DE202010006911U1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor (HCCI) gemäß Mehrherdverbrennungsverfahren eines niedrig angereicherten Arbeitsgemischs, ohne Zündkerze,
welches sich dadurch auszeichnet, dass
– der genannte Motor auf einem Verbrennungsmotor (SCC) mit getrennten Zweitaktzylindern (8) für den Einlass und die Komprimierung und (10) für den Arbeitstakt und das Auslassen basiert
– der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem Zweifach-Einspritzsystem (2) für das direkte Einspritzen von Treibstoff, zusammen mit dem Geber „Treibstoffart” ausgerüstet ist
– der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (3) zur Versorgung mit komprimierter heißer Luft (Ventil 5) ausgestattet ist
– der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (4) zum Einlass der erhitzten Abgase (Ventil 5) ausgestattet ist
– der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass ohne Zündkerze ausgeführt wurde; oder sie ist abgeschaltet
– der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den...

Description

  • Der Verbrennungsmotor nach Mehrherdverbrennungstechnologie (HCCI) unterscheidet sich von gewöhnlichen Motoren durch das Fehlen von Zündkerzen und durch die Verwendung eines Treibstoff-Luft-Gemischs mit einer sehr geringen Dichte des Brennstoffs.
  • Die Verbrennung in Verbrennungsmotoren gemäß HCCI-Technologie erfolgt durch das Fehlen einer offenen Flamme und einer niedrigeren als bei gewöhnlichen Motoren Temperatur. Dadurch erhöht sich der Teil des verbrannten Treibstoffs auf bis zu 95–97%, d. h. Aggregate des Typs HCCI können ohne teuere Katalysatoren auskommen, wobei der Verbrauch an Treibstoff im Durchschnitt 3–4 L/100 km (in einer Hybrid-Variante sogar weniger als 3 L/100 km) beträgt.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verbrennungsmotors (HCCI) gemäß dem Mehrherdverbrennungsverfahren ohne Zündkerze eines niedrig angereicherten Verbrennungsgemischs auf Grundlage eines Verbrennungsmotors (SCC) mit getrennten Zweitaktzylindern zum Einlassen-Komprimieren und dem Arbeitstakt – Auslassen der verbrauchten Gase.
  • Dieses Ziel wird durch die Merkmale der Erfindungsformel erreicht.
  • In Bild 1 ist eine Prinzipskizze des vorgeschlagenen Motors dargestellt.
  • Position (1) ist der Steuerblock mit einem Programm-Algorithmus, einem Motordrehzahlgeber und der Anzeige „Treibstoffart”. Position (2) ist das regulierbare Zweifach-Einspritzsystem für direkte Einspritzung von Treibstoff, zusammen mit dem Geber für die „Treibstoffart”. Position (3) ist das regulierbare System für die Versorgung mit komprimierter heißer Luft. Position (4) ist das regulierbare System zum Einlass der erhitzten Abgase. Position (5) ist das Einlassventil für den Treibstoffzylinder. Position (6) ist der Verbindungskanal, zusammen mit dem Einlassventil des Arbeitstakt-Zylinders. Position (7) ist das Auslassventil zusammen mit der Vorrichtung für die Variierung der Zeit für dessen offenen Zustand (Charge Trapping Valve; CTV). Position (8) ist der Zylinder (Kolben) zur Einlass-Komprimierung des Arbeitsgemischs (Treibstoffzylinder). Position (9) ist die Vorrichtung zur Änderung der Komprimierungsstufe des Arbeitstakt-Zylinders (Variable Compression Rate; VCR). Position (10) ist der Zylinder (Kolben) des Arbeitstakts und des Auslasses. Position (11) ist die Gelenkwelle. Position (12) ist der Impuls-Laser.
  • Der genannte Motor funktioniert folgendermaßen:
    Bei Bewegung des Kolbens (8) in die untere Position liefert das geöffnete Ventil (5) sowie die Einspritzdüsen für direktes Einspritzen des Treibstoffs die Komponenten des Arbeitsgemischs von den Systemen (2), (3) und (4) in den Einlass-Komprimierungs-Zylinder (8). Das Massenhafte Vorhandensein der Arbeitsgemisch-Komponenten wird gemäß Algorithmus von Steuerblock (1) bestimmt, auf Grundlage von Signal des Gebers von Block (2) – „Treibstoffart”.
  • Dank der Erwärmung seitens der aufgeheizten Abgase verdampft der Treibstoff im Zylinder (8) und wandelt sich in einen feinen Nebel um, und die Luftzufuhr macht aus diesem Brenngemisch ein für die Verwendung im Arbeitstakt-Zylinder (10) geeignetes Gemisch.
  • Das Arbeitsgemisch fließt über den Verbindungskanal und das offene Ventil (6) in den Zylinder (10), und zwar in dem Moment, wenn der Zylinderkolben (10) nach dem Arbeitstakt sich in die obere Position bewegt und das Auslassventil (7) schon geschlossen ist.
  • Der Zylinder (10) ist mit einer Vorrichtung (9) zum Verändern der Komprimierungsstufe sowie mit der Vorrichtung (7) zur Variierung der Zeit für den geöffneten Zustand des Auslassventils ausgestattet, welche durch den Steuerblock (1) kontrolliert werden, und zwar auf Grundlage der Information über die Treibstoffart (Geber 2) und der Motordrehzahl (Geber 1).
  • Das System (7) erlaubt es, im Zylinder (10) einen Rest der Abgase bis zum Abschluss des Auslassvorgangs zu belassen. Dies ermöglicht, zusammen mit dem System (9) eine Erhöhung des Drucks und der Temperatur des Arbeitsgemischs.
  • Zum dem Zeitpunkt, wenn der Kolben des Zylinders (10) für den Arbeitstakt-Auslassen die obere Position erreicht, springt die Temperatur des Arbeitsgemischs bis zum Initialisierungspunkt der Mehrherd-Selbstverbrennung hoch, und danach führt der Kolben (10) den Arbeitstakt aus.
  • Der genannte Motor mit den getrennten Zweitakt-Zylindern zum Einlass und Arbeitstakt wird dank der durch den Steuerblock regulierbaren Systeme (2), (3), (4), (7) und (9) stabil im gesamten Belastungsbereich und mit jeglicher Art von Treibstoff funktionieren.
  • Wenn man den Arbeitstakt-Zylinder (10) zusätzlich mit einer Zündkerze ausstattet, dann wechselt der genannte Motor mit angereichertem Treibstoffgemischen vom Modus HCCI (Homogeneous charge compression ignition) in den Modus eines Verbrennungsmotors mit getrennten Zweitaktzylindern für den Einlass – die Kompromierung und des Arbeitstaktes – Auslass (Split-Cycle Combustion; SCC Motor).
  • Bei der Annahme, dass die Mehrherdverbrennung im HCCI Motor durch Plasma erzeugt wird, dann kann man zur Initialisierung der Verbrennung des Arbeitsgemischs einen Impuls-Laser verwenden, welcher mit einem Wärmeschutzkanal ausgestattet ist, der seinerseits auf dem Zylinderkopf (10) des Arbeitstakts und Auslasses angebracht ist, und zwar zur Bestrahlung der Brennkammer. Die Strahlung des Lasers, welche durch den Steuerblock (1) reguliert wird, fördert eine Erhöhung der Zahl an Herdverbrennungen des Arbeitsgemischs und, als Folge davon, eine vollständigere Verbrennung des Treibstoffs.
  • Die Anordnung von mehreren Zylinderpaaren (8) und (10) durch Horizontal-Symetrieverfahren bezüglich der Gelenkwelle (11) erlaubt einen kompakten horizontal-oppositen Motor mit wenig Vibrationen zu bauen, um dynamische und gut steuerbare Kraftfahrzeuge zu erhalten.
  • Der genannte Motor kann ohne die regelbaren Systeme (7) und (9) im Modus HCCI bei mittleren Drehzahlen arbeiten, und bei Volllast und bei Leerlauf, als Motor mit getrennten Zweitakt-Zylindern (8) für den Einlass und (10) für den Arbeitstakt – mit Zündkerze (SCC Motor).
  • 1
    • 1
    Steuerblock mit einem Programm-Algorithmus, einem Motordrehzahlgeber und der Anzeige „Treibstoffart”
    2
    Regulierbares Zweifach-Einspritzsystem für direkte Einspritzung von Treibstoff, zusammen mit dem Geber für die „Treibstoffart”
    3
    Regulierbares System für die Versorgung mit komprimierter heißer Luft
    4
    Regulierbares System zum Einlass der erhitzten Abgase.
    5
    Einlassventil für den Treibstoffzylinder
    6
    Verbindungskanal, zusammen mit dem Einlassventil des Arbeitstakt-Zylinders
    7
    Auslassventil zusammen mit der Vorrichtung für die Variierung der Zeit für dessen offenen Zustand.
    8
    Zylinder (Kolben) zur Einlass-Komprimierung (Treibstoffzylinder)
    9
    Vorrichtung zur Änderung der Komprimierungsstufe des Arbeitstakt-Zylinders
    10
    Zylinder (Kolben) des Arbeitstakts und des Auslasses
    11
    Gelenkwelle
    12
    Impuls-Laser

