DE833431C - Gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzuendung und mit Einfuehrung und Zerstaeubung des Kraftstoffes durch Druckluft - Google Patents

Description

• Gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und mit Einführung und Zerstäubung des Kraftstoffes durch Druckluft

  1)1e Erfindung bezieht sich auf die Einführung

  und Zcrst'ittl)ung des Kraftstoffes in die Arbeits-

  zylinder von Z,wcitakt- und Viertakt-Brennkraft-

  maschinen mit Gemischverdichtung und Fremd-

  zündung, insbesondere für Fahrzeuge. 1@ekannt ist

  die Einführung und Zerstäubung des Benzins in

  den Arheitszyliader mit Hilfe @iitc#r Finsl>ritz-

  pumlx# und einer I?irispritzdüse bei hohem Druck

  des Kraftstoffes.

  Gemäß der Erfindung soll für die Einführung

  und Zerstäubung des Kraftstoffes Luft von einem

  bestimmten Überdruck verwendet werden. Der

  Kraftstoff wird dabei für jeden Hub abgemessen

  von einer rz#gell>aren Kraftstottptimpe dem Arbeits-

  zvliader ;-eliefert, indem er dem Einlaßorgan für

  die Druckluft vorgelagert wird. Durch die Zerstäubung des Kraftstoffes mit Hilfe von Druckluft wird dieser insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen und auch beim Anlassen wesentlich besser zerstäubt. Dies ist namentlich hei Fahrzeugmotoren wichtig, da hier bei niedrigen Drehzahlen große Motordrehmomente zur Erzielung einer großen Beschleunigung, eines genügenden Steigvermögens und der Möglichkeit ,des Langsamfahrens erwünscht sind. Diese Forderung ist nur hei guter Zerstäubung, Gem,iischbildung und Verbrennung des Gemisches erreichbar.
• Durch die Erfindung wird die Verwendung eines besonderen Luftkompressors für die Verdichtung und Förderung der Einblaseluft vermieden. Dies wird dadurch erzielt, @daß der Arbeitszylinder mixt Arbeitskolben selbst alis ;Kompressor zur Verdichtung und Lieferung der Einblaseluft verwendet wird. Ein Teil der vom Arbeitskolben bei dessen Verdichtungshub verdichteten Zylinderluftl-adung wird durch ein von einer Nockenwelle gesteuertes Auslaßventil dem Arbeitszylinder entnommen und in einem Speicherraum bestimmter Größe unter Druck bis zum nächsten Einblasevorgang aufgespeichert.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird dieses gesteuerte Ausl;aßventil zugleich als gesteuertes Einlaßventil für die Einblaseluft benutzt, indem der Kraftstoff diesem Einblaseventil im Luftspeicherraum vor dem Einblasevorgang vorgelagert wird.
• Bei Zweitaktmotoren wird nach Auslaaschfuß durch den Abschluß der Auslaßkanäle durch den Arbeitskolben oder nach Schließen der Auslaßventile bei Gleichstromspülung der EinblaSebeginn durch Aufstenern des Einblaseventils gesteuert. Die Einblaseltiftwege unter erhöhtem Druck und mit einem Volumen, das durch die Größe des Luftspeichers bedingt ist, reißt den noch flüssigen oder bereits verdampften vorgelagerten Kraftstoff mit in den Zylinderraum hinein und ergibt dadurch eine gute Zerstäubung und Vermischung des Kraftstoffes finit der Zvlinderluftladung. Das Einblaseventil wird nach dem Einblasevorgang nicht geschlossen, sondern bleibt geöffnet, so daß durch die Zunahme ctes Druckes der durch den aufwärts gehenden Arbeitskolben immer mehr verdichteten Zvli.nderluftladung ein Rückströmen von Zylinderluft oder inzwischen gebildeten Kraftstoff-Luft-Geniisch in den Speicherraum stattfindet und dieser somit von neuem aufgeladen und gefüllt wird. Bei einer bestimmten Kolbenstellung bzw. Kurbelstellung vor dem Zündzeitpunkt wird das Einbl.aseventil zugesteuert. Der Speicherdruck ist durch Aden Zylinderluftdruck bestimmt, der bei dem Einblaseventilschluß vorhanden ist.
• Wird die Höhe der Auslaßkanäle bei Zweitaktinotoren beispielsweise 30% vom Kolbenhub gemacht, so werden diese vom Arbeitskolben ungefähr 70° Kurbelwinkel nach der unteren Totpunktstellung zugesteuert. Gleichzeitig ;wird dabei das Einblaseventil aufgesteuert und der Einblasevorgang beginnt. Das Einblaseventil wird erst wieder beispielsweise 30' Kurbelwinkel vor oberer Totpunktstellung des Arbeitskolbens geschlossen, so daß der Speicherraum auf einen Druck von ungefähr ; ata aufgeladen ist. Das Einblaseventil bleibt dabei auf einem Kurbelwinkel von 8o° geöffnet. Beträgt der Inhalt des Speicherraumes die Hälfte des Verbrennungsraumes bzw. 12% des Hubrauines, so beträgt (las Volumen der Einblaseluftmenäe ungefähr 100,'o des Hubraumes. Bei gleicher Größe von Speicherraum und Verbrennungsraum mit je ungefähr 24% der Größe des Hubraumes beträgt das Volumen der Einblaseluftmenge annähernd 20% vom Hubraum.
• Das Einblasen erfolgt bei Verdichtungsbeginn mit einem Druck von ungefähr 5 ata gegen 1 ata

