DE19509239A1

DE19509239A1 - Steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19509239A1
Application number: DE19509239A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Seebeck; Sonja Seebeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-12
Filing date: 1995-03-19
Publication date: 1996-11-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren insbesondere in der Automobiltechnik, Industrie und überall, wo Verbrennungsmotoren (eingeschlossen Gasmotoren) angewendet werden.

Nachteile der herkömmlichen Technik bestehen darin, daß die Selbstzündung des Treibstoff-Luft-Gemisches beim Verdichten nicht genauer steuerbar ist. Bei Dieselmotoren wird in die verdichtete Luft der Treibstoff tröpfchenweise eingespritzt. Für eine ideale Verbrennung müssen die Tröpfchen so klein wie möglich sein. Die Tröpfchen noch feiner zu machen, ist sinnlos, weil sie dann ihre Durchschlagkraft einbüßen und den Brennraum ungenügend erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Selbstzündung zu erfinden, die steuerbar ist und die es ermöglicht, das Treibstoff-Luft-Gemisch (Gasgemisch) außerhalb des Verbrennungsraumes vorzubereiten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst und ist in Fig. 1 und 2 an einem Zweitaktmotor beschrieben:

Das durch den Hilfskolben eingesaugte (evtl. vorgedichtete) Treibstoff-Luft-Gemisch (oder Gasgemisch), weiter Gemisch, wird durch den Kolben K soweit verdichtet, bis es selbstzündet. Durch die Steuerung des Druckes beim Verdichten kann der Zündpunkt bestimmt werden. Diese Regulierung übernimmt das Überdruckventil DV. Wird der Druck beim Verdichten im Verbrennungsraum zu groß (wodurch die Selbstzündung zu früh ansetzen würde), öffnet das Überdruckventil und läßt einen Teil des Gemisches (des Drucks) in den Behälter B entweichen. (Dieses Gemisch wird dann später aus dem Behälter B in den Verbrennungsraum z. B. über den Kanal ZK zurückgeführt. Dies ist in der Zeit möglich, in der sich der Hilfskolben HK nach dem Ansaugen des Gemisches in der oberen Lage befindet und das Einlaßventil EV von dem Kolben K eben zugedeckt ist. Das Ventil V kann ein Schiebeventil oder ein Flachdrehschieber sein.) Bei einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle verdeckt der Kolben K die Öffnung zum Überdruckventil DV (diese Öffnung wird zusätzlich verschlossen, damit während des Arbeitens des Motors das Überdruckventil nicht beschädigt und nicht verunreinigt wird), wodurch der Druck (größere Verdichtung) bis zur Selbstzündung ansteigt. Das Überdruckventil DV kann mechanisch voreingestellt werden (z. B. mit einer Schraube und mit einem mechanischen Thermoregler, wie einem Bimetall) und elektronisch ganz genau gesteuert werden (s. Fig. 2). Die elektronische Steuerung würde z. B. aus einem kleinem Computer C bestehen, der einige Sensoren auswertet z. B. bei welchem Winkel die Selbstzündung ansetzt (der Zündwinkel), wie warm der Motor ist (Sensor TS), wie schnell er sich dreht (Sensor GS), wie dick das Gemisch ist (Sensor DS), wie groß die Belastung (Sensor BS) des Motors (Leerlauf, Vollast, Halblast, Beschleunigung, Motorbremse) ist, was für ein Verdichtungsdruck zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden ist, welche Schadstoffe das verbrannte Gas enthält usw.), die optimale Einstellung herausfindet (den Zündzeitpunktes, die Verdichtung des Gemisches, den höchsten Wirkungsgrad, das wirtschaftlichste Arbeiten des Motors) und (z. B. über einen kleinen Schrittmotor M) eine feine Einstellschraube des Überdruckventils DV ständig entsprechend regelt.

Eine Selbstzündung verursacht einen steilen, schlagartigen Druckanstieg im Verbrennungsraum. Um die Geräusche, die Drehschwingungen, den Verschleiß der Kurbelwelle, -lager etc. klein zu halten bzw. zu verkleinern, kann der erste Druck in einen abgefederten Zylinderkopf und/oder Kolben (s. Fig. 3 und 3A) abgefangen werden, der dann bei abgefallenem Druck im Verbrennungsraum als kurzfristig gespeicherte Energie in den Arbeitsgang des Motors zurückgeführt werden kann.

