. Im Raum, wo diese Kanäle platziert sind, ist ein Temperatursensor für die Kühlflüssigkeit montiert, der mit dem Netzgerät des Erhitzers verbunden ist.
Die Brennkammer hat Zylinderform. Die Achsenprojektionen der Kanalabschnitte, die zur Vorkammer und Brennkammer führen, auf den Längsschnitt des Arbeitszylinders stehen senkrecht zur Arbeitszylinderachse. Der Kanal der Zufuhr von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer ist mit einem Steuerungsmechanismus mit einem Getriebe ausgestattet, der mit der Kraftstoffzufuhreinrichtung oder mit dem Drehzahlgeber verbunden ist.
Darüber hinaus ist der Motor mit einer Betriebsmodusanzeige, einem Druckgetriebe auf das Absperrventil und einem Prozessor ausgestattet. Die Betriebsmodusanzeige ist mit dem Prozessor und der Prozessor mit dem Kraftstoffdosierungsmechanismus und dem Druckgetriebe auf das Absperrventil verbunden.
Beim Wechsel des Betriebsmodus des Motors wird die Geschwindigkeit der Einspritzung von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und in die Brennkammer reguliert, wobei der Druck im Kompressorzylinder erhöht oder verringert wird. Dafür verändert man den Druck des Absperrventils auf den Sattel.
Bei der Verlängerung des Impulses der Kraftstoffzufuhr erhöht man den Druck im Kompressorzylinder, und bei der Verkürzung des Impulses der Kraftstoffzufuhr verringert man den Druck im Kompressorzylinder so, dass in dem Bereich der Vorkammer, wo die Elektroden der Zündkerze platziert sind, ein Luft-Kraftstoffverhältnis von 8 : 1 bis 20 : 1 im Kraftstoff-Luft-Gemisch gewährleistet wird.
Die Einspritzung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und in die Brennkammer des Arbeitszylinders erfolgt bei der Bewegung des Arbeitszylinders zum oberen Totpunkt nach dem Absperren von Ein- und Auslasskanälen des Arbeitszylinders, jedoch nicht später als 5° bis zur Funkenentladung an den Elektroden der Zündkerze.
Diese Gesamtheit der Merkmale des Motors und dessen Steuerung gewährleistet im Gegensatz zum Prototyp die Möglichkeit der Kraftstoffzufuhr in den Kompressorzylinder innerhalb von 0 bis 360° der Bewegung des Kompressorkolbens, was die Möglichkeiten der Regulierung der Motorleistung erweitert. Das im Kompressorzylinder vorbereitete und bei der Verdichtung erwärmte Kraftstoff-Luft-Gemisch kühlt sich auf dem Weg durch den Kanal in die Brennkammer und in die Vorkammer des Arbeitszylinders nicht ab. Dies schließt die Bildung der Flüssigphase im Kraftstoff-Luft-Gemisch aus, was die Stabilität des Motorbetriebs erhöht. Die anmeldungsgemäße Form der Brennkammer und die Lage der Kanäle, die in die Brennkammer und Vorkammer münden, beugen die Möglichkeit von einem vorzeitigen Absturz des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Raum oberhalb des Kolbens vom Arbeitszylinder, was auch die Stabilität des Motorbetriebs erhöht und den Kraftstoffverbrauch senkt.
Das Vorhanden des Steuerungsmechanismus im Kanal für die Zufuhr vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und seine Verbindung zum Drehzahlgeber oder zum Mechanismus für die Kraftstoffzufuhr erlaubt es, die Menge des Gemisches, das in die Vorkammer befördert wird, je nach Kraftstoffgehalt im Kraftstoff-Luft-Gemisch zu ändern. Dies wird bei der Steigerung der Motorleistung ermöglichen, die Menge vom fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer zu verringern, und beugt die Möglichkeit des Kraftstoffüberflusses im Bereich der Zündkerzenelektroden vor. Als Ergebnis wird die Stabilität des Motorbetriebs bei einer größeren Leistungsfähigkeit gesteigert.
Die Gesamtheit der Merkmale des anmeldungsgemäßen Motors und seiner Steuerung gewährleistet die Veränderung des Verdichtungsgrades des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei Veränderungen des Motorfunktionsmodus. Dies erlaubt es, die Unveränderlichkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Kraftstoff-Luft-Gemisch im Bereich der Elektroden der Zündkerze im vorgegebenen Rahmen zu behalten. Als Ergebnis wird bei der Vergrößerung der Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch die möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffs gewährleistet, was die Leistung des Motors erhöht, den Kraftstoffverbrauch verringert und die Toxizität der Abgase senkt. Bei der Minderung der Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch wird die Stabilität des Motorbetriebs durch die Versorgung des Kerns vom fetten Gemisch im Bereich der Zündkerzenelektroden gesteigert. Dies wird ebenfalls die Motorleistung erhöhen, die Einsparung des Kraftstoffs gewährleisten und die Toxizität der Abgase senken.
Die Erfindung wird durch Zeichnungen veranschaulicht. Dabei zeigen:
1 das Konstruktionsschema des Motors;
2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus 2; und
4 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C aus 1.
