DE2930124A1 - Viertaktmotor - Google Patents

Viertaktmotor

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DE2930124A1
DE2930124A1 DE19792930124 DE2930124A DE2930124A1 DE 2930124 A1 DE2930124 A1 DE 2930124A1 DE 19792930124 DE19792930124 DE 19792930124 DE 2930124 A DE2930124 A DE 2930124A DE 2930124 A1 DE2930124 A1 DE 2930124A1
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Rudolf Dr Wieser
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WIESER DR RUDOLF
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WIESER DR RUDOLF
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  • Viertaktmotor
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit reduziertem spezifischem Treibstoffverbrauch und verringertem Schadstoffgehalt in den Abgasen.
  • Bei Verbrennungsmotoren bisheriger Bauart betragen die Gesamtwirkungsgrade bei Nennlast 35 - 42 ffi bei Dieselmotoren und 25 - 29 % bei Ottomotoren. Für diese schlechten Wirkungsgrade sind eine Reihe von Ursachen maßgebend: Besonders bei schnellaufenden Fahrzeugmotoren treten bei Nennlast noch Abgastemperaturen von 8000C (bei Dieselmotoren) bis 100000 (bei Ottomotoren) auf, woraus eine beachtliche Verschlechterung des Iotorwirkungsgrades (Gesamtwirkungsgrades) resultiert. Diese hohen Abgastemperaturen werden bei Dieselmotoren dadurch verursacht, daß die Treibstoffeinspritzung nicht in jenem Maße verkürz werden kann, wie dies die hohe Motordrehzahl erfordert und es daher zu einer Verschleppung der Verbrennung kommt. Bei Pahrzeug-Dielelmotoren und Fahrzeug-Ottomotoren ist überdies das Entspannungsverhältnis des expandierenden Gases verhältnismäßig klein (beachtlich kleiner als das Kompressionsverhältnis) was ebenfalls hohe Abgastemperaturen bedingt.
  • Viele aufgeladene Motoren (Diesel- oder Ottomotoren) arbeiten bezüglich des Antriebes der Abgasturbine nach dem sogenannten "Stoßverfahren", bei dem die Restenergie der Abgase für den Antrieb der Abgasturbine etwas besser ausgenützt wird.
  • Dieses "Stoßverfahren" erfordert aber eine getrennte Führung der Abgasleitungen einzelner Motorzslindergruppen zur Abgasturbine, was eine recht komplizierte Bauart des rotors bedingt.
  • Trotzdem ist die Ausnützung der Energie der Motorabgase zufolge der stoßweisen Beaufschlagung der Abgasturbine nicht optimal.
  • Andere aufgeladene Motoren arbeiten nach dem einfacheren Stauverfahren", bei dem die komplizierte Ausbildung der Abgasleitungen entfällt, bei dem aber ein thermodynamischer Verlust dadurch gegeben ist, daß die Druckenergie der motorabgase nicht vollständig für den Antrieb der Abgasturbine ausgenützt werden kann. Hier wäre ein "Stauverfahren" erwünscht, das ohne thermodynamischen Verlust arbeitet und die Energie der Abgase pptimal ausnützt.
  • nachteilig bei den derzeit angewandten Abgaßturboladern ist es auch, daß bei Drehzahlabsenkung des Motors der Ladedruck progressiv abfällt, was eine unerwünschte Abnahme des Drehmomentes des liiotors zur Folge hat. Gleichzeitig ist dadurch eine Abnahme des Gesamtkompressionsverhältnisses gegeben, was den Gesamtwirkungsgrad des Motors weiter verringert. Hier wäre ein abgasgetriebenes Nachentspannungs-Vorverdichtungsaggregat erwünscht, das bei niedriger Motordrehzahl den Ladedruck wenigstens konstant hält.
  • Bei Benziiimotoren ist der Gesauitwirkungsgrad deswegen soviel niedriger als bei Dieselmotoren, weil das Verdichtungsver.
