DE3802836A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
VerbrennungskraftmaschineInfo
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Description
Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einem
Zylinder, in dem ein Kolben einen Arbeitsraum begrenzt,
und dieser Kolben über eine Pleuelstange mit
der Kurbelwelle verbunden ist, sind, z. B., als 4-Takt-
Verbrennungsmotoren aus der Literatur bekannt. Dieses
Verfahren soll auch bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
Anwendung finden, und zwar als "Einspritzmotor",
so z. B. als Ottomotor oder Dieselmotor. Der
Ladungswechsel, also der Gasaustausch Verbrennungsgase/
Frischgas im Arbeitsraum (2), findet beim schnellaufenden
Verbrennungsmotor dieses Typs in der Regel
über mechanisch gesteuerte Ventile statt. Die Bestrebung
der Konstrukteure, den Gasaustausch im Interesse
einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit des betreffenden
Motors schneller und effektiver zu gestalten, führte
zu vergrößerten Ein- und Auslaßquerschnitten durch
Vergrößerung des Ventilquerschnittes und/oder Erhöhung
der Zahl der Ventile. Hierdurch erhöhte sich nicht
nur die Zahl der beweglichen Teile. Es kam auch zu
einer Steigerung der Fertigungskosten. In vielen Fällen
ging diese Entwicklung auch zu Lasten der Standfestigkeit,
wodurch Defekthäufigkeit und Wartungskosten
steigen. -
Die erfindungsgemäße Konstruktion
beschreitet hier einen grundsätzlich anderen Weg:
Die Zahl der Ventile wird auf eins reduziert, der
erfindungsgemäße Motor daher von mir "Monoventilmotor"
genannt.
Durch die Integration von Zündvorrichtung
(9) und Einspritzvorrichtunng (6) in
das Ventil (1) kann der Ventiltellerdurchmesser (d)
und damit der Ventilquerschnitt so groß gewählt werden,
daß das Ventil (1) zusammen mit dem Ventilsitz
(25) den oberen Abschluß des Arbeitsraumes (2) darstellt.
Die Zahl der Ventilhübe ist, gegenüber einem konventionellen
4-Takt-Verbrennungsmotor mit je
einem Einlaß- und einem Auslaßventil vergleichbarem
Hubvolumens, durch diese "einventilige"
Bauweise drastisch gesenkt worden. Mußten die
Ventile bisher jeweils während einer halben
Kurbelwellenumdrehung geöffnet und auch wieder
geschlossen werden, so genügt jetzt bei der
erfindungsgemäßen Konstruktion eine Ventil-Öffnung
und eine Schließung pro Kurbelwellenumdrehung
(Fig. 3-6). Hierdurch wird eine, von einer Regelelektronik
gesteuerte Ventilbetätigung möglich,
die erfindungsgemäß elektromagnetisch erfolgt (Fig. 1).
Es ist natürlich auch eine herkömmliche, rein mechanische
Ventilbetätigung, z. B. über eine von der
Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle (26), möglich.
Das Ventil (1) ist so zu steuern, daß es für jeweils
zwei aufeinanderfolgende Arbeitstakte des Motors
geschlossen (Fig. 3: Verdichtung des Frischgases -
Fig. 4: "Arbeitstakt"), und während der folgenden
beiden Takte (Fig. 5: Ausstoßen der Verbrennungsgase -
Fig. 6: Ansaugen des Frischgases) wieder geöffnet ist.
