DE2600014A1

DE2600014A1 - Verfahren zum betrieb eines viertakt-verbrennungskraftmotors und motor zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2600014A1
Application number: DE19762600014
Authority: DE
Inventors: Walter Franke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-02
Filing date: 1976-01-02
Publication date: 1977-07-14
Also published as: IT1065849B; US4177772A; AU511430B2; GB1567486A; FR2337252A1; NL7614479A; AU2099576A; SE7614346L; BR7608824A

Description

Verfahren zum Betrieb einas Viertakt-Verbrenmmgskraftmotors und I'lotor zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fietrieb eines Viertakt-Verbrennungskraftmotars mit gesteuertem Ein- und Auslaß für Kraftstoffgemisch und Abgase an wenigstens einem Arbeitsraum und einem in diesem beweglichen Kolben, wobei am Arbeits raum eine Zünd- und gegebenenfalls Kraftstoffeinspritzeinrich tung vorgesehen und gesondert ein weiteres Fluidum für eine Schichtladung eingespeist wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Motor zur Durchführung des Verfahrens mit wenigstens einem in einem Zylinder beweglichen Kolben und gesteuerten Sin- und Auslaßventilen, wobei der Kolben in einer Bewegungsphase durch den Einlaß Gemisch ansaugt und gegebenen falls weitere Einspeisungen vorgesehen sind.

Mit besonderem Vorteil erstreckt sich die Erfindung auf einen Motor mit wenigstens einem Zylinder und einem, im Arbeitsraum hin- und herbewegbaren Kolben sowie mit gesteuerten Ein- und Auslaßventilen im Zylinderkopf. Hierbei wird einbezogen, daß der Kolben Kolbenringe aufweist und mit einem Kurbeltrieb in

Verbindung steht.

709828/0422

Gemäß einer weiteren Ausführung betrifft die Erfindung ein Verfahren mit einem Motor mit einem in einem Zylinder drehbaren Rotationskolben sowie auch einem solchen besonders ausgestalteten Motor. Bei diesem ist in einem Zylinderraum ein im wesentliehen dreieckförmiger Kolben drehbar gelagert. Ferner sind gesteuerte Ein- und Auslaßventile etwa gegenüber einer Zünd- und gegebenenfalls Einspritzeinrichtung angeordnet. Es ist bekannt, bei solchen Motoren Luft in der Nähe des äusseren Umfanges von Arbeitsräumen mittels Kompressoren einzudrücken.

Der Ausdruck Viertakt-Verbrennungskraftmotor bezieht Otto-Motoren und Dieselmotoren ein. Maßgeblich ist, daß jeweils ein Ansaughub , ein Verdichtungshub, ein Arbeitshub und ein Ausstoßhub bzw. entsprechende Punktionen von Arbeitsräumen stattfinden.

Wie bereits angegeben, werden für das Verfahren und den Motor bekannte zusätzliche Einspeisungen von Luft oder fetteren und arbeitszustandabhängig weniger fetten -Gemischen im Bereich des oberen bzw. äußeren Arbeitsraumabschnittes bzw. des Zylinderkopfes einbezogen. Hierdurch können zusätzliche Verbesserungen erzielt werden, wobei nach einer vorgeschlagenen Ausführung auch einbezogen wird, daß eine Flüssigkeit nach der Zündung und/oder Kraftstoffeinspritzung eingeführt wird. Statt der Flüssigkeit schließt die vorliegende Erfindung nicht aus, daß in diesem Bereich auch ein Gas eingespritzt wird.

Die bekannten Ausführungen und Verfahren sind darauf beschränkt, daß am oberen oder äußeren Abschnitt des Arbeitsraumes oder am Zylinderkopf die Mittel zur Einspeisung vorgesehen sind, wobei eine Schichtladung dann beispielsweise dadurch angestrebt wird, daß unter Anpassung an die Kolbenbewegung in einem Ansaughub nacheinander zuerst mageres und dann fetteres Gemisch eingespeist wird. Eine solche abgestufte Einspeisung hat nur einen beschränkten Effekt, weil letzten Endes auch im Rahmen der Einspeisung eine Verwirbelung im Arbeitsraum stattfindet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das oben erwähnte weitere Fluidum in diesem Sinne auch ein

709828/0423

magereres Gemisch, d.h. ein Gemisch mit einem erhöhten Luftanteil in bezug zum Kraftstoffanteil ist. Als Fluidum im Sinne einer Flüssigkeit kann auch Wasser verwendet werden. Es ist aber nur bekannt, Wasser entweder während der Verdichtung oder in die Ansaugleitung einzuspritzen. Im letzteren Falle wird überhaupt Reine Schichtladung erreicht. Im ersteren Falle findet die Vermischung statt, die die Schichtladung zerstört. Dabei haben sich lediglich Vorteile als Antiklopfmittel ergeben.