  • hältnis bei üblichen lhotordrehzZllen nur etwa 1 : 9,5 betragen darf, da es sonst bei höheren Verdichtungsverhältnissen zufolge der ansteigenden Verdichtungsendtemperaturen zu unzulässigen Frühzündungenkommt. Dabei erfordert schon ein Verdichtungsverhältnis von 1 : 9,5 den Zusatz von giftigen Additiven (Blei) zum Benzin, wqs die Umweltbelastung stark vergrößert.
  • Eine weitere Ursache für den geringen Gesamtwirkungsgrad des Benzinmotors liegt darin, daß er zur Erreichung genügender Zündwilligkeit meist mit Treibstoffüberschuß gefahren wird, was überdies noch die Umweltbelastung erhöht.
  • Hier wäre ein Benzinmotor erwünscht, der mit hohem Gesamtverdichtungsverhaltnis arbeitet, dessen Treibstoff keine Additive erfordert, der - bei sicheren Zündverhältnissen -mit geringem Luftüberschuß betrieben wird u;id der dadurch sehr niedrige Schadstoffwerte in den Abgasen aufweist.
  • Weiters ist es bei den jetzigen Verbrennungsmotoren von Nachteil, dalS 20 - 30 Vo der Treibstoffwärme in das Kühlwasser bzw. die Kühlluft abfließen, was den Geaamtwirkungsgrad der Motoren weiter verringert. Hier wäre eine - wenigstens teilweise-Nutzung dieser verlorenen Kühlwärme zur Erzeugung von mechanischer Energie erwünscht.
  • Schließlich wäre bei den Verbrennungsmotoren eine weitere Verringerung ihrer Gewichte, Abmessungen und Preise erwünscht.
  • Zur Vermeidung dieser nachteile und um den genannten i'orderungen zu entsprechen, wird ein als Kolbenhubmotor auegebildeter Viertakt-Verbrennungsmotor vorgeschlagen, der erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Einlaßventil bzw. die Einlaßventile jedes Arbeitszylinders während des Verdichtungshubes wenigstens 30 Kurbelwinkelgrade, vorzugsweise aber 60 - 90 Kurbelwinkelgrade nach kurbelseitigem Totpunkt schließt bzw. schließen. Durch diese Maßnahme wird während des Entspannungshubes das Expansionsverhältnis beachtlich vergrößert (was den zusätzlichen Gewinn von mechanischer Energie erbringt) und die Anwendung eines verlustfreien "Stauverfahrens" für die Nachexpansion ermöglicht, wodurch die Motorkonstruktion vereinfacht wird.
  • Nach einem anderen iierkmal der Erfindung liegt bei Nennlast des Motors der (mittlere) Ansaugdruck wenigstens 0,3 bar, vorzugsweise aber 1 bis 3 bar über dem mittleren ltusschubdruck.
  • Hierdurch ist eine Steigerung des mittleren effektiven Druckes und sohin eine Erhöhung der Zyliiiderleistung möglich.
  • Zur weiteren erhöhung des ifirkungsgrades erfolgt die Vorverdichtung der Verbrennungsluft und gegebenenfalls auch die Verdichtung der zusätzlichen Zylinderkühlluft nach einer isothermen oder angenähert isothermen Zustandsänderung. Hierzu wird das Vorverdichtungsaggregat während des Betriebes in an sich bekannter Neise durch ein Kühlmedium (z.B. Nasser, Luft) beaufschlagt.
  • Nach einem anderen Merkmal der Erfindung erfolgt - vorzugsweise bei Dieselmotoren - zur weiteren irkungsgradsteigerung nach der isothermen Vorverdichtung der Verbrennungsluft eine Vorwärmung derselben durch Abwärme.
  • Und zwar erfolgt diese Vorwärmung der vorverdichteten Verbrennungsluft entweder in den Kühlkanälen des Zylinders bzw.
  • der Zylinder und in den Kühlräumen des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderköpfe. Oder aber geschieht die Vorwärmung der vorverdichteten Verbrennungsluft in wenigstens einem Wärmetauscher, der von den Abgasen des Nachentspannungsaggregates beaufschlagt ist.