  im Zylinder, also mit Schallgeschwindigkeit bei

  diesem überkritischen Druckverhältnis. Dies ergibt

  eine gute Zerstäubung und @-erniiscliung auch bei

  ganz niedrigen Drehzahlen. Der Inhalt und die

  Wandungen .dies Speicherranines selbst sind durch

  die Verdichtungstemperaturen und die Zylinder-

  temperatur genügend warn. uni den Kraftstoff nach

  seiner Vorlagerun,- zu xerdainpfen. Eine Ver-

  brennung findet iin Speicherraum nicht statt, so daß

  auch keine Rußbildung oder Verkokung auftreten

  kann.

  Die Zyl.inderluftladung wird durch die Einblase-

  menge weder vermehrt noch vermindert, @da stets

  dieselbeLuftmenge ein- und ausströmt. DerArbeits-

  kolben liefert lediglich die Energie der Druckluft für

  die Zerstäubung, die einen Verbrauch an nutzbarem

  NIittel,druck von ungefähr o,2 kg#cm2 für eine Luft-

  "/ von je io% des tlul>raunies beträgt.

  Bei Mehrzylin derniotoreii kann jeder Arbeits-

  zylinder einen -eigenen Speicherraum haben, der

  normalerweise im Zvliii,derkol>f angeordnet ist. Es

  ist jedoch auch möglich, mehrere Arbeitszylinder

  mit einem einzigen Speicherraum in Form einer

  Verbindungsleitung zwischen den gesteuerten Ein-

  bläseventilen dieser Zylinder finit gleich großem

  Rauminhalt auszustatten. Damit sich keine Über-

  schneidungen der Steuerzeiten der verschiedenen

  Einblaseventile ergeben, können bei Zweitakt-

  motoren beispielsweise vier Z%'liiicler auf diese

  \\'eise zusammengefaßt werden. 1)ie Einblaseluft-

  menge der vier Zylinder wird dal-,°i von jedem

  Arbeitszylinder je-,veils dein in der Zündung nach-

  folgenden Zylinder zugeführt, so daß die Luft-

  mengen in einem wiederkehrenden Wechsel unter

  den Zylindern ausgetauscht werden.

  Bei Viertakt-Otto-.Nlotoren kann der Einblase-

  beginn bereits mit dem Saugbeginn des Arbeits-

  kolbens erfolgen und das Einblaseventil wiederum

  bis kurz vor der Zündung dieses Zylinders geöffnet

  bleiben, so daß es im ganzen un;Qefähr 33o° Kurbel-

  winkel geöffnet ist.