Der anmeldungsgemäße Motor enthält den Arbeitszylinder 1 mit dem Arbeitskolben 2, der durch die Stange 3 kinematisch mit Kurbelwelle verbunden ist. Im Kopf 4 des Arbeitszylinders 1 sind die Brennkammer 5 in Zylinderform und die Vorkammer 6 mit der Zündkerze 7 platziert. Die Brennkammer 5 und die Vorkammer 6 sind mit der Pumpe für das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbunden, und zwar durch die Kanäle 9, 10, 22 sowie die Kanäle 39 und 38, die in der durch die Trennwand 25 geteilten Röhre platziert sind, über die im Gehäuse 24 platzierten Rücklaufventile 23. Die Kanäle 38 und 39 können auch in Form von einzelnen Röhren ausgeführt werden, die parallel zu einander platziert sind. Eine solche Ausführung der Kanälen 38, 39 kann bei der Herstellung von Motoren mit geringerer Leistung sinnvoll sein, wenn es kompliziert ist, die Trennwand 25 in der Röhre mit einem kleinen Durchmesser herzustellen.
Die Pumpe für das Kraftstoff-Luft-Gemisch ist in Form vom Kompressorzylinder 17 mit dem Kolben 19 und der Stange 32 ausgeführt, die kinematisch mit der Stange 3 des Arbeitskolbens 2 verbunden ist. Im Deckel 33 des Kompressorzylinders 17 ist der Absperrventil 21 mit der Feder 20 montiert, die mit der Scheibe 18 an den Deckel 33 gedrückt ist. Als Sattel für das Rücklaufventil 32 dient die Bodenfläche des Innenraums im Deckel 33, in dem das Ventil 21 platziert ist. Außerdem ist im Deckel 33 der Kanal 14 für die Kraftstoffzufuhr und ein oder mehrere Kanäle 15 für die Luftzufuhr platziert, die mit der Atmosphäre durch die Kanäle 13 und 11 verbunden sind, die im Kompressorzylindergehäuse 17 bzw. im Motorgehäuse 16 montiert sind (2). Am Eingang vom Kanal 14 ist die Kraftstoffzufuhreinrichtung 12 aufgestellt, in dessen Funktion man beispielsweise eine Düse verwenden kann.
Die Platzierung der Kanäle 14 und 15 im Deckel 33 bestimmt den Ausgang dieser Kanäle in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 oberhalb des oberen Totpunktes des Kompressorkolbens 19. An Ausgängen der Kanälen 15 in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 sind die Rücklaufkanäle 34 montiert, die beispielsweise Lamellenform haben und mit den Schrauben 35 an der Stirnseite des Kompressorzylinders 17 montiert werden können.
Die Röhre 26, die die Kanäle 39 und 38 für die Zufuhr vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 5 und in die Vorkammer 6 enthält, befindet sich in dem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Innenraum unter dem Deckel 31, der den Arbeits- und Kompressorzylinder bedeckt und am Motorgehäuse 16 befestigt ist. Die Röhre 26 ist mit dem Erhitzer 27 ausgestattet (z.B. mit einem elektrischen), der mit seinem Netzteil 30 durch die Kabel 29 verbunden ist. Im Bereich, wo sich die Röhre 26 mit den Kanälen 39 und 38 befindet, ist der Sensor 28 montiert, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit anzeigt und mit dem Netzteil 30 des Erhitzers 27 verbunden ist.
Die Projektionen von den Achsenabschnitten der Kanäle 9 und 10, die in die Vorkammer 6 bzw. in die Brennkammer 5 führen, auf die Längsschnittfläche des Arbeitszylinder 1 liegen senkrecht zur Achse des Arbeitszylinder 1 (Winkel a=b=90°).
Der Kanal 38 für die Zufuhr vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 6 ist mit der Regeleinrichtung 36 ausgestattet. Das Getriebe 37 der Regeleinrichtung 36 ist mit dem Drehzahlgeber der Kurbelwelle oder mit der Kraftstoffzufuhreinrichtung 12 verbunden.
Der Motor enthält die Betriebsmodusanzeige 40, das Druckgetriebe 41, das auf das Absperrventil 21 drückt, und den Prozessor 42. Die Betriebsmodusanzeige 40 ist mit dem Prozessor verbunden, der mit der Kraftstoffzufuhreinrichtung 12 und mit dem Druckgetriebe 41.
Die Platzierung des Kanals 14 mit der Kraftstoffzufuhreinrichtung 12 und der Luftzufuhrkanäle 15 im Deckel 33 bestimmt die Mündung dieser Kanäle in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 im oberen Teil des Innenraums oberhalb des oberen Totpunktes des Kompressorkolbens 19. Dies verlängert im Gegensatz zum Prototyp die Zeit, während derer die Kraftstoffzufuhr in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 möglich ist. Die Kraftstoffzufuhr kann in jeder Phase der Bewegung des Kolbens 19 vom Kompressorzylinder 17 von 0 bis 360° erfolgen. Dies schließt die Möglichkeit der vorzeitigen Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr bei der geöffneten Einrichtung 12 (z.B. Düse) durch das Absperren vom Kanal 14 durch den Kolben 19 auf seinem Weg zum oberen Totpunkt aus, wie es im Prototypmotor sein konnte und was die Möglichkeit die Leistungssteigerung des Motors einschränkte. Im anmeldungsgemäßen Motor wird die Einspritzung des Kraftstoffs in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 bei jeder Position des Kolbens 19 durch die Platzierung des Kanals 14 oberhalb des oberen Totpunktes des Kompressorkolbens 19 ermöglicht. Dadurch werden die Möglichkeiten der Leistungssteigerung des Motors erweitert.