  • Um ein Absinken des Ladedruckes bei verminderter Motordrehzahl zu verhindern, erfolgt die Vorverdichtung der Verbrennungsluft in wenigstens einem Schraubenspindelaggregat (Schraubenspindelverdichter) oder Drehkolbenaggregat, vorzugsweise in einem gekühlten Schraubenspindelaggregat oder einem gekühltem Drehkolbenaggregat. Auch die Nachexpansion der Zylinderabgase erfolgt in wenigstens einem 3chraubenspindelaggregat oder in einem Drehkolbenaggregat.
  • Für die (überschüssige) Kühlluft des Zylinders und Zylinderkopfes bzw. der Zylinder und Zylinderköpfe ist wenigstens ein gesondertes Expansionsaggregat vorgesehen, welches vorzugsweise das Vorverdichtungsaggregat antreibt. Hierdurch ist es möglich, den Vorverdichtungsdruck beachtlich ( um ca. 1 bis 3 bar) über den Ausschubdruck des Zylinders anzuheben. Das Expansionsaggregat für die (überschüssige) Kühiluft ist dabei ebenfalls als Schraubenspindelaggregat oder Drehkolbenaggregat gestaltet.
  • Um bei Teillast oder unterschiedlichen Drehzahlen des Motors optimale Betriebsverhältnisse zu erhalten kann während des Betriebes der Schließzeitpunkt der Einlaßventile in an sich bekannter Weise verändert werden.
  • Zu diesem Zweck besitzt auch das Übersetzungsgetriebe zwi s chen Kurbelwelle und Nachentspannungs-Vorverdichtungsaggregat eine variable Ubersetzung.
  • Ist der Motor ein Ottomotor, vorzugsweise für die Verbrennung von Benzin oder benzinhaltiger Gemische, so besitzt er zur Steigerung des Virkungsgrades ein Gesamtverdichtungsverhältnis (dies ist das Verhältnis vom Komb-ressi onsvolumen im Zylinder zum Ansaugvolumen vor dem Vorverdichtungsaggregat) von wenigstens 1 : 15, vorzugsweise aber von 1 : 18 his 1 : 25.
  • Eine Vorwärmung der Verbrennungsluft nach deren Vorverdichtung findet bei einem Ottomotor nicht oder nur in geringem Maße statt.
  • Nach einem weiteren, wesentlichen Merkmal der Erfindung wird beim Ottomotor in jede Zylindereinheit während der Verdichtungshübe Treibstoff (vorzugsweise Benzin oder ein Benzin enthaltendes Gemisch) eingespritzt, wobei diese Einspritzung jeweils spätestens 30 Kurbelwinkelgrade vor zylinderkopfseitigemTotpunkt, vorzugsweise aber unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventiles bzw. der Sinlaßorgane beginnt und die Zündung des Treibstoffes in an sich bekannter Neise in der Nähe des zvlinderkopfseitigen Totpunktes mittels elektrischer Zündfunken erfolgt.
  • Durch diese Maßnahmen ist es möglich, örtlich im Verbrennungsraum eine höhere Treibstoffkonzentration zu erreichen -was eine sichere Zündung gewährleistet - und gleichzeitig den wlotor migeringem Luftüberschuß zu fahren, was den Xirkungsgrad steigert und den Schadstoffgehalt der Abgase verringert (Prinzip der Schichtladung).
  • Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist im Zylinderkopf eine zum Kolben hin offene Einspritzkammer angeordnet. Der Normalschnitt dieser Einspritzkammer bezüglich der Zylinderachse besitzt ovale, vorzugsweise elliptische Form.
  • Die Einspritzkammer weist zum Kolben hin eine Einschnürung auf. In der zylinderkopfseitigen Stirnwand derselben sind ein Einlaßventil und ein Auslaßventil angeordnet.
