DE19816667A1

DE19816667A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit vier im Volumen veränderlichen Arbeitskammern

Info

Publication number: DE19816667A1
Application number: DE1998116667
Authority: DE
Inventors: Karl Essig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-11-04

Abstract

In der europäischen Patentschrift 0334302 B1 ist ein derartiger im Viertaktverfahren betriebener Motor beschrieben. DOLLAR A Das Viertaktverfahren verlangt ein entsprechend hohes Verdichtungsverhältnis, dauerhafte Dichtungselemente und eine hohe Fertigungsgenauigkeit. Das neue Verfahren soll es ermöglichen, den Motor ohne Verdichtungstakt zu betreiben, die Zündhäufigkeit zu verdoppeln und die Fertigung zu vereinfachen. DOLLAR A Die Verfahrensschritte beginnen mit dem Ansaugen von Frischluft in die vom minimalsten zum halben Volumen erweiternden Kammern. DOLLAR A Beim Erreichen des halben Kammervolumens wird brennfähiges Kraftstoff-Luftgemisch eingespritzt und gezündet. Der Zündvorgang findet gleichzeitig in den zwei sich gegenüber befindlichen Kammern statt. Durch den Verbrennungsdruck werden die Kammern bis zum maximalen Volumen erweitert. Die Gitterteile übertragen diese Kammererweiterung, ohne einen Totpunkt überwinden zu müssen, in eine Drehbewegung. Die Verbrennungsgase verbleiben noch in den Kammern, werden abgekühlt und verkleinern das Kammervolumen. DOLLAR A Die Gitterteile setzen das in eine zusätzliche Drehbewegung um. Die Verbrennungsgase werden nun ausgestoßen. DOLLAR A Während 360 DEG Umdrehung durchlaufen die einander gegenüberliegenden Arbeitskammern jeweils zweimal den Ablauf des Verfahrens. Es finden 8 Zündungen statt. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit vier Arbeitskammern, die im wesentlichen mechanischem Aufbau in der europäischen ...

Description

Der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahren ist das Betreiben von Kraftstoffverbrennungsmaschinen.

Eine durch das Viertaktverfahren betriebene Verbrennungskraftmaschine mit vier Arbeitskammern ist in der europäischen Patentschrift 0 334 302 B1 und in der US Patentschrift 5. 004. 409 beschrieben.

Bei diesem Viertaktverfahren muß ein Verdichtungsvorgang stattfinden, welcher entsprechende dauerhafte Dichtelemente der Arbeitskammern und eine hohe Fertigungsgenauigkeit voraussetzt. Aufwendig geformte Gitterteile werden benötigt um das zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine erforderliche Verdichtungsverhältnis zu erreichen.

Jede der vier Arbeitskammern durchläuft während einer Schwungscheibenumdrehung alle vier Takte. Nach vorheriger Verdichtung finden die vier Zündvorgänge jeweils bei minimalstem Arbeitskammervolumen statt. Durch den Druck der bei der Verbrennung entstehenden Gase erweitern sich die Arbeitskammern.

Die Gitterteile übertragen diesen Druck in eine Drehbewegung der Schwungscheibe. Dabei müssen die Gitterteile einen Totpunkt überwinden. Kolbenmaschinen mit Pleuelstange müssen ebenfalls bei der Kraftumsetzung einen Totpunkt überwinden. Ein weiterer Nachteil beim Betreiben einer Viertakt Kraftstoffverbrennungsmaschine mit vier Kammern ist, daß höchstens vier Expansionstakte während einer Umdrehung auf die Schwungscheibe übertragen werden.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher, eine Verbrennungskraftmaschine mit vier Arbeitskammern so zu betreiben, daß die obengenannten Nachteile nicht entstehen. Die Zündhäufigkeit verdoppelt wird und durch einen Abkühlvorgang der Verbrennungsgase ein zusätzlicher Kraftimpuls erzeugt wird.

Die Aufgabe des Verfahrens wird dadurch gelöst, daß beim Betreiben der Verbrennungskraftmaschine anstelle des Viertaktverfahrens ein Verfahren ausgeführt wird, welches keinen Kompressionstakt beinhaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den in der US Patentschrift 5.004,409 und in der Europ.Patentschrift 0 334 302 beschriebenen, im Viertakt Prinzip angetriebenen Verbrennungsmotor, durch ein Verfahren anzutreiben, welches keinen Kompressionstakt beinhaltet.

Aufgabe der Erfindung ist weiter, daß an Stelle der vier Zündungen, welche im Viertakt Prinzip angetriebenen Verbrennungsmotor mit vier Arbeitskammern erreicht werden, die doppelte Anzahl, also acht Zündungen pro Schwungscheibenumdrehung erzielt werden. Da erst ein 16 Zylinder-Verbrennungsmotor diese Zündhäufigkeit hat, wird ein weiterer Gewichtsvorteil gegenüber einem Kolbenmotor erreicht.

Daß durch den nicht benötigten Verdichtungsvorgang keine kompliziert geformten Gitterteile erforderlich sind.