  Bei Zweitaktmotoren mit der oben beschriebenen

  Kraftstoffeinblasung kann der Arbeitszylinder mit

  Luft aus einer Ktirbelkastensl)iilpuinpe, einer

  Kolbenspülpumpe, einem Roots- oder einem

  Schleudergebläse gespült werden, die zur Erzielung

  ,des richtigen Gemisches iin .lrlaeitszvlinder mit der

  Kraftstoffmenge entsprechend der '-Motorbelastung

  geregelt wird.

  Das Einblaseventil kann iin Zylinderkopf hängend

  oder neben dem Zylinder stehend angeordnet

  werden. Es kann auch statt eines Ventils ein

  anderes Steuerorgan, wie beispielsweise ein

  Kolben-'oder Drehscliielier, verw-ei.elet werden.

  Zur Verlängerung der Dauer der -'entilbewegung

  zum Zwecke der Erzielung kleinerer Beschleuni-

  gungen kann bei Zweitaktmotoren das Einblase-

  ventil in der Zylinderwand in einem Höhenabstand

  von etwa ro% des Kolbenhubes unterhalb der

  Stellung der steuernden Kolbenkante des Kolben-

  bodens bei seiner oberen Totpunktstellung angeord-

  net werden. Dadurch wird der Beginn des Ein-

  blasens durch die Ventileröffnung wie bisher

  gesteuert, das Ende der Aufladung des Speicherraumes jedoch durch Überfahren der Einblaseöffnung durch den aufwärts gehenden Arbeitskolben gesteuert. Das Eitihlaseventil braucht erst wieder vor Wiederaufsteuern der Einblaseöffnung durch die Steuerkante des abwärts gehenden Kolbens geschlossen zu werden und kann somit insgesamt Tiber einen Drehwinkel der Kurbelwelle von etwa i4o° Kurbelwinkel offenbleiben.
• Da die Einführung und Zerstäubung des Kraftstoffes nicht durch einen hohen Kraftstoffdruck, sondern durch Druckluft von wenigen Atmosphären Überdruck erfolgt, so braucht die Kraftstoffpumpe nur gegen den Speicherdruck von ungefähr 4 atü zu fördern. Außerdem hat sie auch bei Zweitaktmotoren für die Vorlagerung des Kraftstoffes eine sehr lange Förderdauer zur Verfügung, so daß eine Plungerpunipe mit beispielsweise sinusförmiger Hubbewegung des Plungers eine Saug- und Förderdauer über einen Kurbelwinkel von je iSo° zur Verfügung hat. Es ist auch möglich, ununterbrochen fördernde Kraftstoffpumpen zu verwenden, die stetig in den Speicherraum fördern.
• Da in dem Speicher bei Zweitaktmotoren nie ein Unterdruck entsteht, so kann der Speicher keinen Kraftstoff von Atmosphärendruck selbst ansaugen, sondern nur aus eitler Kraftstoffleitung mit Überdruck Kraftstoff entnehmen. Wird der Kraftstoff unter einem Druck zugeführt, der ungefähr gleich dem :größten Speicherdruck ist, so kann der Speicherraum selbst über ein von einem Regler gesteuertes Saugventil den .Kraftstoff ansaugen.
• In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Die Abhiklting zeigt einen Längsschnitt durch einen Zweitaktmotor gemäß der Erfindung. Der Motor arbeitet mit Kurbellcastenspülputnpe.
• i ist der Arbeitszylinder, 2 der Arbeitskolben und 3 die Pleuelstange, die in dem Kurbelgehäuse 4 die Kurbelwelle antreibt. 5 ist ein Gegengewicht, das an einer Kurbelwange angebracht ist. Im Zylinderkopf ist ein Speicherraum 6 angeordnet, der durch eine Leitung 7 mit dem Zylinderraum verbunden ist. Das Ende der Leitung 7 wird durch ein Ventil 8 gesteuert. Das öffnen des Ventils 8 erfolgt von einer Nockenwelle 9 aus über eine Stoßstange io und einen Kipphebel i i entgegen der Kraft der Ventilfeder 12. Von der Nockenwelle 9 aus. die von der Kurbelwelle angetrieben wird, wird außerdem die Kraftstoffpumpe 13 betätigt, die den Kraftstoa Tiber die Leitung 14 zu dem Ventil. 8 in der für eine lfotorumdrehung notwendigen Menge fördert und dort vorlagert. 15 ist eine Zündkerze und 16 ist der durch eine Drosselklappe gesteuerte Einlaßkanal für die Frischluft der Kurbelkastenspülpumpe.
• Der Motor besitzt Umkehrspülung, bei der die Spülkanäle zu beiden Seiten der Auslaßkanäle angeordnet sind. 17 ist ein Auslaßkanal und 18 ist ein Spülkanal.
• Beim Aufwärtshub des Arbeitskolbens 2 wird unmittelbar nach dem Schließen der Auslaßkanäle 17 das Ventil 8 geöffnet und ,die in dem Speicherraum 6 befindliche Luft strömt in den Zyl,inderra,um ein und reißt hierbei den am Ventil 8 vorgelagerten Kraftstoff mit. Das Ventil 8 bleibt auch nach dem Einblasen des Kraftstoffes weiter geöffnet. Der aufwärts gehende Arbeitskolben 2 verdichtet die Zvlinderladung und schiebt einen Teil des im Zylinder befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Speicherraum 6 über. Die Steuerung des Ventils 8 erfolgt in der Weise, daß dieses Ventil geschlossen wird, wenn der Druck in dem Speicherraum 6 ungefähr 5 ata erreicht hat. In dem Arbeitszylinder geht die Verdichtung des Brenrlstoff-Lift-Gemisches durch den Arbeitskoll>ett weiter, bis der obere Totpunkt erreicht ist. 1:s folgen Zündung und Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der Abwärtshub des Arl)eitskol@bens. Kurz vor dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens werden die AuslaBkanäle und dann ,die Spülkanäle geöffnet. Es erfolgt die Ausspülung des Zylinderraumes und der Aufwärtsgang des Arbeitskolbens. Sobald die Auslaßkanäle wieder geschlossen sind, setzt das soeben beschriebene Arbeitsspiel von neuem ein.

