DE2205573B2 - Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinder - Google Patents
Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei ZylinderInfo
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Description
50
Gegenstand des Patentes 2 135 368 ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine
mit mindestens zwei Zylindern, bei der die Auslaßleitung eines Zylinders mit der Einlaßleitung
eines um 360° phasenverschobenen anderen Zylinders wechselseitig mittels Verbindungsleitungen verbunden
ist. wobei in jeiler Auslaßleitung im Bereich der Mündung der Verbindungsleitung eine den Rückstoß in
die Verbindungsleitung verhindernde Rückschlagdüse angeordnet ist.
Bei der Viertakt-Brennkraftmaschine nach dem Hauptpatent wird die Speisung des zweiten Zylinders
mit einer Vorverdichtung durch den hohen Unterdruck erreicht, welcher im Auslaßraum des ersten Zylinders
unmittelbar nach öffnung der Auslaßleitung durch die aus diesem Zylinder austretenden Auspuffgase erzeugt
wird. Auf diese Weise wird nicht nur eine wesentlich bessere Füllung der Zylinder erzjjelt, sondern die Vorverdichtung
bewirkt auch eine Reduzierung der üblicherweise in den Auspuffgasen enthaltenen schädlichen
Bestandteile, wobei insbesondere der Gehalt an Kohlenoxyd (CO) und an anverbrannten Kohlenwasserstoffen
(G1H2H+2) erheblich abnimmt und Stickstoffoxyd
(NQ*) praktisch ganz verschwindet
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand
des Hauptpatentes dahingehend weiter zu entwickeln, daß in der Wirkung der Herabsetzung der
in den Auspuffgasen enthaltenen schädlichen Bestandteile eine weitere Steigerung eintritt d. h, daß vor allem
der Gehalt der Auspuffgase an Kohlenoxyd und an unverbrannten Kohlenwasserstoffen weiter verringert
wird.
Diese Aufgabe wird bei einer nach dem Pi tent
2135 368 ausgebildeten Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern erfindungsgemäß dadurch
gelöst daß die Rückschlagdüse als massiver wärmespeichernder Körper ausgebildet ist und daß die
Mündung der Verbindungslehung, die Frischgas zuführt, auf die der Motorauspufföffnung zugewendete
Rückseite der Rückschlagdüse gerichtet ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es kann angenommen werden, daß bei einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Viertakt-Brennkraftmaschine dir: günstige Wirkung in der Herabsetzung der
schädlichen Bestandteile in den Auspuffgasen teilweise von den Wirbeln herrührt, welche sich in dem Augenblick
bilden, in dem Frischgas auf die Auspuffgase trifft. Einen weiteren Einfluß haben die durcn die Rückschlagdüse
erzeugten Wirbel. Ferner ist zu bemerken, daß die erwähnte günstige Wirkung auch bei Anwendung
der Erfindung bei anderen Arten von Brennkraftmaschinen eintritt, und zwar nicht nur bei Maschinen
mit hin- und hergehenden Kolben, sondern auch bei Maschinen mit Drehkolben. In dem Sonderfall von
Brennkraftmaschinen mit einer geraden Zahl von trocoiden Rotoren wird durch eine Leitung der einem dieser
Rotoren entsprechende Avislaßraum mit dem einen anderen Rotor entsprechenden Ansaugraum in Verbindung
gesetzt, wobei diese beiden Rotoren mit einer Phasenverschiebung von einer halben Periode des Arbeitsspiels
arbeiten.
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel
erläutert:
F i g. 1 zeigt schematisch, teilweise im Schnitt, eine
Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung mit zwei einander gegenüberliegenden Zylindern der »flat-twin«-
Bauart;
F i g. 2 zeigt im Schnitt die zur Verwirklichung der Erfindung vorgesehenen Mittel in einem größeren
Maßstab;
F i g. 3 zeigt die Mittel zur Regelung der Einführung
der Luft in die Verbindungsleitung;
F i g. 4 zeigt in einem schematischen Schnitt längs der Linien IV-IV der F i g. 5 die Anwendung der Erfindung
an einer Brennkraftmaschine mit zwei trocoiden Rotoren;
F i g. 5 ist eine Draufsicht der in F i g. 4 dargestellten Brennkraftmaschine.