Die Platzierung der Luftzufuhrkanäle 15 im Deckel 33 des Kompressorzylinders 17 vergrößert die Befüllung des Innenraums 8 des Kompressorzylinders 17 mit Luft, weil dadurch die Luftzufuhr während der ganzen Zeit der Bewegung des Kompressorkolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt gewährleistet wird. Beim Rücklauf des Kolbens 19 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt werden die Kanalausgänge 15 durch die Ventile 34 abgesperrt, es erfolgt die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
Bei der Bewegung des Kolbens 19 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt wird Druck oberhalb des Kolbens gesenkt, die Kanäle 34 öffnen sich und durch die Kanäle 15, 13 und 11 wird reine Luft aus der Atmosphäre in den Innenraum 8 während der Zeit angesaugt, die den 180° der Kolbenbewegung entspricht. Gleichzeitig mit dem Beginn der Luftzufuhr in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 beginnt die Einspritzung des Kraftstoffs über den Kanal 14 mit Hilfe von der Einrichtung 12. Dies gewährleistet eine vollständigere Vermischung vom Kraftstoff mit Luft, die vor dem Beginn der Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches beginnt. Dadurch wird erhöhte Qualität des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet, das homogener wird. Die Stabilität des Motorbetriebs steigt, der unwillkürliche Kraftstoffverbrauch senkt und die Motorleistung wird durch die weitere vollständigere Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Arbeitszylinder 1 des anmeldungsgemäßen Motors erhöht.
Bei der Bewegung des Kompressorkolbens 19 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt verdichtet sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch, wodurch es bis 300 bis 400° erhitzt wird. Der Kraftstoff wird verdunstet, was die einphasige Gaszusammensetzung des ganzen Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet. Aber im Motor nach Prototyp kühlt sich das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Ausgang aus dem Kompressorzylinder 17 ab, wenn es durch die Kanäle 39 und 38 in die Brennkammer 5 und die Vorkammer 6 gelangt, und seine Temperatur senkt. Außerdem muss die Einspritzung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 5 und in die Vorkammer 6 unter dem Druck im Arbeitszylinder 1 erfolgen, der gleich oder niedriger als der Druck im Kompressorzylinder 17 ist. Im letzteren Fall wird in den Kanälen 38, 39, 22, 9, 10, in der Brennkammer 5 und in der Vorkammer 6 Ausdehnung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgen, was auch zur Senkung dessen Temperatur führt. Dadurch wird ein Teil des Kraftstoffs im Kraftstoff-Luft-Gemisch kondensiert und als flüssige Tropfenphase freigesetzt.
Dies wird die Stabilität des Motorbetriebs stark gefährden, seine Leistung verringern und den Kraftstoffverbrauch steigern, da dabei die Anzündung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch fehlen kann. Dieser Fehler ist in der anmeldungsgemäßen Konstruktion dadurch beseitigt, dass die Kanäle 39 und 38 in Form der Röhre 26 ausgeführt sind, die mit der Trennwand 26 geteilt ist. Die Röhre 26 ist mit dem Erhitzer 27 ausgestattet und befindet sich im mit Kühlflüssigkeit gefüllten Innenraum unter dem Deckel 31, der den Arbeitszylinder 1 und den Kompressorzylinder 17 bedeckt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird beim Strömen durch die Kanäle 39 und 38 mit Hilfe des Erhitzers 27 bis zur Temperatur erhitzt, die die Verdampfungstemperatur des Kraftstoffs ein wenig überschreitet. Dies beugt die Kondensierung des Kraftstoffs in der Brennkammer 5 und in der Vorkammer 6. Gleichzeitig mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch wird auch die Kühlflüssigkeit, die die Röhre 26 umgibt, vom Erhitzer 27 erhitzt. Deshalb ist der Sensor 28, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit misst, im Bereich platziert, wo sich die Röhre 26 mit den Kanälen 39 und 38 befinden. Der Sensor 28 erteilt einen Befehl an den Netzteil 30 des Erhitzers 27, der dementsprechend die Leistung steuert, die an den Erhitzer 27 geleitet wird. Am Anfang des Motorbetriebs, wo die Kühlflüssigkeit von der vom Motor ausgestrahlten Wärme noch nicht erhitzt ist, ist die Leistung, die vom Netzteil 30 an den Erhitzer 27 geleitet wird, maximal, dann wird die Leistung abhängig vom Erhitzungsgrad der Kühlflüssigkeit verringert. Dadurch wird während der ganzen Zeit des Motorbetriebs das Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 5 und Vorkammer 6 zugeführt, dessen Temperatur ein wenig höher als die Verdampfungstemperatur des Kraftstoffs ist. Dies schließt die Möglichkeit der Kondensation des Kraftstoffs im Kraftstoff-Luft-Gemisch aus, was auch die Stabilität des Motorbetriebs und seine Leistung erhöhen und den Kraftstoffverbrauch verringern wird. Dabei wird auch die Toxizität der Abgase gesenkt, weil es in ihrer Zusammensatzung keine Teilchen des unverbrannten Kraftstoffs geben wird.
Die zylindrische Form der Brennkammer 5 ermöglicht es, die Drallströmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, das aus dem tangential liegenden Kanal 10 gelangt, innerhalb der Brennkammer 5 vollständiger zu halten.
