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Verbrennungsmotor mit Ladungsschichtung und Gemischbildungsverfahren.
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Zusatz zu ... (Patentanmeldung P 22 14 400.9 und Zusatzanmeldung
P 22 22 029.7).
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Gegenstand des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 22 14 400.9) ist ein
Viertakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung für den Betrieb mit flüssigen oder gasförmigen
Kraftstoffen, vorzugsweise Kohlenwasserstoffen verschiedener Zusammensetzung, bei
dem durch die Art der Brennraumgestaltung, der Kraftstoffzuführung und Gemischbildung
eine Ladungsschichtung im Brennraum erreicht wird.
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Beim Viertaktverfahren ist der Brennraum in zwei Teilräume unterteilt,
die am Einlaß- bzw. am Auslaßventil liegen.
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Der als "Einlaßteil" bezeichnete Teilraum ist dabei seitlich des Arbeitszylindera
angeordnet und trägt das Einlaßventil sowie die Zündkerze.
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Der als "Auslaßteil" bezeiohnete Teilraum liegt über dem Arbeitskolben
und trägt das Auslaßventil. Beide Teilräume sind durch einen Querschnitt verbunden,
der, abhängig von den Betriebsbedingungen, mehr oder weniger verengt.ist.
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Gegenstand des ersten Zusatzpatentes (Patentanmeldung P 22 22 029.7)
ist ein Verbrennungsmotor in dem das grundsätzlich gleiche Verbrennungsverfahren
im Zweitakt durchgeführt wird. Dabei wird, gegenüber dem Hauptpatent das Auslaßventil
lediglich durch Auslaßschlitze am Arbeitszylinder ers@tzt.
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Die Gemisdhbildung mit Ladungsschichtung, d.h. die Gemischanreicherung
an der im "Einlaßteil" angeordneten Zündkerze wird beim Viertaktverfahren in dem
beschriebenen Brennraum durch die Kraftstoffzufuhr vor das Einlaßventil in der zweiten
Hälfte des Ansaugtaktes erreicht.
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Beim Zweitaktverfahren wird der Kraftstoff vor dem Einlaßventil während
der zweiten Hälfte der Spülperiode zugeführt. Diese Wahl des Zeitpunktes der Kraftstoffzufuhr
gewährleistet, in Verbindung mit der beschriebenen Brennraumform, eine Füllung des
"Einlaßteils" mit reichem Gemisch, während der "Auslaßteil" mit armem Gemisch oder
nahezu reiner Luft gefüllt ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ladungsschichtungsverfahren ist darum der
Betrieb mit durchschnittlich armem Gemisch, d.h.
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mit insgesamt hohem Luftuberschuß möglich.
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Dabei bestehen gegenüber bisher bekannt gewordenen Schichtladeverfahren
folgende Unterschiede: (1) Anwendung von Niederdruckeinspritzung in den Saugkanal
des Motors.
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(2) Erzielung einer relativ langen Aufbereitungszeit für das Gemisch,
die sich etwa über den gesamten Verdichtungstakt erstreckt.
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(3) Vorliegen eines reichen, zündfähigen Gemisches an der Zündkerze,
unabhängig von Belastung und Drehzahl des Motors.
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Erste im Schrifttum veröffentlichte Versuche, die an einem einfachen
Viertakt-Versuchsmotor nach dem Hauptpatent durchgefllhrt wurden, haben gezeigt,
daß ein einwandfreier Betrieb mit extrem hohen Luftzahlen möglich ist. Luftzahlwerte
vonX = 2,4 wurden sofort erreicht. Es ist bekannt, daß Motoren die derartig hohe
Luftzahlen erlauben nahezu im gesamten Belastungsbereich mit Gemischregelung betrieben
werden können.
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In neuerer Zeit mit Schichtlademotoren durchgeführte Verauche haben
zudem ergeben, daß beim Betrieb mit hohen Luftzahlen, d.h. Luftüberschuß, die Emission
von Schadstoffen, insbesondere Kohlenmonoxid und Stickoxiden beträchtlich gesenkt
werden kann.
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Dabei zeigte sich Jedoch, daß eine so extrem hohe Luftzahl, wie sie
mit dem Schichtlademotor nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 22 t4 400.9) erreicht
wurde, nioht erförderlich ist. Vielmehr bringt schon eine mäßige Steigerung Uber
die bei herkömmlichen Ottomotoren erreichbare maximale Luftzahl von #= 1,25 bis
1,35 hinaus eine beträchtliche Verringerung der genannten Schadstoff-missionen.
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@@@ @iertakt-Verbrennungsmotor nach dem Hauptpatent wird im Hinblick
auf die genannten Emissionswerte darum dahingehend variiert, daß die im Betrieb
erreichbare maximale @uftzahl nur noch mäßig höher liegt, als die bei heute üblichen,
mit homogenem Gemisch arbeitenden Ottomotoren, erreichten Werte. Gemäß der Erfindung
geschieht dieses dadurch, daß der "Einlaßteil" des Brennraumes mit Einlaßventil,
der nach dem Hauptpatent seitlich des Arbeits-@ylinders liegt, umso weiter zur Zylinderachse
hin verschoben wird, @je kleiner die angestrebte maximal erreichbare Luftzahl des
Verfahrens sein soll.