Daß durch die hohe Zündhäufigkeit ein guter Gleichförmigkeitsgrad erreicht wird.

Ein zusätzlicher Antriebsimpuls durch das Erkalten der Verbrennungsgase erzielt wird und nahezu kontinuierliche Antriebsimpulse auf die Schwungscheibe einwirken.

Daß durch die gleichzeitige Zündung in den einander gegenüberliegenden Kammern ein ruhigen Motorenlauf entsteht.

Daß durch eine günstige Hebelarmposition der Gitterteile während der Zündung kein Totpunkt bei der Kraftübertragung auf die Schwungscheibe überwunden werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt an einer Arbeitsmaschine mit vier Arbeitskammern, die im wesentlichen mechanischen Aufbau in der europäischen Patentschrift 0 334 302 B1 und der US Patentschrift 5.004.409 beschrieben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit dem Ansaugen von Frischluft durch die Öffnungen Fig. 3 (14 und 15) in die sich bei der Schwungscheibendrehung im Uhrzeigersinn vom minimalstem zum halben Arbeitskammervolumen erweiternden Kammern Fig. 3 (1 und 3). Beim Erreichen des halben Kammervolumens haben die Kammern den Bereich der Frischluftzufuhröffnungen Fig. 7 (14 und 15) verlassen. In die nun abgeschlossenen Kammer Fig. 7 (1 und 3) wird brennfähiges Kraftstoff-Luftgemisch eingespritzt und gezündet. Der Zündvorgang findet gleichzeitig in den beiden sich gegenüberliegenden Arbeitskammern Fig. 7 (1 und 3) statt. Durch den Druck der bei der Verbrennung entstehenden Gase werden die jeweiligen Kammern vom halben zum maximalen Kammervolumen Fig. 11 (1 und 3) erweitert. Die Gitterteile Fig. 11 (12) übertragen die Kammererweiterung in eine Drehbewegung der Schwungscheibe. Durch die günstige Hebelarmposition der Gitterteile von den Kammern Fig. 7 (1 und 3) während der Zündung, findet die Kraftübertragung ohne Überwindung eines Totpunkts statt. Nachdem durch den Gasdruck das maximale Kammervolumen erreicht worden ist, verbleiben die Verbrennungsgase weiterhin in den Arbeitskammern Fig. 11 (1 und 3) eingeschlossen. Durch Kühler Fig. 19 (22 und 23) unterstützt, erkalten diese Gase und ziehen sich zusammen. Das Kammervolumen Fig. 15 (1 und 3) wird durch das Zusammenziehen der Gase verkleinert. Die Gitterteile Fig. 15 (12) setzten das in eine zusätzliche Drehbewegung der Schwungscheibe um.

Nach Ausnutzung des Erkaltungseffekts werden die Verbrennungsgase durch die Auspufföffnung Fig. 15 (20 und 21) ausgestoßen.

Das Arbeitsverfahren ist durchlaufen.

Während 360° Umdrehung der Schwungscheibe durchlaufen die einander gegenüberliegenden Arbeitskammern Fig. 3 (1 und 3) und Fig. 4 (2 und 4) jeweils zweimal den Ablauf des Arbeitsverfahrens. Dadurch finden insgesamt 8 Zündungen statt.

Das Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ausgeführt an einer Arbeitsmaschine mit vier Arbeitskammern die im wesentlichen mechanischem Aufbau in der europäischen Patentschrift 0 334 302 B1 und der US Patentschrift 5.004.409 beschrieben ist. Zum Verständnis ist in Fig. 1 und Fig. 2 der dem Stand der Technik entsprechende Maschinenaufbau dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Schwungscheibe (5) mit den an ihr befestigten Lagerbolzen (10) und (13). In der Stirnseitenplatte (9) ist der Lagerbolzen (11) angebracht. Auslaßöffnung (7) und Ansaugöffnung (8) sind in der Stirnseitenplatte (9) eingelassen. Die Arbeitskammern (1) und (3) mit ihren Gitterteilen (12) sind von der Schwungscheibe (5) und der Stirnseitenplatte (9) umgeben.

Fig. 2 zeigt die Arbeitskammern (1) und (3) mit maximalem Volumen. Kammer (2) und (4) haben das minimalste Kammervolumen. Die Plazierung der Zündkerzen ist mit (6) bezeichnet.

Kammer (4) ist in der Zündungsposition.

Fig. 3 bis Fig. 6 zeigen die Ansaugvorgänge der Frischluft während einer Schwungscheibenumdrehung im Uhrzeigersinn.

Fig. 3 Von 0° bis 30° wird Frischluft durch die Einlaßöffnungen Fig. 19 (14) und (15) von den Arbeitskammern (1) und (3) eingesaugt.

Fig. 4 Von 90° bis 120° wird Frischluft in die einander gegenüberliegenden Kammern (2) und (4) eingesaugt.

Fig. 5 Von 180° bis 210° wird Frischluft in die einander gegenüberliegenden Kammern (1) und (3) eingesaugt.

