DE19609630A1 - Speicher-Verdichtungsraum Wärmekraftmaschine mit innerer Verbrennung - Google Patents

Description

1. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, mit einer neuartigen verbesserten Verbrennungstechnik, die es ermöglicht die heute übliche innere Verbrennung, von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen im Otto-4-Takt-, 2-Takt-, und im Dieselsystem mit einem höheren Wirkungsgrad schadstoffärmer zu verbrennen.

2. Der Stand der Technik zeigt die obigen Motorsysteme in ihren unzähligen Variationen und mühsamen Entwicklungsschritten, die allgemein in Fachkreisen alle wohlbekannt sind. Es würde mit Sicherheit den Rahmen sprengen, wollte man in diesem vorliegenden Fall, den Stand der Technik auflisten.

3. Statt dessen sei darauf hingewiesen, daß trotz vieler wissenschaftlicher Abhandlungen die Überwindung der unzureichenden Verbrennung in Fahrzeugmotoren aller Art, nach wie vor problematisch geblieben ist. Die den Verbrennungsmotoren angelasteten Emissionen werden bis heute den hohen Umweltanforderungen auf jeden Fall nicht gerecht, und müssen durch außerhalb der Motore liegende Maßnahmen, wie Verdichter, Katalysatoren, Nachbrenner und durch aufwendige teuere elektronische Steuermechanismen, noch akzeptable Emissionsverbe­ sserungen bringen, ohne aber den Wirkungsgrad dabei wesentlich zu erhöhen.

4. Deshalb ist es ein wichtiges Ziel dieser Erfindung, die Verbrennung in den Motoren so zu verbessern, daß der Wirkungsgrad überpropor­ tional ansteigt, so daß gleichzeitig, bei gleicher Leistung, Kraftstoff gespart wird, aber auch die Schadstoffemissionen der Motore gesenkt werden. Damit wären die obenerwähnten Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise überwunden.

Die Aufgabe; es sollen möglichst alle erkennbaren energievernichtenden Zustände in Verbrennungsmotoren durch geeignete Maßnahmen ausgeschaltet, oder mindestens verbessert werden. Dazu gehört z. B.

• 1. Die hohe Verdichtung, besonders beim Diesel zu reduzieren, die nicht eineinen einzigen cm³ mehr an Frischluft, d. h. Sauerstoff bringt als das Hubvolumen groß ist.
• 2. Die hohe Verdichtung drastisch senken, damit der Verdichtungswirkungsgrad verbessert wird.
• 3. Die ab Vorzündungszeitpunkt erzeugte hohe Temperatur soll vermieden werden, damit nicht zu viel Wärmeenergie mit der Kühlung abgeführt wird.
• 4. Die zu kurze Zeit, die einer so verkürzten optimalen Verbrennung entgegensteht, soll durch Verbrennungsbeschleunigung ausgeglichen werden
• 5. Der zu frühe Kurbelwinkel unter max. Druck, ohne Drehmomentwirkung soll nach spät zum max. Drehmoment verschoben werden
• 6. Die ungleichmäßige Flamme, die nicht den zur Verfügung stehenden Brennraum ausnutzt und deshalb nicht optimal ausbrennen kann, soll über die gesamte Kolbenfläche gleichmäßig ausbrennen
• 7. Die ungenügende Reaktionszeitzeit für eine ausreichende Verbrennung durch ungenügende Brennstoffaufbereitung insbesondere beim Diesel, soll ab Ansaugtakt bereits aufgearbeitet werden. u. a.m.

Die angestrebte Lösung soll die um die Vorzündung gekürzte Zeit, durch einen schnelleren sauberen, aber gesteuerten Ausbrand (Spätzündung) wettmachen, und die Verbrennung noch vor Hubende beenden.

Außerdem soll nur eine Brennstoffart Verwendung finden, wie Bio- und Dieselkraftoff, bzw. soll auch Wasserstoff, Propan, und Erdgas mit weniger Stickoxiden NOx nach dem neuem SWI-System verbrannt werden können.

5. Die Lösung der Aufgabe wird wie folgt kurz zusammengefaßt:
Bei den nach Fig. 1 bis . . . gezeigten Kolbenmaschinen, fehlt der bekannte Verdichtungs­ freiraum (Vc) am oberen Totpunkt. Dieser wird nach Fig. 1 durch einen Gas-Speicher (1a) und (2a) oder einen Wärmespeicher(Regenerator) Fig. 16 (61), (62) ersetzt. Die Abgrenzung zwischen Gasspeicher-Wärmespeicher und Flammensperre ist fließend und geht meist funktionell inneinander über. Das Speichervolumen im Netzgewebespeicher ist gleich dem Verdich­ tungsraumvolumen (Vc). Durch Verteilen des Volumens (Vc) auf die Motorelemente (1) Zylinderkopf, (2) Kolben und (3) Zylinder, wird so, mit der vergrößerten Speicherfläche auch die Flammfront größer, und kann schneller, sauberer ausbrennen. Durch Umgehen der Vorzündung, d. h. durch Verschleppen der gespeicherten Brenngase nach "spät". baut sich der max.-Druck im Bereich des für das Drehmoment günstigsten Kurbelwinkel­ bereiches auf, und beendet die Verbrennung, großflächig noch vor dem unteren Totpunkt. Dadurch wird die Verbrennung effektiver und nach schneller begünstigt, weil sie in einer heißen, wenig ungekühlten Umgebung abläuft, mit der Folge, daß ein überdurch­ schnittlich verbesserter Wirkungsgrad entsteht.

So kann aber erfindungsgemäß auch durch andere Maßnahmen, wie die Unterteilung der Speicher in kleinere Zellen, Fig. 7, und Fig. 11 die zur Anwendung kommen obiger Vorteil erzielt werden. Wenn mindestens ein Motorenelement aus Zylinderkopf (1), Kolben (2), und Zylinder (3) zusammen, einen Gas- Speicher nach Fig. 1 (1a) und (1b) erhalten, oder mindestens einen Wärmespeicher (Regenerator) nach Fig. 16 (63) und (2a) aufweisen.

6. Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungs­ form mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

7. Nach Fig. 17 ist es zweckmäßig, sich auch vorab mit der Arbeitsfolge der neuen SVI-Verbrennung vertraut zu machen, um die in der Beschreibung offengelegten Funktionen besser verstehen zu können

Vc der Verdichtungsraum der auch bei der SVI-Verbrennung Verdichtungsverhältnisbezogen bleibt, aber mit einem vorzugsweise hochtemperaturbeständigem Metallnetzgewebe gefüllt ist, welches aber die vollen volumenmäßigen Freiräume des Verdichtungsraumes hat.
Vh der unveränderte Hubraum bleibt bestehen, der ein definiertes Frischluft­ schöpfvolumen hat, welches durch eine hohe Verdichtung keinen cm³ mehr Sauerstoff beinhaltet wie bei niedriger Verdichtung. Sauerstoffanteilmäßig fällt die niedrigere Verdichtung deshalb günstiger aus, wie eine Diesel­ verdichtung.
KW sind die aufgetragenen Kurbelwinkel von 0° bis 180°.
OT der Oberer Totpunkt - verschleppt sich die Indikatordiagram Kurve als Bogen, durch die Wärmeträgheit bis zum Max. von ca. 70 bar.
T Unterer Totpunkt liegt beim atm. Druck.
E Einspritzpunkt nach ca. 150 KW vorzugsweise im Ansaugtakt 1-2 oder Einspritzung bei Spätzündung.
1-2 Ansaugen von Frischluft (oder Vergasergemisch) und gleichzeitige Einspritzung.
2-3 Verdichten auf ca. 8 bar bis 9 bar am oberen Totpunkt 3 und speichern in (Vc)-Metall-Netzgewebe.
3-4 OT ohne zu zünden überwinden bis ca. 150 KW, Druckabfall ca. 1 bar-2 bar.
4 Zünden mit Spätzündung von, aus (Vc) austretendem Gemisch, welches ggf. durch Zündkanäle begünstigt, unter einem höheren Druck wie der Arbeitsdruck zum gleichen Zeitpunkt steht.
4-5 Durch gleichmäßiges schnelles Ausbrennen über die ganze Kolbenfläche bei einem hohen Druckanstieg trotz Hubvolumenvergrößerung, (keine Gleichraumverbrennung), erreicht der Hub bei (KW 90°) das max. Drehmo­ ment.
5-6 Weitere Wärmezufuhr durch die gleichmäßige großflächige Flamme bis 6 = ca. 135° KW wird weiter Arbeitsenergie abgegeben. Am Punkt 6 ist die Verbrennung beendet.
6-7 Entspannung der heißen Gasreste ähnlich eines idealen Gases, noch unter Arbeitsverrichtung auf ca. 500°C (= ca. 6 bar an Punkt 7).
7-8 Auspuffen von 6 bar 500°C auf Raumtemperatur.
8-1 Ausschieben - bleiben ca. 85°C Abgastemperatur am Abgasventil.

8. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 wobei die Merkmale nicht nur auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sind, zumal die Erfindung die unterschiedlichsten Varianten zuläßt.

Als Beispiel sei genannt, daß die für den SVI-Motor vorzugsweise vorgesehene Spätzündung nicht ausschließt, daß auch bei einer heute üblichen Vorzündung mit diesem System bestimmte Vorteile erzielt werden. Dies zeigt die Anordnung nach Fig. 16 die sehr vorteilhaft bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis, besonders als langsame Langhubausführung, mit Vorzündung betrieben werden kann.

Der Vorteil; die Verbrennung läuft intensiv über die ganze Kolbenfläche und ist, ohne die Schlaufe 3-4 in Punkt 6 lt. Fig. 17 sauber ausge­ brannt.

9. Man erkennt danach bereits aber, daß die Problemlösungen zur Verbrennung mit einfachsten konstruktiven Maßnahmen erzielt werden, wobei die bewährten Grundkonstruktionen des Verbrennungsmotors beibehalten werden, was ein ganz beachtlicher Vorteil bei einer schnellen Realisierung ist, und mit wenig finanziellen Aufwand eine schnelle Um­ stellung und Markteinführung ermöglicht.

10. Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.
In Fig. 1 ist der Zylinderkopfbereich eines untengesteuerten einfachen Otto-4-Takt-Motors dargestellt, der sich hervorragend für die neuartige SVI-Verbrennungstechnik eignet. Diese Speicher-Verdichtungsraum- Innenverbrennungstechnik ist danach dazu geeignet, die im Laufe der Zeit hochgezüchtete Motorentechnik (Mehrventiltechnik, obengesteuerte Königswellen-Kipphebeltechnik, usw.) ohne Leistungseinbuße wieder abzuspecken, was ungeahnte Vorteile in Konstruktion, - Fertigung, - Gewichteinsparung, erwarten läßt, und deshalb besonders für Großse­ rien volkswirtschaftlich eine große Bedeutung hätte.

11. Fig. 1 läßt erkennen, daß es den, aus dem Verdichtungsverhältnis (z. B. 8 : 1) bekannten Freiraum am OT (obere Totpunkt), den Verdich­ tungsraum im Zylinderkopf, des SVI-Systems in der bekannten Art, nicht mehr gibt. Der Kolben bzw. die beiden Verdichtungsraumspeicher (1a) und (2a) berühren sich fast am OT mit den Flächen (4). Wie man sieht, wurde der Verdichtungsraum geteilt - und nach techni­ schen Ermessen, in den Zylinderkopf (1) und Kolbenboden (2) verlegt. Die ein oder mehrlagige Netzgewebepackung (1a) und (2a) ist ein Gasgemisch- Speicher und eine Flammenbariere zugleich. Dieser Speicher begünstigt die Gemischaufbereitung und beschleunigt die Verbrennung, was durch die großflächige gleichmäßig über den ganzen Zylinderdurchmesser verteilte Flammenbildung erfindungs­ gemäß begünstigt wird. Es ist die kurze Durchbrennzeit, ohne die üblichen Flammenzungen.

12. Die zweiseitige Speicherung des Brenngasgemisches im Kolbenboden und Zylinderkopf, also zweiseitig, lt. Fig. 1 (1a) und (2a), verringert die Ausströmgeschwindigkeit, des pro Hub bereitgestellten Gemisches, weil das Ausströmen über eine doppelt so große Fläche erfolgt, um so strömungsgünstiger (langsamer) der Verbrennung, unter Turbulenzen zugeführt zu werden, was aber die erwünschte schnelle Verbrennung zur Folge hat.

13. Erfindungsgemäß dient die Netzgewebepackung als Speicher für das Gemisch, um dieses ohne zu zünden über den oberen Totpunkt zu bringen, um es danach dosiert der Verbrennung zuzuführen.

14. In Fig. 1 ist weiter zu erkennen, daß das Verdichtungsvolumen in die Maschen-Freiräume eines, vorzugsweise, Metallnetzgewebes (1a) und (2a) verlegt wurde. Dabei kommt dem Speichergewebe (1a) im Zylinderkopf (1) die vorrangige Funktion zu. Eine Erweiterung der Speicherfläche d. h. wie eine Ausweitung auf den Zylinder zeigt Fig. 8 und Fig. 10 und Fig. 11.

Eine weitere sehr zweckmäßige Form des Verdichtungsraumes zeigt Fig. 15 (1a) die bogenförmig (schalenförmig) bis halbkugelförmig ausgeführt sein kann, bei der die Brenngase allseitig wie aus einem Hohlspiegel strahlenförmig der Verbrennungsflamme zugeführt werden.

15. Aus Fig. 1 ist zu sehen, daß vorzugsweise eine Niederdruck- Einspritzdüse (13) bereits beim Ansaugtakt (21) (22), sehr fein zerstäubend vor das Metallnetzgewebe (1a) im Zylinderkopf (1), den Kraftstoff einspritzt. Diese Art der Einspritzung kommt einer Schicht­ ladung gleich, weil zum Zeitpunkt der Zündung angereichertes Gemisch im Zündkerzenbereich vorhanden ist, danach aber weil stöchiometrisch zugeführt, optimal ausbrennen kann.

16. Analog dazu kann es aber kraftstoffaufbereitungsmäßig lt. Fig. 1 besser sein, wenn die Einspritzdüse (13) nach dem Kolbenboden (16) gerichtet, gegen diesen einspritzt, weil der sich dabei bildende Ein­ spritznebel, am, unter Entzündungstemperatur, liegendem Kolbenboden (16) verdampft, was einem zusätzlichen Aufbereitungs­ schritt gleichkommt. Beim Verdichten wird dieser Kraftstoffnebel in den Zwischenräumen des Metallnetzgewebes, oder analog dazu in den Kapillaren s. Fig. 7 (20) ohne zu zünden gespeichert.

17. Hier zeigen sich bereits die unter Punkt 8. angesprochenen großen Modifikationsmöglichkeiten, die den großen Vorteil bieten, die Ver­ brennung konstruktiv so auszuführen, daß man die, bzw. den Verbren­ nungsablauf gezielt beeinflussen bzw. steuern kann.

18. Deshalb sei außerhalb der Reihe die die Funktion des Vorganges des Speicher-Verdichtungsraums (SVI-Speicher) wie folgt; beschrieben:
Fig. 2 bis Fig. 7 zeigen das Prinzip der Metallnetz-Gewebe -Verdich­ tungsraum-Speicherzellen, Fig. 2 bis Fig. 6 (1a) als Metallgewebenetz, oder nach Fig. 7 (20) die Ausführung mit eng liegenden Kapillaren, ohne (20), und mit Zündkanal (57) und (10).

Außerdem eine Spezialausführung Fig. 12 einer Zylinderbuchse, die am oberen Ende einen Verdichtungsraumspeicher eingearbeitet hat, der alle Variationen der Ausführung zuläßt. (28b) zeigt eine solche Ab­ wandlung eines Speichereinsatzes, der aus gewellten hochtempe­ raturfesten Blechringen von 0,1 bis 0,5mm Stärke besteht.

19. Das Arbeitsprinzip des SVI-Speichers ist das Prinzip eines Wärme­ tauschers, und zwar das eines REGENERATORS welcher bei Vollast des Motors mit verschiedenen Temperaturen je nach Motorenart oder Motorensystem betrieben werden kann. D.h.,

• a) mit einer Temperatur weit unter Selbstzündung, * oder
• b) mit einer Temperatur an der Grenze der Selbstzüngung, *
• c) mit einer Temperatur die höher als die Selbstzündungs­ temperatur * des verwendeten Kraftstoffes liegt, oder
• d) mit einer Verdichtungsraum-Kühlung betrieben werden kann.**

*Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei diesen vier Möglichkeiten vor­ zugsweise Kraftstoffe hoher Zündwilligkeit (wie bei Dieselöl) verwendet werden sollen, was den entscheidenden Produktions- und Preis­ vorteil eines ohne feste Oktan und Cetanwerte zu verbrennenden Kraftstoffs hätte.
**Neben diesen drei Möglichkeiten a), b), c), sei die Möglichkeit d) der direkten Verdichtungsraum-Innenkühlung nicht zu vergessen, die analog zur Verdichtungsraum-Heizung in Fig. 10 (25), (27), zu sehen ist. Es wäre in diesem Falle ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmtes Rohr.

