DE19523304A1 - Hubkolbenverbrennungsmotor - Google Patents

Description

In den Fig. 1 und 2 handelt es sich um einen Hubkolbenmotor im Zweitaktverfahren mit Direkteinspritzung im oberen Totpunkt, dessen Auslaß- und Einlaßventil in einem Doppelventil vereinigt sind. Durch dieses Doppelventil wird 1. eine relativ große Öffnung für Ein- und Auslaß erreicht, und 2. was für Zweitaktmotoren mit gesteuerten Ventilen sehr wichtig ist, wird die Frischluft an der Zylinderaußenwand entlang geführt und so Abgas mittig zum Auslaßventil gedrängt. Es gibt einen guten Gasaustausch.

Das Doppelventil besteht aus zwei konzentrischen Ventilen, wobei das Äußere aus einem mit senkrechten Wänden und nach oben offenen Glockenventil 1 besteht, das durch Speichen 13 mit einem rohrförmigen Stößel 3 verbunden ist. Das innere Tellerventil 2 sitzt auf dem Glockenfuß auf, wobei sich sein Stößel 4 im Stößel 3 des Glockenventils 1 bewegt.

Dadurch, daß die Feder 14 für das Glockenventil 1 sätrker ist als die Feder 15 für das Tellerventil 2 ist es möglich, daß durch die Nockenwelle 16 die Ventile unabhängig voneinander bewegt werden können.

Das Auslaßventil öffnet etwa bei 30° vor dem unteren Totpunkt. Der noch vorhandene Überdruck wird abgebaut. Bei etwa 20° vor dem unteren Totpunkt öffnet das Einlaßventil 1. Nun strömt Frischluft, die von einem Verdichter kommt, schräg durch den Eintrittskanal 10, über den Ringkanal 12 gleichmäßig kreisend in den äußeren Zylinderraum ein, und drückt so die Abgase mittig durch das offene Auslaßventil 2, durch das Innere des Glockenventil 1 in den Auslaßkanal 11. Das Auslaßventil 2 schließt etwa bei 60° und das Einlaßventil bei etwa 70° nach unterem Totpunkt.

Durch die gesteuerten Ventile ist es möglich, mehr Expansionshub als Ansaughub zu machen, was einen höheren Wirkungsgrad ergibt, da mehr Gasdruck in Bewegungsenergie umgewandelt wird.

Im Zylinderkopf ist das Doppelventil mittig etwas eingelassen, wobei die Abstufung 6 rechtwinklig ist. Die äußere Ringfläche 5 fällt nach außen ab.

Der Kolbenboden ist mittig kegelstumpfförmig (auf dem Kopf stehend) 8, oder ähnlicher Form eingelassen, wobei die Einlaßung am Ende eine rechtwinklige nach innen Stufung 9 aufweist. Die äußere Ringfläche 7 fällt nach außen ab.

Die Einspritzung des Kraftstoffs erfolgt im oberen Totpunkt durch die Einspritzdüse 16, die vom Zylinderkopf aus seitlich schräg in die Einlassung 8 des Kolbens erfolgt, so daß sich, da ja die Luft sich kreisend bewegt, etwa ein dreieckiger Verbrennungsraum 17 mit abgerundeten Ecken ergibt.

Sinn und Zweck dieser speziellen Ausformung von Zylinderkopf und Kolben ist 1. daß die Luft, die sich zwischen den äußeren Ringflächen befindet gar nicht am Verbrennungsprozeß beteiligt ist, somit nicht so heiß ist, somit weniger Wärme abgibt.

Zum 2. wird das Gas, das nahe an den Stufungen 6 und 9 ist, und ebenfalls kaum am Verbrennungsprozeß beteiligt ist, somit auch kälter, zuerst bei der Expansion nach außen gedrängt, so daß sich auch an der oberen Zylinderwand eine kältere Luftschicht aufbaut. Erst bei weiterer Expansion gelangt die heiße Luft des Innenraums nach außen. Zum 3. wird das Gas, das sich zu Anfang der Expansion an den Wänden der Einlassung im Kolben 8 und der Einlassung im Zylinderkopf befindet, durch die Stufungen 6 und 9 festgehalten, so daß eine Trennung zwischen kalten Gas an den Wänden und heißen Gas im Innenraum während der Expansion bestehen bleibt.

Durch die spezielle Ausformung von Zylinderkopf und Kolbenboden wird erreicht, die kalten Gase während der Expansion an den Wänden zu halten, so daß sie sich nicht mit den heißen Gasen vermischen. Kalte Gase geben weniger Wärme ab, so kann mehr Wärme in Bewegungsenergie umgewandelt werden zur Verbesserung des Wirkungsgrades.

Das Doppelventil als auch die speziellen Ausführungen des Zylinderkopfes und des Kolbenbodens können auch in anderen Motoren Verwendung finden (z. B. Viertaktmotoren oder Motoren mit äußerer oder innerer Gemischbildung). In Zweitaktmotoren ohne Ventile im Zylinderkopf kann die Ausformung des Zylinderkopfes wie die Ausformung des Kolbenbodens sein.

Claims (8)

1. Hubkolbenverbrennungsmotor mit Zweitaktverfahren und Direkteinspritzung im oberen Totpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gasaustausch mittig im Zylinderkopf eine Doppelventilanordnung angebracht ist, durch deren äußeres Glockenventil 1 (Einlaßventil) Frischluft, vom Einlaßkanal 10 schräg eingeblasen kommend, durch den Ringkanal 12 um den Glockenventilmantel laufend und so kreisend an den äußeren Zylinderraum gelangt, so daß die Abgase mittig durch das innere Tellerventil 2 (Auslaßventil) über den Innenraum des Glockenventils 1 in den Abgaskanal 11 gedrückt werden.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelventil aus zwei konzentrischen Ventilen besteht, dessen äußeres Glockenventil 1 aus senkrechten Wänden besteht, nach oben offen ist und mit einem rohrförmigen Stößel 3 durch Speichen 13 verbunden ist. Das innere Tellerventil 2 sitzt auf dem Glockenfuß auf und dessen Stößel 4 bewegt sich im rohrförmigen Stößel 3.

3. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder 14 für das Glockenventil 1 stärker ist als die Feder 15 für das Tellerventil 2, so daß die Ventile unabhängig voneinander von der Nockenwelle 16 bewegt werden können.

4. Motor nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelventil mittig im Zylinderkopf etwas eingelassen ist, wobei die Abstufung 6 rechtwinklig ist, und daß die äußere Ringfläche 5 nach außen abfällt.

5. Motor nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden mittig kegelstumpfförmig (auf dem Kopf stehend) oder ähnlicher Form 8 eingelassen ist, wobei die Einlassung 8 am Ende eine rechtwinklige nach innen Stufung 9 aufweist, und daß die äußere Ringfläche 7 nach außen abfällt.

6. Motor nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufung 6 im Zylinderkopf und die Stufung 9 im Kolben aufeinandertreffen (sich gegenüber liegen).

7. Motor nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung durch die Einspritzdüse 16 im oberen Totpunkt vom Zylinderkopf aus in die Kolbeneinlassung 8 seitlich schräg, nicht gegen, sondern mit der kreisenden Luft eingespritzt wird.

8. Motor nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelventil und die spezielle Ausformung von Zylinderkopf und Kolbenboden auch in anderen Motoren Verwendung finden können (z. B. Viertaktmotoren oder Motoren mit äußerer oder innerer Gemischbildung) und daß in Zweitaktmotoren ohne Ventile im Zylinderkopf die Ausformung des Zylinderkopfes wie die Ausformung des Kolbenbodens sein kann.