Bei einer sphärischen oder konischen Form der Brennkammer 5, die beim Prototyp vorgesehen ist, entsteht die vertikale Komponente der Zentrifugalkraft, die auf die tangentiale Drallströmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wirkt. Die vertikale Komponente der Zentrifugalkraft strebt danach, einen Teil der Strömung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Brennkammer 5 in den Arbeitszylinder 1 herauszuwerfen. Dies führt zur übermäßigen Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, was dazu führt, dass sie nicht immer angezündet wird. Die Stabilität des Motorbetriebs wird gefährdet, seine Leistung verringert und der Kraftstoffverbrauch steigt. Die im anmeldungsgemäßen Motor vorgeschlagene zylindrische Form der Brennkammer 5 beseitigt diesen Fehler, denn in diesem Fall die vertikale Komponente der Zentrifugalkraft ist praktisch nicht vorhanden.
Die Positionierung der Achsenprojektionen von Abschnitten der Kanäle 9 und 10, die in der Vorkammer 6 bzw. Brennkammer 5 münden, auf die Längsschnittfläche des Arbeitszylinders 1 und senkrecht zur Achse des Arbeitszylinders 1 fördert auch die Minderung der Möglichkeit des Absturzes vom Kraftstoff-Luft-Gemisch aus der Vorkammer 6 und Brennkammer 5 in den Arbeitszylinder 1. Bei einem beliebigen anderen Wert der Winkelgröße a und b anders als 90° werden Formverzerrungen der Drallströmungen des Kraftstoff-Luft-Gemisches entstehen, was zur Steigerung der vertikalen Komponente der Zentrifugalkraft führen wird, die Möglichkeit des Absturzes vom Kraftstoff-Luft-Gemisch erhöht und folglich die Stabilität des Motorbetriebes und seine Leistung verringern und unproduktiven Kraftstoffverbrauch steigern wird. Die Platzierung der Kanäle 9 und 10, bei der a = b = 90° ist, beseitigt diesen Mangel.
Das Vorhandensein vom Steuerungsmechanismus 36 mit dem Getriebe 37 erlaubt, den Öffnungsquerschnitt des Kanals 38 für die Zufuhr vom Kraftstoff-Luft- Gemisch in die Vorkammer 6 zu ändern. Die Verbindung vom Getriebe 37 des Mechanismus 36 mit dem Drehzahlgeber der Kurbelwelle vom Motor oder mit der Kraftstoffzufuhreinrichtung 12 ermöglicht eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts des Kanals 38 je nach Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr durch die Einrichtung 12 oder nach der Drehzahl der Kurbelwelle.
Dies ermöglicht die Regulierung der Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches, die durch den Kanal 38 in die Vorkammer 6 zugeführt wird. Wenn es nötig ist, die Motorleistung zu erhöhen, wird die Dauer des Impulses der Kraftstoffzufuhr durch die Einrichtung 12 verlängert. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird fetter. Die Zufuhr vom fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 6 kann den Überfluss vom Kraftstoff im Bereich der Elektroden der Zündkerze 7 verursachen. Dies führt zur Gefährdung der Stabilität des Motorbetriebs, denn es ist möglich, dass das zu fette Gemisch im Wirbelkern nicht zündet und der flüssige Kraftstoff sich auf den Elektroden der Zündkerze 7 ablagert.
Die Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts des Kanals 38 mit Hilfe des Mechanismus 36 verringert die Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 6, was das Gemisch in der Vorkammer abmagern wird. Dies schließt die Möglichkeit des Fehlens von der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches aus und erhöht die Stabilität des Motorbetriebs.
Bei Änderungen des Betriebsmodus sendet die Modusanzeige 40 ein Signal an den Prozessor 42, der einen Befehl erstellt und ihn an das Druckgetriebe 41 und die Kraftstoffzufuhreinrichtung 12 sendet. Wenn die Anzeige 40 das Signal über die Vergrößerung der Menge vom Kraftstoff sendet, wird der Prozessor einen Befehl über die Verlängerung der Impulsdauer von der Kraftstoffzufuhr bilden und ihn an das Getriebe 41 senden. Gleichzeitig bildet der Prozessor 42 einen Befehl über die Steigerung des Drucks auf das Absperrventil 21, der proportional der Verlängerung der Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr ist, und leitet diesen Befehl an das Getriebe 41 weiter. Das Getriebe 41 kann z.B. bei der Ausführung von diesem Befehl die Vorspannung der Feder 20 durch die Stange 43 erhöhen, wie es auf der Abbildung gezeigt ist, oder den Luftdruck im Innenraum über dem Absperrventil 21 erhöhen, indem dieser Innenraum mit dem Kompressor oder dem Aufnehmer verbunden wird. Bei der Notwendigkeit, die Motorleistung zu verringern, leitet die Anzeige 40 das Signal über die Verringerung der Kraftstoffmenge, die in den Kompressorzylinder 8 zugeführt wird, an den Prozessor 42 weiter. In diesem Fall bildet der Prozessor 42 den Befehl über die Verkürzung der Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr an die Einrichtung 12. Gleichzeitig bildet der Prozessor 42 den Befehl über die Verringerung des Drucks auf das Absperrventil 21 und sendet ihn an das Getriebe 41, beispielsweise über die Verringerung der Spannung der Feder 20.
Das Getriebe 41 wird in diesem Fall die Stange 43 heben und dadurch die Vorspannung der Feder 20 mindern oder das Ventil öffnen, um die Luft aus dem Innenraum oberhalb des Absperrventils 21 bei der pneumatischen Variante der Konstruktion vom Getriebe 41 loszulassen. Dies wird den Druck auf das Absperrventil 21 senken.