Auch bei Dieselmotoren ist im Zusammenhang mit einer Wassereinspritzung lediglich eine Vermischung des Kraftstoffes, d.h„ des Dieselöls mit Wasser vor der Ansaugung bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schichtladung, die für einen günstigen Betrieb sowohl hinsichtlich der abgegebenen Leistung als auch der Abgasreinheit von Bedeutung ist, dadurch zu verbessern, daß tatsächlich über dem Kolbenicopf bzw. unmittelbar an der den Arbeitsraum begrenzenden Kolbenwand eine besondere Schichtung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren dadurch gelöst, daß die Einspeisung unmittelbar an der dem Arbeitsraum des Zylinders zugekehrten Kolbenwand des sich im Ansaughub bzw. in der Ansaugphase befindlichen Kolbens mit Abstand von dem in den Arbeitsraum mündenden Einlaß erfolgt. Dadurch, daß diese Einspeisung nicht vom oberen Abschnitt oder Zylinderkopf bzw. im Bereich des äußeren Umfanges der Zylinderkammer her erfolgt, sondern bei einem hin- und herbeweglichen Kolben mit Abstand vom oberen Abschnitt oder Zylinderkopf bzw. bei einem Rotationskolben an einem soweit wie möglich inneliegenden Radius, wird eine enge Schichtladung erreicht, zumal sie eingespeist wird, wenn sich der Kolben noch in seine untere Umkehrstellung bzw. im Sinne einer Erweiterung des Arbeitsraumes bev:egt. Hierdurch wird für diese Einspeisung unterhalb des durch den Einlaß zugeführten Gemisches oder zusätzlicher Medien ein sich erweiternder Raum geschaffen, in dem dann die Schicht gebildet wird.

709828/042?

In der bevorzugten Ausfuhrungsform eines "lotors mit hin- und hergehendem Kolben wird das Fluicluni zweckmäßig bezüglich des Zylinderarbeitsraumes in seiner unteren Hälfte bis im wesentlichen zur mittleren Höhe eingespeist bzw. eingesaugt. "Im wesentlichen" be-

YIo ^ b_en—
deutet den Bereich der "großen Geschwindigkeit. Alt besonderem Vorteil führt daher eine Saugwirkung des sich im Arbeitsraum bewegenden Kolbens das v/eitere" Fluid um unmittelbar an der Kolbenwand und unterhalb des durch den üinla.S eingespeisten Gemisches ein. Dadurch wird eine überraschend einfache Ausführung des Verfahrens ermöglicht, ohne daß zusätzliche Druckmittel erforderlich sind. Bei einem Motor mit hin- und herbewegbarem Kolben erfolgt die Einspeisung unmittelbar über dem Kolbenkopf des sich in seine untere Umkehrstellung bewegenden Kolbens mit Abstand von dem im Arbeitsraumkopf angeordneten 'ZIn- und Auslaß und die Saugwirkung des sich in seine untere Umkehrsteilung bewegenden KoIbenKopfes fördert den Eintritt des weiteren Fluid uras wenigstens.

In einer Ausführung mit einem Rotationskolben erfolgt die Einspeisung vorteilhaft bei noch offenem Einlaß unmittelbar vor der Kolbenwand in Bereich des kleinsten von einera mitt-leren Adschnitt der Kolbenwand bestimmten Umlaufkreises durch eine Seitenwand des Zylinders.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Fluidum Luft eingesaugt, überraschend hat sich gezeigt, daß dadurch sowohl eine erhöhte Leistung als auch eine verbesserte Ab-aszusammensetzung hinsichtlich Reinheit erzielbar ist, wobei zugleich der Kolbenkopf gekühlt wird. Dadurch, dai?· die Luft vo-.': Arbeitskolben unmittelbar angesaugt wird, lagert sich zwangsläufig die Schicht über bzw. an dem Kolben ab.

Einbezogen wird auch, daß als Fluidum ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit eingesaugt wird, lienn von einer Flüssigkeit die Kede ist, dann bezieht die Erfindung ein, da?> als Flüssigkeit eine solche vorgesehen ist, die unter dem nach der .Zündung herrschenden Druck und Temperatur Leistung abgibt, Sine solche Flüssigkeit kann v/asser sein. t,s wird dabei schon eine Leistungssteigerung, bzv/. Kraftstoff einsparun r. und auch Klopf verminderung bei

7OÖ828/042 2

BAD OBI©INAL

2G000U

einer günstigen Wärmebilanz des Motors erreicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Flüssigkeit aus Wasser und öl, wobei öl in einem Mengenanteil von 1/50 bis 1/100 vorgesehen ist, d„h. es wird praktisch Bohrö'l verwendet, wobei der zusätzliche Vorteil erreicht wird, daß die Schmierung verbessert und der "Verbrauch des Motors an Schmieröl verringert wird. Einbezogen wird auch,"daß eine Flüssigkeit aus Wasser und Alkohol verwendet wird, wobei der Alkoholanteil etwa 1/10 bis 1/3 der Flüssigkeit ausmachen kann. Als Alkohol kann in diesem Fall Brennspiritus, Methanol oder Methylalkohol verwendet werden. Diese Ausführungsformen werden im Sinne der Erfindung einbezogen.

Die durch die besondere Einspeisung gekennzeichnete erfindungsgemäße Schichtladung wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch zur Verbesserung des Betriebes des Verbrennungskraftmotors ausgestaltet, daß die Einsaugung in Abhängigkeit von dem Explosionsdruck im Arbeitsraum dosiert wird. Das bedeutet, daß ein Einspeisung dann vergrößert v/ird, wenn die Druckspitze beim Explosionsdruck zunimmt. Zum Zwecke der Steuerung können dann noch besondere Ausgestaltungen vorgesehen sein, die noch beschrieben werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird die Einsaugung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung dosiert. In diesem Zusammenhang wird die Ansaugung verstärkt, wenn der CO-Gehalt der Abgase zunimmt. Das sind besonders vorteilhafte Ausgestaltungen .

