DE19630520A1 - Kurbeltriebmotor mit maximalem Drehmoment bei höchstem Verbrennungsdruck - Google Patents

Description

Bei allen 4-Takt-Motoren ist ein Kompressionsraum erforderlich, in dem die Frischluft verdichtet und gezündet wird. Da diese Zündung im oberen Totpunkt der Arbeitskolbens erfolgen muß, erzeugt der Verbrennungsdruck keine tangentiale Kraft an der Kurbelwelle und somit auch kein Drehmoment.

Diese Erfindung soll diesen Nachteil beheben und zusätzlich ein größeres mittleres Drehmoment erzielen.

Sie besteht darin, daß der Brennraum im Hubraum des Arbeitskolbens gebildet wird, der nach einer Drehung der Kurbelwelle von ca. 35° hinter dem oberen Totpunkt genau das Volumen des Kompressionsraumes erreicht hat. Da der Brennraum während der Drehung mit verdichteter Frischluft gefüllt und in dieser Kurbelstellung Kraftstoff einge­ spritzt und gezündet wird, entsteht durch den Verbrennungsdruck eine Kolbenkraft, die an der Kurbel eine Tangentialkraft erzeugt, deren Größe etwa 70% der Kolbenkraft beträgt. Sie bewirkt das größte Drehmoment des gesamten Arbeitstaktes.

Auch in allen andern Zwischenstellungen des Arbeitskolbens ist der Gasdruck größer als bei den üblichen Motoren, weil das Volumen immer um das Volumen des Kompressionsraumes kleiner ist. Der größere Kolbendruck bewirkt ein höheres Drehmoment, das durch die günstigere Kurbelstellung noch vergrößert wird.

Das mittlere Drehmoment ist also bedeutend größer und ergibt bei gleichen Drehzahlen höhere Leistungen, die geforderte Leistung wird bereits bei niedrigeren Drehzahlen erreicht und dadurch der Kraft­ stoffverbrauch gesenkt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die angesaugte und ver­ dichtete Frischluft nicht mit verbrannten Abgasen vermischt ist.

Die Grundlage dieser Erfindung besteht darin, daß je zwei Zylinder zu einer Arbeitseinheit zusammengeschlossen werden.

Im Kompressionszylinder (1) mit dem Kolben (2) und den Ventilen (3) und (4) wird der Ansaug- und der Verdichtungstakt ausgeführt, im Arbeitszylinder (5) mit dem Kolben (6) und den Ventilen (7) und (8) der Arbeits- und der Auslaßtakt.

Der Kompressionsraum entfällt, der Zylinderkopf (9) besteht aus einer ebenen Platte, die im oberen Totpunkt beider Kolben die Zylinderräume bündig abschließt. Alle Ventile sind in dieser Platte eingebaut, die Ventile (7) und (8) des Arbeitszylinder werden durch die Nockenwelle gesteuert, die Ventile (3) und (4) des Kompressionszylinders wirken selbsttätig, können aber auch durch die Nockenwelle gesteuert werden. Auf der Kopfplatte befindet sich zwischen dem Auslaßventil (4) des Kompressionszylinders und dem Einlaßventil (7) des Arbeitszylinders ein beliebig großer Verbindungskanal (10). An der gemeinsamen Kurbel­ welle sind die Kurbeln um ca. 35° versetzt, der Kolben des Arbeits­ zylinders eilt vor. Bei diesem Kurbelwinkel ergibt die Höhe des Kol­ benhubes im Zylinder das Volumen des üblichen Kompressionsraumes.

Die Wirkungsweise läuft wie folgt ab:
Im Verbindungskanal (10) befindet sich noch die verdichtete Frisch­ luft des vorherigen Verdichtungstaktes. Die Ventile (4) und (7) sind geschlossen. Im Kompressionszylinder (1) wird die Frischluft über das Ventil (3) angesaugt und gegen das Ventil (4) verdichtet. Gleichzeitig hat der Kolben (6) des Arbeitszylinders (5) das ver­ brauchte Gas des vorherigen Arbeitstaktes über das Ventil (8) aus­ gestoßen und befindet sich in der oberen Totlage. Das Ventil (8) wird geschlossen und die Ventile (4) und (7) geöffnet.

Die inzwischen auf Kompressionsdruck des Motors verdichtete Frisch­ luft wird durch den Kolben (2) des Kompressionszylinder über den Verbindungsraum (10) in den Hubraum des Arbeitskolbens geschoben. Nach einer Wellendrehung von ca. 35° hat der Verbrennungsraum (11) über dem Arbeitskolben die Größe des üblichen Kompressionsraumes erreicht und der Ansaugkolben (2) den oberen Totpunkt.

