DE4238526C1

DE4238526C1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, welcher in zwei Teilbrennräume aufgeteilt ist

Info

Publication number: DE4238526C1
Application number: DE4238526A
Authority: DE
Inventors: Josef Lipinski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-14
Filing date: 1992-11-14
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2012-11-15

Description

Wegen der immer größer werdenden Motorisierung wird zum Schutz der Umwelt eine Senkung des Kraftstoffverbrauches für alle Motoren gefor dert.

Bei dem üblichen 4-Takt-Verfahren entstehen im Bereich des Kompres sionsraumes Verluste und Leistungsminderungen, die zu unnötigem Kraftstoffverbrauch führen. Da das Schließen des Auslaß und Öffnen des Einlaßventiles etwa gleichzeitig erfolgen muß, verbleiben im Kompressionsraum Reste der verbrauchten Ladung, die auch durch Spü lung nur teilweise ausgestoßen werden können. Sie vermischen sich mit der Frischluft und führen zu Beeinträchtigung der Verbrennung und Vergrößerung des Schadstoff-Ausstoßes.

Der bei der Verbrennung entstehende Explosionsdruck trifft den Kolben in seiner oberen Totpunkstellung und führt dadurch zu einer starken Belastung des Triebwerkes und erhöhter Lärmbelastung.

In der deutschen Offenlegungsschrift 20 63 089 wurde be reits versucht, durch Teilung des Brennraumes in 2 Teilbrennräume diese Fehlerquellen zu beseitigen. Das dabei entwickelte 6-Takt Verfahren konnte jedoch wegen der komplizierten Steuerung keinen Eingang in die Praxis finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne wesentliche Änderung der bisherigen Motorkonstruktion, die Spülung des Kompressionsraumes so zu verbessern, daß dadurch eine Senkung des Kraftstoffverbrauches und ein Verrin gerung der Lärmbelastung sowie eine verzögerte Druckeinwirkung auf den Kolben erreicht wird.

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, welcher durch eine Trennwand in zwei Teilbrennräume aufgeteilt ist. Das Volumen des ersten Teil brennraumes entspricht dem Hubvolumen V_H, das Volumen des zweiten Teil brennraumes dem Kompressionsvolumen V_C. Das Einlaßventil für Frisch luft öffnet in den ersten Teilbrennraum, das Auslaßventil befindet sich im zweiten Teilbrennraum. Ein zusätzliches Mittelventil verbin det die beiden Teilbrennräume. Die Gemischbildung und Zündung erfolgt im zweiten Teilbrennraum bei geschlossenem Mittel- und Auslaßventil, beim Ausschieben der verbrauchten Ladung bleibt das Mittelventil 1 Takt lang und das Auslaßventil 2 Takte lang geöffnet.

Die Brennkraftmaschine wird mit einem 4-Takt-Verfahren derart betrie ben, daß beim Verdichtungstakt die angesaugte Luft aus dem ersten Teil brennraum in den zweiten Teilbrennraum geschoben wird und im Arbeits takt, das im zweiten Teilbrennraum gezündete Arbeitsgemisch in den ersten Teilbrennraum überführt und entspannt wird. Im Ausschiebetakt wird die verbrauchte Ladung über das Mittel- und das Auslaßventil nach außen abgeführt, im nachfolgende Ansaugtakt das Mittelventil ge schlossen und das Auslaßventil offen gehalten.

Alle Ventile, auch das Mittelventil werden durch die übliche Nocken welle gesteuert.

Das Verfahren entspricht dem üblichen 4-Takt-Verfahren für Otto- oder Dieselmotoren jedoch mit der Verbesserung, die durch diese Erfindung ermöglicht wird, daß das Aus laßventil länger als zwei Takte geöffnet bleibt und erst dann schließt, wenn im Verdichtungstakt die Frischluft die restlichen Gase der ver brauchten Ladung ausgestoßen hat. Dadurch wird eine nahezu vollkommene Spülung des Kompressionsraumes erreicht und die nachfolgende Verbren nung des verdichteten Gemisches nicht mehr durch verbrannte Gase be einträchtigt.

Nach der Zündung kann durch eine verzögerte Öffnung des Mittelventiles gegenüber dem oberen Totpunkt des Kolbens die Wirkung des Explosionsdruckes auf den Kolben verändert und dadurch das Triebwerk entlastet werden. Um die Öffnungs- und Schließbewegungen des Mittelventiles zu verrin gern, kann das Verfahren so eingerichtet werden, daß das Mittelventil lediglich im Arbeitstakt zum überführen des gezündeten Gemischs in den ersten Teilbrennraum betätigt wird, während zum Überführen der verdichteten Luft in den zweiten Teilbrennraum ein zusätzliches Ventil verwendet wird.

Da alle Änderungen , die an der Brennkraftmaschine durchgeführt werden müssen, um das Verfahren nach dieser Erfindung auszuführen, nur den Zylinderkopf betreffen, besteht die Möglichkeit, einen bereits vorhandenen Motors durch ein besonderes Bauteil, in dem der geänderte Kompressions raum und die Ventile bereits eingebaut sind, umzurüsten.

Die Zeichnungen stellen ein Konstruktionsbeispiel einer Brennkraft maschine entsprechend der Erfindung dar.

Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Zylinderkopf zweier Zylinder mit einem Schnitt durch einen zweiten Brennraum;

Fig. 2 den senkrechten Schnitt A-A;

Fig. 3 den senkrechten Schnitt B-B;

Die in den Zeichnungen veranschaulichte Brennkraftmaschine zeigt in Fig. 1 die Trennwand (9) mit dem Teilbrennraum (1) (=Hubraum), dem Teilbrennraum (2) (= Kompressionsraum), das Einlaßventil (5) sowie das Auslaßventil (4) und das Mittelventil (3), außerdem die Einlaßöffnung (6) und die Auslaßöffnung (7).