Die Einsaugung erfolgt mit besonderem Vorteil unmittelbar durch die Bewegung des Kolbens an einem sich erweiternden Raum in der Weise, daß mit Abstand vom Gemischeinlaß das Fluidum unmittelbar am Kolben eingesaugt wird. Das ist die bevorzugte Ausbildung. Die Einsaugung des Fluidums kann auch dadurch unterstützt werden, daß es unter erhöhten Druck gesetzt wird.

709828/0422

Der Motor zur Durchführung des Verfahrens besitzt eine Durchbrechung in der Wand des Zylinders an einer Stelle mit Abstand von dem Einlaß und unter Steuerung des sich bewegenden Kolbens derart, daß diese Durchbrechung während der Ansaugphase zum Ansaugen eines Fluidums durch die Kolbenbewegung und zwischen der Kolbenfläche und dem durch den Einlaß eingeführten Medium freigegeben wirdο Es besteht die Möglichkeit, bei beiden behandelten Motorausführungen die Durchbrechungen allein durch den Kolben zu steuern. Dieses gilt auch für die Ausführung mit einem hin- und herbeweglichen Kolben. Ein solcher Motor hat vorteilhaft eine Durchbrechung in der Wand des Zylinders etwa in mittlerer Höhe des Arbeitsraumes, der durch den Kolbenhub bestimmt ist. Bei diesem Motor sind vorzugsweise jedoch Ventilmittel an der Durchbrechung der Zylinderwand vorgesehen.

Durch die Erfindung wird somit ein Ein- oder Mehrzylindermotor geschaffen, bei dem praktisch Bohrungen mit Ventilen die Zylinderwände in einer im wesentlichen mittleren Höhe durchsetzen, wobei diese Bohrungen jenseits der Ventilmittel auch einfach offen sein können. In diesem Falle wird durch den Kolben als Gas Luft eingesaugt. Überraschend zeigt sich mit einer solchen Ausführungsform ohne Verwendung einer zusätzlichen Pumpe, einer zusätzlichen Fluidumquelle und dergleichen, daß der Arbeitskolben selbst die Pumpwirkung verursacht und dadurch gewährleistet, daß unmittelbar über seinem Kolbenkopf eine Schieht angesaugt wird.

Einbezogen wird dabei, daß der Kolben Kolbenringe aufweist und mit einem Kurbeltrieb in Verbindung steht. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang die Durchbrechung in einer Höhe der Zylinderwand angeordnet, welche, bezogen auf die Oberkante des obersten Kolbenringes, einer Stellung des Kurbelarmes von 90° bis 30 vor dem untersten Umkehrpunkt des Kolbens entspricht. Hierdurch wird ein mittlerer Bereich bestimmt, wobei in einer zweckmäßigen Ausgestaltung einbezogen wird, daß die Winkelbezeichnung des Kurbelarmec zwischen 6O° und 3O⁰ unter obigen Bedingungen liegt.

709828/(H??

Ein Motor mit einem rotierenden, im wesentlichen dreieckförmigen Kolben weist zweckmäßig die Durchbrechung in dem der Ansaugphase entsprechenden Arbeitsraum an einer Stelle auf, daß die Durchbrechung von dem mittleren Abschnitt einer Kolbenstirnwand zwischen zwei Kolbenecken freigebbar ist. Dadurch liegt die Durchbrechung möglichst weit innen und zweckmäßig etwas näher zur Zünd- oder Einspritzeinrichtung als zum Einlaß.

Vorteilhaft ist die Durchbrechung als Bohrung ausgeführt und insbesondere bei einem Motor mit hin- und hergehendem Kolben ist an der Außenseite des Zylinders ein Rückschlag- oder Membranventil vorgesehen. Dieses Rückschlag- oder Membranventil öffnet, wenn -sofern die Bohrung nach außen offen ist- innerhalb des Arbeitsraumes nach Vorbeigang eines obersten Kolbenringes am Kolben an der Durchbrechung über dem Kolben ein Unterdruck gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck entsteht, so daß Luft eintreten kann. Gleiches gilt für die Einspeisung einer Flüssigkeit, die unter vorteilhaft normalem Druck bereitgehalten wird. Dadurch, daß ein normaler Motor, insbesondere mit einem in einem Zylinder hin- und herbeweglichen Kolben, durch in bestimmtem Bereich angebohrte Zylinder und im Bereich der Bohrungen mit Rückschlagventilen ausgestattet, Leistungssteigerungen und Abgasverbesserungen aufweist, wird ein gegenüber bekannten Maßnahmen verblüffendes Ergebnis erreicht.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Ventilmittel als Regelventil ausgeführt, um den Querschnitt einer Zuleitung zu der Durchbrechung in Abhängigkeit von der Motorleistung und/ oder der Abgaszusammensetzung einzustellen. Hierdurch ist noch eine Anpassung möglich. Einbezogen wird dabei vorteilhaft, daß ein Wandabschnitt des Arbeitsraumes, insbesondere im Bereich des Zylinderkopfes eines Motors mit hin- und herbeweglichem Kolben, nachgiebig ausgeführt ist und mit einem Fühler in Verbindung steht, der das Regelventil steuert. Hierdurch ist die Abhängigkeit von der Motorleistung einstellbar. Eine andere, gegebenenfalls gleichzeitig vorzusehende Ausführung sieht eine Sonde hinter dem Auslaß in der Abgasleitung zur Feststellung

7098*6/04*2

~~ 26000U

der Abgaszusammensetzung und einen an diese Sonde angeschlossenen Signalgeber zur Steuerung des Regelventils vor. Dadurch wird die Einstellung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung erreicht.