Je nach dem Programm, das in den Prozessor 42 eingegeben werden kann, stellt man den Druck auf das Absperrventil 21 bei einer Änderung des Betriebsmodus so ein, dass das Ventil sich beim Druck im Innenraum des Kompressorzylinders 8 öffnet, der die Geschwindigkeit der Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet, die es ermöglicht, im Bereich der Elektroden der Zündkerze 7 ein Luft-Kraftstoffverhältnis von 8:1 bis 20:1 zu erreichen.
Der anmeldungsgemäße Motor funktioniert folgendermaßen.
Nach dem Beginn der Bewegung vom Kompressorkolben 19 vom oberen Totpunkt über die Einrichtung 12 und den Kanal 14 in den Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 wird der Kraftstoff zugeführt. Bei der Bewegung des Kolbens 19 nach unten wird der Druck über ihm gesenkt. Durch den Druckunterschied werden sich die Ventile 34 öffnen und in den Innenraum 8 kommt durch die Kanäle 11, 13 und 15 reine Luft aus der Atmosphäre. Im Innenraum 8 bildet sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das durch die Bewegung des Kolbens 19 zum unteren Totpunkt intensiv gemischt wird. Nachdem der untere Totpunkt erreicht ist, beginnt der Kompressorkolben 19 die Bewegung nach oben, zum oberen Totpunkt, weil er über die Stangen 32 und 3 mit dem Arbeitskolben 2 kinematisch verbunden ist. Die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches beginnt. Sobald im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 der Druck erreicht ist, auf den die Feder 20 kalibriert ist, hebt sich das Absperrventil 21 nach oben und öffnet den Eingang in die Kanäle 38 und 39. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird bei der Strömung durch die Kanäle 38 und 39, die sich in der Rühre 26 befinden, vom Erhitzer 27 erhitzt. Die Erhitzungstemperatur wird vom Sensor 28 kontrolliert, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit im Bereich der Röhre 26 misst und den Befehl an den Netzteil 30 leitet, der die Leistung steuert, die vom Erhitzer 27 verbraucht wird.
Dies sorgt für die Möglichkeit, die Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu behalten, die ein wenig höher als die Kraftstoffverdunstungstemperatur ist, wobei die zusätzliche Erhitzung die Kühlung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgleicht.
Über die Kanäle 38 und 39, die Flatterventile 23, die Kanäle 22, 9 und 10 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 6 und Brennkammer 5 des Arbeitszylinders 1 eingespritzt. Die Kanäle 9 und 10 liegen tangential zur inneren zylindrischen Oberfläche der Vorkammer 6 bzw. Brennkammer 5. Deshalb wird der Strahl des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 6 gewirbelt und die Kraftstoffdämpfe sammeln sich in der Mitte des oberen Teils der Vorkammer 6, im Bereich der Elektroden der Zündkerze 7. Das Gemisch wird gespalten, in diesem Bereich wird das Gemisch fett. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das aus dem Kanal 10 in die Brennkammer 5 kommt, wirbelt sich und bildet einen Schleier, der die Ausbreitung des in die Brennkammer 6 eingespritzten Kraftstoff-Luft-Gemisches verhindert.
Da die Kanäle 9 und 10 so platziert sind, dass ihre Achsenprojektionen auf die Längsschnittfläche des Arbeitszylinders 1 senkrecht zu seiner Achse liegen, und die Brennkammer Zylinderform hat, ist die Wahrscheinlichkeit des Absturzes vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Arbeitszylinder 1 minimal.
Nach der Spannungszufuhr an die Elektrode der Zündkerze 7 wird sich der kraftstoffreiche Kern des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 6 entzünden und das relativ magere Gemisch in der Brennkammer 5 anzünden. Es beginnt der Arbeitshub des Kolbens 2. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrennt dabei praktisch vollständig. Dies erlaubt den Motorbetrieb zu stabilisieren, seine Leistung zu steigern sowie den Kraftstoffverbrauch und die Toxizität der Abgase zu verringern.
Bei der Notwendigkeit die Motorleistung zu steigern wird die Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr durch die Einrichtung 12 verlängert. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 wird fetter. Das Signal über die Verlängerung der Impulsdauer gelangt auf das Getriebe 37 der Regeleinrichtung 36, das den Öffnungsquerschnitt des Kanals 38 verkleinert.
Dies verringert die Menge des fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches, das in die Vorkammer 6 kommt, was die Stabilität des Motorbetriebes erhöht, weil die Wahrscheinlichkeit, dass die Anzündung des Gemisches in der Vorkammer 6 ausfällt, ausgeschlossen wird. Bei der Verlängerung der Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr und Anreichung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird sich die Drehzahl der Kurbelwelle des Motors vergrößern. Deshalb kann mit gleicher Wirkung für die Rückverbindung zwischen der Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr und der Menge vom Kraftstoff-Luft-Gemisch, das in die Vorkammer 6 zugeführt wird, das Signal vom Drehzahlgeber der Kurbelwelle verwendet werden.
Die Steuerungsmethode von diesem Motor wird folgendermaßen angewendet.