  • Die Einspritzdüse und/oder die Zündkerze sind bzw. ist in der peripheren Begrenzungswand der Einspritzkammer angeordnet. Dabei ist die Achse der Einspritzdüse auf die Zünkerze hin gerichtet. Dies gibt optimale Zündbedingungen, auch bei Betrieb des Motors mit geringem Luftüberschuß.
  • In den Zeichnungen sind drei Ausführungen des Erfindungsgegenstandes mit erläuternden Diagrammen beispielhaft dargestellt.
  • Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt des neuen Motors, ausgeführt als Dieselmotor, als erste Ausführungsform Fig. 2a ein Druck-Volumen-Diagramm über dem Kolbenhub Fig. 2b dasselbe Druck-Volumen-Diarranal über dem Steuerdiagramm (Kurbelkreis).
  • Fig. 3 einen Längsschnitt des neuen Dieselmotors mit Warmetauscher, als zweite Ausführungsform Fig. 4a ein Druck-Volumen-Diagramm über dem Kolbenhub der zweiten Ausfiihrungsform Fig. 4b dasselbe Druck-Volumen-Diagramm über dem Kurbelkreis Fig. 5 das Temperatur-Entropie-Diagramm des in Fig. 3 dargestellten Dieselmotors.
  • Fig. 6 einen Längsschnitt des neuen Motors, ausgeführt als Ottomotor, als dritte Ausführungsform Fig. 6a einen horizontalen Detailschnitt durch den Zylinderkopf nach der linie A - B von Fig. 6 Fig 7a ein Druck-Volumen-Diagramm über dem Kolbenhub Fig. 7b dasselbe Druck-Volumen-DiagraI;un über dem Kurbelkreis Fig. 8 das Temperatur-Entropie-Diagranm des in Fig. 6 dargestellten Ottomotors Bei dem in Fig. 1 dargestellten Dieselmotor (Einzylindermaschine) als der ersten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in der Zylinderwand 1 die Zylinderlaufbüchse 2 angeordnet. Zwischen den beiden befiiidet sich der Kühlkanal 3, der während des Betriebes von vorverdichteter Luft (Verbrennungsluft und iiberschüssiger Kühlluft) durchströmt wird.
  • Der Kolben 4 überträgt seine Kraft über die Pleuelstange 5 auf die Kurbelwelle 6 (verdreht gezeichnet).
  • Uber der Zylinderwand 1 sitzt der Zylinderkopf 7 mit dem Kühlraum 8. Dieser Kühlraum 8 wird während des Betriebes von der aus dem Kühlkanal 3 kommenden, vorverdichteten Luft durchströmt.
  • Im Zylinderkopf 7 sind die zentrale Einspritzdüse 9 sowie das Einlaßventil 10 und das Auslaßventil 11 angeordnet.
  • Der dargestellte Dieselmotor besitzt ein Nachentspannungs-Vorverdichtungsaggregat 12, das aus dem Schraubenspindel-Nachentspannungsaggregat 12a, dem Schraubenspindelverdichter 12b als Vorverdichtungsaggregat und dem Schraubenspindel-3ntspannungsaggregat 12c für die überschüssige Kühlluft besteht. Die Geräte 12a, 12b und 12c sitzen auf der gemeinsamen Welle 12d, die mit der Kurbelwelle 6 über das varialble Übersetzungsgetriebe 13 mechanisch verbunden ist. (Gegebenenfalls kann auch ein invariantes Übersetzungsgetriebe verwendet werden.) Der Schraubenspindelverdichter 12b besitzt ein doppelmanteliges, von Kühlwasser (bzw. Kühlluft) durchströmtes Gehäuse, wodurch eine (angenähert) isotherme Vorverdichtung der Verbrennungsluft und der überschüssigen Kühlluft erreicht wird.
  • Bei großen Motoren können zur Verbesserung der Kühlwirkung auch mehrere Schraubenspindelverdichter 12b angeordnet sein, die bezüglich der zu verdichtenden Luft parallel geschaltet sind.
  • Die im Vorverdichtungsaggregat 12b koomprimierte Luft strömt über die Verbindungsleitung 14 zum kühlkanal 3 zwischen Zylindermantel 1 und Zylinderlaufbüchse 2 und von diesem in den Kühlraum 8 des Zylinderkopfes 7.