20. Bei den sehr schwierigen und zu schnellen Verbrennungsvorgängen wie sie bei der Wasserstoff und Erdgas (Propan)-Verbrennung auftreten, kann es zweckmäßig sein den Verdichtungsraum direkt zu kühlen, um einer möglichen Stickoxidbildung NOx zuvorzukommen bzw. diese zu unterbinden.

21. Die konstruktive Entscheidung und Ausführung welche Temperatur am SVI-Speicher eingestellt werden soll, wird dadurch erzielt, daß eine lose liegende Metall-Netzgewebepackung wie es Fig. 5 (1a) zeigt, durch die geringen Masse des Netzgewebes wird schnell eine hohe Temperatur angenommen, diese aber ebenso schnell wieder bei Bedarf abgegeben.

Der Kolben oder Zylinderkopf, mit einem Verdichtungsraumspeicher ausgerüstet hat nur geringe Wärmeverluste zu seiner Umgebung. Werden nun die Gewebelagen verdichtet, oder gelochte hochhitzebe­ ständige Bleche als Zwischenlagen eingebracht, wie es die Fig. 5 und Fig. 6 mit (8) und Fig. 12 (28b) zeigt, sinkt die Temperatur durch Wärmeabfuhr unter die Entzündungstemperatur.

22. Besonders günstig ist diesbezüglich die Speicher-Verdichtungsraum- Konstruktion nach Fig. 8 und Fig. 9 mit den ringförmigen Speicher­ elementen (28) (29), die den Vorzug haben, die Gemisch-Gasströ­ mung zur Zylindermitte hin auszurichten, so daß die Gase ohne große Kaltberührung zur Zylinderwand sauber und schnell ausbrennen können.

23. Diese Anordnung nach Fig. 8 und Fig. 9 ist sehr gut dazu geeignet, um auch Kopfgesteuerte Mehrventilmotore mit einem SVI-Speicher (Verdichtungsraum-Speicher) ausrüsten zu können.

24. Durch eine Vergrößerung der Verdichtungsspeicher-Einlage Fig. 8 und Fig. 9 (29) können günstig auch langsamlaufende Langhub-Motore dieser neuartigen Verbrennung angepaßt werden. Hier wird bereits der große Vorteil sichtbar, die Verbrennung so zu steuern, daß eine optimale schnelle und saubere Verbrennung auch in Sonderfällen ermöglicht werden kann.

25. Außer dieser Eigenschaft hat ein Metall-Gewebenetz, wird es unter der Gemischentzündungstemperatur gehalten, die Eigenschaft eines Flammkäfigs, der es wie bereits beschrieben, es z. B. gestattet, im SVI-Motor, die verdichteten heiße Gas-Luftgemisch, ohne zu zünden über den OT hinaus gezielt und gut dosiert, der Verbrennung nach dem OT zuzuführen.

26. Ein weiterer großer Vorteil dieser Netzgewebe, der SVI-Speicherung ist, das diese Technik der Verbrennung die hohen Temperaturen und Drücke am OT ab Vorzündung vermeidet, was der kritischen Verbrennung selbst von Wasserstoff oder Erdgas-Propan- Butan usw. zugutekommt, weil beispielsweise bei der Wasserstoffverbren­ nung oder Erdgasverbrennung zwar Wasserstoff zu Wasser H2O verbrennt, aber trotzdem hohe Anteile Stickoxide NOx erzeugt, dies wird durch diese neue Verbrennunungstechnik wesentlich gebessert. Weil mit einer niedrigeren Verdichtung stöchiometrischen Gemisch mit Schichtladung (auch in diesem Falle) gearbeitet werden kann.

27. Eine aus Fig. 1 gut ersichtliche besonders günstige Kraftstoffaufbereitung in vier Schritten, erfolgt, wie nachfolgend gezeigt:

• 1. Einspritzung, die bereits wie bisher üblich gut vernebelt, erfolgt während des Ansaughubes, durch
• 2. Einspritzung auf den warmen bis heißen Kolbenboden, mit nachfolgender Verdampfung.
• 3. Beim Verdichten erfolgt das Einschieben in das zweiseitige Netzgewebe
• 4. Zum Zeitpunkt des Arbeitshubes, erfolgt das Ausströmen aus dem Speicher. Das ist, wie man sehen kann eine optimale Kraftstoffaufbereitung, vor allem beim Einsatz organischer Öle.

28. Nach Fig. 8, 10, und 15 sind unter der Pos. 57 Zündkanäle in das Speichernetzgewebe eingebracht, die nach dem ersten Zündvorgang bei einem sehr engliegendem Gewebe die Ausströmgeschwindigkeit verstärken (siehe auch Punkt 7).

Bei entsprechend grobmaschigem Gewebe ist diese Maßnahme nicht nötig, ebenfalls nicht wenn die Kapillaren entsprechend groß gehalten werden.

29. Kehren wir nun wieder zum Anfang der Fig. 1 zurück, - zum Ansaug­ hub am OT (oberen Totpunkt) um das Funktionsgeschehen im SVI- Motor weiterzuverfolgen.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein Ansaughub von 180° KW (Kurbelwinkel) die dem Zylindervolumen entsprechende Frischluft oder Gemischmenge schöpft bzw. ansaugen kann, dabei ändert auch die höchste Verdichtung am Sauerstoff-Brennstoff­ verhältnis nichts. Im Gegenteil, dieses Verhältnis mit steigender Ver­ dichtung auf den Sauerstoffanteil bezogen schlechter.

Dies macht man sich bei der SVI-Verbrennung zunutze, indem man mit der Verdichtung (dem Verdichtungsverhältnis) heruntergeht, aber dafür für die Verbrennung den Vorteil einer max. Frischluftversorgung beibehält.

30. Der Kolben beginnt nun rechtsdrehend den Verdichtungshub, schiebt und speichert das stöchiometrisch optimal aufbereitete Gemisch, knapp unter der Entzündungstemperatur, über den OT hinaus ohne zu zünden, im entsprechendem Metallnetzgewebe (1a) und ggf. (2a).

31. Die nach einem KW von ca. 15° vom OT entfernt einsetzende Zün­ dung durch die Zündkerze (12) zündet gleichmäßig über den ganzen Brennraum (14) der durch zwei sehr heiße Flächen von (1a) und (2a) begrenzt ist.

32. Nach Fig. 1 setzt die Verbrennung nicht wie üblich vor dem OT ein, als quasi "Gleichraumverbrennung", ab Vorzündungszeitpunkt, son­ dern mit Spätzündung, mit aus dem "Speicherverdichtungsraum" (3) (dem Metallnetzgewebe) wohldosiert über die ganze Kolbenfläche und Zylinderkopffläche. (4). gleichmäßig sich entzündende Flammfront, die verbrennungszeitmäßig die verlorene Vorzündungszeit mehr als wett macht.

33. Daß diese Verbrennung auch zeitmäßig schadstofffrei ausbrennen kann, ist erfindungsgemäß dadurch bedingt, daß der Verbrennungs­ vorgang mindestens zu Anfang ohne Kaltberührung, und großflächig ausbrennen kann. Während des Arbeitshubes strömt nur soviel stöchiometrisch gut aufgearbeitetes und bis auf beinahe auf Zünd­ temperatur erhitztes Brennstoffgemisch nach, wie dieses, weil es gut verteilt und dosiert ist, kurz vor dem UT völlig ausgebrannt ist. Der Vorteil dieser schnellen aber gesteuerten Verbrennung liegt auf der Hand. Die übliche "quasi Gleichraumverbrennung" am OT mit Temperaturen um 2500°C und hohen Verdichtungs- und noch höhe­ ren Verbrennungsdrücken werden heruntergekühlt, so daß am Kur­ belwinkel Fig. 1 (22) der für ein starkes Drehmoment verantwort­ lich ist, nur ein bescheidener Mitteldruck übrig bleibt.