Zweckmäßig hat die Durchbrechung einen Durchmesser von etwa 10 mm. Hierdurch besteht auch ein genügender Spielraum für die Regelung. Kleinere Durchmesser werden einbezogen.

Bei einem Motor mit hin- und herbeweglichem Kolben sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, daß in die Kolbenwand an dem Wandabschnitt, der vor der Unterbrechung hin- und herbeweglich ist, eine Schieberplatte eingesetzt ist, die über die Korbenwand hinausragt. Hierdurch wird eine Zwischeneinspeisung zwischen Kolbenringen vermieden.

In einem Motor mit mehreren Zylinderkolbenanordnungen, beispielsweise an einem Vierzylinder- oder Sechszylindermotor, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung vor, daß alle Durchbrechungen an ein Sammelrohr angeschlossen sind und in diesem Sammelrohr eine steuerbare Drossel als Regelventil vor einem Eingang bzw. vor einer Quelle für ein Fluidum vorgesehen ist. Diese Drossel kann unter obigen Gesichtspunkten in Abhängigkeit vom Leistungsdruck oder der Abgaszusammensetzung geregelt werden, wobei sowohl einbezogen wird, daß das Sammelrohr in die umgebende Atmosphäre öffnet oder an eine Quelle für ein besonderes Gas oder eine Flüssigkeit angeschlossen ist. Einbezogen wird ferner eine Vorkompression des Fluidums durch eine Pumpe oder dadurch, daß ein die Quelle bildender Behälter unter Druck gesetzt wird. Die Durchmesser der Durchbrechungen hängen von der Verdichtung des Motors ab und werden entsprechend gewählt. Es besteht die Möglichkeit, alle Durchbrechungen an ein Samr.ielrohr anzuschliessen, das von dem Ventilator des Motors gespeist wird und andererseits in den Auslaßkanal eingeführt wird, wobei gerade diese Ausführung, die auch eine Drossel im Samne!kanal einbezieht, ermöglicht, ohne jeweilige Ventile an den Durchbrechungen auszukommen.

709828/0422

.«. 2G00014

Λ*

Durch die Erfindung lä.^t sich ein Leistungszuwachs bzw. entsprechend eine Kraftstoffeinsnarung in der Größenordnung von bis J>o% gegenüber herkömmlichen ?Totoren erreichen, wobei hervorgehoben wird, daß keine besonderen Einsnritzinittel für die Schichtladung, Konroressoren oder dergleichen, vorgesehen sein müssen. Nicht ausgeschlossen werden zusätzliche Maßgaben im Sinne obiger Angaben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeisnieien beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine Zylin^erkolbenanordnung in schema-

tischer Darstellung, v/ob ei sich der Kolben in seiner oberen Stellung befindet, teilweise im Sc-hnitt,

Fig. 2: eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der sich der Kolben in der unteren Stellung befindet,

Fig. 3' eine besondere Ausgestaltung, beispielsweise eines Einzylindermotors, mit einen nachgiebigen VJandabschnitt im oberen Bereich des Arbeitsraums und in wahliveiser Darstellung eine Variante zur Steuerung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung, teilweise im Schnitt,

Fig. 4: eine schematische Darstellung eines Mehrzylindermotors mit einem Sammelrohr und einer gemeinsamen Regelung von Ventilnitteln_,

Fig. 5: einen Schnitt entsprechen! -ler Linie V - V durch ^ir. 1,

Fir. 6: eine Seitenansicht einer abweichenden Ausgesta tung des Kolbens,

709828/0422

26000U

Fig. "J: eine schernatische Ansicht eines Rotationskolbenmotors im Schnitt längs der Linie VIII - VIII,

Fig. 8: eine Seitenansicht des Rotationskoibenmotors nach Fig. 7 in schematischer Darstellung, jeweils aufgeschnitten.

In Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Zylinderkolbenbaugruppe gezeigt, in der der Zylinder 1 den Kolben 2 aufnimmt, der über einen Pleuel 3, welcher im Kolben an einem Kolbenbolzen 4 gelagert ist, mit einem Kurbeltrieb in Verbindung steht, der eine Kurbelwelle 5 und Kurbelarme 6 aufweist, zwischen denen der Kurbelzapfen 7 angeordnet ist, an dem die Pleuelstange 3 schwenkbar gelagert ist. Der Kolben besitzt beispielsweise die Kolbenringe 8-lo, die die Abdichtung an der inneren Wand des Zylinders herstellen.