  • Vom Kühlraum 8 strömt die vorkomprimierte Luft (mit einem Verdichtungsdruck von ca 6 bar und einer Vorwärmtemperatur von ca. 3000C)über die Verbindungsleitung 15 teils als Verbrennungsluft iiber die Leitung 15a zum Einlaßventil 1C und über die Leitung 15b zum Nntspannungsaggregat 12c, das das Vorverdichtungsaggregat 12b antreibt.
  • Durch diese Entspannung der auf ca. 300°C vorgewärmten Kühlluft wird ein Teil der im Zylinder und im Z,ylinderkopf zunächst t verlorenen Energie in mechanische Energie verwandelt.
  • Die vorgewärmte Kühlluft kann in einer gesonderten Brennkammer 16 gegebenenfalls auch noch zusätzlich aufgeheizt werden, wodurch eine Leistungssteigerung des Motors erreichbar ist.
  • Vom Ausladventil 11 strömen die teilentspannten Abgase (Entspannungsdruck ca 4 bar) aus dem Zylinder über die Leitung 17 zum Nachentspannungsaggregat 12a, das ebenfalls das Vorverdichtungsaggregat 12b antreibt.
  • Die Vorwärmung der vorverdichteten Luft im kühlkanal 3 und im Kühlraum 8 ist beim Dieselmotor notwendig, um bei der nachfolgenden Kompression im Zylinder eine ausreichend hohe Verdichtungsendtemperatur zu erlangen, die die Zündung des eingespritzten Brennstoffes gewährleistet.
  • Im Steuerdiagramm sind die Öffnungswinkel (Öffnungszeitpunkte) des Einlaßventils 10 und des Auslaßventils 11 eingetragen.
  • Von besonderer Bedeutung ist dabei die Schließverzögerung des Einlaßventils 10 während des kompressionshubes, die während des Arbeitshubes eine Nachexpansion des Yerbrennungsgases und damit eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Motors ermöglicht. (In Fig. 2a ist dieser Arbeitsgewinn der Nachexpansion schraffiert dargestellt.) Von Bedeutung ist es auch, daß der (mittlere) Ansaugdruck beachtlich (um ca. 2 bar) über dem (mittleren) Ausschubhub liegt.
  • Dies erhöht den mittleren effektiven Zylinderdruck des Motors.
  • In Fig. 2b ist durch Schraffur die während eines Arbeitsspieles (zwei Kurbelumdrehungen) gewonnene Arbeitsfläche gekennzeichnet.
  • Bei dem in Fig. 3 dargestellten Dieselmotor als der zweiten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes besitzt derselbe einen Wärmetauscher 18, in dem die vorverdichtete Verbrennungsluft von den aus dem Nachenspannungsgerät 12a austretenden Abgasen vorgewarmt wird.
  • Die im Vorverdichtungsaggregat 12b vorkomprimierte Luft strömt über die Leitung 19 zum Wärmetauscher 18 und von diesem über die Leitung 19a zum Einlaßventil 10.
  • Die Kühlluft strömt über die Leitung 19b zum Kühikanal 3, von diesem über den Kühlraum 8 und die Leitung 20 zum Entspannungsaggregat 12c.
  • Die Zylinderabgase (Expansionsdruck ca 4 bar) strömen wieder über die Leitung 17 zum Nachentspannungsaggregat 12a und von diesem über die Leitung 17a zum Wärmetauscher 18.
  • Die übrigen Positionen e in 'ig. 3 dargestellten Dieselmotors stimmen mit den Positionen des in Fig. 1 gezeichneten Dieselmotors weitgehend überein.
  • Der in Fig. 3 dargestellte Dieselmotor hat gegenüber dem in Fig. 1 gezeichneten Dieselmotor noch einen etwas verringerten spezifischen Treibstoffverbrauch, da bei ersterem die Leistungsabgabe im Entspannungsaggregat 12e der Kühlluft größer ist. Die zusätzliche Leistungsabgabe des Aggregates 12c wird über das Übersetzungsgetriebe 13 in die Kurbelwelle geleitet.
