DE3812304A1

DE3812304A1 - Brennkraftmaschine mit aufladung

Info

Publication number: DE3812304A1
Application number: DE19883812304
Authority: DE
Inventors: Dietmar Domroese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1988-11-24

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft das Arbeitsverfahren von aufgeladenen Brennkraftmaschinen unter Anwendung des Zweitaktprinzips auf 4-Takt- Hubkolbenmotoren mit Steuerung durch Ein- und Auslaßventilen.

Zweck

Leistungserhöhung; Verbesserung von: Wir kungsgrad, Gleichförmigkeitsgrad, Abgasmis sion gegenüber derzeitigen 4-Taktverbren nungsmotoren.

Stand der Technik

Außer in 2-Takt-Großdieselmotoren für Schiffsantrieb, ist dem Erfinder keine der zeitige Anwendung von Ventilgesteuerten 2- Takt-Verbrennungsmotoren mit Aufladung be kannt.

Quellen

Gnadt, Wolfgang Einspritzung bei Otto- und Dieselmotoren. Bartsch Verlag Ottobrunn, 2. Aufl. 1982; S. 206.

Kritik am Stand der Technik

Aufgeladene 4-Takt-Verbrennungsmotoren be nötigen zwei Takte (eine Kurbelwellenumdre hung) zum Ausschieben der Verbrennungsalt gase und Ansaugen von Frischgas, bzw. Frischluft. Damit geht in möglicher Ar beitstakt (gegenüber dem 2-Taktmotor) ver loren.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe der bereits vorhandenen Aufladung den Ladungswechsel ohne Inanspruchnahme zweier Takte zu vollziehen, und damit bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle einen Arbeitstakt zu ermöglichen.

Erzielbare Vorteile

Bei geringem Mehraufwand an weitgehend un veränderten, aufgeladenen 4-Taktmotoren sind bei gleichem oder höherem Leistungsniveau, aufgrund des besseren Gleichförmigkeitsgra des, weniger Zylindereinheiten erforderlich. Es sind bei den z. B. im Automobilbau am häufigsten verwendeten 4-Zylinder-Otto- und Dieselmotoren deutliche Verbesserungen der Rundlaufeigenschaften erzielbar.

Funktionsweise

Ausgehend vom Ladungswechsel eines aufgela denen 4-Takt-Verbrennungsmotors sollen die beiden Takte: "Ausschieben" und "Ansaugen" durch Ausnutzen des Ladedrucks, ähnlich dem 2-Taktmotor mit Schlitzsteuerung, durch einen Spülvorgang ersetzt werden.

Die Erfindung setzt an in der Erkenntnis, daß bei aufgeladenen 4- Taktmotoren ein "Ansaugen" der Frischgase nicht erforderlich ist, da das Frischgas durch die Energie des Ladedrucks in den Zylinder gepreßt wird. Ebenso kann das "Ausschieben" der Verbrennungsabgase durch den Ladedruck der Frischgase erfolgen, so bald der Ladedruck der Frischgase höher ist als der Restdruck der ausströmenden Abgase.

Im Steuerdiagramm ist die Erfindung wie folgt ersichtlich: (Siehe Zeichnung)
Bei üblichen 4-Taktmotoren öffnet das Aus laßventil (Aö) ca. 40°-60° vor unterem Tot punkt (UT) des Kolbens nach dem Arbeitstakt:
"Expandieren". Im gleichen Zeitraum öffnet auch erfindungsgemäß das Auslaßventil. Zum Zeitpunkt, zu dem der Druck der Abgase auf das Niveau des Ladedrucks abgefallen ist, öffnet das Einlaßventil (Eö), so daß beide Ventile offenstehen, und die vom Ladedruck angetriebenen Frischgase strömen in den Zylinder, spülen dabei den größten Teil der verbliebenen Abgase heraus durch das Auslaß ventil. Abhängig vom Ladedruck und der Öff nungszeit, strömen die Frischgase bis in die Auslaßleitung, um dort eine Verbesserung der schädlichen Abgasbestandteile, - wie von Sys temen mit Lufteinblasung in Abgasleitungen bekannt -, hervorzurufen. Zum Zeitpunkt, wie auch herkömmlich bekannt, (etwa 40°-60° nach unterem Totpunkt UT) schließen Einlaß- und Auslaßventil zeitlich kurz hintereinander - (Es und As) -, um eine maximale Zylinderfül lung zu gewährleisten, und der Verdichtungs takt beginnt.