Der genaue Zeitpunkt für die Betätigung des Ventils
(1) wird durch die erfindungsgemäße Regelelektronik
(23) in Abhängigkeit von Kolbenbewegung (z. B. induktiv
über einen Geber (27) an der Kurbelwelle ermittelt),
Gashebelstellung (Drehzahl-Sollwert-Geber (28)),
Drehzahl-Istwert (Drehzahl-Istwert-Geber (29)),
und vom Druck im Saugrohr (10) abhängig, zusammen
mit dem Förderbeginn und der Fördermenge der Brennstoffeinspritzpumpe
(30) errechnet und über den
Einspritz-Regler (31) bzw. über die Ventilsteuerung (32)
gesteuert. Einlaßquerschnitt und Auslaßquerschnitt
(7) sind bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen
Konstruktion identisch. Es erfolgt hier also sowohl
die Füllung des Arbeitsraumes (2) mit Frischgas, als
auch die Ausstoßung der Verbrennungsgase aus dem
Arbeitsraum (2) über das Sammelrohr (10), das auf
einer Seite den Einlaß-/Auslaßquerschnitt (7) aufweist,
der, bei geöffnetem Ventil (1), zwischen
dem Ventil (1) und dem Ventilsitz (25) frei wird,
und dessen, vom Zylinder (4) abgewandte Seite, über
eine Düse (12) sowohl mit dem "Auspuff" durch den
Auslaßkrümmer (13), als auch durch Öffnungen (8)
zu einem Ringkanal (11) um die Düse (12) mit dem
"Ansaugtrakt" durch den Ansaugkrümmer (14) verbunden
ist. Diese Düse (12) ist dabei so gestaltet,
daß ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck
im Bereich der Öffnungen (8) durch die daran
während des "Auspuff"-Taktes vorbeiströmenden Verbrennungsgase
entsteht, und so Frischgas (Frischluft)
über den Ringkanal (11) durch diese Öffnungen
(8) angesaugt wird. Der "Abgastrakt" ist so auszulegen,
daß die Verbrennungsgase nach dem Arbeitstakt
relativ ungehindert durch den "Auspuff" entweichen
können und durch ihre kinetische Energie zu einem
immer weiter während des "Auspuff"-Taktes ansteigenden
Frischgasanteil, durch die, über die Öffnungen (8),
infolge des dort herrschenden Unterdrucks angesaugte
Frischluft führen. Die Restenergie der Auspuffgase
wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion also
für den Ladungswechsel teilweise noch genutzt, und
das ohne zusätzliche Aggregate, wie z. B. Abgaslader,
also ohne eine Erhöhung der Zahl der beweglichen
Teile, was sich bei erhöhter Leistung (erhöhtem
Wirkungsgrad rein rechnerisch), positiv auf die
Standfestigkeit und auf die Fertigungskosten auswirkt.
Diese positiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Konstruktion zeigen sich noch in verstärktem
Maße bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen
Konstruktion, die einen, in den Ventilschaft (20)
integrierten Frischluft-Kanal (42) besitzt. Dieser
Frischluft-Kanal (42) ist einerseits über Öffnungen
(37) mit dem Sammelrohr (10), andererseits
indirekt, über das Verbindungsrohr (38) mit dem
Ringkanal (11) verbunden. Die Öffnungen (37) im
Ventil (1) sind dabei so zu gestalten, daß sie
sich im Bereich mit überwiegend "Unterdruck" befinden,
der Anschluß des Verbindungsrohres (38)
dagegen soll in dem Bereich des Ringkanals (11)
münden, an dem ein relativer "Überdruck" herrscht,
so, z. B., an der, der Öffnung des Ansaugkrümmers
(14) diametral gegenüberliegenden Seite des Ringkanals
(11). Das Druckgefälle zwischen den beiden
Öffnungen des Ringkanals (11) bewirkt, bei geschlossenem
Ventil (1) speziell, einen besonders effizienten
Gasaustausch im Sammelrohr (10). Die durch
den Ventilschaft (20) vorzugsweise konzentrisch
zur Einspritzvorrichtung (Einspritzdüse) (6)
strömende Luft im Frischluft-Kanal (42) hat zudem
einen kühlenden Effekt in Bezug auf das Ventil (1),
was sich sehr positiv auf dessen Standfestigkeit
auswirkt, und relativ leichte Ventilkonstruktionen
ermöglicht. Die in das Ventil (1) integrierte Zündvorrichtung
(9) besteht in der Hauptsache aus einer
inneren Ringelektrode (16) und, getrennt davon durch
einen elektrischen Isolator (19), einer äußeren
Ringelektrode (17), zwischen denen mehrere, am
Umfang der inneren Ringelektrode (16) befindliche
Funkenstrecken-Warzen (18) für einen definierten
Überschlag des Zündstromes von der Zündelektronik
(41) sorgt. Die erfindungsgemäße Konstruktion
ermöglicht mit dieser relativ groß zu dimensionierenden
Zündvorrichtung (9) eine rasche und gleichmäßige
Zündung des Gemisches im Arbeitsraum (2)
mit der daraus resultierenden Verbesserung des
Wirkungsgrades.