34. Der hierbei unübersehbare Vorteil der SVI-Verbrennung ist demnach das Umgehen, bzw. die Vermeidung der äußerst unwirtschaftlichen gequählten Verbrennung am OT, die eine optimale Kraftstoffeinspa­ rung, dazu aber was ökologisch wichtiger ist, eine überproportional geringere NOx Bildung als Folge hat.

35. Ein weiterer Vorteil entsteht durch die SVI-Verbrennung dadurch, weil durch die sehr heißen Flächen nach Fig. 1 (4) im Zylinderkopf und am Kolben plus ggf. durch die seitliche Begrenzung im oberen Bereich des Zylinders Fig. 10 (28) zusätzlich, voll durch Netzge­ webe begrenzt, Brennräume entstehen, die bedingt durch die nur kurzzeitig aufrechtgehaltene hohe Temperatur die schnelle und saubere Verbrennung gewährleisten.

36. Bei den bekannten Verbrennungssystemen brennen die Arbeitshub­ flammen bzw. Gasgemische bis in den Auspuff hinein, was einer beachtlichen Energieverschwendung gleichkommt. Deshalb ist es ein beachtenswerter Vorteil, daß die SVI-Verbrennung vor dem Auspuffen, die unter Druck stehenden, gut und schadstofffrei vor dem UT (unterem Totpunkt) ausgebrannten Abgase, die sich wie ein ideelles heißes Gas verhalten, beim Auspuffen einer intensiven Entspannungskühlung unterliegen, und auf diese Weise, durch eine sehr niedrige Abgastemperatur den Motorwirkungsgrad verbessern.

37. Bevorzugte Ausführungsformen des SVI-Motors ergeben sich da­ durch, daß die neue SVI-Verbrennungstechnik durch das Spei­ chervermögen einer unkontrollierten Verbrennung zuvorkommt, so daß man zwischen einer explosionsartigen, bis an die Detonations­ grenze reichenden Verbrennung, und einer kontinuierlichen gesteu­ erten Verbrennung wählen kann. Einer zusätzlichen Verbesserung und Leistungssteigerung durch ein Ladeaggregat steht demnach, sollte dies notwendig werden, nichts entgegen.

38. Die unter Punkt 28 aufgeführten Möglichkeiten einer explosionsartigen Verbrennung gestattet Motore höchster Drehzahl zu bauen, die trotzdem äußerst sauber und sparsam im Verbrauch bleiben.

39. Fig. 2 zeigt den Zylinderkopf eines einfachen untengesteuerten 4- Takt-Motors mit der angedeuteten Lage der Ventile (6), und (7). Der Verdichtungsraumspeicher (1a) hat im Mittelpunkt eine Zündkerze, die zum Brennraum (Zylinder) offen liegen kann, aber auch wie gezeichnet vom groben Abdecknetzgewebe (1b) überdeckt wird, und so an dieser Stelle praktisch durch einen Wärmespeicher beim Zündvorgang unterstützt wird.

Der Platz vom umlaufenden Ringspalt (15) kann zur Speicherver­ größerung herangezogen werden, so daß der Speicher (1a) größer wird wie der Zylinderdurchmesser. Der Ringkanal wird dann möglichst beibehalten. Mit den Richtungspfeilen (24) ist die Rückströmung angedeutet. Die Höhe bzw. Tiefe des Ringkanales richtet sich nach der Motordrehzahl, d. h. der Rückströmgeschwindigkeit. (25) sind Abstützungen.

40. Fig. 3, und Fig. 4, zeigen die vorzugsweise vorgesehene Standardaus­ führung einer Speichergewebepackung in einem Kolbenboden, wobei (5) eine Keramikisolierung darstellt, (1a) eine aus hochhitzebeständigem Metallnetzgewebe feiner Masche bestehender, mehrlagiger Packung, bei der die einzelnen Gewebelagen schweißgepunktet zu­ einander verbunden werden, und mit einem ebenfalls aufgepunkteten, großmaschigen Gewebe versehen werden.

41. Bemerkenswert zu dieser Konstruktion ist zu sagen, daß die Möglichkeit besteht die erste bzw. zweite Gewebelage so auszuführen, daß diese z. B. mit jedem vierten Faden aus Katalysatormetall durchwirkt ist, und so die Verbrennung begünstigen kann.

42. Neben der Eigenschaft, daß die verwendeten hochhitzebeständigen Gewebedrähte (CrNi) bereits eine schwache katalytische Wirkung haben, kommt dieser Konstruktion ein Vorteil zugute, weil normale Asche als letzter Verbrennungsrest eines festen, flüssigen, oder sogar gasförmigen Brennstoffes eine relativ starke katalytische Wirkung erzeugt. Diese Ascherrückstände in den ersten Lagen der Netzgewebe, die verkrustet einen selbsterneuerbaren Katalysator darstellen. Kommen bei entsprechender Handhabung einer optimalen Verbrennung entgegen.

43. Fig. 5 zeigt analog zu Fig. 3, und Fig. 4, eine Netzgewebepackung bestehend aus (8), (1a), und (11), die über einem Speicherraum (10) liegt. (24) sind Abstützungen.

Diese Ausführung eignet sich, (besonders für Selbstzündungsvor­ haben) weil das durch das in (10) gespeicherte Brenngasgemisch, es ermöglicht die oberste Netzgewebeschicht (Regenerator) von Hub zu Hub am Glühen zu halten.

Deshalb hat der Speicherraum (10) eine Mehrfachfunktion.

• a) als Gasgemischspeicher oder Frischluftspeicher
• b) als Speicher-Verbrennungssraum
• c) als Nachbrennspeicherraum für das Netzgewebe.
• d) als Puffer (Klopfen).

Diese Funktionen gehen je nach Ausführung der Speicherelemente ineinander über.

44. Fig. 6 zeigt eine Blende die es ermöglicht je nach Gemischart den Verbrennungsvorgang abzustimmen. Vorzugsweise ist dies bei der Wasserstoff oder Erdgas (Propan)-Verbrennung zur Optimierung hilfreich. (9) ist die Schweißnaht.

45. Fig. 7 zeigt eine alternative Lösung zum Netzgewebe-Speicher Fig. 3, und Fig. 5. Die Kapillarbohrungen bemessen sich nach dem Verdich­ tungsverhältnis, also vom Verdichtungsraumvolumen. Das Volumen aller Kapillarbohrungen zusammen haben demnach Verdichtungs­ raumvolumen. Der Durchmesser der Kapillaren richtet sich nach dem Brennstoff und der maximalen Motorendrehzahl. Je höher die Drehzahl um so größer der Durchmesser der Bohrungen. Diese Ausführung hat den Vorzug einer guten Kühlung und verbrennungstechnischen An­ passung.

46. Fig. 8 zeigt einen Zylinderkopf mit einem am Zylinder eingebauten Verdichtungsraum (28) mit einer zusätzlichen Vergrößerungsmöglich­ keit durch (29), für vorzugsweise extreme langsamlaufende Langhu­ ber). Der Kolben (2) kann entweder mit einer Netzspeichereinlage möglichst mit Katalysatoreinlage (3a) und Einspritzdüse (13) betrieben werden.

47. Wie in Fig. (8) ebenfalls zu sehen ist kann, bzw. ist vorgesehen die Einspritzdüse gegen eine Zündkerze auszutauschen, um damit aber ebenfalls das leichtentzündbare Dieselöl zu verbrennen. Daß es zu keiner schlagartigen Verpuffung bzw. zu Klopferscheinungen kommen kann, wird durch das Netzspeichergewebe (28) bewirkt.
Die Vorteile sind vielschichtig und gehen ineinander über:

• a) Einsparung einer teueren Hochdruckeinspritzanlage
• b) Senkung des Verdichtungsdrucks dadurch Einsparung von Verdichtungsenergie.
• c) Keine Krackerscheinungen wegen zu hohen Tempera­ turen und zu hohen Drücken am OT.

48. Um die unter Punkt 41 angeführte Funktion zuverlässig ablaufen zu lassen wurde eine kombinierte Einspritzdüse mit Zündkerze nach Fig. 18 vorgesehen, die aber nicht zwingend ist wenn während des Ansaughubes gegen den Kolben eingespritzt wird, es kann aber auch über zwei bis vier handelsübliche Niederdruck-Einspritzdüsen eingespritzt werden.

Der Vorteil dieser Methode: Neben einer günstigeren sparsamen Verbrennung, vereinfacht sich die Konstruktion und Fertigung derartiger Motore gegenüber dem Dieselmotor.