Im Zylinderkopf 11 sind eine Einlaßöffnung 12 und eine Auslaßöffnung 13 vorgesehen. Diese Öffnungen sind als Ventilsitz ausgeführt,und an sie schließen sich ein Einlaßkanal 14 und ein Auslaßkanal 15 an. In diesen als Ventilsitze ausgeführten öffnungen sind ein Einlaßventil 16 und ein Auslaßventil 17 geführt, die über Ventilschäfte 18, 19 in an sich bekannter Weise durch Kipphebel 2o, 21 von einer Nockenwelle 22 gesteuert sind, die in bekannter Weise über ein Vorgelege 23 im übersetzungsverhältnis 1 : 2 von der Kurbelwelle 5 angetrieben ist. Den Ventilschäften 18, 19 sind in bekannter Weise Federn 24, 25 zugeordnet, weiche bestrebt sind, die Ventilschäfte an den Kipphebeln zu halten.

Der Auslaßkanal 15 führt zura Auslaß. In dem Einlaßkanal 14 ist eine Drosselanordnung 26 vorgesehen, die an sich bekannt ist. Der Einlaßkanal 14 steht an seinem Ende beispielsweise über ein Luftfilter mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung, so

709828/0422 .--·,.,,...

daß die Luft entsprechend dem Pfeil 27 angesäurt werden kann. Die Drosselanordnunt- 26 steht über einen Kanal 28 mit einer Kraftstoffquelle 29 in Verbindung. Zur Drosselanordnung 26 gehört zwischen der Einlaßöffnung 12 und der einschnürung 3ο, in deren Bereich der ,"anal 28 Piündet, auch eine Drosselklappe oder eine Drossel 3I₃ die in an sich bekannter V/eise über ein Übertragungsgestänge 32, 33 von dem Beschleunipiingshebel oder Pedal 3^ betätigbar ist.

Im Zylinderkopf 11 ist ferner eine Zund- oder Einspritzeinrichtung 72 angeordnet, die über Funktionsverbindungen 35 mit einem - im Falle einer Zündeinrichtung - Verteiler 36 in Verbindung steht, der über eine 1 : 1-Transmission 73 von der Nockenwelle 22 angetrieben wird.

Insoweit ist die Ausführung einer Motorzylinderkolbenanordnung bekannt.

Für die Erfindung maßgeblich ist, daß im mittleren Bereich der Wand des Zylinders 1 eine Durchbrechung 37 vorgesehen ist, die sich beispielsweise nach außen in einen Rohrstutzen 38 fortsetzt, in welchem ein Rückschlagventil 39 angeordnet ist, dessen Ventilkörper 4o sich zum Zylinderinnenraum hin öffnet. Der Ventilkörper 4o ist auf einer Feder 41 abgestützt. Diese Feder .ist verhältnismäßig schwach ausgeführt; sie ist nur vorgesehen, um bei dem Druckunterschied zwischen Atmogdiärendruck, beispielsweise am offenen Ende 42 des Rohrstutzens 38, und dem Unterdruck im Arbeitsraum innen im Zylinder 1 zu öffnen, wenn der oberste Kolbenring 8 an der Durchbrechung 37 in Richtung nach unten vorbeigegangen ist. Die Höhe der Durchbrechung 37 ist in bezug zun Kurbeltrieb so angeordnet, daß bei Abwärtsbewegung des Kolbens 2 und Vorbeigang des oberen Kolbenringes 8 an der Durchbrechung 37 der Ventilkörper ¹Io von seinem Sitz abhebt, so daß dann beispielsweise Luft angesaugt wird.

709828/0422

"if-

260Ü01A

In Fig. 2 sind gleicne Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dabei ist erkennbar, daß entsprechend den Pfeil 43 Luft unmittelbar über dem Kolbenkopf 44 eingesaugt wird, so daß diese Luft jedenfalls unterhalb des durch die Einlaßöffnung 12 angesaugten Gemisches verbleibt.

Gemäß Fig. 1 ist angedeutet, daß das offene .3nde 42 durch eine Zuleitung 45 an eine Quelle 46 angeschlossen sein kann, die entxieder ein Gas oder eine Flüssigkeit, mit besonderem Vorteil eine V/asser-öl-Emulsion, erhält, die angesaugt wird.

Wenn.eine besondere Quelle in einem Behälter 46 vorgesehen wird, wird einbezogen, daß der Inhalt dieser Quelle unter einem bemessenen Vordruck steht, so daß die Ventilöffnung des Ventils 39 beschleunigt wird.

Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, ist im. Kolben 2 zwischen dem Kolbenring Io und einem unteren Kolbenring 78 eine Ausnehmung eingelassen, 'die sich, wie auch aus Fig. 5 hervorgeht, nur über einen verhältnismäßig kleinen Bereich des Umfangs erstreckt, der unmittelbar neben der Durchbrechung 37 liegt. In diese Ausnehmung 75 ist ein Kolbenschieber 76 eingesetzt, der zwischen den Kolbenringen unmittelbar an der Innenwand des Zylinders läuft und die Durchbrechung 37 beim Vorbeigang abschließt, damit in diesem Bereich keine Ansaugung stattfindet.

In Fig. 6, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist erkennbar, daß die Ausnehmung 75 mit Abstand von benachbarten Kolbenringen 9, 78 endet, so daß der Kolbenschieber 76 oben und unten von Wandteilen der Ausnehmung 75 geführt ist. Um einen Lauf an der benachbarten Zylinderwand zu gewährleisten, ist in dieser Ausführung der Kolbenschieber mit einer Feder 77 hinterlegt, die ihn nach außen drückt.