Die schematisch in F i g. I dargestellte Brennkraftmaschine der flat-twin-Bauart besitzt zwei Zylinder 1
und 2, in deren jedem ein Kolben 3 arbeitet, wobei jeder Kolben über eine Anordnung mit Kurbel und
Pleuelstange auf eine gemeinsame Welle arbeitet, welche die Motorwelle ist. jeder Zylinder ist mit einem
Einlaßventil 4 und einem Auslaßventil 5 versehen, wel-
ehe in der üblichen Weise durch Nocken so gesteuert
werden, daß die beiden Zylinder mit einer Phaserverschiebung
von einer halben Periode des Arbeitssp;els. d. h. von 360°, arbeiten.
Jeder Zylinder wird von einem Vergaser 6 mit einem vergasten Gemisch gespeist, welches in dem Einiaßraum
7 eines jeden Zylinders über eine Leitung 8 ankommt.
Gemäß der in dem Hauptpatent beschriebenen Erfindung ist eine aerodynamische Rückschlagdüse 9 zwisehen
dem Auslaßraum 10 eines jeden Zylinders und der Auslaßdüse 10a angeordnet Diese Düse besitzt
einen mittleren Teil 11. Ebenfalls gemäß dem Hauptpatent
ist der Ansaugraum eines jeden dieser beiden Zylinder mit dem Ausiaßraum des anderen Zylinders
durch eine Leitung 12 verbunden.
Außerdem ist eine aerodynamische Rückschlagdüse 13 zwischen einer jeden Einlaßleitun^ 8 und dem Einlaßraum
7 des entsprechenden Zylinders angeordnet.
Schließlich ist eine andere aerodynamische Ruckschlagdüse 14 in jeder Verbindungsleitung 12 in der
Nähe der Stelle angeordnet, an welcher sie in den Einlaßraum
des entsprechenden Zylinders mündet, um einen Rückstrom der Auspuffgase des zugeordneten
Zylinders in diesen Einlaßraum zu verhindern.
Zur Erzielung der Verbrennung der brennbaren Komponenten (CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe),
welche sich noch in den Auspuffgasen befinden und die Hauptursache der atmosphärische!? Verseuchung
sind, wird erfindungsgemäß in jeder Auslaßleitung ein Teil mit einem erheblichen Wärnitspeichpi·-
vermögen angeordnet. Dieser Teil Speichen dann eine große, den Auspuffgasen entzogene Wärmemenge.
Ferner wird auf diesen Teil ein Strom eines Sauerstoffträgergases,
insbesonder Luft, geleitet, so daß die obigen. in den Auspuffgasen befindlichen, die Verseuchung
der Atmosphäre bewirkenden Komponenten bei Berührung mit diesem Wärmespeicherteil mit dem Sauerstoffträgergas
verbrannt werden, welches mit diesem Teil gleichzeitig mit den Verbrennungsgasen in Beruhrung
kommt
Als Wärmespeicherteil wird vorzugsweise der mittlere Teil H der Rückschlagdüse 9 benutzt, welche sich in
jeder Auslaßleitung 10 befindet, indem diesem Teil eine genügende Masse gegeben wird, um 'hm die Aufspeicherung
der zur Erzielung der gewünschten Verbrennung erforderlichen Wärme zu ermöglichen. Ferner
wird die gegenüber diesem mittleren Teil mündende Verbindungsleitung 12 ausgenutzt, um in die Auslaßieitung
die als Sauerstoffträgergas dienende Luft einzuführen, indem in dieser Leitung in der Nähe ihres Endes,
mit welchem sie in den Auslaßraum iO mür.dct, eine oder mehrere Lufteintrittsöffnungen 15 vorgesehen
werden.
Zur Begünstigung der Verbrennung der brennbaren, eine Verseuchung der Atmosphäre bewirkenden Komponenten
der Auspuffgase mit der Luft wird zweckmäßig in den Auslaßraum 10 mit der durch die öffnungen
15 eintretenden Luft eine kleine Menge der mit Betuin
vergasten Luft gesaugt, welche zu dem gerade gespeisten Zylinder strömt. Der in dieser Luft enthaltene
leicht entzündliche Brennstoff soll natürlich nicht nur die Verbrennung der in den Auspuffgasen enthaltenen
brennbaren, die Verseuchung der Atmosphäre erzeugenden Produkte begünstigen, sondern auch selbst vollständig
verbrannt werden.