49. Fig. 10 zeigt einen Zylinderkopf mit einem Metallgewebe-Verdich­ tungsraumspeicher (1a), der mit einer elektrischen Heizung (25) ausgerüstet ist, die je nach Brennstoffart den Kaltstart verbessert, somit auch die Verbrennung schwerentzündlicher Kraftstoffe auf Bio-Basis gestattet. Die gesamte Verbrennungsfunktion durch Vorheizen des Luft-Kraftstoffgemisches verbessert. Der Stromanschluß (27) liegt außerhalb des Zylinderkopfes (27). Analog zu dieser Heizung ist selbst­ verständlich diese in die Konstruktionen nach Fig. 8, Fig. 9, Fig. 11 Fig. 12, usw. einzubauen. Wesentlich dabei ist, daß es diese Kon­ struktion ermöglicht das Dieselverfahren der direkten Einspritzung bei niedrigen Verdichtungsdrücken anzuwenden. Durch diese Heizung, die sich auf den Zylinderkopfbereich des Speichers begrenzt, wird die Selbstentzündungstemperatur auch bei niedriger Verdichtung erreicht. Begünstigt wird der Vorgang durch mehrere Zündkanäle (57) die in die Nähe der der Heizung (25) geführt werden.

50. Analog zu Fig. 10 kann je nach Gegebenheiten, z. B. bei der Wasser­ stoffverbrennung, Propan oder Erdgasverbrennung kann eine innere Kühlung des Verdichtungsspeichers (1a) nötig werden. In diesem Falle wird die Heizung (25) durch ein Kühlrohr ersetzt. Damit erreicht man den Vorteil, daß selbst bei Wasserstoff oder Erdgas die relativ hohen Stickoxidanteile verschwinden.

51. Fig. 11 zeigt eine Motorenkonstruktion als Otto, oder vorzugsweise in Dieselausführung, die mit einer Initialzündung arbeitet. Der Arbeitskolben (2) bekommt einen relativ sehr kleinen Kolben aufgesetzt, den sogenannten Initialkolben (59). Der Arbeitskolben (2) verdichtet nun bei einem mäßigen Verdichtungsverhältnis z. B. 8 : 1 bis zum OT 1. kurz vorher wird ein kleines dem Initialkolben entsprechen­ des, bereits unter Druck stehendes, Gemisch oder Frischluft-Volumen vom kleinen Kolben übernommen, und nur dieses sehr kleine Volu­ men, durch eine hohe Verdichtung z. B. 30 : 1 auf Entzündungstem­ peratur gebracht. Nach Überwindung des Initialhubes, zwischen OT 2 und OT 1 verbrennt das gespeicherte Gas-Luftgemisch aus (28) stöchiometrisch.

Der Vorteil:

• a) Diese Methode spart enorm an Verdichtungsenergie, zumal zum Zeitpunkt der letzten hohen Verdichtung der Kurbeltrieb kurz vor dem Durchstrecken ist. (Kniehebel auf kleine Fläche wirkend).
• b) Der kleine Initialkolben, auch wenn dieser mit Vorzündung betrieben wird, erzeugt nur einen Bruchteil an Stickoxiden NOx, wie ein großer Arbeitskolben bei einer Verdichtung 30 : 1
• c) Die im Brennraum des kleinen Initialkolbens entstehende hohe Temperatur und der hohe Druck, ist im Bereich des großflächigen Arbeitskolbens eine optimale Zündvoraussetzung für eine schnelle Verbrennung.
• d) Dieses Verfahren ist entsprechend ein einwandfreies Schichtladeverfahren, weil beim Einspritzen sehr fettes Gemischgezündet wird, welches je nach Vorgabe, mit der im Speicher vorhandenen Frischluft sauber ausbrennen kann.

52. Fig. 12 zeigt eine Standard-Zylinderbuchse mit eingebautem Kapilar-Verdichtungsraumspeicher (28a). Die Anzahl und der Durchmesser der Bohrungen (Kapillaren) ist vom Kraftstoff, dem Verdichtungsverhältnis und von der Motordrehzahl abhängig. Je höher die Drehzahl um so großer der Durchmesser der Kapillare. Pos. (28b) zeigt eine sehr einfache und sehr Zweckmäßige Ausführung des Verdichtungsspeicher-Einsatzes. Dieser besteht aus einem gewellten Blechring der abwechselnd zwischen einem glatten Ring liegt. Die so entstehenden Kanäle erfüllen auf einfache Weise die Forderungen, und sind sehr gut den Gegebenheiten anzupassen.

53. Fig. 13 zeigt eine Abwandlung eines Zylinderkopfes (1) mit einem Aufsatz (42) in dem zentral eine mit einer Zündeinrichtung kombinierte Mehrfacheinspritzdüse (40), und die Ansaugventile (38), (39) als Flatterventile ausgeführt werden können, weil sie nicht wärmebelastet sind. Denkbar ist die zweite Möglichkeit die Ventile (39) als einen geschlossenen Ventilring auszuführen. Der Kraftstoff wird bei dieser Anordnung oberhalb Verdichtungsraumes (31) eingespritzt. Die Frischluft wird durch die kraftstoffbenetzte heiße Verdichtungs­ raum-Metallnetzeinlage (3) durchgezogen und vermischt sich innig, anschließend wird dann beim Verdichten nochmals das erwärmte Gemisch zurückgeschoben, um erst danach durch Spätzündung gezün­ det, gut aufbereitet Arbeit zu verrichten.

Der Verbrennungsdruck schiebt gegen Ende des Brennvorganges einen kleinen Teil der Abgase nach (31) zurück, was je nach Größe des Raumes (31) einer sanften Abgasrückführung gleich kommt. Der Vorteil: Keine Wärmebelastung der Ansaugventile, keine kompli­ zierte Steuerung, große Variationsmöglichkeiten in der Konstruktion und Funktion. (A) sind die beiden Auslaßventile.

54. Fig. 14 zeigt analog zu Fig. 13 eine Ausführung bei der über (38) (39) Vergaserkraftstoff angesaugt wird, über den in diesem Falle beweglichen Verdichtungsraumkolben (43) (3), der ohne oder mit Federbelastung betrieben werden kann eine Pufferwirkung am OT zustandekommt, außerdem wird, wie man zeichnungsgemäß erkennt, der Ringkanal (15) zu den beiden Auslaßventilen (A) gesperrt. Dies ist eine weitere nicht in allen Einzelheiten gezeichnete Möglichkeit, durch eine geeignete Steuerung des Gegenkolbens (42) diesen Gegenkol­ ben als Auslaßventilschieber zu verwenden, um so auf einen Tell der teueren und komplizierten Ventiltechnik zu verzichten. Ventilmechanik zu verzichten. Der Vorteil, Einsparung von fertigungs­ technischen Aufwand, Verbilligung.

55. Fig. 15 zeigt einen Otto-2-Takt Zylinder mit dem Zylinderkopf (1) und den beiden Verdichtungsraumspeichern (1a) im Zylinderkopf und Kolben (2a). Diese Anordnung begünstigt die Verbrennung und Spülung des Zweitakters.

Wie nach der Zeichnung zu sehen ist, wird durch eine Einspritzdüse (13), eingespritzt, analog kann aber das Gemisch auch über einen Vergaser erzeugt und angesaugt werden.

Der Netzgewebe Speicherraum im Zylinderkopf ist bogenförmig bis halbkugelförmig ausgebildet, mit dem Vorteil, daß das so gespeicherte Gemisch von allen Seiten der Verbrennung zugeführt wird, und damit großflächig über den ganzen Zylinderdurchmesser gleichmäßig ohne Fammennester verbrennen kann. Dies hat zur Folge, daß der Ausbrand, früher wie auf konventionelle Art, beendet ist. Die Abgase in konzentrierterer Form im oberen Zylinderbereich vorliegen, um so vorteilhafter ohne große Abgasreste ausgespült zu werden. Hier liegt ein Weg vor, den bekanntlich unsauberen 2-Takter durch einen Spei­ cher sauber zu bekommen.

Dieser bogenförmige 2-Takt Zylinderkopf ist aber auch für die anderen Systeme, wie das 4-Takt und Dieselsystem mit der halbkugeligen Zylinderkopfform ein ideales Verbrennungsnest. Das kleine Netzgewebenest im Kolben (2a) kann als Katalysator zur Verbrennungsverbesserung herangezogen werden.