Fig. 6 Von 270° bis 300° wird Frischluft in die einander gegenüberliegenden Kammern (2) und (4) eingesaugt.

Fig. 7 bis Fig. 10 zeigen den jeweilige Einspritz- und Zündzeitpunkt während einer Schwungscheibenumdrehung.

Fig. 7 Bei 35° wird in die Kammern (1) und (3) durch die Einsritzdüsen in den Öffnungen Fig. 19 (16) und (17) eingespritzt. Von den in den Öffnungen Fig. 19 (18) und (19) befestigten Zündkerzen wird gezündet.

Fig. 8 Bei 145° wird in die Kammern (2) und (4) eingespritzt und gezündet.

Fig. 9 Bei 215° wird in die Kammern (1) und (3) eingespritzt und gezündet.

Fig. 10 Bei 325° wird in die Kammern (2) und (4) eingespritzt und gezündet.

Fig. 11 bis Fig. 14 zeigen die Positionen der jeweils maximalen Kammervolumen nach der Expansion.

Fig. 11 Bei 90° haben die Kammern (1) und (3) ihr maximales Volumen erreicht.

Fig. 12 Bei 180° haben die Kammern (2) und (4) ihr maximales Volumen erreicht.

Fig. 13 Bei 270° heben die Kammern (1) und (3) ihr maximales Volumen erreicht.

Fig. 14 Bei 360° haben die Kammern (2) und (4) ihr maximales Volumen erreicht.

Fig. 15 bis Fig. 18 zeigt den Bereich des Abkühlvorgangs der Verbrennungsgase mit anschließendem Auspuffen.

Fig. 15 Von 90° bis 120° ist der Abkühlungsvorgang der in den Kammern (1) und (3) befindlichen Verbrennungsgase. Danach beginnt das Auspuffen der Verbrennungsgase durch die Auslassöffnungen Fig. 19 (20) und (21), bis 180°.

Fig. 16 Von 180° bis 210° Abkühlvorgang in den Kammern (2) und (4). Danach Auspuffvorgang bis 270°.

Fig. 17 Von 270° bis 300° Abkühlvorgang in den Kammern (1) und (3). Danach Auspuffvorgang bis 360°.

Fig. 18 Von 0° bis 30° Abkühlvorgang in den Kammern (2) und (4). Danach Auspuffvorgang bis 90°.

Fig. 19 Zeigt die Motorenstirnseitenplatte (9) mit den Plazierungen der für den Arbeitsablauf benötigten Öffnungen für Frischluftansaugung (14) und (15), Öffnungen für die Einspritzdüsen (16) und (17), Öffnungen für die Zündkerzen (18) und (19) und die Auspufföffnungen (20) und (21). Mit (22) und (23) sind die Kühler bezeichnet.

Bezugszeichenliste

Fig. 1 und Fig. 2 Stand der Technik 1 Arbeitskammer 2 Arbeitskammer
3 Arbeitskammer
4 Arbeitskammer
5 Schwungscheibe
6 Zündkerzen
7 Auspuff
8 Einlaß
9 Stirnseite
10 Lagerbolzen der Schwungscheibe
13 Lagerbolzen der Schwungscheibe
11 Lagerbolzen der Stirnseite
12 Gitterteile

Fig. 3 bis Fig. 19 14 und 15 Frischlufteinlaß
16 und 17 Öffnung für Einspritzdüse
18 und 19 Zündkerzen
20 und 21 Auspufföffnung
22 und 23 Kühler
12 Gitterteile

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit vier im Volumen veränderlichen Arbeitskammern, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Erweitern vom minimalsten zum halben Arbeitskammervolumen eingesaugte Frischluft zusammen mit dem eingespritzten brennfähigen Kraftstoff- Luftgemisch ohne Verdichtungsvorgang von den Zündkerzen gezündet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Luftgemisch bei halbem Arbeitskammervolumen gleichzeitig in zwei sich gegenüber befindlichen Kammern gezündet wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 8 Zündungsvorgänge während einer Schwungscheibenumdrehung stattfinden.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Druck der bei der Verbrennung entstehenden Gase die jeweiligen Kammervolumen vom halben zum maximalen Volumen erweitert werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterteile den Gasdruck ohne einen Totpunkt überwinden zu müssen, in eine Drehbewegung der Schwungscheibe umsetzen.

6. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des maximalen Kammervolumens die Verbrennungsgase noch nicht ausgestoßen werden.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich weiterhin in der Arbeitskammer befindlichen Verbrennungsgase abkühlen.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Motorenstirnseite entsprechend plazierte Kühler den Abkühlvorgang der Verbrennungsgase beschleunigen.

9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erkaltenden Verbrennungsgase durch ihr Zusammenziehen das Arbeitskammervolumen verkleinern. Die Gitterteile setzen das in eine Drehbewegung der Schwungscheibe um.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den jeweils einander gegenüberliegenden zwei Arbeitskammern während der Volumensveränderung stets identische Arbeitsabläufe stattfinden.