Fig. 2 zeigt die Brennkraftmaschine mit der Trennwand (9) zu Beginn des Ansaugtaktes. Der im Hubraum (1) gleitende Kolben (8), der von einer nicht gezeichneten Kurbelwelle angetrieben wird, befindet sich in der oberen Totpunktstellung und hat die verbrauchte Ladung über das nicht gezeichnete Mittelventil und das noch offene Auslaß ventil (4) ausgeschoben. Das Mittelventil ist bereits geschlossen, das Auslaßventil (4) bleibt auch für die Dauer des Ansaugtaktes noch geöffnet.

Fig. 3 zeigt die Brennkraftmaschine mit der Trennwand (9) zum Zünd zeitpunkt. Der Kolben (8) im Hubraum (1) hat wieder seinen oberen Tot punkt erreicht. Das Gemisch ist im Kompressionsraum (2) verdichtet. Alle Ventile, das Mittelventil (3), das Auslaßventil (4) und das nicht gezeichnete Ansaugventil, sind geschlossen.

Die Takte des Verfahrens laufen wie folgt ab:

1. Ansaugtakt

Der Ansaugtakt beginnt nach Überschreiten des oberen Totpunktes des Kolbens (8). Er gleitet im Hubraum (1) nach unten, das Einlaßventil (5) wird geöffnet und die Frischluft strömt über die Einlaßöffnung (6) in den Hubraum (1). Dabei ist das Mittelventil (3) geschlossen, das Auslaßventil (4) aber noch geöffnet.

2. Verdichtungstakt

Der Verdichtungstakt beginnt nach dem Überschreiten des unteren Tot punkts des Kolbens (8). Das Einlaßventil (5) ist geschlossen, das Mit telventil (3) wird geöffnet und das Auslaßventil (4) ist noch solange geöffnet, bis die Luft des beginnenden Verdichtungstaktes die im Kom pressionsraum (2) befindlichen Restgase der verbrauchten Ladung ausge spült hat. Erst dann wird das Auslaßventil (4) geschlossen und die Verdichtung der Frischluft beginnt. Der Kolben (8) drückt dabei die verdichtete Frischluft in den Kompressionsraum (2)

3. Arbeitstakt

Das im Kompressionsraum (2) gezündete Gemisch strömt nach Öffnung des Mittelventiles (3) in den Hubraum (1), drückt den Kolben (8) zum unteren Totpunkt und entspannt sich dabei. Der Kolben überträgt dabei die Kraft auf die Kurbelwelle.

4. Auslaßtakt

Wenn der Kolben (8) den unteren Totpunkt überschritten hat beginnt der Auslaßtakt. Das Mittelventil (3) bleibt geöffnet, das Auslaßven til (4) wird geöffnet und der Kolben (8) drückt die verbrauchte Ladung über diese beiden Ventile und den Kompressionsraum (2) nach außen. Bei Erreichen des oberen Totpunktes hat er den Inhalt des ganzen Hub raumes (1) über das Mittelventil (3) ausgeschoben, das jetzt geschlos sen wird. Der nächste Ansaugtakt kann ohne Beeinträchtigung durch verbrannte Gase beginnen.

Zur gleichen Zeit ist das Auslaßventil (4) noch offen und läßt die Restgase der verbrauchten Ladung aus dem Kompressionsraum (2) ausströ men. Erst im nächsten Takt, nach der Spülung des Kompressionsraumes (2) durch Frischluft aus dem Verdichtungstakt, wird das Auslaßventil (4) geschlossen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einem Brenn raum; welcher durch eine Trennwand (9) in zweit Teilbrennräume aufgeteilt ist, wobei das Volumen des ersten Teilbrennraums (1) dem Hubvolumen V_H und das Volumen des zweiten Teilbrennraums (2) dem Kompressionsvolu men V_C entspricht, mit einem Einlaßventil (5) für Frischluft in den ersten Teilbrennraum, einem Auslaßventil (4) im zweiten Teilbrennraum, und einem Mittelventil (3) zwischen den beiden Teilbrennräumen, wobei die Gemischbildung und Zündung im zweiten Teilbrennraum bei geschlos senem Mittel- und Auslaßventil stattfindet und zum Ausschieben der verbrauchten Ladung aus dem zweiten Teilbrennraum das Mittelventil 1 Takt lang und das Auslaßventil ca. 2 Takte lang geöffnet bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine im 4-Takt-Verfahren derart betrieben wird, daß beim Verdichtungstakt die angesaugte Luft aus dem ersten Teil brennraum (1), in den zweiten Teilbrennraum (2) geschoben wird, im Ar beitstakt das im zweiten Teilbrennraum gezündete Arbeitsgemisch in den den ersten Teilbrennraum überführt und entspannt wird, im Ausschiebe takt die verbrauchte Ladung über das Mittelventil (3) und das Auslaß ventil (4) nach außen abgeführt, im nachfolgenden Ansaugtakt das Mit telventil geschlossen und das Auslaßventil geöffnet bleibt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitstakt das Mittelventil (3) gegenüber dem oberen Totpunkt des Kolben (8) verzögert geöffnet wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelventil lediglich im Arbeitstakt zum Überführen des ge zündeten Gemischs in den ersten Teilbrennraum betätigt wird, während zum Überführen der verdichteten Luft in den zweiten Teilbrennraum ein separates Ventil verwendet wird.

4. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) als ein separates, auswechselbares Bauteil aus gebildet wird.