Der Kolbenschieber ist eine zusätzliche Ausgestaltung. Dabei

709828/0422

ist erkennbar, daß in Fin;. 1 ein solcher Kolbenschieber nicht gezeigt ist, um darzustellen, daß auch eine solche Ausführungsforra einbezogen vfird.

In Pie· 1 kann der Quelle 46 eine Konpressionseinrichtung 79 zugeordnet sein, die das Fluidun in der Quelle, wenn eine solche vorhanden ist, unter Druck setzt.

Dem Ventil 39 ist eine oiDerrvorrichtung 3o zugeordnet, die in Richtung des Doppelpfeiles Sl₂ gegebenenfalls in Abhängigkeit vom Betrieb des Motors, verstellbar ist, um den Ventilkörper wahlweise auf seinem Sitz festzulegen, d.h. die Durchbrechung zu sperren. Das erfolgt vorteilhaft hei noch kalten Motor.

In Fig. 3 sind ,",leiche Teile mit "!eichen Bezugs seichen bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, daß anstelle des Rückschlagventils 39 in ?ig. 1 ein sogenanntes Regelventil 54 vorgesehen ist. Dieses steht mit -I-instellmitteln 47 in Verbindung. Bei dieser Ausführung ist beispielsweise im Zylinder 11 ein Wandabschnitt 48 des Zylinders als Membrane oder verschiebbarer Kolben unterhalb einer angesetzten Kammer 49 ausgeführt. Die Membrane oder der Kolben 4^P· sind durch eine Feder 5o abgestützt. Auf die ^:-Ieitibrane oder den Kolben 48 wirkt aber ein durch eine Abdichtung 51 herausgeführter Fühler 52, der über ein Gestänge oder eine andere Viirkun";:s verbindung 53 n;it den Einstellen, tt ein 47 für da.s Regelventil 54 in Verbindung steht, aas anstelle des rlückschlagventils angeordnet ist. Dadurch kann der Druck im Arbeitsraum auf den -"oloen 2 innerhalb des Zylinders zur Eins pe is un 7; des Fluidums durch die Durchbrechung 37 verwendet werden.

■iinbezogen wird auch - wie gestrichelt dargestellt ist - daß eine Sonde 74 im Abgaskanal 15 angeordnet ist un>"3 durch eine VJirkungsverbindung 55 π-it den -linstellmitteln 47 in Verbindung steht, um eine entsprechende Re.celunr: des Re~elventils 54 durchzuführen,

709828/0422

Gerri^;l?j Fig. 3, bei welcher in der vorteilhaften Ausführungsform die Zuleitung 4h offen ist, kann, wenn eine Quelle 46 für ein Fluidum angeschlossen wird, diese Quelle nit einem Kompressor 82 unter Druck gesetzt werden.

PiΗ. 4 zeigt beispielsweise vier Zylinderkolbenanordnungen 5b~59 jeweils mit einer Zylinderdurchbrechung 60-63 etwa im mittleren Bereich j wobei diese Zylinderdurchbrechungen durch ein Samme1-rohr 64 verbunden sind. Vor der Ausgangsöffnung 65 dieses Sammeirohrs ist eine Drosselanordnunr 66 bzw. eine Rep;elventilanordnunij vorgesehen, die nach einer³ der Methoden steuerbar ist, die anhand der Pie· 3 beschrieben sind. Das Kurbelgehäuse in Rip;, k ist mit 67 bezeichnet.

Zurückgehend auf Fif-. 1 wird bemerkt, daß die Durchbrechung 37 in einer Höhe angeordnet ist, so daß der obere Kolbenring 8 gerade mit seiner Oberkante unterhalb der Durchbrechung liegt, wenn der Kurbelarm. 6 des Kurbeitriebs bei einer JmI aufrichtung im Sinne des Pfeils 68 einen Winkel 7o entsprechend 9o oder 69 entsprechend 30 vor dein unteren Umkehrpunkt des Kolbens 2 bzw. der zur Zylinderachse fluchtenden Linie 71, jedoch in Richtung vorn Zylinder fort gekehrt, einnimmt. Hierdurch wird noch ein erheblicher Ansaugraum geschaffen bzw. das erforderliche Volumen, um durch die Durchbrechung 37 .ein Fluidum anzusaugen.

Der Durchbrechungsquerschnitt selbst beträgt zweckmäßig etwa gemäß obigen Angaben Io mm im Durchmesser, wobei im Falle eines Regelventils der Durchmesser einstellbar ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß zusätzliche Handbetätigungsrnittel 80 zur Übersteuerung des Rückschlagventils oder des Regelventils vorgesehen sein können, insbesondere um die Durchbrechungen 37 oder das Sammelrohr 64 beim Start oder im Kaltzustand abzusperren. Der Ventilkörper eines Rückschlagventils kann beispielsweise durch eine Führung zwangsweise an einem Sitz gehal-

BAD URINAL 709828/0^22

. 260001Λ

ten werden. Im Falle eines Regelventils kann durch ein Steuergestänge eine geschlossene Stellung einstellbar sein.

Wichtig ist für die Erfindung, daß, wenn auch vom mittleren Bereich des Arbeitsraum^ die Rede ist, jedenfalls eine Zylinderdurchbrechung in einem Bereich zwischen dem mittleren Bereich des Arbeitsraumes, bestimmt durch den Kolbenhub und bezogen auf den oberen Kolbenring 8, und der unteren Umkehrstellung des Kolbens bzw. des obersten Kolbenringes 8 vorgesehen ist.