Claims (1)

  1. Verbrennungsmotor (HCCI) gemäß Mehrherdverbrennungsverfahren eines niedrig angereicherten Arbeitsgemischs, ohne Zündkerze, welches sich dadurch auszeichnet, dass – der genannte Motor auf einem Verbrennungsmotor (SCC) mit getrennten Zweitaktzylindern (8) für den Einlass und die Komprimierung und (10) für den Arbeitstakt und das Auslassen basiert – der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem Zweifach-Einspritzsystem (2) für das direkte Einspritzen von Treibstoff, zusammen mit dem Geber „Treibstoffart” ausgerüstet ist – der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (3) zur Versorgung mit komprimierter heißer Luft (Ventil 5) ausgestattet ist – der Zweitakt-Zylinder (8) für den Einlass und die Komprimierung mit einem System (4) zum Einlass der erhitzten Abgase (Ventil 5) ausgestattet ist – der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass ohne Zündkerze ausgeführt wurde; oder sie ist abgeschaltet – der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass mit der regulierbaren Vorrichtung (9) zur Veränderung der Komprimierungsstufe ausgerüstet ist, und zwar in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Treibstoffs (Geber 2) und der Motordrehzahl (Geber 1) – der Zweitakt-Zylinder (10) für den Arbeitstakt und den Auslass mit der Vorrichtung (7) zur Variierung der Zeit für den offenen Zustand des Auslassventils (7) ausgestattet ist, und zwar gemäß des Treibstofftyps (Geber 2) und der Motordrehzahl – Vorrichtung zur Regulierung der Parameter für die Strahlung des Impuls-Lasers zur Bestrahlung über den Wärmeschutzkanal der Brennkammer des Zylinders (10) des Arbeitstakts und des Auslasses, mit dem Ziel der Erhöhung der Zahl an Herdverbrennungen des Arbeitsgemischs und einer vollständigeren Verbrennung des Treibstoffs – die genannten Regulierungssysteme funktionieren unter der Kontrolle des Programm-Steuerblocks (1), zu welchem außerdem auch die Anzeige „Treibstoffart” und die Interface-Vorrichtung zur Koordinierung und Synchronisation der Funktion aller Komponenten, gehört.
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