DE2205573C3 - Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern - Google Patents

Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern

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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 w vielseitig mittels Verbindungsleitungen verbunden ist, wobei in jeder Auslaßleitung im Bereich der Mündung der Verbindungsleitung eine den Rückstoß in die Verbindungsleitung verhindernde Rückschlagdüse angeordnet ist.
Bei der Viertakt-Brennkraftmaschine nach dem Hauptpatenl 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 *5 wird. Auf diese Weise wird nicht nur eine wesentlich bessere Füllung der Zylinder erzielt, sondern die Vorverdichtung bewirkt auch eine Reduzierung der üblicherweise in den Auspuffgasen enthaltenen schädlichen Bestandteile, wobei insbesondere der Gehalt an Kohlenoxyd (CO) und an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (CnHan+2) erheblich abnimmt und Stickstoffoxyd (NOx) 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
Diese Aufgabe wird bei einer nach dem Patent 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 Verbindungsleitung, 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 erfin dungsgemäß ausgebildeten Viertakt-Brennkraftmaschine die 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 durch 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 Auslaßraum 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 1V-1V der F i g. 5 die Anwendung der Erfindung an einer Brennkraftmaschine mit zwei trocoider Rotoren;
F i g. 5 ist eine Draufsicht der in F i g. 4 dargestellter Brennkraftmaschine.
Die schematisch in F i g. 1 dargestellte Brennkraft maschine der flat-twin-Bauart besitzt zwei Zylinder 1 und 2, in deren jedem ein Kolben 3 arbeitet, wobei je der Kolben über eine Anordnung mit Kurbel unc Pleuelstange auf eine gemeinsame Welle arbeitet, wel ehe die Motorwelle ist. Jeder Zylinder ist mit einen Einlaßventil 4 und einem Auslaßventil 5 versehen, wel
ehe in der üblichen Weise durch Nocken so gesteuert werden, daß die beiden Zylinder mit einer Phasenverschiebung von einer halben Periode des Arbeitsspiels, d. h. von 360°, arbeiten.
Jeder Zylinder wird von einem Vergaser 6 mit einem vergasten Gemisch gespeist, welches in dem Einlaßraum 7 eines jeden Zylinders über eine Leitung 8 ankommt
Gemäß der in dem Hauptpatent beschriebenen Erfindung ist eine aerodynamische Rückschlagdüse 9 zwisehen dem Auslatiraum IO 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 Auslaßraum des anderen Zylinders durch eine Leitung 12 verbunden.
Außerdem ist eine aerodynamische Rückschlagdüse 13 zwischen einer jeden Einlaßleitung 8 und dem Einlaßraum 7 des entsprechenden Zylinders angeordnet
Schließlich ist eine andere aerodynamische Rückschlagdüse 14 in jeder Verbindungsleitung 12 in der Nähe der Stelle angeordnet, an welcher sie in den Einlaßraum des entsprechende« 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 atmosphärischen Verseuchung sind, wird erfindungsgemäß in jeder Auslaßleitung ein Teil mit einem erheblichen Wärmespeichervermögen angeordnet. Dieser Teil speichert 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 Tc ' 11 der Rückschlagdüse 9 benutzt, welche sich in jeder Auslaßleitung 10 befindet, indem diesen' Teil eine genügende Masse gegeben wird, um ihm die Aufspeicherung der zur Emelung der gewünschten Verbrennung erforderlichen Wärme zu ermöglichen. Ferner wird die gegenüber diesem mittleren Teil mündende Verbindungsleitung 12 ausgenutzt, um in die Auslaßleitung die als Sauerstoffträgergas dienende Luft einzuführen, indem in dieser Leitung in der Nähe ihres Endes, mit welchem sie in den Auslaßraum 10 mündet, 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 Benzin 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 bilden, wenn die Sauerstoffträgerluft auf die Auspuffgase trifft, sowie von den Wirbeln, welche sich auf der Seite der Düse 9. 11 bilden, wo diese ihre Rückschlagwirkung ausübt
Vorzugsweise werden Mittel zur Regelung des Eintrittsquerschnitts der öffnungen 15 vorgesehen, um die durch diese in den Auslaßraum 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 Überdeckung 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 z. B. bei einem Kraftfahrzeug durch das Gaspedal oder bei Dieselmotoren durch das die Förderleistung der Einspritzpumpe regelnde Element gebildet wird.
Hierfür 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 deren Wirkung durch einen Dämpfertopf 22 üblicher Konstruktion bestimmt 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 Auslaßgasen 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. 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 31 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 Auslaßgasstoß herrührenden Unterdruck geöffnet wurde, keine Zeit mehr hat, sich während der Dauer eines Arbeitsspiels wieder zn 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 zugeführte sauerstoffreiche Gas unter dem günstigsten Winkel auf den Kopf des Wärmespeicherteils 11 leitet. Dieser Ablenker bewirkt gleichzeitig eine gute Verteilung dieses Gases auf den Kopf. Er dient außerdem zum Schutz des Rückschlagventils 31 und seiner Feder 32 gegen die hohe Temperatur 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- tmd 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 trocoiden 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 trocoide Rotoren, welche zwei nebeneinanderliegenden Anordnungen A und B angehören. Diese trocoiden Rotoren treiben eine Welle 35 an. Jeder Rotor weist ein Prisma 36 bzw. 37 auf, dessen Bass ein gebogenes Dreieck ist jedes Prisma führt eine Drehbewegung and eine Translationsbewegung aus, da sein mit Innenverzahnung versehener Zahnkranz 38 mit einem auf der Welle 35 befestigten 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 Trocoide ist.
ίο Wenn das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser des Zahnkranzes mit Innenverzahnung 38 und des Zahnrades 39 gleich 3 :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 zn und ab). Diese Kapazitätsänderungen entsprechen den vier Takten der klassischen Motoren. Die Verteilung in dem betreffenden Motor erfolgt durch den Rotor selbst infolge des Zusammenwirkens seiner Kanten mit festen Einlaß- und Auslaßöffnungen 42 bzw. 43. Die beiden trocoiden 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 /. 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 Verhältnisse 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 Auslaßraum 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 5?, 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 erhält auf diese Weise bei derartigen Motoren mit trocoiden Rotoren die gleichen Wirkungen der Leistungssteigerung and der Verhinderung der atmosphärischen Verseuchung, wie in dem Hauptpatent und in dem vorliegenden Patent oben ausgeführt
Hierzu 3 Blatt Zeächntmgea

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vjertakt-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 jeder Auslaßleitung im Bereich der Mündung der Verbindungsleitung eine den Rückstoß in die Verbindungsleitung verbindernde 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 (12), welche Frischgas zuführt, auf die der Motorauspufföffnung zugewendete Rückseite der Rückschlagdüse (14) gerichtet ist
2. Viertaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, 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/oder zur Leitung der durch die Verbindungsleitung (12) strömenden Luft auf die Rückseite der in die Auslaßleitung (10) eingeschalteten Rückschlagdüse (11).
5. Viertakt-B-ennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die um 360° in ihrer Arbeitsphase versetzten Kolben der Brennkraftmaschine Drehkolben eines Drehkolbenmotors sind.
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