Claims (1)

1. PATE\TA\SPEL' i. Gemischverdichtende B,rennkraftmaschine mit Fremdzündung nach dem Vier- oder Zweitaktverfahren, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Einführung und Zerstäubung des Kraftstoffes in den Arbeitszylinder durch Druckluft, dadurch gekennzeichnet, daß .die Druckluft der Zylinderladung während des Verdichtungshubes .des Arbeitskolbens d urch eingesteuertes Ventil entnommen, in einem Speicherraum bis zum nächsten Einblasevorgang aufgespeichert und beim Einblasevorgang durch ein gesteuertes Ventil aus dem Speicherraum .in den Arbeitszylinder wieder zurückgelassen wird und daß der Kraftstoff für jeden Hub abgemessen durch eine regelbare Kraftstoffpumpe dem Einblaseventil vorgelagert wird. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, :daß ein und dasselbe gesteuerte Ventil den Übertritt der Luft aus dem Zylinder in den Speicherraum und den übertritt der Luft aus dem Speicherraum @in ,den Zylinder steuert. 3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i und 2, dadurch :gekennzeichnet, @daß das Einblaseventil über die ganze Dauer des Einblasens und des sich daran anschließenden Aufladens des Speicherraumes ununterbrochen geöffnet bleibt. 4. Brennkraftmaschine nach denAnsprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, .daß das Einblaseventil in der Zylinderwand in einem Abstand von etwa ioolo des Kolbenhubes unter der Stellung der Steuerkante des Kolbens von Zweitaktmotoren bei dessen oberer Totpunktstellung angeordnet wird. 5. Brennkraftmaschine nach denAnsprüchen i bis 3. dadurch gekennzeichnet, daB für mehrere Arbeitszvliinder ein gemeinsamer Speicherraum in Form einer Verbindungsleitung der einzelnen 1?inblaseventile verwendet wird. fi. Brennkraftmaschine nach denAnsprüchen i his 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Größe des Sheicherraunies 2o bis 30!;0 N-on der Größe des Hubraumes beträgt. 7. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 3, dadurchgekennzeichnet, daB der Speicher- rahm im Zylinderkopf unmittelbar hinter dem Einblase@-etttil angeordnet i@-ird.