Claims (6)
1. Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem
Zylinder, in dem ein Kolben einem Arbeitsraum
begrenzt, und dieser Kolben über eine Pleuelstange
mit einer Kurbelwelle verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Verbrennungskraftmaschine
so gestaltet ist, daß der Ladungswechsel
über ein einziges Ventil (1) erfolgt, und
dieses Ventil (1) gleichzeitig sowohl den Einlaßquerschnitt,
als auch den Auslaßquerschnitt (7),
der identisch mit dem Einlaßquerschnitt ist, zu
einem gemeinsamen Sammelrohr (10) für Einlaß
und Auslaß verschließen, bzw. freigeben kann,
und das Sammelrohr (10) einerseits über das Ventil
(1) mit dem Arbeitsraum (2) verbunden, andererseits
über eine Düse (12) sowohl mit dem "Auspuff"
durch den Auslaßkrümmer (13), als auch durch Öffnungen
(8) zu einem Ringkanal (11) um die Düse (12),
mit dem "Ansaugtrakt" durch den Ansaugkrümmer (14)
verbunden ist.
2. Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Hauptanspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (4)
und die Einspritzvorrichtung (6) integrierte Bestandteile
des Ventils (1) sind, und die Zündvorrichtung
hauptsächlich aus einer äußeren Ringelektrode (17)
und einer inneren Ringelektrode (16) mit einer
Mehrzahl von "Funkenstrecken"-Warzen (18) besteht.
3. Verbrennungsmaschine gemäß den Ansprüchen
1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigung
elektromagnetisch so erfolgt, daß
das Ventil (1) bei einer Ausführung des Motors
nach dem Viertaktverfahren für jeweils zwei
aufeinanderfolgende Takte des Motors geschlossen,
und während der folgenden beiden Takte wieder
geöffnet ist.
4. Verbrennungskraftmaschine gemäß den Ansprüchen
1-3, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerelektronik
(23) so geschaltet und mit einem Geber (27) für
die Kolbenposition, einem Drehzahl-Sollwert-Geber
(28), einem Drehzahl-Istwert-Geber (29) und einem
Sensor (33) für den Druck im Sammelrohr (10) und so
verbunden ist, daß der genaue Zeitpunkt für die
Betätigung des Ventils (1) von der Steuerelektronik
(23) berechnet und über die Ventilsteuerung
(32) gesteuert wird und auch der Förderbeginn
und die Fördermenge der Brennstoffeinspritzpumpe
(30) so von dieser Steuerelektronik (23) berechnet
und über den Einspritz-Regler (31) geregelt wird,
und die Zündvorrichtung (9) betätigt wird.
5. Verbrennungskraftmaschine gemäß den Ansprüchen
1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller
(24) zusammen mit dem Ventilsitz (25) allein den
Abschluß des Arbeitsraumes (2) zu der, dem Kolben
(5) entgegengesetzten Seite darstellt.
6. Verbrennungskraftmaschine gemäß einem oder mehrerer
der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (1) einen Frischluft-Kanal (42)
aufweist, der oberhalb des Ventiltellers (24) in
Öffnungen (37) mündet, und auf der anderen Seite
indirekt über ein Verbindungsrohr (38) mit dem
Ringkanal (11) druckdicht verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3802836A DE3802836A1 (de) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | Verbrennungskraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3802836A DE3802836A1 (de) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | Verbrennungskraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3802836A1 true DE3802836A1 (de) | 1989-08-03 |
Family
ID=6346348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3802836A Withdrawn DE3802836A1 (de) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | Verbrennungskraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3802836A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3826600A1 (de) * | 1988-08-05 | 1990-02-08 | Joern Martens | Abgasturbolader mit abgasreinigungsvorrichtung |
DE19741571A1 (de) * | 1997-09-20 | 1999-03-25 | Heinz Leiber | Elektromagnetische Antriebseinheit |
DE19814679C2 (de) * | 1997-04-02 | 2000-08-03 | Toyota Motor Co Ltd | Zylinderkopfaufbau für einen Verbrennungsmotor |
US6262498B1 (en) | 1997-03-24 | 2001-07-17 | Heinz Leiber | Electromagnetic drive mechanism |
-
1988
- 1988-02-01 DE DE3802836A patent/DE3802836A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3826600C2 (de) * | 1988-08-05 | 1998-03-19 | Joern Martens | Abgasturbolader mit Abgasreinigungsvorrichtung |
US6262498B1 (en) | 1997-03-24 | 2001-07-17 | Heinz Leiber | Electromagnetic drive mechanism |
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |