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Die
Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, genauer ausgedrückt Schieberventilmotoren,
und kann beispielsweise sowohl in V-Motoren als auch einreihigen
Einzylinder- oder Zweizylindermotoren verwendet werden.
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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.
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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.
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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.
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Das
Ziel der Erfindung ist es, die Produktivität des Motors durch wirtschaftlichere
Nutzung des Kraftstoffs zu steigern. Dies erleichtert ebenfalls
die Reduzierung der Umweltverschmutzung.
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Zum
Erreichen des Zieles wurde die Ebene, in der die Buchsen der Gasverteilungskolben
positioniert sind, in einem Winkel von 40–50° zur Zylinderachse eingestellt.
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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.
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Der
Aufbau des Motors und seine Arbeitsprinzipien werden in der folgenden
beispielhaften Ausführungsform
mit Hilfe von Figuren detaillierter beschrieben.
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1 zeigt
das vom Kurbelgehäuse
abgenommene Blockkopf-Gehäuse
mit dem Kolben.
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2 zeigt
das Blockkopf-Gehäuse
von der Seite des Einlasskanals.
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3 ist
eine Draufsicht des Blockkopfes.
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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.
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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.
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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.
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Verdichtungsphase:
49° nach
dem unteren Totpunkt (UT) wird der Einlasskanal 7 geschlossen. Das
Kraftstoffgemisch wird verdichtet.
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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.
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Auslassphase:
30° vor
dem UT wird der Auslasskanal 13 geöffnet. Das Kraftstoffgemisch
wird rasch in einer Spiralbewegung ausgestoßen und das Arbeitsspiel ist
abgeschlossen.