Als erzielter Vorteil ist zu nennen:

a) Durch die Selbstzündung

1) Weil das Gemisch durch die Selbstzündung vollkommener verbrennt, steigt der Wirkungsgrad an (und damit auch die Motorleistung), die Schadstoffe im Abgas sinken.
2) Das Gemisch kann außerhalb des Verbrennungsraumes besser vorbereitet werden als innen.
3) Das Überdruckventil ist steuerbar, damit ist der Zündzeitpunkt einstellbar.
4) Es kann mit einer größeren Verdichtungsdichte gearbeitet werden, wodurch die Motorleistung steigt.

b) Durch die abgefederten Zylinderköpfe und/oder Kolben

1) Der Wärmeverlust im oberem Totpunkt des Motors in das gekühlte Motorgehäuse wird gegenüber Motoren ohne die abgefederten Zylinderköpfe und/oder Kolben (besonders gegenüber Motoren mit einem größeren Kolbenhub) kleiner, der Wirkungsgrad des Motors erhöht sich, der Kolbenhub kann verlängert werden.
2) Die Wirkung der zurückgeführten Energie aus den abgefederten Zylinderköpfen und/oder Kolben setzt im günstigeren Drehmoment der Kurbelwelle an.
3) Drehschwingungen und Motorgeräusche werden gedämpft.
4) Der Verschleiß der Kurbelwelle und Lager wird verkleinert.
5) Der Motorlauf wird ruhiger.

Anwendungsbeispiel 1
für steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1 ist in Fig. 1 und 2 beschrieben:

Fig. 1 zeigt den Behälter für das überschüssige Gemisch, das steuerbare Überdruckventil DV und das Ventil V, das während der Arbeitsphase die Öffnung zum Druckventil verriegelt.
Der Ansprechdruck des Überdruckventils DV ist mit einer Stellschraube S regelbar. Hier handelt es sich um einen Zweitaktmotor mit einem Hilfskolben HK (der die Aufgabe hat, in der Zeit, in der sich der Kolben K um den unteren Totpunkt befindet, den Verbrennungsraum zu spülen und das Treibstoff-Luft-Gemisch anzusaugen),

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, wie man den Ansprechdruck des Überdruckventils DV elektronisch steuern kann. Ein Computer C wertet die Daten der Sensoren (für Geschwindigkeit GS, Temperatur TS, Zündwinkel WS, gewünschte Leistung, Belastung BS, Gemisch DS, Druck, Schadstoffsensor, . . . ) aus und steuert über einen kleinen Schrittmotor M (evtl. mit Getriebe) die Stellschraube S des Überdrucksventils DV.

Als Vorteil ist die schnelle Nachregelung des optimalen Zündzeitpunktes unter Berücksichtigung vieler Zustände des Motors anzusehen und damit die Bestimmung des optimalen Wirkungsgrades des Motors.

Anwendungsbeispiel 2
zeigt die Anwendung der steuerbaren Selbstzündung nach Anspruch 1 bei verschiedenen Verbrennungsmotoren und ist in folgenden Abbildungen beschrieben:

Fig. 1 zeigt einen Zweitaktmotor (mit einem Hilfskolben HK) mit steuerbarer Selbstzündung,

Fig. 5 zeigt einen Eintaktmotor (mit zwei Hilfskolben HK1 und HK2) mit steuerbarer Selbstzündung,

Fig. 7 zeigt einen Viertaktmotor mit steuerbarer Selbstzündung und mit Ventilen im Zylinderkopf,

Fig. 8 zeigt einen Zweitaktmotor mit steuerbarer Selbstzündung und mit Ventilen im Zylinderkopf,

Fig. 9 zeigt einen Eintaktmotor mit steuerbarer Selbstzündung und mit Ventilen im Zylinderkopf.

Anwendungsbeispiel 3
zeigt zwei selbstzündende Motoren mit abgefedertem Zylinderkopf.

Fig. 4 zeigt einen Zweitaktmotor mit steuerbarer Selbstzündung und mit einem abgefederten Zylinderkopf. Im Zylinderkopf ZK bewegt sich ein über die Feder F abgefederter Kolben GK. Bei der Zündung des Gemisches wird durch den ansteigenden Druck auf den Kolben GK die Feder zusammengedrückt. Ein Teil der Energie wird in der Feder gespeichert. Läßt der Druck im Verbrennungsraum nach, gibt die Feder die gespeicherte Energie wieder zurück,

Fig. 6 zeigt einen Eintaktmotor mit steuerbarer Selbstzündung und zwei abgefederten Zylinderköpfen.

Claims

1. Steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren insbesondere in der Automobiltechnik, Industrie und überall, wo Verbrennungsmotoren angewendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Verdichtung geregelt werden kann, zum Beispiel durch ein steuerbares Überdruckventil.

2. Steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Treibstoff-Luft-Gemisch (auch Gasgemisch) in einem Zwischenbehälter abgefangen und später dem Verbrennungsraum zurückgeführt wird.

3. Steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Verdichtung beziehungsweise das steuerbare Überdruckventil mechanisch voreingestellt und elektronisch durch einen Computer gesteuert werden kann.

4. Steuerbare Selbstzündung bei Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steile Druckanstieg nach der Selbstzündung durch einen gefederten Zylinderkopf und/oder einen gefederten Kolben abgefangen wird.