Die im Zylinderkopfspeicher angeordneten Zündkanäle (57) begünstigen die Verbrennung und begrenzen diese nur auf den Zylinderkopfbereich, so daß noch vor dem Öffnen der Auslaßschlitze das Gemisch ausbrennt.

Der Vorteil: Eine effektivere Kraftstoffausnutzung, weniger Schadstoffe und sauberere Abgase, (Wirkungsgradverbesserung).

56. Fig. 18 zeigt eine kombinierte Düse, bestehend aus einer Zündkerze (12) und einer Mehrfach-Einspritzdüse (40), die speziell für die Zwecke der SVI-Verbrennung konzipiert wurde, um bei Dieselöl die hohe Verdichtung mit Hilfe der Zündkerze zu übergehen. (46) und (47) sind zwei Rundschnurringe die umlaufend den Nadelhalter (54) abdichten, und gleichzeitig die Funktion der Nadelfeder übernehmen. Dabei ist (41) die Kraftstoffzuführung, (49) der Düsenkanal und (50) die Nadel. Die Zündkerze (12) kann auch durch eine Handelsübliche Zündkerze ersetzt werden.

Durch die sich bei der SVI-Verbrennung unter einem ca. 3× niedrigerem Verdichtungsdruck bzw. bei atm. Druck zu erfolgende Einspritzung, bietet den Vorteil auf eine teuere Hochdruckeinspritzung beim Diesel zu verzichten.

57. Analog zu Fig. 1 bis Fig. 13 ist die bekannte, aber sehr problematische Idee, Wasser für die Verbrennung von Kohlewasserstoffen zu Hilfe zu nehmen, um die Verbrennung zu verbessern. (Wassergas), realisierbar geworden. Wird durch das Netzgewebe in Verbindung mit der abgeänderten Kombidüse, mit drei Kraftstoffeinspritzdüsen und drei Wassereinspritzdüsen am Umfang realisiert. In Verbindung mit dem Netzspeicher, aber auch schon mit einen einfachen Regenerator, einem einlagigem Gitter, kann man durch dosierten Wasserdampf die Kraftstofftröpfchen weiter zerteilen, und damit die Reaktion der Verbrennung weiter beschleunigen. Aber auch durch Krackvorgänge ist die die Verbrennung noch weiter anzuheizen. Die Versuche die bisher bei der Motorenverbrennung diesbezüglich gelaufen sind, scheiterten, oder stellten die Realisierung vor Probleme. Der hohe Verschleiß, denn beschleunigter Heißdampf in Verbindung mit einer Hochgeschwindigkeitsflamme, besonders an Kanten, oder stehenden Abgasventilen durch Wasserstoffdiffusion und Versprödungen erzeugen, führen zur Zerstörung. Reduziert man die Temperatur, den Druck und somit die Strömungsgeschwindigkeit, wie bei der großflächigen SVI- Verbrennung möglich, so reduziert man auch den beschriebenen Verschleiß.

58. Aus 56. und 57. folgt daß die Kombinations-Zünd- und Einspritzdüse nach Fig 18 zwischen die Kraftstoffdüsen jeweils eine Wasserdüse be­ kommt, die separat dem Verbrennungsvorgang gemäß mit der Kraft­ stoffdüse eine vorgegebene Wassermenge zudosiert und an das Netz­ gewebe einspritzt.

59. Fig. 17 zeigt den Vergleichsprozeß zur SVI-Verbrennung der mit weniger Kraftstoff bei mindestens gleicher Leistung zustandekommt weil die gequälte Verbrennung mit Vorzündung übergangen wird. Die genauere Erklärung ist bereits eingangs, zum besseren Verständnis, unter Punkt 7. erfolgt.

60. Außer der Anwendung des SVI-Systems in, von unten gesteuerten Motoren nach Fig. 1 besteht die Möglichkeit, vor allem in großen Maschinen, in kopfgesteuerten Mehrventilmotoren z. B., die Speicher in den Ventilschäften unterzubringen und zwar in die Ansaug-, als auch in die Abgasventile hinein, in dem man die Schäfte entsprechend größer und länger dimensioniert. Das Volumen der Ventilschaft­ bohrungen würde z. B. bei einem 4-Ventilmotor dann ca. dem Verdich­ tungsraumvolumen entsprechen.

61. Im Anhang zeigt Fig. 19 eine vielseitig einzusetzende Möglichkeit durch die Speicherung und Wärmeverteilung vor Zündbeginn durch eine Kugelpackung. Dabei macht man sich die Charakteristik einer derartigen Kugelschüttung zunutze, weil unabhängig von der Kugel­ größe der tetraederförmige Hohlraum dabei prozentual immer gleich bleibt. Diese Eigenschaft gestattet eine optimale berechenbare Auslegung des Verdichtungsraumes und die berechenbare Wärmespei­ cherung.

Für vorzugsweise Großmaschinen, Schiffsdiesel usw. sind für die Kugelpackung leichte bis mittelschwere Hohlkugeln vorgesehen, die den Vorteil aufweisen, daß sie innen und außen eine Wärmekontakt­ fläche haben, und funktionshalber mit Bohrungen zwecks Gaswech­ sel versehen sind, und demnach entsprechend leicht sind.
Einen weiterer Vorteil der Kugelpackung nach Fig. 19 zeigen die Positionen 36a und 36b, wobei ein oder mehrere Verdrängungs­ elemente 36a am Umfang des Zylinderkopfes durch einen verdreh­ baren Verstellring 36b die Kugelpackung lockern - oder verdichten können. Dies bedeutet eine weitere Möglichkeit die Kugelpackung während des Motorbetriebes zu verändern und damit zu optimieren. Eine durch eine gelockerte Kugelpackung sich einstellende Selbstrei­ nigung erscheint bei manchen unsauberen Kraftstoffen auch vorteil­ haft.

Bezugszeichenliste

Vc Verdichtungsraum
Vh Hubraum
OT obere Totpunkt
UT unterer Totpunkt
KW Kurbelwinkel
E Eingang
A Ausgang
1 Zylinderkopf
2 Kolben
1a Zylinderkopfspeicher
2a Kolbenspeicher
1b Abdecknetz (grobmaschig)
3 Zylinder
4 Brennraumflächen
5 Isolierung (Keramik)
6 Einlaß-Ventil
7 Auslaß-Ventil
8 Kolbenblende
9 Kolben-Schweißnaht
10 Kolbenspeicherraum
11 Kolben-Gewebeauflage
12 Zündkerze
13 Einspritzdüse
14 Brennraum
15 Ringspalt
16 Kolbenkasten
16+2a mit Speicher
16+2v als Verdränger
17 Ventilfreiraum
18 Kühlung
19 Einspritzfreiraum
20 Kapillaren
21 Kurbelwinkel mit min. Drehmoment
22 Kurbelwinkel mit max. Drehmoment
23 Verdichtungshub
24 Netzgewebestützen Ringkanalströmung
25 Heizwendel 12 V
26 Heizwendelanschluß
27
28 Zylinder- Metallgewebe Netzspeicher
29 Zusatzspeicher
30
31 Ventilfreiraum
32 Flammenfläche
33 Strömungsleitführung
34 Verdrängeraufsatz
35 Durchström- Netzgewebespeicher
36 Kugelpackung f. Zylinderkopf
37 Kugelpackung f. Kolben
36a Verdrängungselemente
36b Verstellring
38 Einströmbohrungen
39 Membranventile
40 Kombi-Zünd-Einspritzdüse
41 Kraftstoffanschluß
42 Ventilaufsatz
43 Gegenkolben
44 Gegenkolbenanschlag
45 Durchströmöffnungen
46 Rundschnurring groß
47 Rundschnurring klein
48 Nadelhub
49 Kraftstoffkanal
50 Düsennadel
51 Sprühstrahl
52 Doppelsprühstrahl
53 Verschlußring
54 Nadel-Ringhalter
57 Zündkanäle
59 Initialkolben
60 Verdichtungsraum für Höchstdrücke
61 Regenerator-Netzgewebe 1
62 Netzgewebe -Zwischenraum
63 Regenerator -Netzgewebe 2
64 Flammfrontströmung
65 Blende. (Gewebenetz)
66 Verdrängungskegel

Claims (31)

1. Verbrennungskraftmaschine nach Fig. 1 insbesondere eine Kolben­ maschine, die mindestens von drei vorhandenen Bauteilen an, (1) Zylin­ derkopf, (2) Kolben, oder (3) Zylinder, einen aufgesetzten oder ein­ gearbeiteten Hohlraum Fig. 9 (2v) aufweist, der einen Frischluftspeicher, Gasspeicher oder Wärmespeicher, bzw. eine Kombination dieser oder ähnlicher Speicherarten enthält, bzw. mit diesen modifiziert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher mit einem ein- oder mehrlagigen Metallnetzgewebe Fig. 1 (1a) und (2a) oder oder anderen gut wärme­ leitenden, großflächigen gut gasdurchgängigen Wärmetauscher Fig. 10 (1a), Fig. 12 (28b) wie z. B. Kapillaren Fig. 7 (22) gefüllt ist.