Es ist möglich, daß die erfindungsgemäß erzielte erhebliche, die Verseuchung der Atmosphäre verhindernde
Wirkung wenigstens teilweise von den Wirbeln herrührt, welche sich biiden. wenn die Sauerstoffträgerluft
auf die Auspuffgase trifft, sowie von den Wirbeln, welche sich auf der Seite der Döse 9,11 bilden, wo diese
ihre Rückschlagwirkung ausübt.
Vorzugsweise werden Mittel zur Regelung des Eintrittsquerschnius
der öffnungen 1-5 vorgesehen, um die durch diese in den AusJaßraum 10 eintretende Luftmenge
auf den besten Wert einstellen zu können. Hierfür sind z. B. die Öffnungen 15 von einer ringförmigen
Kammer 16 umgeben, welche in ihrer Außenwand mit einer Lufteintrittsöffnung 17 versehen ist, deren Querschnitt
durch einen Drehschieber 18 regelbar ist, welcher ebenfalls eine Lufteintrittsöffnung 19 aufweist.
Durch Drehung des Schiebers 18 und mehr oder weniger vollständige Oberdeckung der Öffnungen 19 und 17
wird der freie Querschnitt der letzteren Öffnung geregelt.
Zweckmäßig wird der Schieber 18 durch das die den Motor speisende Brennstoffmenge regelnde Glied gesteuert,
welches τ. Β. bei einem Kraftfahrzeug durch das Gaspedal oder bei Dieselmotoren durch das die
Förderleistung der Einspritzpumpe regelnde Element gebildet wird.
Hie. für ist z. B. an dem Schieber 18 ein Kabel oder Bowdenzug 20 befestigt, welcher die Drehung des
Schiebers 18 einzig und allein in dem Sinn der Schließung der öffnung 17 bewirkt, während die Drehung
des Schiebers 18 in dem Sinn der Freilegung der öffnung 17 durch eine Feder 21 erfolgt, derer. Wirkung
durch einen Dämpfertopf 22 üblicher Konstruktion be stimmt wird, welcher zwar die Öffnungsbewegung verlangsamt,
aber die sofortige Wirkung des Kabels oder Bowdenzuges 20 in dem Sinn der Schließung nicht verhindert.
Der größte Querschnitt der öffnung 17 wird durch Anlage des freien Endes der Stange 23 des Kolbens
24 des Dämpfertopfs an einem regelbaren, z. B. schraubbaren. Anschlag 25 bestimmt
Die obige Steuerung der Öffnung 17 ermöglicht die Leistungserhöhung, welche während Betriebszuständen
mit höchster Leistung erforderlich ist (Wiederauftourenbringen und beim Befahren einer Steigung), d.h.
während Betriebszuständen kurzer Dauer, während welcher eine zeitweilige Erhöhung des Verseuchungsgrades infolge der teilweisen oder vollständigen Versperrung
des Eintritts der Zusatzluft durch die Öffnungen 17 und 15 ohne Bedeutung ist, während während
der normalen Betriebszustände der Lufteintritt in einem durch den Anschlag 25 bestimmten Maße erfolgt
und so die günstigste Wirkung zur Verhinderung einer Verseuchung der Atmosphäre hat.
Um dem Wärmespeicherteil, insbesondere dem mittleren Teil 11 der Rückschlagdüse, die größte Speicherwirkung
zu geben, werden zweckmäßig Mittel zur thermischen Isolierung zwischen diesem Teil und seinen
Befestigungsmitteln 29 vorgesehen, z. B. in Form eines
Zylinders 26 und von Lochscheiben 27, 28 aus Isolierstoff. Der Teil 11 behält so seine hohe Temperatur
während der verschiedenen, von dem Auspuff verschiedenen
Takte des Arbeitsspiels bei.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal können wenigstens gewisse Flächen des Wärmespeicherteils,
welche mit dem Gemisch aus den Aiislaßgascn und dem an freiem Sauerstoff reichen Gas in Berührung
kommen, mit einem bekannten katalytischen Stoff überzogen werden, welcher die Kohlenwasserstoffe
ohne Entzündung vollständig oxydiert. Gemäß F i g. 2
ist ein derartiger katalytischer Stoff 30 auf dem Kopf
des mittleren Teils der Rückschlagdüse angeordnet.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist in der Verbindungsleitung 12 in Reihe mit der aerodynamischen
Rückschlagdüse 14 ein automatisches Rückschlagventil 3! angeordnet, welches, wie die Rückschlagdüse
14, den Rückstrom der Auspuffgase in die Verbindungsleitung 12 und darüber hinaus in den gerade
gespeisten Einlaßraum 7 des Zylinders und in den Vergaser 6 verhindert. "
Grundsätzlich hat die Rückschlagdüse 14 bereits diese
Wirkung. Während der langsamen Drehzahlen und insbesondere während des Anlassens reicht jedoch die
Wirksamkeit dieser Düse nicht aus, um allein den Rückstrom der Auspuffgase zu diesen Stellen zu verhindern.
