DE3905405A1

DE3905405A1 - Development of the operating method of internal combustion engines which are designed as naturally aspirated piston engines (reciprocating or rotary piston)

Info

Publication number: DE3905405A1
Application number: DE19893905405
Authority: DE
Inventors: Hans Karl Dr Leistritz
Original assignee: Individual
Current assignee: LEISTRITZ, MARIE-RENEE, 53340 MECKENHEIM, DE
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1989-11-02
Also published as: JPH02125909A

Abstract

The patent application with its own reference lei N 88/8 is, in accordance with its designation, a development of the operating method of naturally aspirated piston engines and relates to 7 priorities (based on an earlier application filed at the German Patent Office). It extends, to multi-cylinder engines, the method depicted by the applicant in DE-OS 3700182 of an abrupt emission from the exhaust. In all engine combustion chambers this method uses means of gas exchange within the inserted fuel/air mixture to increase the air-loading degree to a level which hitherto has not been possible. The consequence is a new possibility for low-emission engine operation and a substantial increase in engine performance whilst, at the same time, reducing the size of the fuel metering elements.

Description

Die ingenieursmäßige Ausreifung des Kolbenmotors wurde bisher durch den Umstand blockiert, daß es nicht gelang, in der Beladung des Motor brennraumes das Kraftstoff/Luft-Gemenge in bezug auf den Luftbeladungs grad nur mit Mitteln des Ladungswechsels ausreichend zu steigern. Es ist fester Bestandteil des Fachwissens, daß es nichts nützt, der Motorbrenn raumbeladung einfach nur größere Mengen Kraftstoff zuzuführen: "Zwecks Einhaltung des Mischungsverhältnisses muß vielmehr auch eine entsprechend große Menge Luft zugeführt werden, was viel schwieriger und die Aufgabe des Ladungswechsels ist" (Wilhelm Endres "Verbrennungsmotoren" Band I (1968) Seite 17). Auch die bekannten verschiedenen Geräte, mittels Luftaufladung das Problem zu lösen, konnten sich, abgesehen von den Mehrkosten, nicht durchsetzen; sie verließen das in den verbreitet sten Kolbenmotor integrierte Selbstansaugsystem, das allerdings den Man gel behielt, nur eine begrenzte Luftaufladung anbieten zu können. Der An melder sieht darin, daß die vorgelegte Technologie diese Luftbeschaf fungsgrenzen erstmalig merkbar überschritt und damit sowohl den Schad stoffanfall einschneidend senkte wie zugleich die Motorleistung wesent lich anhob, die beginnende Lösung einer im Weltmarktmaßstab angesichts der heute eingesehenen Luftverschmutzung unausweichlichen Aufgabe; denn vornehmlich der Mehrzylinderkolbenmotor ist mit jährlich weiter steigen den Stückzahlen unausweichlich davon abhängig, daß er oekologisch vor wurfsfrei wird. Der Weg, auf dem dies erreicht wurde, ist im Überblick aus dem Hauptanspruch erkennbar als eine Maßnahme, die zugleich ein Problem ausräumt, mit dem der Motorenbau seit Otto und Diesel unaufhör lich befaßt ist: Es geht um die Art, in der Luft zugeführt wird; denn allein mittels einer "Verarmung" des Gemisches, also der bloßen Erhö hung des Luftanteils, geht es nicht, da alsdann, wie Wilhelm Endres dies ausdrückt (Endres a. a. O. Seite 18), im mit Überlaufanteil beladenen Gemisch des Motorbrennrau mes "zwischen den brennbaren Teilchen zu viele zur Verbrennung unfähige Teilchen als Ballast liegen" würden. Die Folgerung ist, daß das Regelver fahren erhalten bleiben muß, mit dem beispielsweise der Vergaser bei al len Laststufen des Motors das Mischungsverhältnis in der Nähe des Lambda 1 aufrechterhält, und zwar bei allen Motorbrennräumen eines Reihenmotors. The engineering maturity of the piston engine has so far been achieved by the Blocked the fact that it was not possible to load the engine combustion chamber the fuel / air mixture in relation to the air load to be increased sufficiently only by means of the charge change. It is an integral part of the knowledge that there is no use, the engine burn simply load larger amounts of fuel: "For the purpose Rather, compliance with the mixing ratio must also be appropriate large amounts of air are supplied, which is much more difficult and the task of the gas exchange is "(Wilhelm Endres" internal combustion engines "volume I (1968) page 17). Also the known various devices, Apart from., the problem could be solved by means of air charging not enforce the additional costs; they left that spread in the Most piston engine integrated self-priming system, but the Man gel retained the ability to offer limited air charging. The An melder sees in the fact that the technology presented this air supply limits for the first time noticeably exceeded and thus both the damage incisive quantities of material decreased significantly, as did engine performance raised, the beginning solution given a world market scale today's inevitable air pollution task; because especially the multi-cylinder piston engine has continued to increase with annually the numbers inevitably depend on the fact that it is ecologically throws free. An overview of the way in which this was achieved recognizable from the main claim as a measure that is also a Eliminates the problem with which engine construction has been ceasing since Otto and Diesel is concerned: the way in which air is supplied; because solely by means of a "depletion" of the mixture, that is to say the mere elevations air percentage, it is not possible, then like Wilhelm Endres expresses (Endres a. O. page 18), in the mixture of the engine combustion chamber loaded with overflow mes "between the flammable particles too many incapable of combustion Particles would lie as ballast. The conclusion is that the rule ver driving must be preserved, for example with the carburetor at al len load levels of the engine the mixing ratio close to the lambda 1 is maintained for all engine combustion chambers of an in-line engine.