Die Leistung des anmeldungsgemäßen Motors reguliert man durch die Veränderung der Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch, das in die Vorkammer 6 und die Brennkammer 5 eingespritzt wird. Dafür wird die Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr mit der Einrichtung 12 für die Kraftstoffdosierung verändert. Bei der Änderung des Betriebsmodus des Motors reguliert man die Geschwindigkeit der Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Vorkammer 6 und die Brennkammer 5 des Arbeitszylinders 1. Dafür reguliert man den Druck im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17, indem man den Druck vom Absperrventil 21 auf den Sattel verringert. Bei der Verlängerung der Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr wird der Druck im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 erhöht und bei der Verkürzung der Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr wird der Druck im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 gesenkt. Die Druckveränderung im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 führt man so aus, dass in der Vorkammer 6 im Bereich, wo die Elektroden der Zündkerze 7 platziert sind, ein Luft-Kraftstoffverhältnis von 8:1 bis 20:1 im Kraftstoff-Luft-Gemisch gewährleistet ist.
Die Einspritzung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer 6 und die Brennkammer 5 des Arbeitszylinders 1 führt man bei der Bewegung des Arbeitskolbens 2 zum oberen Totpunkt nach dem Schließen der Einlasskanäle 44 und der Auslasskanäle 45 des Arbeitszylinders 1, jedoch nicht später als 5° bis zur Funkenentladung an den Elektroden der Zündkerze.
Bei der Bewegung des Kompressorkolbens 19, der mit dem Arbeitskolben 2 kinematisch verbunden ist, nach oben wird das im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet. Sobald der Druck im Kraftstoff-Luft-Gemisch den Wert erreicht, der über dem Druck auf das Absperrventil 21 liegt, der mithilfe des Getriebes 41 eingestellt worden ist, hebt sich das Absperrventil 21 vom Sattel und das Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt über die Verbindungskanäle 38, 39, 9 und 10 jeweils in die Vorkammer 6, in den Bereich der Elektroden der Zündkerze 7 und in die Brennkammer 5.
Das Getriebe 41, das den Druck auf das Absperrventil ausübt, kann jede der bekannten Konstruktionen haben. Es kann z.B. pneumatisch sein und die Luft aus dem Kompressor oder aus dem Aufnehmer in den Innenraum über dem Absperrventil 8 einblasen oder mechanisch sein und aus dem elektromechanischen Getriebe 41 mit der Stange 43 bestehen, die auf die Feder 20 einwirken, wie die Abbildung zeigt (1).
Bei der anmeldungsgemäßen Methode funktioniert der Motor bei einer vollständig geöffneten Drosselblende oder gar ohne sie. Das bedingt dasselbe Luftvolumen im Arbeitszylinder 1 in allen Betriebsmodi des Motors. In diesem Fall muss im Bereich der Elektroden der Zündkerze in allen Betriebsmodi das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Luft-Kraftstoffverhältnis von 8:1 bis 20:1 für den stabilen Betrieb des Motors gewährleistet werden. Dieser Bereich wurde aufgrund der Bedingung der maximal zulässigen Abweichungen vom stöchiometrischen Verhältnis von Luft und Kraftstoff im Kraftstoff-Luft-Gemisch gewählt, das 14,7:1 beträgt. Bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis von mehr als 20:1 wäre der Kern des Gemisches mager, die Entflammung würde gehemmt, was die Stabilität des Motorbetriebes verringern würde. Bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis von weniger als 8:1 wäre das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Bereich der Elektroden der Zündkerze 7 zu fett, was zum unproduktiven Kraftstoffverbrauch führen würde. Außerdem wäre die Ablagerung des Kraftstoffs auf den Elektroden der Zündkerze 7 möglich, was die Stabilität des Motorbetriebs verringern würde.
Beim Motorbetrieb im Leerlaufmodus und bei geringen Belastungen werden geringen Kraftstoffmengen gebraucht. Deswegen verringert man die Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr über die Einrichtung 12. Dabei muss man aber das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das aus dem Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 eingespritzt wird, nur mit einem Teil der Luft vermischen, die sich im Arbeitszylinder 1 befindet. Dafür senkt man den Einspritzdruck des Kraftstoff-Luft-Gemisches aus dem Innenraum 8 des Arbeitszylinders 17, indem man den Druck auf das Absperrventil 21 verringert. In diesem Fall hebt sich das Absperrventil 21 beim Druck im Innenraum 8 des Arbeitszylinders 1, der nur gering den Luftdruck im Arbeitszylinder 1 überschreitet. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kommt durch die Kanäle 38, 39, 9 und 10 in die Vorkammer 6 und in die Brennkammer 5 mit kleiner Geschwindigkeit, wirbelt und mischt sich nur mit einem geringen Teil der Luft, die sich die sich im Arbeitszylinder 1 befindet. Dies gewährleistet die Bildung in der Vorkammer 4 und in der Brennkammer 5 eine Kraftstoff-Luft-Gemisch-Ladung mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis von 8:1 bis 20:1.
Bei der Steigerung der Motorlast verlängert man die Impulszeit der Kraftstoffzufuhr. Dies vergrößert den Kraftstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch. Um das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem bestimmten Luft-Kraftstoffverhältnis in der Vorkammer 6 zu erhalten, erhöht man den Druck des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17. indem der Druck auf das Absperrventil 21 erhöht wird. Dadurch wird sich das Absperrventil 21 beim höheren Druck im Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 öffnen. Dies beschleunigt die Einspritzung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch durch die Kanäle 38, 39, 9 und 10 in die Vorkammer 6 und die Brennkammer 5. Dadurch vergrößert sich die Durchdringung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Arbeitszylinderraum 1, das fette Gemisch, das aus dem Innenraum 8 des Kompressorzylinders 17 kommt, magert ab, in der Vorkammer 4 und in der Brennkammer 5 entsteht eine Kraftstoff-Luft-Gemischschicht mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis von 8:1 bis 20:1, was stabilen Motorbetrieb gewährleistet.