Um dieser ungenügenden Wirkung der Düse 14 nur während der niedrigen Drehzahlen abzuhelfen, werden
die Masse des Rückschlagventils 31 und die Kraft seiner Rückholfeder so bestimmt, daß von normalen
Drehzahlen an, z. B. wenn der Motor mit 1200 U/m und
darüber hinaus läuft, d. h. von Drehzahlen an, bei welchen
die Rückschlagdüse 14 voll wirksam ist, das Ventil 31. nachdem es durch den von dem Auslaßgasstoii herrührenden
Unterdruck geöffnet wurde, keine Zeit mehr hat, sich während der Dauer eines Arbeitsspiels wieder
zu schließen.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist an der Stelle, an welcher die Leitung 12 in den Auslaßraum
10 mündet, ein Ablenker 33 vorgesehen, welcher das durch die Leitung 12 zugeführt*, sauerstottreiche
Gas unter dem günstigsten Winkel auf den Kopf des Wärmespeicherteils 11 leitet. Dieser Ablenker bew;rkt
gleichzeitig eine gute Verteilung dieses Gases auf den Kopf. Er dient außerdem zum Schutz des Rückschlagventils
31 und seiner Feder 32 gegen die hohe Tempc
ratur der Auspuffgase. Hierfür ist der Ablenker 33 an dem Halter 34 des Schafts des Rückschlagventils 31 befestigt.
Wie bereits ausgeführt, ist die Erfindung des Hauptpatents
und des vorliegenden Zusatzpatents nicht nur auf Motoren mit Kolben mit hin- und hergehender Bewegung
anwendbar, wofür der flat-twin- Motor nur ein
Beispiel ist. sondern auch auf Motoren mit rotierenden Kolben, insbesondere Motoren mit einer geraden Zahl
von troeoiden Rotoren der unter dem Namen »WAN-KEL-Motoren«
bekannten Bauart. F i g. 4 und 5 zeigen die Anwendung der Erfindung auf einen derartigen
Motor. Dieser besitzt zwei troeoide Rotoren, welche zwei nebeneinanderliegenden Anordnungen A und B
angehören. Diese troeoiden Rotoren treiben eine Welle 35 an. Jeder Rotor weist ein Prisma 36 bzw. 37 auf,
dessen Basis ein gebogenes Dreieck ist. Jedes Prisma führt eine Drehbewegung und eine Transiationsbewegung
aus, da sein mit Innenverzahnung versehener Zahnkranz 38 mit einem auf der Welle 35 ^festigten
Zahnrad 39 kleineren Durchmessers im Eingriff steht. Die Bewegung eines jeden Prismas ist so beschaffen,
daß die an den drei Ecken des Basisdreiecks befindlichen Kanten auf einer Fläche mit geradlinigen Mantellinien
eines Hohlraums 40 gleiten, welcher in einem Gehäuse 41 ausgearbeitet ist, und dessen Basisprofil
eine durch die Ecken des Basisdreiecks des Prismas erzeugte Troeoide ist.