Dieses Regelverfahren ist davon abhängig, daß die Reaktionskette des Selbstansaugvorganges erhalten bleibt und ansaugseitig ebenso wie ab gasseitig keine Energieverluste erleidet. Lösbar ist dies gemäß der Prinzipaussage des Hauptanspruches dadurch, daßThis control process depends on the reaction chain of the Self-priming process is retained and on the intake side as well no loss of energy on the gas side. This is solvable according to the Principle statement of the main claim in that

a) per engine cylinder an Ab bound in the timing of each single-cylinder gas exchange ejection takes place and
b) its mouth into the thruster-like executed collective volume takes place abruptly, the
c) again like a thruster into the long tube that is matched to the correct cross-sections.

In diesem Konstruktionszusammenhang entsteht innerhalb des Ansaugsystems aus doppelten Abruptauswurf die erhöhte Lufteinbringung, derer der Endaus brand in Brennräumen des Mehrzylinders bedarf und der mit dem doppelten Klappensystem je Betriebszustand genau einstellbar ist.In this constructional context arises within the intake system double abrupt discharge the increased air intake, that of the end fire in the combustion chambers of the multi-cylinder and the double Flap system is precisely adjustable for each operating state.

Der "Abruptauswurf", auf den hier abgestellt wird, wurde vom Anmelder in der P 37 00 182.5 (Hauptanspruch) als ein Kolbenstrecken-Auswurfsystem definiert, das insoweit das "verstärkte Potential" für einen kolbenmoto rischen Beladungsprozeß darzustellen vermag, als es "die Ansaugleistung in solcher Weise verstärkt, daß die Prüfstandabstimmung bereits ab Kalt start des Motors, bei dem heutige Serienauslegungen Beladungen bis nahe an die fette Aussetzergrenze mit hohen Schadstoffgehalten der Abgase er zeugen, praktisch schadstoffreie Abgasemissionen mittels leistungsunschäd licher Neuauslegung der Kraftstoff- und Luftdosierungsorgane und beglei tender Maßnahmen ermöglicht." Bereits seit Juli 1985 wurde dieses Phä nomen in der P 35 23 853 auch konstruktiv dargestellt in Verbindung mit differenzierender Divergenz/Konvergenz, entweder als Zerlegung des Auswurfes mittels eines Strahlrohrbündels in eine Mehrzahl von Gasstrah len, die, was als Konvergenz bezeichnet wird, zur Fokussierung gebracht werden, oder als Bildung verschiedener Verdichtungsstöße mittels Schräg wand und danach ebenfalls fokussierend.The "abrupt ejection", which is referred to here, was made by the applicant in P 37 00 182.5 (main claim) as a piston section ejection system defines that the "enhanced potential" for a piston engine The loading process can be represented as "the suction power strengthened in such a way that the test bench tuning already from cold start of the engine, with today's series designs loads close to to the fat misfiring limit with high pollutant levels in the exhaust gases testify, practically pollutant-free exhaust emissions by means of performance-undamaged and redesign of the fuel and air metering devices tender measures. "This Phä noun in P 35 23 853 also shown constructively in connection with differentiating divergence / convergence, either as a decomposition of the Ejection by means of a beam bundle into a plurality of gas jets len that brought into focus what is called convergence be, or as formation of various compression surges using oblique wall and then also focusing.

