DE60121789T2

DE60121789T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60121789T2
Application number: DE60121789T
Authority: DE
Inventors: Viktor Loktaevski
Original assignee: LOKTAJEVSKI ELLEN
Current assignee: Lvs Motors Tallinn Ee
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: ATE334306T1; EP1336042B1; EP1336042A1; EE00256U1; DE60121789D1; WO2002004801A1; US20060231056A1

Description

Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, genauer ausgedrückt Schieberventilmotoren, und kann beispielsweise sowohl in V-Motoren als auch einreihigen Einzylinder- oder Zweizylindermotoren verwendet werden.
In Flugzeugen verwendete Kolbenmotoren sind nach dem Stand der Technik bekannt, wobei der Block und der Kopf monolithisch konstruiert sind, da eine Dichtung im Fall der Überhitzung zerstört würde. Alle diese Motoren wurden mit Ventilen gebaut und sie verschmutzen aufgrund der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs die Umwelt. Beispiele für derartige Motoren sind der AM38 von IL-2, AM105 von JAK und AM100 von MIG. Verbrennungsmotoren, bei welchen Ventile in dem Gasverteilungsmechanismus verwendet werden, einer Kraftstoffeinspritzung, um den Kraftstoffverbrauch zu vermindern, und bei welchen die Einlasskanäle und die Abgasausstoßkanäle in einem Winkel von 20 bis 30° (vorzugsweise 25°) zu der Zylinderachse positioniert sind, wurden in der internationalen Patentanmeldung PCT/SE99/00827 beschrieben. Das Hauptziel der dargelegten Lösung ist die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und daher die Erzielung eines brennbaren Kraftstoffgemisches hauptsächlich in der Nähe der Zündkerze durch die Erzeugung von zwei Wirbeln. Um geeignete Wirbel zu erzeugen, sind eine Vertiefung am Ende der Einspritzdüse und eine schräg verlaufende Erhebung an dem entgegengesetzten Ende, wobei die Oberseite beinahe auf der gleichen Linie mit der Zylinderachse liegt, vorgesehen. Der Nachteil dieser Lösung im Vergleich zu den Zielen der vorliegenden Erfindung ist die Summierung der beiden verschiedenen Wirbel nur während der Kompressionsphase. Nach der Verbrennungsphase bildet das Abgas des verbrannten Kraftstoffgemisches aus dem Zylinder keinen gleichmäßigen Wirbel aufgrund der Vertiefung und der Erhebung an der Stirnfläche des Kolbenbodens, und daher verbleibt ein Teil der Abgase während des nächsten Arbeitszyklus im Zylinder. Um das Ausstoßen der Abgase aus dem Zylinder zu erleichtern, ist es erforderlich, die Wirbelbewegung der Gase auch während des Ablaufs der Verbrennungsphase und der Auslassphase aufrechtzuerhalten.
Das herkömmliche Ventilsystem hat das Potenzial für den übermäßigen Verbrauch von Betriebsmitteln. 37% des Kraftstoffs werden zusammen mit den Abgasen ausgestoßen und 3% werden mit nicht ausgestoßenem, verarbeitetem Gas gemischt. Dies verdünnt das frische Kraftstoffgemisch, es kommt zu einem übermäßigen Kraftstoffverbrauch und die Leistung des Motors fällt ab. In einem Ventilmotor wird unter dem Ventil eine bleibende dynamische "Gashaube" gebildet, die das Einführen des frischen Kraftstoffgemisches behindert und einen Kraftstoffverlust verursacht. Je mehr Ventile verwendet werden, desto größer ist der Kraftstoffverlust.