Die Ventile (4) und (7) werden geschlossen, dadurch verbleibt ver­ dichtete Frischluft im Verbindungskanal (10). Im geschlossenen Verbrennungsraum (11) wird Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch gezündet.

Der weitere Ablauf des Verfahrens ist allgemein bekannt.

Die Ausnutzung der restlichen Abgasenergie erfolgt wie üblich. Da der Auslaßdruck dieses Motors größer als bei üblichen Motoren ist, kann auch eine 2. Arbeitsstufe angeschlossen werden.

Durch eine einfache Konstruktionsänderung kann eine Alternativ-Lö­ sung erreicht werden, die bestimmte Vorteile gegenüber der vorbe­ schriebenen Ausführung hat.

Durch Erweiterung des Verbindungskanals (10) zu einem Druckluftbe­ hälter (12) können die Kompressionszylinder (13) und die Arbeits­ zylinder (14) jeweils zu einem Block zusammengefaßt werden, die konstruktiv getrennt sind und unabhängig von einander arbeiten. Hierbei ist die Verwendung von Kompressoren anderer Bauarten möglich und bei stationären Anlagen eine Zentralversorgung mehrerer Motoren.

In Fig. 1 wird die Stellung der Kolben und Ventile im Zündzeitpunkt dargestellt.

Im Kompressionszylinder (1) befindet sich der Kolben (2) im oberen Totpunkt. Die Ventile (3) und (4) sind geschlossen.

Im Arbeitszylinder (5) hat der Kolben (6) die Stellung erreicht, bei der der Raum bis zur Zylinderkopfplatte (9) dem Verbrennungsraum (11) entspricht. Die Ventile (7) und (8) sind geschlossen. In dieser Stellung wird der Kraftstoff eingespritzt und das Gemisch gezündet.

Die Einspritz- und die Zündvorrichtung sind nicht dargestellt.

In Fig. 2 ist die Alternativ-Lösung dargestellt.

Der Kompressorblock (13) saugt über die Ventile (3) die Frischluft an und drückt sie über die Ventile (4) in den Druckbehälter (12). Die verdichtete Frischluft wird über die Ventile (7) in den Arbeits­ zylinder geführt und nach dem Arbeitstakt über die Ventile (8) ausgestoßen. Der Ablauf des Arbeitstaktes erfolgt wie in Fig. 1 beschrieben.

Claims (5)

1. Kurbeltriebmotor mit maximalem Drehmoment bei höchstem Ver­ brennungsdruck, nach dem 4-Takt-Verfahren arbeitend, bei dem immer 2 Zylinder zu einer Arbeitseinheit zusammengeschlossen sind, der eine als Kompressor (1), der andere als Arbeitsmaschine (5) wirkend, bei denen der Kompressionsraum entfällt und der Zylinderkopf aus einer ebenen Platte (9) besteht, die die Zylinderräume in der oberen Totlage der Kolben bündig abschließt und deren Kurbeln an der ge­ meinsamen Kurbelwelle so versetzt sind, daß der Kolbenhub ein Volumen ergibt, das dem üblichen Kompressionsraum entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (4) des Kompressorzylinders mit dem Einlaß­ ventil (7) des Arbeitszylinders durch einen beliebig großen Verbin­ dungskanal (10) verbunden sind, der ständig mit verdichteter Frisch­ luft gefüllt ist.

2. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hubraum des Arbeitskolbens (6) nach Überschreitung des oberen Totpunktes der Verbrennungsraum (11) gebildet wird, der vom Kompres­ sionskolben (2) über den Verbindungskanal (10) mit verdichteter Frisch­ luft gefüllt wird, bis das Volumen des üblichen Kompressionsraumes erreicht ist und der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat.

3. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Schließen der Ventile (4) und (7) der Verbindungskanal (10) und der Verbrennungsraum (11) abgeschlossen werden, so daß Kraftstoff eingespritzt und gezündet werden kann.

4. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Auslaßtaktes das Abgas in eine 2. Arbeitsstufe gelei­ tet und dort ganz entspannt wird.

5. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (10) zu einem Druckluftbehälter (12) er­ weitert wird und die Zylinder konstruktiv unabhängig von einander sind, wodurch auch Kompressoren anderer Bauart verwendet werden können.