Beide Fokussierungsarten sind seit dieser Zeit leitend für die Konstruk tionen des Anmelders und es wurde für beide erkannt, daß solche Dynami sierung nur aus solchen Verdichtungsstößen gewinnbar ist, die energe tisch ungemindert aus der Kolbenstrecke anfallen. Beide Fokussierungsar ten werden als erarbeiteter Stand der Technik in dieser Anmeldung voraus gesetzt. Die innere Priorität P 38 09 123.2 formuliert ausdrücklich die Konstruktion des aus ihr stammenden Schubdüsen-Konvergenzvolumens im all gemeinen Teil ihres Hauptanspruches aus der Qualität der Leitungsstrecken des Mehrzylinder-Kolbenstreckenauswurfes, "zusätzliche thermische Energie mittels Schrägflächenreflektion der voreilenden Druckwelle in fokussie renden Durchsatzstrecken zwecks Endausbrand zu bilden" und zugleich die nachsaugende Wirkung durch eine lorindüsenartige Raumgeometrie zur Bela dungsverbesserung zu steigern; beides sind Phänomene, deren Tatsächlich keit der Branche so bekannt ist, daß sie nicht mehr bestritten werden als Erklärung für Steigerungen der Motorleistung. Es überrascht deshalb nicht, daß auch bei der hier angewendeten Konstruktion gemäß Fig. 1 die erwar tete Leistungssteigerung eintrat. Für die Zulaufrohr 323(1) bis 323(4) werden aus diesem Grunde beide Formen des Verdichtungsstoßes geschützt.Both types of focus have been leading for the constructions of the applicant since this time and it was recognized for both that such dynamization can only be obtained from such compression shocks that occur energetically undiminished from the piston section. Both types of focus are assumed as the state of the art in this application. The internal priority P 38 09 123.2 expressly formulates the construction of the thrust nozzle convergence volume originating from it in the general part of its main claim from the quality of the line sections of the multi-cylinder piston section ejection, "additional thermal energy by means of inclined surface reflection of the leading pressure wave in focusing throughput sections for the purpose of final burnout form "and at the same time to increase the suction effect by a lorine nozzle-like room geometry to improve loading; both are phenomena whose factuality is so well known to the industry that they are no longer disputed as an explanation for increases in engine performance. It is therefore not surprising that the expected increase in performance also occurred in the construction according to FIG. 1 used here. For this reason, both forms of compression shock are protected for the inlet pipe 323 ( 1 ) to 323 ( 4 ).

Diese Mehrzylinder-Schubdüse gemäß Fig. 1 ist in der als innere Priori tät benannten P 38 09 123.2 des Anmelders ausführlich beschrieben wor den. Sie enthält entsprechend der Zündfolge, mit der der Mehrzylindermotor ausgelegt ist, an ihrer sich zunehmend erweiternden Längserstreckung auf die gegenüberliegende Schrägwandung (411) gerichtete sogenannte Abrupt auswurf-Ausmündungen je Zylinder, die hierdurch im Düseninnenraum (K 1) in einen Gesamtwirkungsgrad ihrer Verdrängungsenergie gebracht werden, mit dem der stromabwärtige Teil dieses Innenraumes (K 1) gefüllt wird, der zu nächst in erweiterter Form gerade oder gekrümmt rohrartig ausgeführt ist. Die sich anschließende gleichmäßig etwa konische Verengung (42) geht in ein durch Abstimmung auf Motorleistungszuwachs ausgelegtes Langrohr (52) über, für das in den Bodengruppen der Kraftfahrzeuge Raumbedingungen vor liegen und das nach Umgehung der Hinterachse in eine finale Schalldämpfungs gruppe mündet. Die Ausmündungen (3233) ragen nur unwesentlich oder über haupt nicht in den Innenraum (K 1). Die inneren Wandungen (410/411 des Rau mes K 1) sind als Hohlleiter-Wandungen innerhalb der P 38 09 123.2 bezeich net, um dadurch zum Ausdruck zu bringen, daß es sich hier um eine energie verlustlose Wellenleiter-Qualität handeln muß, (der Begriff "Hohlleiter" bzw. "Hohlrohrleiter" stammt aus Leitungen, in denen es auf verlustlose Wellenausbreitung ankommt), bei der Verluste von Im pulsenergien, wie sie in der Regel bei motorischen Abgasleitungen beabsich tigt werden, klar vermieden werden müssen: der aus den Ausmündungen (3233) anfallende Schwingungsanteil soll weiterhin erhalten bleiben, da er alle nachreaktiven Umsetzungen, für die im Abgas die chemischen Bedingungen insbesondere bei Wärmeanfall vorliegen, intensiv fördert. This multi-cylinder exhaust nozzle of FIG. 1 is described in as inner Priori ty designated P 38 09 123.2 of the applicant in detail the wor. According to the firing order with which the multi-cylinder engine is designed, it contains so-called abruptly ejection orifices per cylinder on its increasingly widening longitudinal extension directed towards the opposite inclined wall ( 411 ), which in this way are brought to an overall efficiency of their displacement energy in the nozzle interior (K 1 ) , with which the downstream part of this interior (K 1 ) is filled, which is initially tubular or straight in an expanded form. The subsequent evenly approximately conical narrowing ( 42 ) merges into a long tube ( 52 ) designed to match the increase in engine output, for which there are room conditions in the floor assemblies of the motor vehicles and which, after bypassing the rear axle, culminate in a final soundproofing group. The outlets ( 3233 ) protrude only insignificantly or not at all into the interior (K 1 ). The inner walls ( 410/411 of the room K 1 ) are referred to as waveguide walls within the P 38 09 123.2, in order to express that it must be an energy lossless waveguide quality (the The term "waveguide" or "hollow tube conductor" comes from lines in which lossless wave propagation is important), in which losses of pulse energy, such as are usually intended for engine exhaust pipes, must be avoided: that of the mouths ( 3233 ) the resulting vibration component should continue to be retained, since it intensively promotes all post-reactive conversions for which the chemical conditions are present in the exhaust gas, particularly in the event of heat.