  • Der in Fig. 3 dargestellte Dieselmotor hat gegenüber solchen herkömmlicher Bauart auch dann noch einen reduzierten spezifischen Treibstoffverbrauch, wenn aus irgend einem Grunde die Luftkühlung der Zylinder und Zylinderköpfe nicht anwendbar ist.
  • In Fig. 5 ist im Temperatur-Entropie-Diagramm für den in Fig. 3 dargestellten Dieselmotor der thermodynamische Kreisprozeß eingezeichnet.
  • 1 - II ist die isotherme Vorverdichtung II - III die isobare, regenerative Vorwärmung in Fos. 18 III - IV die adiabatische Kompression im Zylinder IV - V der isochore Verbrennungsanteil V - VI der isobare Verbrennungsanteil Vi - VII die adiabatische Expansion im Zylinder VII - VIII die adiabatische Nachexpansion (Pos. 12a) VIII - IX die Abkühlung der Abgase iin Wärmetauscher 18 IX - I die Abgabe von Abwärme (mit den Abgasen aus Pos. 18) Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ottomotor (Einzylindermaschine), als der dritten ausführungsform des Erfindung gegenstandes, stimmen die Positionen mit denen in Fig. 1 dargestellten Dieselmotor überein wenn die Positionsnummern dieselben sind.
  • Im Zylinderkopf 7 mit dem Kühlraum 8 ist die zum Kolben 4 offene Einspritzkammer 21 angeordnet, die eine Einschnürung 22 aufweist. Wie in Fig. 6a ersichtlich, besitzt die Einspritzkammer 21 einen elliptischen Normalquerschnitt.
  • In der zylinderkopfseitigen Stirnwand dieser Einspritzkammer 21 sind das Einlaßventil 10 und das Auslaßventil 11 angeordnet.
  • Im peripheren Bereich der Einspritzkammer 21 sind die Einspritzdüse 9' (für Benzineinsptitzung) und die Zündkerze 23 angeordnet.Dabei zeigt die Achse der Einspritzdtise 9' auf die Zündkerze 23. Durch diese Anordnung ist es möglich, im Bereich vor der Zündkerze 23 eine örtlich höhere Treibstoffkonzentration zu erzielen, die einerseits eine gute Zündung gewährleistet, andererseits es erlaubt" den gesamten Verbrennungsprozeß mit geringem Luftüberschuß zu betreiben, was den spezifischen Treibstoffverbrauch verringert und den Schadstoffgehalt in den Abgasen reduziert.
  • Auch dieser Ottomotor besitzt ein Nachentspannungs-Vorverdichtungsaggregat 12, das aus dem Schraubenspindel-Nachentspannungsaggregat 12a für die Zylinderabgase, dem gekuhlten Schraubenspindelverdichter 12b für Verbrennungsluft und Kühlluft und dem Schraubenspindel-ntepannungsaggregat 12c für die Kühlluft besteht.
  • Vom Vorverdichtungsaggregat 1 2b strömt ein Teil der vorkomprimierten Luft als Verbrennungsluft über die Leitung 24 zum Einlaßventil 10 im Zylinderkopf 7. Eine Vorwärmung der vorverdichteten Verbrennungsluft findet nicht statt um die Kempressionsendtemperatur im Zylinder nicht zu hoch ansteigen zu lassen, wodurch die Gefahr von Frühzündungen vermieden wird.
  • Der andere Teil der vorverdichteten Luft strömt als Eühlluft über die Leitung 25 in den Kühlkanal 3 und von diesem in den Kühlraum 8 des Zylinderkopfes 7.
  • Aus dem Kühlraum 8 strömt die Kühlluft mit einer Vorwärmtemperatur von ca. 3000C über die Leitung 20 zum Entspannungsaggregat 12c, das den Vorverdichter 12b antreibt.