Aus der EP-0773352-A1 ist ebenfalls ein Schieberventil-Verbrennungsmotor, auch als ventilloser Motor bezeichnet, bekannt, der aus einem Blockkopf-Gehäuse, mindestens einem Zylinder, Kolben, Zündkerze, Brennkammer, Einlass- und Auslasskanal besteht, wobei der Einlass- und der Auslasskanal mit einer entsprechenden Buchse eines Gasverteilungsmechanismus verbunden wurden, wobei die Buchsen des Gasverteilungsmechanismus in gleichen Winkeln zur Zylinderachse und in der gleichen Ebene angeordnet sind. Der Nachteil des genannten Motors mit dem Kolben-Verteilungsmechanismus ist ebenfalls der übermäßige Kraftstoffverbrauch, der durch die V-förmige Positionierung der Einlasskanäle verursacht wird, was eine ungleichmäßige Erzeugung des Kraftstoffgemisches und eine langsame Bildung des Kraftstoffgemisches verursacht, da der Vorsprung des Einlasskanals auf der Seitenfläche des Zylinders unter der Verbindung des Zylinders mit dem Blockkopf angeordnet ist, wobei das Kraftstoffgemisch in den Zylinder in der Weise eintritt, dass ein Wirbel, der die rasche und gleichmäßige Vermischung des Kraftstoffgemisches mit Luft garantiert, nicht erzeugt wird. Ein analoger Prozess findet während des Auslasstakts statt und die verbrannten Abgase verlassen den Zylinder als ungleichmäßiger Wirbel und daher mit unzureichender Geschwindigkeit.
Das Ziel der Erfindung ist es, die Produktivität des Motors durch wirtschaftlichere Nutzung des Kraftstoffs zu steigern. Dies erleichtert ebenfalls die Reduzierung der Umweltverschmutzung.
Zum Erreichen des Zieles wurde die Ebene, in der die Buchsen der Gasverteilungskolben positioniert sind, in einem Winkel von 40–50° zur Zylinderachse eingestellt.
Aufgrund des Umstands, dass die Buchsen des Einlasskanals und des Auslasskanals des Gasverteilungsmechanismus in der gleichen Ebene positioniert sind, die in einem Winkel von 40–50° zur Zylinderachse eingestellt wurde, tritt das Kraftstoffgemisch in den Zylinder durch den Einlasskanal und die Buchse des Gasverteilungsmechanismus ein, kollidiert fluidisch mit der Zylinderwand und erhält eine Spiralbewegung und erwärmt sich vollständig verbrennend in einer kürzeren Zeitdauer und es besteht keine Notwendigkeit, Sauerstoff in den Abgassammler zu dosieren, um eine vollständige Verbrennung der Abgase sicherzustellen. Wenn der Winkel weniger als 40° beträgt, gleitet das Kraftstoffgemisch direkt die Zylinderseitenfläche hinab und es wird kein Wirbel erzeugt. Wenn der Winkel größer als 50° ist, wird ein Wirbel mit ausreichender Geschwindigkeit erzeugt, aber der Zylinder wird nicht mit ausreichender Geschwindigkeit gefüllt. In analoger Weise treten die Abgase während des Auslasstakts in Wirbelform und daher schneller aus.
Der Aufbau des Motors und seine Arbeitsprinzipien werden in der folgenden beispielhaften Ausführungsform mit Hilfe von Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt das vom Kurbelgehäuse abgenommene Blockkopf-Gehäuse mit dem Kolben.
2 zeigt das Blockkopf-Gehäuse von der Seite des Einlasskanals.
3 ist eine Draufsicht des Blockkopfes.