Das im Anspruch 1 beschriebene abgestimmte Doppelklappensystem der An saugseite regelt den energetisch mit den Maßnahmen dieses Anspruches erzielte und gegenüber bisherigem Stand der Technik energetisch höhere Auswurfsystem des Kolbenmotors ab Kaltstart in der Weise, daß schon in der Warmlaufphase im CO- und HC-Bereich die erzielbaren Minimalwer te erreichbar sind, die durch alle Betriebszustände hindurch, richtige Abstimmung vorausgesetzt, beibehalten werden und die Motorleistung nicht verringern, wohl aber die bisher dort ausgeworfenen Verlustenergieen der Motorbeladung, weil das neue Verfahren es gestattet, in wesentlich klei nere Kraftstoffdosierungen der Ansaugseite zu gehen. Während die Moto renabstimmung des bisherigen Standes der Technik sowohl im Warmlauf wie in allen höheren Lastzuständen beispielsweise des Ottomotors in der Re gel zwischen 2 und 5 Volumenprozent CO-Werte auswirft, sind nunmehr auch dort radikale Verminderungen des CO-Auswurfes innerhalb einer Spanne zwischen 0,03 und 0,3% ermöglicht. Bedeutsam ist hierbei, daß dies nicht mit additiven Geräten wie Katalysatoren bzw. Thermoreaktoren er reicht wird und auch weder eines nachträglichen Zusatzlufteinzugs und der Fremdzündung innerhalb der Abgasanlage bedarf, sondern daß es die Folge eines technologisch neu geordneten Gaswechseldurchsatzes im Gesamt bereich Ansaugseite/Motorbrennraum/Abgasseite darstellt.The coordinated double flap system described in claim 1 The suction side regulates the energy with the measures of this claim achieved and energetically higher compared to the prior art Ejection system of the piston engine from a cold start in such a way that it does the minimum values that can be achieved in the warm-up phase in the CO and HC range can be reached that are correct through all operating states Voting provided that the engine performance was not maintained reduce, but probably the previously lost energy of the Engine loading, because the new process allows it to be in a much smaller size nere fuel doses to go to the intake side. While the Moto Renal tuning of the current state of the art in both warm up and in all higher load conditions, for example the gasoline engine in the right eels between 2 and 5 volume percent CO values are now also there radical reductions in CO emissions within a span between 0.03 and 0.3%. It is important here that this not with additive devices such as catalysts or thermoreactors is sufficient and neither a subsequent additional air intake and the spark ignition within the exhaust system, but that it Result of a technologically reorganized gas exchange throughput as a whole area represents intake side / engine combustion chamber / exhaust side.