2. Maschine, nach nach Anspruch 1, Fig. 1, bei welcher, der bekannte Verdichtungsraum (Vc), voll, oder nur teilweise durch einen Speicher nach Anspruch 1 ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spei­ cher (1a) und (2a) ein kleineres Volumen aufweisen als der Verdichtungs­ raum (Vc) hat, so daß wahlweise nur mit dem Speicher (1a) oder (2a) oder vorzugsweise mit beiden Speichern die Maschine bertieben werden kann, wobei dann beide Speicher zusammen das Verdichtungsraumvolumen haben.

3. Maschine nach Anspruch 1 und 2 Fig. 16 bei der, Verdichtungsraum­ speicher größer als der vorgesehene Verdichtungsraum (Vc) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsraum (60)+(62) konisch ausgebildet ist, und mit ein- oder mehreren kräftigen, grobmaschigen Metallgewebe­ einlagen (61), (63) versehen ist, und diese Metallgewebeeinlagen bestim­ mte Mindestabstände, aufweisen und je nach Anwendungsfall, mit einem Zündkanal (57) analog Fig. 5 verbunden sein können, wobei der dazugehö­ rige Kolben (2) mindestens mit einer als Regenerator wirkenden Netzauflage versehen ist.

4. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, Fig. 2 mit einem über den Kolben­ durchmesser vergrößerten Speicher (1a), dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (1) ventillos ist, und dadurch eine optimal Große Speicher- Brennfläche erzeugt, zentral eine Standard Zündkerze (12) oder eine Kombi-Zündkerze nach Fig. 18 aufweist und umlaufend, bei Bedarf, mit einem Ringkanal (15) versehen ist.

5. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit einem speicherfreien Zylinderkopf Fig. 8 und Fig. 9 (1) der es gestattet, das System auch in kopfgesteuerten Maschinen einzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit einem Zylinderspeicher (28) ausgestattet ist, der für langsamlaufende, langhubige Maschinen durch den Speicher (29) erwei­ tert werden kann.

6. Maschine nach Anspruch 1 bis 5, vorzugsweise für eine hochtourige Maschine günstig einzusetzen, bei der die für den Speicher vorgesehenen Flächen im Zylinderkopf (1), Kolben (2), und im Zylinder (3) durch einen Regenerator nach Fig. 4 ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine. Vorzugsweise feinmaschige Metall-Netzgewebelage (1a) die durch eine grobmaschige Netzgewebelage (1b), abgedeckt wird, die kurzzeitige Temperaturübertragung auf das Gemisch übernimmt, gleichzei­ tig aber das darunterliegende feinmaschige Netzgewebe (1a), in Verbindung mit einer Isolierkeramik Fig. 4 (5) auch eine Wärmeisolierung gegen den Zylinderkopf, - und den Kolben bildet.

7. Maschine nach Anspruch 1 bis 6 vorzugsweise für die Wasserstoff-, Erdgas-, Propan-Verbrennung, bei der eine Mehrfachkombination wie in Fig. 5 dargestellt, die Verbrennungsansteuerung aber vorzugsweise durch Wirbelbildung zwischen grobmaschigen Netzen übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Blende (8) mehrschichtige grobe Gewebenetzlagen (1a) schweißtechnisch so zusammengepunktet sind, daß sie einen Abstand zueinander haben, und darunter ein Speicherfreiraum (10) vorhanden ist, der vorzugsweise durch einen oder mehrere Zündkanäle (57) verbunden ist, wobei diese Anordnung analog auch für den Zylinderkopf gilt.

8. Maschine nach Anspruch 1 bis 7 für vorzugsweise größere Maschi­ neneinheiten und robustesten Betrieb mit einem Kapillar-Speicher nach Fig. 7, (Fig. 8 und Fig. 12), dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (20) in dem Kolbenaufsatz (2v) zusammen dem Verdichtungsraum (Vc) entsprechen, aber im Durchmesser so bemessen werden, daß sich die Verbrennung in die Kapillaren, je nach erwünschter Durchbrenngeschwin­ digkeit fortpflanzen kann.

9. Kapillarspeicher nach Anspruch 8 für vorzugsweise langsamlaufende Langhubmaschinen Fig. 7 (10) dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Speicherraum (10), mit dem Zündkanal (57), sowie die Länge und der Durchmesser der Kapillaren bzw. Bohrungen dem Verbrennungsvorgang angepaßt werden können, und über den Zündkanal das gespeicherte Brenngas-Luftgemisch je nach gewünschter Verbrennungsgeschwindigkeit nachschiebt.

10. Maschine nach Anspruch 1 bis 8 die mit einer Zylinderbuchse nach Fig. 12 ausgestattet ist, und so eine Verbrennung mit geringer Kaltwand­ berührung gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Rand ein Kapillar-Ringspeicher (28a) vorhanden ist, der je nach Kapillardurchmesser und Kapillartiefe auch Zündkanäle aufweisen kann, und der eine allseitig zur Zylindermitte strömende, gut verwirbelte Flammfront bewirkt, die eine geringe Zylinderwandberührung hat.

11. Zylinderbuchse nach Anspruch 10 Fig. 12 für sehr hoch belastete Verbrennungsvorgänge in vorzugsweise langsamlaufenden Maschinen da­ durch gekennzeichnet, daß der Netzgebebespeicher z. B. (1a) durch einen Wellblech-Speicher Fig. 12 (28b) ersetzt wird, oder auch einen Netz­ gewebespeicher ersetzt werden kann.

12. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 11 für Schichtladung bzw. einer breitbandigen Zündung durch fettes Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombidüse (Fig. 18) hinter dem Abdeck- Netzgewebe Fig. 2 (1b) angeordnet ist.

13. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 12 mit einem bogenförmigen Speicher Fig. 15 (1a) der vorzugsweise für 2-Takt Maschinen mit Umkehrspülung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen ein Stück in den Zylinder hinein verlängert wird, so daß die Speicher­ fläche vergrößert wird, und eine Brennspiegelartige, sehr heiße kurze Verbrennung zustandekommen läßt, die vorzugsweise durch Zündkanäle (57) am Umfang, oder über die Maschenweite des Netzgewebes, gesteuert wird.

14. Maschine nach Anspruch 1 bis 12 mit einer elektrischen Verdich­ tungsraum-Innenheizung Fig. 10 die es ermöglicht die Verdichtung zu senken, um so auch das Dieselverfahren bei einer niedrigen Verdichtung anwenden zu können, damit analog zum Otto-Motor selbstzündend betreiben zu können, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzgewebe mit vorzugsweise grober Maschenweite ein oder mehrere ringförmige Niederstromheizleiter (25) bekommt, die kontinuierlich den Netzgewebebe­ speicher (1a) auf Entzündungstemperatur beheizen und die Entzündungs­ temperatur über einen Thermofühler (26) überwacht wird, wobei die Verbrennung über Zündkanäle, oder die Maschengröße des Speichers gesteuert und optimiert werden kann.

15. Maschine nach Anspruch 14 Fig. 10 für vorzugsweise Wasserstoff-, Erdgas- und Propan-Verbrennung mit reduzierten NOx dadurch gekennzeichnete daß statt der elektrischen Heizung eine Kühlschlange (25) eingebaut ist, die ebenfalls mit dem Thermofühler (26) überwacht wird und der Netzgewebespeicher zu heiße Flammzungen oder Flammwirbel durch gleichmäßiges Verteilen, verhindert.

16. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 15, die nach Fig. 11 mit Speicher (1a) und Zündkanälen (57) wie beschrieben versehen ist. Aber zusätzlich mit einem kleinen Initialkolben (59) zur Verdichtungsverstärkung und zur Initialzüngung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß um einen kleinen Initialzylinder (60) ein Netzgewebe-Speicherraum (1a) angeordnet ist, der mit oder ohne Zündkanäle (57) sein kann, der große Arbeitskolben (2) bekommt einen relativ kleinen Initialkolben (59) aufgesetzt, der mit dem Arbeitskolben (2) fest verbunden ist und zu gleicher Zeit am (OT), die durch den Arbeitskolben vorverdichtete Frischluft oder auch Gemisch, mit wenig Kraftaufwand, auf Diesel- Entzündungstemperatur verdichtet, wobei dem Initialkolbenbereich für sich, alle Vorzüge und Ausführungsmöglichkeiten nach den Ansprüchen 1 bis 15 zustehen.

17. Maschine nach Anspruch 1 bis 16 für schnellen Gemischwechsel und Flammenundurchgängigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fig. 5 die Gewebelagen (1a) abwechselnd als grob und feinmaschiges Gewebe geschichtet werden, und so schweißgepunktet sind, daß sie sich nur an den Schweißpunkten berühren, aber gegeneinander Abstand haben.

18. Maschine nach Anspruch 1 bis 17 mit Katalysator-Hilfe dadurch ge­ kennzeichnet, daß z. B. lt. Fig. 4 (1a) jeder vierte Draht des Metall­ netzgewebes aus Katalysatormetall besteht, oder die Netzgewebeschicht ganz aus Katalysatormetall besteht.

19. Maschine nach Anspruch 1 bis 17 mit einem sich selbst erneuerba­ ren Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß analog Fig. 5 der aufge­ setzte Hohlraum (2v) mit einer Wabenkeramik oder einem künstlichem Zeoliten versehen ist, die in Verbindung, mit den, je nach Brennstoff, sich bildenden Ablagerungen (Asche) die Verbrennung begünstigen.

20. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 19 mit einer Mehrfachaufberei­ tung der verwendeten Kraftstoffe, vorzugsweise von leicht entflammbaren organischen Kraftstoffen, vorzugsweise aber Dieselöl, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kraftstoff beim Ansaughub gegen den Netzgewebe­ speicher eingespritzt, oder angesaugt wird, und beim Verdichten in das Netzgewebe hineingedrückt wird, sich dabei erwärmt und homogenisiert, um beim Austreten aus dem Netz nochmals zu homogenisieren Fig. 1 Fig. 15 usw.

21. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 20 mit über den Netzgewebe­ speicher liegenden Einlaßventilen, nach Fig. 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Membranventile flamm- d. h. temperaturgeschützt sind und im Zylinderblock (3) die beiden Auslaßventile (A) liegen, hingegen die Einlaß­ ventile für die Frischluft (38)-(39) über der Netzgewebepackung (35) einströmen, dabei wird der über die modifizierte Düse (40) eingespritzte Kraftstoff beim Ansaugen homogenisiert, beim Verdichten in das Netz zurückgeschoben, um danach beim Ausströmen nochmals innig zu verwir­ beln und zu verbrennen.

22. Maschine nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, daß nach Fig. 13 der gesamte Aufsatz (42) zu einem großflächigem Einströmventil umfunktioniert wird, welches dann den gleichen Einströmquerschnitt des Zylinderdurchmessers hat.

23. Maschine nach Anspruch 1 bis 22 die es aus dieser Grundkon­ struktion Fig. 14 heraus gestattet andere einfache Ventillösungen zu realisieren, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Gegenkolben (43) der mit einem Netzgewebespeicher (35) ausgestattet ist, und der über die Bohrungen (45) mit dem Zylinderraum verbunden ist, dieser loseliegend die Funktion des Einströmventils übernimmt, wobei die Möglichkeit besteht mit oder vorzugsweise ohne Membrane (39) zu arbeiten, oder aus dem Gegenkolben einen masseleichten flachen Speicher, oder einen einlagigen Regenerator zu machen, um diesen dann analog als Membranventil zu verwenden.

24. Eine Kombinations-Zünd- und Einspritzdüse nach Fig. 18 die es gestattet die Maschinen mit Netzkolben-Systemen ob mit Speicher oder Regeneratoren nach den Ansprüchen 1 bis 23 zu beschicken, dadurch gekennzeichnet, daß um eine Zündkerze (12) ringförmig mindestens drei Nadeleinspritzdüsen (50) angeordnet sind, die auf einen gemeinsamen Trägerring (54) sitzen, der durch zwei Elastomer-Rundschnurringe (46), (47) Abgedichtet ist, wobei die beiden Ringe auch gleichzeitig als Nadelfeder die Funktion übernehmen.

25. Maschine, die vorzugsweise mit Spätzündung arbeitet und die dadurch auftretenden zeitlichen Verluste der Verbrennung, durch eine Heißraumverbrennung mit oder ohne Schichtladungsmöglichkeiten, aber mit vermindertem Kraftstoffverbrauch bei gleicher Leistung, den Wirkungs­ grad erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem aufgezeigten Arbeitsdiagramm Fig. 17 auf die sogenannte, nicht aber wirkliche, Gleich­ raumverbrennung ab Vorzündungszeitraum, am oberen Totpunkt, verzichtet wird, dafür aber frühstens ab Punkt 3, spätestens ab Punkt 4 gezündet wird, um dann in die beginnende Drehung hinein "fast" explosionsartig, aber durch das Netzgewebe gesteuert, zu verbrennen, um ca. an Punkt 6 die Verbrennung (Wärmezufuhr) zu beenden, von Punkt 7 bis 8 Entspannen, noch unter Arbeitsverrichtung.

26. Regenerator nach Anspruch 1 für den Einbau in Verbrennungskraft­ maschinen zur Verbrennungsbeschleunigung und Flammenverteilung auch in normalen Verbrennungsmaschinen mit Vorzündung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß statt einem Metallnetzgewebe ein kräftiges Regenerator- Gitter welches aus 1,5 mm bis 3,0 mm Durchmesser Stäben besteht, fest, am Kolbenboden, aber mit Abstand zu diesem, befestigt ist, so daß es am oberen Totpunkt genau mittig im Verdichtungsraum zu stehen kommt oder sich mit einem Gegen-Regenerator gleicher oder ähnlicher Art im Zylinderkopf den Verdichtungsraum teilt, vorzugsweise aber ineinander­ greifend den Verdichtungsraum ausfüllt.

27. Wassereinspritzung zur Verbesserung der Verbrennung in den Syste­ men analog zu Fig. 1 bis . . . dadurch gekennzeichnet, daß durch das Netzgewebe in Verbindung mit der abgeänderten Kombidüse nach Fig. 18, die mit drei Kraftstoffeinspritzdüsen und drei Wassereinspritzdüsen versehen ist, gleichzeitig. Aber auch mit zeitlicher Verzögerung, Kraftstoff und Wasser gegen den Netzspeicher, oder einen einlagigen Regenerator, eingespritzt wird, und so durch den Wasserdampf die Kraftstofftröpfchen weiter zerteilt werden, um damit die Reaktion der Verbrennung zu beschleu­ nigen und durch Krackvorgänge die Verbrennung noch mehr zu intensi­ vieren.

28. Einsatz der Speicher-Verdichtungsraum-Verbrennung in kopfgesteuerten Mehrventilmotoren mit Königswelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher oder Regeneratoren in die vergrößerten Schäfte der Ventile eingebaut werden, sowohl in die Ansaug-, als auch in die Abgasventile, so daß, das Volumen der Ventilschaftbohrungen zusammen, dem Verdich­ tungsraumvolumen entsprechen.

29. Verwendung der Kugelpackung beim Einsatz der Speicher- Verdichtungsraumverbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf und Kolben analog zu den Netzgewebepackungen Fig. 1 bis . . . eine Kugelpackung aus Stahl- oder Hartkupfer verchromten Kugeln bekommt, die einen definierten gleichen tetraederförmigen prozentual gleichmäßigen Hohlraum zueinander aufweisen, und so durch die Kugelgröße, Oberfläche spez. Wärme eine optimale Einstellung der Speicherung des Wärmeübergangs und damit Verbrennung gewährleisten.

30. Kugelpackung nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln aus einem Keramikmaterial massiv oder porös hergestellt sind, oder vorzugsweise für Großmaschinen hohl gestaltet werden.

31. Kugelpackung nach den Ansprüchen 29 und 30 die in in ihrer Dichte verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kugelpackung (36) ein oder mehrere Verdrängungskörper (36a) eintauchen die auch während des Motorlaufes die Dichte der Kugelpackung durch ein Stellelement (36b) verändern.