Der Verbrennungsmotor enthält ein Blockkopf-Gehäuse 1, einen Zylinder 2, dessen Laufbuchse zu sehen ist, einen Kolben 3, einen Kühlmantel 4, einen Brennraum 5, eine Buchse 6 des Gasverteilungsmechanismus, einen Einlasskanal 7, eine Zündkerze 8, Kühlgemischkanäle 9, eine Befestigungsmutter des Kühlmantels 10 mit Gegenmutter 11, ein Kolbenventil 12, einen Auslasskanal 13, einen Befestigungsflansch 10 des Blocks und Stehbolzen 15, die den Blockkopf am Kurbelgehäuse befestigen. In 2 ist der Blockkopf von der Seite des Einlasskanals gezeigt und die Zylinder-Laufbuchse 2, das Gehäuse des Kühlmantels 4, die Öffnungen des Einlasskanals 7 und des Auslasskanals 13 sind zu sehen, sowie die relative Positionierung der Buchsen 6 des Gasverteilungsmechanismus. Die Arbeitskanäle des Gasverteilungsmechanismus bzw. die Buchsen 6 wurden nebeneinander in der gleichen Ebene positioniert, die in einem Winkel α zur Zylinderachse eingestellt ist. In 3 sind die Relativpositionen der Zylinder-Laufbuchse 2, des Einlasskanals 7, der Zündkerze 8 und des Auslasskanals 13 zu sehen. Der Blockkopf mit der Schieberventilausrüstung ist für jeden Motor geeignet.
Das Betriebssystem der Kolbenventile wird durch einen Prozessor ausgeführt, der durch alle Parameter des Motors gesteuert wird. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Motors erlaubt es, das Problem der Verwendung von unterschiedlichen Motorkraftstoffen zu lösen. Die Kolbenventile 12 haben die Fähigkeit, nach innen zu pumpen, da der Kolben selbst den Druckpegel anhebt, so dass der Motor außer mit Benzin auch mit Gas, Alkohol und Festkraftstoff arbeiten kann. Im Falle der Direkteinspritzung in den Zylinder kann der Motor mit Kerosin und Dieselkraftstoff arbeiten. Der normale Betrieb des Motors mit unterschiedlichen Kraftstoffen wird durch Einstellen des Zündwinkels und des Druckpegels erleichtert. Als Beispiel wird eine Lösung mit den Phasen der Gasverteilung in einem der Erfindung entsprechenden Viertakt-Benzinmotor dargelegt.
Ansaugphase: Der Einlasskanal 7 wird 8° vor dem oberen Totpunkt (OT) geöffnet. Gleichzeitig wird der Auslasskanal 13 geschlossen. Frisches Kraftstoffgemisch tritt in den Zylinder 2 durch den Einlasskanal 7 und die Buchse 6 des Gasverteilungsmechanismus ein, die in einem 40–50°-Winkel zur Zylinderachse positioniert ist, das Kraftstoffgemisch kollidiert mit der Wand des Zylinders 2 und erfährt eine Spiralbewegung sowie eine Erwärmung, wobei es gleichzeitig die Zylinderwände spült.
Verdichtungsphase: 49° nach dem unteren Totpunkt (UT) wird der Einlasskanal 7 geschlossen. Das Kraftstoffgemisch wird verdichtet.
Verbrennungsphase: 6° vor dem OT erfolgt die Zündung. Da das Kraftstoffgemisch während der Verbrennung die Spiralbewegung aufrechterhält, wird es in kürzerer Zeit als in einem Ventilmotor verbrannt. Die Zündung wird durch Verwendung einer kreisförmigen Seitenelektrode an den Zündkerzen 8 beschleunigt.
Auslassphase: 30° vor dem UT wird der Auslasskanal 13 geöffnet. Das Kraftstoffgemisch wird rasch in einer Spiralbewegung ausgestoßen und das Arbeitsspiel ist abgeschlossen.

Claims

Verbrennungsmotor, der ein Blockkopf-Gehäuse (1), mindestens einen Zylinder (2), einen Kolben (3), eine Zündkerze (8), eine Brennkammer (5), Buchsen (6) eines Gasverteilungsmechanismus, einen Einlass- und einen Auslasskanal (7, 13) aufweist, wobei der Einlasskanal (7) und der Auslasskanal (13) mit der entsprechenden Buchse (6) des Gasverteilungsmechanismus verbunden sind, wobei die Buchsen (6) des Gasverteilungsmechanismus in einem gleichen Winkel zur Zylinderachse und in der gleichen Ebene positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Ebene in einem Winkel von 40–50° zur Achse des Zylinders (2) steht.