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Je mehr der "Einlaßteil" mit Einlaßventil über dem Arbeits-@olben
zu liegen kommt, ums9 mehr besteht während des Kompressionstaktes die Möglichkeit,
daß Luft-Kraftstoff-Gemisch zwischen Ein- und Auslaßteil ausgetauscht wird, da deren
Verbindungsquerschnitt zunimmt. Die genaue k@nstruktive Ausbildung, d.h. wie weit
der "Einlaßteil" in Richtung der Zylinderachse bis zum Extremfall verschoben wird,
ist lediglich eine lre e angestrebten maximal erreichbaren Luftzahl, d.h. der Erfindungsgedanke
umfaßt sämtliche Zwischenstadien @ in Verbindung mit den anderen Erfindungsmerkmalen.
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Andererseits nehmen während des Saugtaktes die zusätzlichen Drosselverluste
die im Verbindungskanal zwischen Ein- und Auslaßteil entstehen umso mehr ab, e weiter@der
Einlaßteil mit Einlaßventil über dem Arbeitskolben zu liegen kommt.
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rie in Fig. 1 und 1a dargestellt, liegen im Extremfalle schließlich
"Einlaßteil" (2) mit Einlaßventil (4) und Zündkerze (6) neben dem "Auslaßteil" (3)
völlig über dem Arbeitskolben. Die Aufteilung des Kompressionsraumes in die beiden
Teilräume (2) und (3) wird dabei nur noch durch eine Trennwand im Zylinderkopf (1)
und durch den im Kompressionstakt sich dem oberen Totpunkt nähernden Arbeitskolben
bewirkt.
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Der während der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes von der Einspritzdüse
(7) über das Einlaßventil (4) @ugeführte Kraftstoff hat darum während des Kompressionstaktes
die Möglichkeit, in der unter dem "Einlaßteil" (2) liegenden ZylinderbElfte ein
reicheres Gemisch zu bilden als tn der unter dem "Auslaßteil" (3) liegenden Hälfte.Die
"Gemischwolke" (8) deutet in etwa den Zustand an, wie er am Ende des Saugtaktes
erreicht ist,
Um die genannten beiden Gemischanteile möglichst unterschiedlichen
Zusammensetzung bis zur oberen Totpunktstellung des kolbens in Einlaßteil (2) und
Auslaßteil (3) zu orhalten, ist die Austauschbewegung zwischen den beiden Zylinderhäl@ten
auf ein @inimum zu beschrä@ken. Hierzu ist in erster Linie eine weitgehend drall-
und wirbelfreie Zuströmung durch den Einlaßkanal zu verwirklichen.
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Auf die genannte Weise ist mit dem erfindungsgemäßen Schichtladeverfahren
eine mäßige Erhöhung der maximalen Gesamtluftzuhl gegenüber den Werten, die mit
heute üblichen Ottomotoren erreicht werden, möglich.
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Das erfindungs@emäße Schiechtladeverfahren entsteht aus dem Verfahren
nach dem Hauptnatent mit seitlich angeordnetem "Einl@ßteil" also lediglich durch
Verschieben des "Einlaßteils".
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Je weiter der zunächst seitlich liegende Einlaßteil zur Zylinderachse
hin verschoben wird, umso kleiner werden dabei die zusätzlichen Drosselverluste
im Ansaugtakt, sowie die maximalerreichbare Gesaumtluftzahl des Verfahrens.
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Gemäß der Erfindung kann das vorher beschriebene Verfahren auch im
Zweitakt durchgeführt werden. Fig. 2 und 2a zeigen den erfindungsgemäß gestalteten
Brennraum mit Einlaßventil (4), Einlaßteil (2), Zündkerze (6) und Auslaßteil (3).
Zur Abführung der Abgase dienen jetzt die vom Kolben gesteu@rten Auspuffschlitze
(5). Die Kraftstoffzuführung erfolgt hierbei, wie im ersten Zusatzpatent (s';atentanmeldung
P 22 22 029.7) angegeben, durch die Düse (7) über das Einlaßventil (4) @ährend der
zweiten Hälfte der Spülp@riode.
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Zur weiteren Herabsetzung der Drosselverluste bei der Zylinderspülung,
@.h. zur Herabsetzung der Spülleistung, kann auch bei dem erfindungsgemäßen Zweitaktverfahren
ein zweites Einlaßventil (4a) in an sich bekannter Weise vorgesehen werden, das
nur der Zuführung reiner Spülluft dient.
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Die Ste@@rung @ieses Einlaßventile (4a) erfolgt @ynchron zu @inlaßventil
(4).
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Z@r Ergänzung nach Fig. 3 und 3a sei noch festgestellt, daß auch beim
Zweitaktverfahren nach dem ersten Zusatzpatent (Patentanmeldung P 22 22 029.7) ein
zweiter @inlabventil (4a) zur Zuführung reiner Spülluft in an sich be@annter Weise
an@eordnet werden kann, um die Drosselverluste zu verringern.