Wenn das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser des Zahnkranzes mit Innenverzahnung 38 und des Zahnrades
39 gleich $: 2 ist, ändert sich das Volumen der Kapazitäten zwischen der Wand des Hohlraums 40 und
jeder Seite des dreieckigen Prismas viermal während eines Arbeitsspiels (es nimmt abwechselnd zweimal zu
und ab). Diese: Kapazitätsänderungen entsprechen den vier Takten der klassischen Motoren. Die Vorteilung in
dem betreffenden Motor erfolgt durch den Rotor selbst infolge des Zusammenwirkens seiner Kanten mit festen
Einlaß- und Auslaßöffnungen 42 bzw. 43. Die beiden troeoiden Rotoren haben eine solche gegenseitige Winkelstellung,
daß die von ihnen erzeugten Takte um eine halbe Periode des Arbeitsspiels gegeneinander verschoben
sind. Bei dem dargestellten Beispiel drehen sich die beiden Rotoren in dem Sinn des Pfeils f. Man
sieht, daß. wenn der Rotor 36 die Auslaßöffnung 43 der Anordnung B zu öffnen beginnt, der Rotor 37 die
Einlaßöffnung 42 der Anordnung A noch nicht geschlossen hat. Es liegen daher hier die gleichen Verhält
nisse vor. wie bei einem Mehrzylindermotor mit hin- und hergehenden Kolben.
Erfindungsgemäß ist der dem Rotor 37 (Anordnung
A) entsprechende Ansaugraum 44 mit dem dem Rotor 36 (Anordnung B) entsprechenden Auslaßraum 45
durch eine Leitung 46. 47, 48 verbunden, welche der Verbindungsleitung 12 der F i g. 1 und 2 entspricht.
Diese Leitung 46. 47, 48 mündet in den Auslaßraum gegenüber dem Kopf des mittleren Teils 49 einer in
dem Auslaßriium 45 angeordneten Rückschlagdüse und weist eine öffnung 50 für den Eintritt eines Sauerstoffträgergases
auf. insbesondere für den Eintritt von Luft, deren Menge durch Mittel regelbar ist, welche in
F i g. 4 schematisch durch eine Drehklappe 51 angedeutet sind. Diese Verbindungsleitung 46, 47, 48 enthält
außerdem ein Rückschlagventil 52, dessen Masse und Feder in der oben für das Ventil 31 und seine Feder 32
angegebenen Weise ausgebildet sind, und in Reihe mit diesem Rückschlagventil eine Rückschlagdüse 53.
Man erhäh auf diese Weise bei derartigen Motoren mit troeoiden Rotoren die gleichen Wirkungen der Leistungssteigerung
und der Verhinderung der atmosphärischen Verseuchung, wie in dem Hauptpatent und in
dem vorliegenden Patent oben ausgeführt
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
- Patentansprüche:f, Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der die Auslaßleitung eines Zylinders mit der Einlaßleitung eines um 330° phasen- ^erschobenen anderen Zylinders wechselseitig mittels Verbindungsleitungen verbunden ist, wobei in jeder Auslaßleitung im Bereich der Mündung der Verbindungslehung eine den Rückstoß in die Verbindungsleitung verhindernde Rückschlagdüse angeordnet ist, nach -Patent 2135 368, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagdüse (11) als massiver wärmespeichernder Körper ausgebildet ist und daß die Mündung der Verbindungsleitung (12X welche Frischgas ,.uführt auf öe der Motorauspufföffnung zugewendete Rückseite der Rückschlagdüse (14) gerichtet ist
- 2. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsleitung (12) mindestens eine Eintrittsöffnung (15. 17) für Frischluft aufweist.
- 3. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Verbindungsleitung (12) außer einer Rückschlagdüse (14) ein Rückschlagventil (31) eingeschaltet ist. wobei die Masse dieses Ventils und die Kraft seiner Rückholfeder (32) so bemessen sind, daß dieses Ventil offen bleibt, sobald die Drehzahl des Motors einen über der Anlaß- oder Leerlauf-Drehzahl liegenden Wert erreicht hat.
- 4. Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (31) in der Nähe der Mündung der Verbindungsleitung (12) in der Auslaßleitung des einen Zylinders angeordnet ist und ein Ablenkorgan (33) aufweist zum Schutz des Rückschlagventils gegen die hohe Temperatur der Auspuffgase und/Gder zur 1 eitung der durch die Verbindungsleitung (12) strömenden Luft auf die Rückseite der in die Auslaßleitung (10) eingeschalteten Rückschlagdüse (11).
- 5. Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die um 360° in ihrer Arbeitsphase versetzten Kolben der Brennkraftmaschine Drehkolben eines Dreh- 4S kolbenmotor sind.
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