  • Die Abgase des Zylinders strömen über das Auslaßventil 11 und die Leitung 17 zum jlachentsDantlungsaggregat 12a, das ebenfalls den Vorverdichter 12 b antreibt.
  • Im Steuerdiagramm sind wieder die Öffnungswinkel (Offnungszeitpunkte) des Einlaßventils 1O und des Auslaßventils 11 eingetragen.
  • Wiederum weist das Einlaßventil 10 während des Kompressionshubes eine starke Schließverzögerung auf, die wahrend des Arbeitshubes eine Nachexpansion der Verbrennungsgase ermöglicht.
  • Der (mittlere) Ansaugdruck liegt wiederum beachtlich (um ca. 2 bar) über dem (mittleren) Ausschubdruck, wie dies im Druck-Volumen-Diagramm (Fig. 7a bzw. Fig. 7b) ersichtlich ist.
  • Im Steuerdiagramm und in den Druck-Volumen-Diagrammen (Fig. 7a, Fig. 7b) sid auch die Kurbelwinkel bzw. Kolbenwege eingetragen, während welcher während des Kompressionshubes die Benzineinspritzung BE über die Düse 9' in den Zylinder bzw. die Einspritzkammer 21 erfolgt. Diese Benzineinspritzung beginnt unmittelbar nach dem Schliel3en des Einlaßventils 10 und endet vor dem zylinderkopfseitigem Totpunkt.
  • In Fig. 8 ist irn Temperatur-Entropie-Diagramm für den in Fig. 6 dargestellten Ottomotor der thermodynamische Kreisprozwß eingezeichnet.
  • X - XI ist die isotherme Vorverdichtung XI - XII die adiabatische Kompression im Zylinder XII - XIII der isochore Verbrennungsanteil XIII - XIV der isobare Verbrenilungsanteil XIV - XV die adiabatische Expansion inl Zvlinder XV - XVI die adiabatische Nachexpansion (Pos. 12a) XVI - X die Abgabe von abwärme (mit den Abgasen aus Pos. 12a) Der in Fig. 6 dargestellte neue Ottomotor hat zufolge seines höheren Gesamtverdichtungsverhältnisses, seiner "Nachexpansion in den Zylindern und infolge der Benzineinspritzung in die Zylinder gegenüber herkömmlichen Ottomotoren auch dann noch einen erheblich reduzierten spezifischen Treibstoffverrauch wenn er mit Xasserkühlung ausgerüstet ist.
  • L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Viertakt - Verbrennungsmotor, ausgebildet als Kolbenhubmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil bzw. die Eilaßventile (10) jedes Arbeitszylindern während des Verdichtungshubes wenigstens 30 Kurbelwinkelgrade, vorzugsweise aber 60 - 90 Kurbelwinkelgrade nach kurbelseitigem Totpunkt schließt bzw. schließen.
    2. Viertaktmotor, ausgebildet als Kolbenhubmotor, dadurch gekennzeichnet, daß während der @ennlast des Motors der (mittlere) Ansaugdruck wenigstens 0,3 bar, vorzugsweise aber 1 bis 3 bar über dem (mittleren) Ausschubdruck liegt.
    3. Viertaktmotor, ausgebildet als Kolbenh#bmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichtung der Verbrennungsluft und gegebenenfalls auch die der zusätzlichen Zylinderkühlluft nach einer isothermen oder einer angenähert isothermen Zustandsänderung erfolgt.
    4. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorverdichtungsaggregat (12b) bzw.
    die Vorverdichtungsaggregate für die Verbrennungsluft und gegebenenfalls für die zusätzliche Zylinderkühlluft während des betriebes in an sich bekannter Weise durch ein Kühlmedium (z.B.
    Wasser, Luft) beaufschlagt ist bzw. sind.
    . Viertakt @ @@@ @@ dadurch gekennzeichnet, daß nach der r e@ @@@@@ung der Verbrennungsluft eine vorw rmung derselben du@@ Abwärme erfolgt.