Der Rotationskolbenmotor nach den Fig. 7 und 8 hat ein Gehäuse 83, gegebenenfalls mit zur Kühlung hohl ausgeführten Wandungen. In Seitenteilen 84, 85 sind LagerÖffnungen 86, 87 angeordnet, in denen die Lagerflansche 88, 89 für die sogenannte Exzenterwelle 9o gelagert sind. Diese besitzt den Exzenter 91, der beispielsweise in Fig. 7 nach unten auslädt, wobei in Fig. 7 der Kolben 92 auch in seiner gemäß Zeichnung unteren Stellung gezeigt ist. An der Exzenterwelle ist beispielsweise ein Schwungrad 93 angeordnet, das eine Abtriebs verzahnung 9¹I aufweist. Auf dem in das Gehäuse 83 hineinragenden Abschnitt des Lagerflansclies EE für die Exzenterwelle ist ein Hitzel 95 angeordnet. Ein solcties Ritzel kann auch, mit 95^f bezeichnet, an der anderen Seite des Gehäuses vorgesehen sein. In dem Kolben 92 sind die II.0S1lri.der 9ξ₃ 97 fest angeordnet. Sie kämmen mit ihrer Innenverzahnung msxt den Kitzeln 95 ₃ 95*. Zwischen den beiden Iloiilrädern 96, 97 besitzt der Kolben 92 ein Kolbenlager das auf dem Exzenter 91 läuft. Diese Ausführung ist bekannt.

Fig. 8 zeigt, daß der Rotationskolben 92 in wesentlichen dreieckförmige Gestalt hat und an der inneren Wand 99 des Gehäuses 83 umläuft. Diese innere Wand ist in an sich bekannter Meise für solche Motoren entsprechend geformt.

In das Gehäuse iminden durch einen stirnseiti^en Ansatz ein Ein-

709828/0422

laßkanal loo und ein Auslaßkanal lol. Der rJinlaßkanai dient in bekannter ;feise zur Einführung von Gemisch oder Kraftstoff und steht mit einem Vergaser lo-2 in Verbindung. Der Auslaßkanal ist für die Abgase vorgesehen. Etwa gegenüber dem Einlaß- und Auslaßkanal ist eine Einrichtung Io3 angeordnet, die als Zündkerze ausgeführt ist, jedoch auch mit einer Einspritzvorrichtung für zusätzliche Kraftstoffzuführung vorgesehen sein kann.

Diese Ausbildung ist bekannt.

Bezüglich Fig. 8 ist der Raum Io4, der mit dem Einlaßkanal loo in Verbindung steht, der sogenannte Ansaugraum, da er sich mit der Drehung des Rotationskolbens 92 zunächst erweitert bis, wie strichpunktiert bei Io5 eingezeichnet, eine Ecke des Rotationskolbens 92 am Einlaßkanal loo vorbeigegangen ist.

An dem Seitenteil 35 ist eine Durchbrechung Io6 angeordnet, und zwar an einer solchen Stelle, daß sie von einem mittleren Abschnitt Io7 des Kolbens 92, d.h. etwa in der Mitte zwischen zwei Ecken Io8, Io9 freigegeben wird. Praktisch liegt die öffnung Io6 somit auf den engsten Kreis um die Achse der Exzenterwelle 9o, der von dem Kolben 92 freigegeben werden kann.

Diese Durchbrechung Io6 kann frei nach außen durchgehen und in die Atmosphäre münden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist, wie in Fig. 7 erkennbar, ein Rückschlagventil Ho angeordnet, dessen Ventilkörper 111 durch eine schwache Feder 112 nach außen an den Sitz 113 gedrückt wird. Insbesondere bei einem Rotationskolbenmotor ist in einer vorteilhaften Ausführung ein solches Ventil entbehrlich. Wesentlich ist die räumliche Anordnung der Durchbrechung Ιοβ zur Bildung einer Schiehtladung unmittelbar an der Kolbenwand.

Gemäß Fig. 7 kann in einer besonderen Ausgestaltung die Durchbrechung Io6 über das Rückschlagventil Ho vermittels einer Leitung 114 mit einer Quelle 115 für ein Fluidunr verbunden sein.

709828/0422

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Viertakt-Verbrennungskraftmotors mit gesteuertem Ein- und Auslaß für Kraftstoffgemisch und Abgase an wenigstens einem Arbeitsraum und einem in diesem beweglichen Kolben, wobei am Arbeitsraum eine Zünd- und gegebenenfalls Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen und gesondert ein weiteres Fluidum für eine Schichtladung eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung unmittelbar an der dem Arbeitsraum des Zylinders zugekehrten Kolbenwand des sich im Ansaughub bzw. in der Ansaugphase befindlichen Kolbens mit Abstand von dem in den Arbeitsraum mündenden Einlaß erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugwirkung des sich im Arbeitsraum bewegenden Kolbens das weitere Fluidum unmittelbar an der Kolbenwand und unterhalb des durch den Einlaß eingespeisten Gemisches einsaugt.

