DE3832134A1 - Energienutzung aus den zylinderkopfwaenden von achsial-kreiskolbenmotoren bei teilweise abgeschalteter kraftstoffzufuhr - Google Patents

Energienutzung aus den zylinderkopfwaenden von achsial-kreiskolbenmotoren bei teilweise abgeschalteter kraftstoffzufuhr

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Description

Die Erfindung betrifft die gesteuerte Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr in einzelnen Zylindern von Achsial-Kreiskolbenmotoren mit Kraftstoffeinspritzung.
Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen mit hohem Leistungs­ angebot brauchen in vielen Verkehrssituationen nur einen Teil dieser Leistung, weshalb versucht wird im Teillastbetrieb oder bei Schiebebetrieb den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Es ist bekannt, daß es bei Hubkolbenmotoren mit Kraftstoffeinspritzung die Möglichkeit gibt für alle oder einzelne Zylinder die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen, um so einen Teillast- oder Sparbetrieb zu erreichen.
Da Hubkolbenmotoren feste unveränderte Brennraumwände haben, kühlen sie bei Unterbrechung der Kraftstoff­ zufuhr durch den wiederholten Durchsatz kalter Frischluft und damit unterbrochener Verbrennung schnell stark aus.
Es entstehen zu den immer vorhandenen Kompressions­ und Reibungsverlusten auch noch beträchtliche thermische Verluste.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermischen Verluste bei Achsial-Kreiskolbenmotoren nicht nur zu vermeiden, sondern aus den abgeschalteten Zylindern noch zusätzlich thermische Energie zu gewinnen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Spar- oder Schubbetrieb bei 4-Takt-Achsial- Kreiskolbenmotoren mit sinusförmigem Hubverlauf (10) und ruhendem oder auch drehbar gelagertem Zylinder­ gehäuse (11) die Kraftstoffzufuhr für einen oder mehrere Zylinder (6) abgeschaltet wird, wobei die abgeschalteten Zylinder (6) möglichst zwischen noch arbeitenden Zylindern (6) liegen sollen, um dadurch von der im Expansionstakt gemeinsam benutzten heißen Zylinderdeckelzone Wärmeenergie in den Expan­ sionstakt der abgeschalteten Zylinder (6) zu übernehmen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß wenn Achsial-Kreiskolbenmotoren durch abwechselndes Abschalten einzelner Zylinder (6) im Sparbetrieb gefahren werden, diese abgeschalteten Zylinder (6) nicht nur Reibungs- und Leckgasverluste aufweisen, sondern die Aufnahme von Wärmeenergie aus der heißen Zylinderdeckelzone während des Expansions­ taktes diese Verluste überwiegen und so eine positive Energiebilanz bei den abgeschalteten Zylindern (6) erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den typischen, qualitativen Temperatur­ verlauf an der Oberfläche des Zylinder­ deckels (1).
Fig. 2 zeigt eine Zylinder-Teilkreis-Abwicklung mit einem ganzen Viertakt-Arbeitsspiel.
Im Unterschied zu herkömmlichen Hubkolbenmotoren haben Achsial-Kreiskolbenmotoren die Zylinderdeckel­ seite (1) nicht einem Zylinder (6) fest zugeordnet, sondern die Zylinder (6) bewegen sich relativ zum Zylinderdeckel (1). Sind die Zylinder (6) ruhend, so dreht sich der Zylinderdeckel (1) mit der Motorwelle und der Hubkurve (10). Kreisen dagegen die Zylinder (6), wie in Fig. 2 in Pfeilrichtung (8) dargestellt, während nun die Hubkurve (10) und der Zylinderdeckel (1) ruhend sind, so haben in beiden Fällen alle Kolben (7) zur Zylinderdeckelseite (1) hin keine feste Arbeitsraumwand mehr, wie bei den herkömmlichen Hubkolbenmotoren, sondern alle mit ihren Rollen (9) auf der Hubkurve (10) in sinusförmigem Hubverlauf geführten Kolben (7) in ihren Zylindern (6) benutzen nun für jeden Takt immer dieselbe Zylinderdeckelzone. Das heißt, jeder Zylinder (6) benutzt bei einem Umlauf für ein ganzes Arbeitsspiel immer beim Ansaugen denselben Einlaßkanal (2), dasselbe Einspritzventil (3), dieselbe Verdichtungszone mit derselben Zündkerze (4), die gleiche Expansionszone und schließlich zum Ausschieben denselben Auslaßkanal (5) wie alle anderen Kolben (7). Es stellt sich also an der Zylinderdeckelseite (1) nicht eine mittlere Temperatur zwischen einmal kalter Ansaugluft und dann wieder heißem Expansionsgas ein, sondern jede Zylinderdeckelzone hat ihren eigenen typischen Temperaturbereich.
Würde nun die Kraftstoffzufuhr am Einspritzventil (3) für alle Zylinder (6) unterbrochen (Schiebebetrieb), so ergäbe dies etwa den in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Temperaturverlauf (b) mit einer Symmetrielinie in OT. Das heißt, alle Kolben (7) verdichten etwa mit demselben Polytropenexponenten mit dem sie dann auch wieder expandieren und es ergäbe sich kein thermischer Energiegewinn. Erhalten dagegen alle Zylinder (6) über das Einspritzventil (3) eine Kraftstoffzufuhr, so ergeben sich im Expansions- und
Ausschiebe-Takt sehr heiße Zonen auf der Zylinderdeckelseite (1), etwa mit dem Temperaturverlauf nach Fig. 1 Kurve (a). Wenn nun aber nur bei einzelnen Zylindern (6), möglichst gleichmäßig verteilt und abwechselnd, die Kraftstoff­ zufuhr am Einspritzventil (3) unterbrochen wird, dann verdichten zwar alle Zylinder (6) noch mit demselben Temperaturverlauf, im Expansionstakt dagegen bekommen die abgeschalteten Zylinder (6) einen thermischen Energiebetrag von der heißen Expansionszone, welchen ihre zuvor vorbei gekommenen, mit Kraftstoffzufuhr arbeitenden Zylinder (6) dort abgegeben haben. Je nachdem wieviel Zylinder (6) abgeschaltet sind und wieviele noch Kraftstoffzufuhr bekommen, stellt sich ein näher bei Kurve (a) oder näher bei Kurve (b) liegender Temperaturverlauf ein.

Claims (1)

  1. Energienutzung aus den Zylinderkopfwänden von Achsial- Kreiskolbenmotoren bei teilweise abgeschalteter Kraftstoffzufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß im Spar- oder Schubbetrieb bei 4-Takt-Achsial- Kolbenmotoren mit sinusförmigem Hubverlauf (10) und ruhendem oder auch drehbar gelagertem Zylindergehäuse (11) die Kraftstoffzufuhr für einen oder mehrere Zylinder (6) an dem Einspritzventil (3) abgeschaltet wird, wobei die abgeschalteten Zylinder (6) möglichst zwischen noch arbeitenden Zylindern (6) liegen sollen, um dadurch über die im Expansionstakt gemeinsam benutzte Zylinderdeckel­ fläche (1) Wärmeenergie in den Expansionstakt der abgeschalteten Zylinder (6) zu übernehmen.
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