    6. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 4, sowie nach Anspruch 5, dadurch gekermzeichrlet, daß die Vorwärmung der vorverdichteten Verbrennungsluft in dem Kühlkanal (3) bzw. den kühlkanälen des Zylinders bzw. der Zylinder und gegebenenfalls in dem Kühlraum (8) bzw. in den Kühiräunien des Zylinderkopfes (7) bzw. der Zylinderköpfe erfolgt.
    7. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 4, sowie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung der vorverdichteten Verbrenllurlgsluft in wenigstens einem Wärmetauscher (18) erfolgt, der von den Abgasen des Nachentspannungsaggregates (12a) bzw. der Nachentspannungsaggregate beaufschlagt wird.
    8. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichtung der Verbrennungsluft in wenigstens einem Schraubenspindelaggregat (Schraubenspindelverdichter) (12b) oder Drehkolbenaggregat, vorzugsweise in einem gekühltem Schraubnespindelaggregat oder in einem gekühlten Drehkolbenaggregat erfolgt.
    9. Viertaktmotor nachwenigstens einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachexpansion der Zylinderabgase in wenigstens einem Schraubenspindelaggregat (12a) oder in einem Drehkolbenaggregat erfolgt.
    10. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die überschüssige Kühlluft es Zylinders und Zylinderkopfes (7) bzw. der Zylinder und ylinderköpfe wenigstens ein gesondertes Expansionsaggregat (12c) angeordnet ist, welches vorzugsweise das Vorverdichtungsaggregat (12b) antreibt.
    11. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion dr(überschüssigen) kühlluft des Zylinder und Zylinderkopfes (7) bzw. der Zylinder und Zylinderköpfe in wenigstens einem ocilraubens)indelaggregat (12c) oder einem i)rehkoibenaggregat erfolgt.
    12. Viertaktmotor nachwenigstens einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes der Schließzeitpunkt des Einlaßventils (10) bzw. der Einlaßventile in an sich bekannter Weise verändert wird.
    13. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe (13) zwi-und schen Kurbelwelle (b)jachentspnnnungs-Vorverdichtungsaggregat (12) eine varialble Übersetzung aufweist.
    14. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 13, ausgebildet als Ottomotor, vorzugsweise für die Verbrennung von Benzin oder benzinhältiger Gemisciie, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtverdichtungsverhältnis wenigstens 1 : 15, vorzugsweise aber 1 : 18 bis 1 : 25 beträgt.
    15. Viertaktmotor, ausgebildet als Ottomotor, nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Zylindereinheit während der Verdichtungshübe Treibstoff (vorzugsweise Benzin oder ein Benzin enthaltendes Gemisch) eingewenigstens spritzt wird, wobei diese Einspritzung dreißig Eurbelwinkelgrade vor zylinderkopfseitigem Totpunkt, vorzugsweise aber unmittelbar nach dem Schließen des Einlaßventils (10) bzw. der Einlaßorgane beginnt, und die Zündung dieses Treibstoffes in an sich bekannter Weise in der Nähe des zylinderkopfseitigen Totpunktes mittels elektrischer Zündfunken erfolgt.
    16. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, da;3 in jedem Zylinderkopf (7) eine zum Kolben (4) hin offene Einspritzkammer (21) angeordnet ist.
    17. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 15 sowie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalschnitt der Einspritzksmmer (21) bezüglich der Zylinderachse ovale, vorzugsweise elliptische Form besitzt.
    18. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 -15 sowie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzkammer (21) zum Kolben (4) hin eine Einschnürung (22) aufweist.
    19. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 -15 sowie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der zylinderkopfseitigen Stirnwand der Einspritzkammer (21) ein Einlaßventil (10) und/oder ein,Auslaßventil (11) angeordnet sind.
    20. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 15 sowie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (9') und/oder die Zündkerze (23) in der peripheren Begrenzungswand der Einspritzkammer (21) angeordnet sind bzw. iat.
    21. Viertaktmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 15 sowie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Einspritzdtise (9') auf die Zündkerze (25) oder annähernd auf die Zündkerze hin gerichtet ist.
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