Nach Zündung (Zz) (Ottomotor), bzw. Einspritz zeitpunkt (EZ) (Dieselmotor), kurz vor obe rem Totpunkt (OT) beginnt wieder der Ar beitstakt: "Expandieren", so daß sich alle 360° der Kurbelwelle ein Arbeitsspiel er gibt.

Für den der Erfindung zugrundeliegenden Spülvorgang durch den Ladedruck der Frisch gase, stehen etwa 80° bis 120° Kurbelwinkel zur Verfügung, wobei eine Verlängerung der Spülzeit durch Verkürzen des "Expansions-" und "Verdichtungstakt" erforderlichenfalls möglich ist.

Die Bechreibung des Ladungswechsels be zog sich bisher auf einen unter Aufladung laufenden Motor, denn nur bei vorhandenem Druckgefälle zwischen Einlaß- und Auslaß seite, kann der Spülvorgang mit Frischgas stattfinden.

Derzeit gebräuchliche Aufladeeinrichtungen wie Turbolader, Druckwellenlader (Comprex) oder mechanisch angetriebene, volumische Kompressoren liefern bei Anlaßdrehzahl des Motors kaum oder zu wenig Ladedruck, um den Spülvorgang einzuleiten.

Die Erfindung sieht deshalb Einrichtungen vor, die zum Anlaßvorgang die erforderliche Luftmenge bereitstellen. Dabei kann auf Hilfsmittel, nach Stand der Technik, zurückgegriffen werden, wie Luft druckspeicher, elektrisch angetriebene Tur bolader oder hochübersetzte Kompressoren mit dreh-zahlbegrenzenden Kupplungseinrich tungen.

Ein erfindungsgemäß umgerüsteter Motor ist im wesentlichen durch folgende Änderungen gegenüber gebräuchlichen 4-Taktmotoren ge kennzeichnet:

a) Die Nockenwelle(n) ermöglicht durch verän derte Stellung und Ausformung der Einlaß- und Auslaßsteuernocken Steuerzeiten, wie prinzipiell im Steuerdiagramm dargestellt.
b) Die Nockenwelle(n) laufen mit gleicher Dreh zahl, wie die Kurbelwelle.
c) Ebenso laufen mechanische Einspritzpumpen für Ottomotoren und mechanische Einspritz pumpen für Dieselmotoren mit gleicher Dreh zahl, wie die Kurbelwelle.
d) Eine Aufladevorrichtung, die durch Zusatz aggregate bereits bei Anlaßdrehzahl, die für den Spülvorgang notwendige Luftmenge, bereitstellt.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit Aufladung, dadurch gekennzeich net, daß die vom Ladungswechsel des 4-Takt-Verbrennungs motors bekannten Arbeitstakte: "Ausschieben der Verbren nungsgase" und "Ansaugen von Frischgasen", durch Aus nützen von Ladedruckenergie in Form eines Spülvorgangs, ähnlich dem Zweitaktverfahren, ersetzt werden. Damit entfällt der, für diese Arbeitstakte erforderliche Leer hub des Kolbens, so daß alle 360° Kurbelwellendrehung ein Arbeitstakt stattfinden kann. Der der Erfindung zugrunde liegende Motor arbeitet demnach im Zweitaktverfahren, bei dem der Ladungswechsel von Einlaß- und Auslaßventilen gesteu ert wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß eine Aufladeeinrichtung verwendet wird, die (ggfs. mit Hilfseinrichtungen) bereits bei Anlaßdrehzahl Ladedruckenergie für einen Spülvorgang liefert.

3. Brennkraftmaschine nach 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß Nockenwelle(n) verwendet werden, die im Bereich des unteren Totpunktes des Arbeitskolbens eine Öffnungs zeit für Einlaß- und Auslaßventil von ca. 80° bis ca. 120° Kurbelwellenwinkel gewährleisten. Diese Steuerzeit dient der Spülung mit Frischgasen. Die Nockenwelle dreht deshalb mit gleicher Kurbelwellendrehzahl.

4. Brennkraftmaschine nach 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß sowohl das Otto- als auch das Dieselverfah ren angewendet werden kann.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Arbeitsverfahren (Otto /Diesel) mechanische Einspritzpumpen mit gleicher Kurbel wellendrehzahl drehen.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufladeeinrichtung ver wendet wird, bei der direkt die Abgasdruckenergie an die Frischgase weitergegeben wird, (Druckwellenlader) um den Spülvorgang durchzuführen.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungs- und Resonanz systems, - wie aus dem Hochleistungszweitaktverfahren be sonders bekannt -, den Spülvorgang ermöglichen oder unter stützen.