Die neue schutzrechtlich breit gedeckte Technologie des kolbenmotorischen Gaswechselprozesses erhöht beim Spülsystem des Ottomotors innerhalb aller Motorbrennraumbeladungen Kraftstoff/Luftmenge den Luftbeladungsgrad mit tels energetisch neuer Abstimmung des gesamten Leitungssystems. Das hat nicht nur saubere Motorenabgase zur Folge, sondern ebenso die Möglich keit, infolge Vermeidung bisheriger Verlustenergieen eine verbesserte Mo torleistung zu erzielen.The new technology of the piston engine that is widely covered by intellectual property rights Gas exchange process increases in the purging system of the gasoline engine within all Engine combustion chamber loads fuel / air quantity with the air load level energetically new coordination of the entire pipe system. That has not only result in clean engine exhaust, but also the possibility due to the avoidance of previous energy losses, an improved Mo to achieve goal performance.

Claims

1. Further development of the working process of self-priming multi-cylinder piston engines in order to increase engine performance and minimize pollutants, designed as an abrupt discharge in such a way
that the explosion pressure of the engine combustion chambers, primarily designed as an effect on the piston surfaces, insofar as it also reaches the exhaust gas-carrying and intake-side line sections as energy,
is transformed in the timing of the individual engine cylinder according to OS DE 37 00 182 A1 claim 1 section a, c, d and e into a tubular ge line, in or after the divergence with or without tube bundle in volume expansion and convergence as a manifold design According to OS DE 35 23 853 claim 1, provision is made for the formation of a turbulence field in which multiple wave rays and a subsequent multiple gas jet group carry out extensive reflection consumption by hot zone formation to the detriment of the pollutants (OS P 35 11 941),
characterized,
that the individual post-reactive line sections ( 323/1, 323/2, 323/3, 323/4 ) of a multi-cylinder piston engine (reciprocating or rotating piston) in a lorindü sen Like thrust nozzle system ( Fig. 1) regardless of their firing order in its upstream Open the diffuser-like path K ( 1 ) so that its upstream cross-section corresponds to a pipe diameter ( 323/4 ), twice with the second pipe inlet position ( 323/3 ), three times with the third ( 323/2 ) and so on;
that from reaching the largest diameter to a coordinated rohrarti ge and possibly curved flow path with a constant diameter and cross-section is maintained, which merges into an approximately conical narrowing ( 42 ) and opens into a coordinated long tube ( 52 );
that the intake-side part of the line section, taking into account the special use of the engine in the range of the required torques with a vote for the smallest possible fuel dosages, is provided at the same time with a double flap system that couples the usual starter flap and the so-called throttle so that it specifically adjusts the degree of air loading, which is improved by the exhaust-side design, for each operating state.

2. The method according to the main claim, characterized in that the tube-like line, into which the exhaust gas of the individual cylinder reaches the flange of the engine, without a beam bundle and without a central space between them, causes compression convergence in the following space (K 1 ).

3. The method according to the main claim, characterized in that in the case of a short route design of the pipeline, in which the individual Kol benstreckenauswürfe get in time with their associated cylinder, the hot zone for the total amount of exhaust gas of all piston routes in thrust nozzle system ( Fig. 1 room K 1 ) and Long pipe follow-up section ( 52 ) is completely or partially insulated.

4. The method according to the preceding claims, characterized in that the incoming pipes ( 323/1 -ff.) And the thruster system are included in the cooling circuit of the engine.

5. The method according to the preceding claims, characterized in that addition Air intake is injector-like according to OS DE 36 13 673 Fig. 5 is provided.

6. The method according to the preceding claims, characterized in that for Achieving clean exhaust emissions inside the room using special engine designs and in the used engine area from cold start reaction triggering Spark gaps according to the rules of P 36 13 673 within the thruster systems is predictable.

7. The method according to the preceding claims, characterized in that according to Claim 2 of P 38 36 432.8 of the explosion entering the suction path pressure discards on a transverse wall.

8. The method according to the preceding claims, characterized in that the abrupt discharge according to claim 7 of P 38 09 132.2 even without a beam tube bundle by means of an interior part is caused to focus a marginal ray in such a way that the upstream zone area of all pipe sections directly connected to the individual cylinders ( 323 / 1-4 ) from the thrust nozzle system (K 1 in FIG. 1) can only be reached insignificantly as a result of reflection arrangements by means of vibration discards and is kept in the quality of the "quasi-empty space".

9. The method according to the preceding claims, characterized in that nitrogen oxide dissociation through thermal measures in accordance with OS DE 37 14 831.1 of the applicant is achieved.

10. The method according to the preceding claims, characterized in that engines with several abrupt ejections summarizing manifold in the thrust nozzle volume (K 1 in Fig. 1) open with these manifolds.