Die Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Vorkammer 6 und in die Brennkammer 5 erfolgt beim Hingang des Arbeitskolbens 2 nach der Absperrung der Einlass- 44 und Auslassventile 45 des Arbeitszylinders 1, jedoch nicht später als 5° bis zur Funkenentladung an den Elektroden der Zündkerze 7. Dies gewährleistet die Möglichkeit, im Bereich der Elektroden der Zündkerze 7 das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem stabilen Luft-Kraftstoffverhältnis innerhalb von 8:1 bis 20:1 zu erhalten. Die Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor der Sperrung durch den Arbeitskolben der Einlass- 44 und Auslassöffnungen 45 des Arbeitszylinders wird zur Senkung der Motorleistung und zum hohen Kraftstoffverbrauch führen, denn ein Teil vom Kraftstoff- Luft-Gemisch kann durch die Auslassöffnungen 45 ausgestoßen werden kann. Dies wird auch die Toxizität der Abgase erhöhen. Die durch die geöffneten Einlassöffnungen 44 hereingehende Luft wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch abmagern, was die Stabilität des Motorbetriebs verringern kann. Bei der Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches später als 5° bis zur Funkenentladung an den Elektroden der Zündkerze 7 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht genug Zeit haben, um sich im Raum der Vorkammer 6 und der Brennkammer 5 des Arbeitszylinders 1 auszubreiten. Im Bereich der Elektroden der Zündkerze 7 wird sich der Kern des überfetten Gemischs bilden, was seine Entzündung erschwert und die Ablagerung des Kraftstoffs auf den Elektroden der Zündkerze 7 hervorrufen kann. Dies beeinträchtigt die Stabilität des Motorbetriebs.
Alle Motorteile sind leicht aus den bekannten und im Motorenbau verwendeten Materialien mit bekannter Gieß- und Metallschneidtechnik herzustellen. Die Röhre 26, die die Kanäle 38 und 39 enthält, die durch die Trennwand 25 getrennt sind, kann man aus Stahl, Aluminium oder Kupfer herstellen, z.B. durch das Wälzen, Schweißen oder Löten. Als Erhitzer 27 kann man jeden der bekannten Erhitzer verwenden, man kann z.B. eine isolierte Chromspirale um die Röhre 26 wickeln, und als Netzteil 30 eine Stromquelle mit einem Rheostat, mit einem Elektrogetriebe verwenden, das je nach dem Signal vom Kühlerthermometer 28 die Spannung ändert, die an die Spirale des Erhitzers 27 geliefert wird.
Als Sensor 28 kann z.B. eine Thermogruppe oder eine auf die voreingestellte Temperatur kalibrierte Bimetallplatte mit Kontakt dienen.
Die Regeleinrichtung 36 kann z.B. in Schraubenform, wie es in 1 gezeigt ist, oder in Stangenform ausgeführt werden. Während die Schraube (oder die Stange) in den Kanal 38 durch die Öffnung mit Abdichtung hineingeht, die in der Rohrwand ausgeführt ist, wird die Schraube bzw. die Stange den Öffnungsquerschnitt von diesem Kanal ändern, der von der Steighöhe der Schraube bzw. der Stange durch das Getriebe 37 abhängt. Das Getriebe 37 der Regeleinrichtung 36 kann z.B. elektromechanisch sein und die Schraube drehen oder elektromagnetisch sein und die Stange der Einrichtung 35 heben. Solche Mechanismen und Getrieben sind in der Technik weit bekannt.
Als Betriebsmodusanzeige 40 kann z.B. ein Potentiometer oder jeder bekannte Wirbelstromgeber verwendet werden, der mit dem Steuerelement des Motors mechanisch verbunden ist. In dessen Funktion kann z.B. das Gaspedal im Auto oder der Gasgriff im Motorrad verwendet werden. Der anmeldungsgemäße Motor kann mit jedem bekannten Prozessor 42 aus der Zahl der zurzeit breit verwendeten in Autos Prozessoren ausgestattet sein. Als Druckgetriebe 41 auf das Absperrventil 21 kann für das Zusammenpressen der Feder 20 ein Elektrogetriebe, das aus einem elektrischen Motor mit einem Reduktionsgetriebe und einer schiebbaren Stange besteht, oder eine elektromagnetische Getriebe verwendet werden, das aus einer Solenoidspule mit einem mobilen Kern besteht, auf dem die Stange 43 platziert ist. Solche Getriebe sind in verschiedenen Technikbereichen weit bekannt. Bei der pneumatischen Variante der Konstruktion vom Getriebe 41 kann die bekannte pneumatische Ausrüstung verwendet werden, wie z.B. ein Kompressor oder ein Aufnehmer mit Hochdruckgas sowie die bekannte pneumatische Anlassanlage.
Der anmeldungsgemäße Motor und seine Steuerung gewährleisten also technische Wirkung, die in der Erhöhung der Betriebsstabilität, der Motorleistung und in der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs sowie in der Verringerung der Toxizität der Abgase durch die Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches besteht. Der Motor kann mit den in der Technik bekannten Mitteln und Materialien hergestellt werden. Also verfügt der anmeldungsgemäße Motor über die gewerbliche Anwendbarkeit.
ZUSAMMENFASSUNG:
Die Erfindung gehört zum Maschinenbau. Der Motor besteht aus dem Arbeitszylinder (1) mit dem Kolben (2), der Vorkammer mit der Zündkerze (7) und der Brennkammer, die durch die Kanäle (38), (39) mit dem Kompressorzylinder (17) verbunden sind, der mit den Kanälen für die Zufuhr von Kraftstoff (14) und Luft (15) ausgestattet ist, die sich in seinem oberen Teil befinden, sowie mit dem Kolben (19) und dem Absperrventil (21). Am Ausgang von den Kanälen für die Luftzufuhr in den Kompressorzylinder (17) sind Rücklaufventile montiert. Die Methode der Steuerung des Motorbetriebs beinhaltet Regulierung der Geschwindigkeit der Einspritzung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und in die Brennkammer, indem der Druck im Kompressorzylinder geändert wird. Bei der Verlängerung der Impulsdauer von Kraftstoffzufuhr steigert man den Druck und bei der Verkürzung der Impulsdauer wird der Druck gesenkt, so dass in der Vorkammer ein Verhältnis von Luft und Kraftstoff in Höhe von 8:1–20:1 gewährleistet ist. Die Erfindung gewährleistet die Erhöhung der Motorleistung und der Stabilität des Motorbetriebs, die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Toxizität der Abgase.

Claims

Verbrennungsmotor, der einen Arbeitszylinder mit einem Kolben, der mit der Kurbelwelle kinematisch verbunden ist, einen Arbeitszylinderkopf mit einer darin platzierten Brennkammer und Vorkammer enthält, die mit Zündkerze ausgestattet ist, wobei die Brennkammer und die Vorkammer über Rücklaufventile durch Kanäle für die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit einer Kraftstoff-Luft-Gemischpumpe verbunden sind, die als Kompressorzylinder mit Kolben ausgeführt ist und mit einer Kraftstoffzufuhreinrichtung, Luft- und Kraftstoffzufuhrkanälen sowie einem Absperrventil mit einem Sattel ausgestattet ist, wobei der Kompressorzylinderkolben mit dem Arbeitskolben kinematisch verbunden ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kraftstoffzufuhrkanal und die darin platzierte Kraftstoffzufuhreinrichtung sowie die Luftzufuhrkanäle im oberen Teil des Kompressorzylinders oberhalb des oberen Totpunktes des Kompressorkolbens platziert sind und an den Ausgängen der Luftzufuhrkanälen in den Kompressorzylinder Rücklaufventile montiert sind.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Kanäle für die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer und die Vorkammer in Form von einer Röhre, die durch eine Trennwand ihrer Achse entlang geteilt ist oder in Form von zwei Röhren ausgeführt, die parallel zu einander montiert sind und in der mit Deckelhöhle platziert sind, die mit Kühlflüssigkeit befüllt ist, wobei der Deckel den Arbeitszylinder und den Kompressorzylinder abdeckt, dass die Kanäle der Zufuhr von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und in die Brennkammer mit einem Erhitzer und seinem Netzgerät ausgestattet sind, und dass im Platzierungsraum von diesen Kanälen ein Temperatursensor für die Kühlflüssigkeit montiert ist, der mit dem Netzgerät des Erhitzers verbunden ist.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Brennkammer eine Zylinderform hat und die Achsenprojektionen der Kanalabschnitte, die zur Vorkammer und Brennkammer führen, auf den Längsschnitt des Arbeitszylinders senkrecht zur Arbeitszylinderachse stehen.
Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kanal der Zufuhr von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer mit einem Steuerungsmechanismus mit dem Getriebe ausgestattet ist, der mit der Kraftstoffzufuhreinrichtung oder mit dem Drehzahlgeber verbunden ist.
Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei er mit einer Betriebsmodusanzeige, einem Druckgetriebe auf das Absperrventil und einem Prozessor ausgestattet ist, wobei die Betriebsmodusanzeige mit dem Prozessor und der Prozessor mit dem Kraftstoffdosierungsmechanismus und mit dem Druckgetriebe über das Absperrventil verbunden ist.
Steuerungsmethode des Verbrennungsmotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Motorleistung durch die Veränderung der Kraftstoffmenge im Kraftstoff-Luft-Gemisch reguliert wird, das in die Vorkammer und die Brennkammer eingespritzt wird, wodurch die Impulsdauer der Kraftstoffzufuhr durch den Mechanismus für die Dosierung des Impulses verändert wird, der dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Änderung des Betriebsmodus die Geschwindigkeit der Einspritzung von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Vorkammer und in die Brennkammer, indem der Druck im Kompressorzylinder erhöht oder gesenkt wird, wofür man den Druck des Absperrventils auf den Sattel ändert.
Steuerungsmethode gemäß Anspruch 6, wobei bei der Verlängerung der Impulsdauer von der Kraftstoffzufuhr der Druck im Kompressorzylinder erhöht und bei der Verkürzung der Impulsdauer von der Kraftstoffzufuhr den Druck im Kompressorzylinder gesenkt wird, so dass in der Vorkammer, im Bereich der Elektroden der Zündkerze das Luft-Kraftstoffverhältnis in Höhe von 8 : 1 bis 20 : 1 im Kraftstoff-Luft-Gemisch gewährleistet ist.
Steuerungsmethode gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Vorkammer und in die Brennkammer beim Hingang des Arbeitskolbens nach der Absperrung der Einlass- und Auslassventile des Arbeitszylinders erfolgt, jedoch nicht später als 5° bis zur Funkenentladung an den Elektroden der Zündkerze.