709828/CU22

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem im Arbeitsraum hin- und herbewegbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung unmittelbar über dem Kolbenkopf des sich in seine untere Umkehrstellung bewegenden Kolbens mit Abstand von dem im ArbeitsraumKopf angeordneten Ein- und Auslaß erfolgt und die Saugwirkung des in seiner unteren Umkehrstellung bewegenden Kolbenkopfes den Eintritt des weiteren Pluidums wenigstens fördert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in einem Zylinder drehbaren Rotationskolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung bei noch offenem Einlaß unmittelbar vor der Kolbenwand im Bereich des kleinsten von einem mittleren Abschnitt der Kolbenwand bestimmten Umlaufkreises durch eine Seitenwand des Zylinders erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Pluidum Luft eingesaugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Pluidum ein Gas oder eine Flüssigkeit eingesaugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugung in Abhängigkeit von dem Explosionsdruck im Arbeitsraum dosiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsaugung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung dosiert wird.

709828/0422

26 OO 0Ί4

9. Motor zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 8 mit wenigstens einem in einem Zylinder beweglichen Kolben und gesteuerten -Ein--und Auslaßventilen, wobei der Kolben in einer Bewegungsphase durch den Einlaß Gemisch ansaugt, gekennzeichnet durch eine Durchbrechung (37, 106) in der Wand des Zylinders (1; 83-85) an einer Stelle mit Abstand von dem Einlaß (12, 100) und unter Steuerung des sich bewegenden Kolbens (2, 92) derart, daß diese Durchbrechung (37; 106) während der Ansaugphase zum Ansaugen eines Fluidums durch die Kolbenbewegung und zwischen der Kolbenfläche und dem durch den Einlaß eingeführten Medium freigegeben wird.

10. Motor nach Anspruch 9 nü.t einem in dem wenigstens einen Zylinder hin- und herbeweglichen Kolben gesteuerten Ein- und Auslaßventilen im Zylinderkopf, gekennzeichnet durch eine Durchbrechung (37 ■> 60-63) in der Wand des Zylinders (1) etwa in mittlerer Höhe des Arbeitsraumes, der durch den Kolbenhub bestimmt ist, und durch Ventilmittel (39? 5^0 ander Durchbrechung.

11. Motor nach Anspruch 10, wobei der Kolben Kolbenringe aufweist und mit einem Kurbeltrieb in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (37) in. einer Höhe der Zylinderwand angeordnet ist, welche, bezogen auf die Oberkante des obersten Kolbenringes (8), einer Stellung des Kurbel arme s (6) von 90° bis 30 vor dem unteren Umkehrpunkt des Kolbens entspricht.

12. Motor nach Anspruch 9 mit einem Zylinderraum, in welchem ein im wesentlichen dreieckförmiger Kolben drehbar gelagert ist, sowie mit gesteuerten Ein- und Auslaßventilen etwa gegenüber einer Zünd- oder Einspritzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (106) in dem der

709820/0422

ORIGINAL INSPECTED

260001A

Ansaugphase entsprechenden Arbeitsraum (104) an einer Stelle vorgesehen ist, daß die Durchbrechung (106) von dem mittleren Abschnitt einer Kolbenstirnwand zwischen zwei Kolbenecken (108, 109) freigebbar ist.

13. Motor nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (37; 60-63, 106) als Bohrung ausgeführt ist und an der Außenseite des Zylinders (1) ein Rückschlagoder Membranventil (38, 66) vorgesehen ist.

14. Motor nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel als Regelventil (54, 66) ausgeführt sind, um den Querschnitt einer Zuleitung (38, 64) zu der Durchbrechung (375 60-63) in Abhängigkeit von der Motorleistung und/oder der Abgaszusammensetzung einzustellen.

15· Motor nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß an die Durchbrechung (37» 106) eine Quelle (46, 115) für ein Fluidum angeschlossen ist, das ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.

16. Motor nach Anspruch 15₅ dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine solche vorgesehen ist, die unter dem nach der Zündung herrschenden Druck und Temperatur Leistung abgibt.

17. Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeic Inet, daß ein Wandabschnitt (48) des Arbeitsraums, insbesondere im Bereich des Zylinderkopfes (11) nachgiebig ausgeführt ist und mit einem Fühler (52) in Verbindung steht, der das Regelventil (54) steuert.

18. Motor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Sonde (72) hinter dem Auslaß (13) in der Abgasleitung (15) zur Feststellung der Abgaszusammensetzung und einen an diese Sonde (72) angeschlossenen Signalgeber (42) zur Steuerung des Regelventils .(54-)·

709828/0422

2G000H

19. Motor nach einem der Ansprüche 9 his 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (37) einen Durchmesser von etwa 10 mm hat.

20· Motor nach einem der Ansprüche 9 his 19 mit mehreren Zylinderkolbenanordnungen eines Motors, dadurch gekennzeichnet, daß alle Durchbrechungen (60 - 63) an ein Sammelrohr (64) angeschlossen sind und in diesem Sammelrohr eine steuerbare Drossel (66) als Regelventil vorgesehen ist.

21. Motor nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Eolbenwand an dem Wandabschnitt, der vor der Unterbrechung (37) hin- und herbeweglich ist, eine Schieberplatte (76) eingesetzt ist, die über die Kolbenwand hinausragt.

22. Motor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberplatte (76) federnd am Kolben abgestützt ist.

23. Motor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Kompressor (79, 82) an der Quelle (46, 115) für das Fluidum.

709828/0422