DE3802836A1

DE3802836A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3802836A1
Application number: DE3802836A
Authority: DE
Inventors: Joern Martens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1989-08-03

Description

Verbrennungskraftmaschinen mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben einen Arbeitsraum begrenzt, und dieser Kolben über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist, sind, z. B., als 4-Takt- Verbrennungsmotoren aus der Literatur bekannt. Dieses Verfahren soll auch bei der erfindungsgemäßen Konstruktion Anwendung finden, und zwar als "Einspritzmotor", so z. B. als Ottomotor oder Dieselmotor. Der Ladungswechsel, also der Gasaustausch Verbrennungsgase/ Frischgas im Arbeitsraum (2), findet beim schnellaufenden Verbrennungsmotor dieses Typs in der Regel über mechanisch gesteuerte Ventile statt. Die Bestrebung der Konstrukteure, den Gasaustausch im Interesse einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit des betreffenden Motors schneller und effektiver zu gestalten, führte zu vergrößerten Ein- und Auslaßquerschnitten durch Vergrößerung des Ventilquerschnittes und/oder Erhöhung der Zahl der Ventile. Hierdurch erhöhte sich nicht nur die Zahl der beweglichen Teile. Es kam auch zu einer Steigerung der Fertigungskosten. In vielen Fällen ging diese Entwicklung auch zu Lasten der Standfestigkeit, wodurch Defekthäufigkeit und Wartungskosten steigen. -

Die erfindungsgemäße Konstruktion beschreitet hier einen grundsätzlich anderen Weg: Die Zahl der Ventile wird auf eins reduziert, der erfindungsgemäße Motor daher von mir "Monoventilmotor" genannt.

Durch die Integration von Zündvorrichtung (9) und Einspritzvorrichtunng (6) in das Ventil (1) kann der Ventiltellerdurchmesser (d) und damit der Ventilquerschnitt so groß gewählt werden, daß das Ventil (1) zusammen mit dem Ventilsitz (25) den oberen Abschluß des Arbeitsraumes (2) darstellt.

Die Zahl der Ventilhübe ist, gegenüber einem konventionellen 4-Takt-Verbrennungsmotor mit je einem Einlaß- und einem Auslaßventil vergleichbarem Hubvolumens, durch diese "einventilige" Bauweise drastisch gesenkt worden. Mußten die Ventile bisher jeweils während einer halben Kurbelwellenumdrehung geöffnet und auch wieder geschlossen werden, so genügt jetzt bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eine Ventil-Öffnung und eine Schließung pro Kurbelwellenumdrehung (Fig. 3-6). Hierdurch wird eine, von einer Regelelektronik gesteuerte Ventilbetätigung möglich, die erfindungsgemäß elektromagnetisch erfolgt (Fig. 1). Es ist natürlich auch eine herkömmliche, rein mechanische Ventilbetätigung, z. B. über eine von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle (26), möglich. Das Ventil (1) ist so zu steuern, daß es für jeweils zwei aufeinanderfolgende Arbeitstakte des Motors geschlossen (Fig. 3: Verdichtung des Frischgases - Fig. 4: "Arbeitstakt"), und während der folgenden beiden Takte (Fig. 5: Ausstoßen der Verbrennungsgase - Fig. 6: Ansaugen des Frischgases) wieder geöffnet ist. Der genaue Zeitpunkt für die Betätigung des Ventils (1) wird durch die erfindungsgemäße Regelelektronik (23) in Abhängigkeit von Kolbenbewegung (z. B. induktiv über einen Geber (27) an der Kurbelwelle ermittelt), Gashebelstellung (Drehzahl-Sollwert-Geber (28)), Drehzahl-Istwert (Drehzahl-Istwert-Geber (29)), und vom Druck im Saugrohr (10) abhängig, zusammen mit dem Förderbeginn und der Fördermenge der Brennstoffeinspritzpumpe (30) errechnet und über den Einspritz-Regler (31) bzw. über die Ventilsteuerung (32) gesteuert. Einlaßquerschnitt und Auslaßquerschnitt (7) sind bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Konstruktion identisch. Es erfolgt hier also sowohl die Füllung des Arbeitsraumes (2) mit Frischgas, als auch die Ausstoßung der Verbrennungsgase aus dem Arbeitsraum (2) über das Sammelrohr (10), das auf einer Seite den Einlaß-/Auslaßquerschnitt (7) aufweist, der, bei geöffnetem Ventil (1), zwischen dem Ventil (1) und dem Ventilsitz (25) frei wird, und dessen, vom Zylinder (4) abgewandte Seite, über eine Düse (12) sowohl mit dem "Auspuff" durch den Auslaßkrümmer (13), als auch durch Öffnungen (8) zu einem Ringkanal (11) um die Düse (12) mit dem "Ansaugtrakt" durch den Ansaugkrümmer (14) verbunden ist. Diese Düse (12) ist dabei so gestaltet, daß ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck im Bereich der Öffnungen (8) durch die daran während des "Auspuff"-Taktes vorbeiströmenden Verbrennungsgase entsteht, und so Frischgas (Frischluft) über den Ringkanal (11) durch diese Öffnungen (8) angesaugt wird. Der "Abgastrakt" ist so auszulegen, daß die Verbrennungsgase nach dem Arbeitstakt relativ ungehindert durch den "Auspuff" entweichen können und durch ihre kinetische Energie zu einem immer weiter während des "Auspuff"-Taktes ansteigenden Frischgasanteil, durch die, über die Öffnungen (8), infolge des dort herrschenden Unterdrucks angesaugte Frischluft führen. Die Restenergie der Auspuffgase wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion also für den Ladungswechsel teilweise noch genutzt, und das ohne zusätzliche Aggregate, wie z. B. Abgaslader, also ohne eine Erhöhung der Zahl der beweglichen Teile, was sich bei erhöhter Leistung (erhöhtem Wirkungsgrad rein rechnerisch), positiv auf die Standfestigkeit und auf die Fertigungskosten auswirkt. Diese positiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen Konstruktion zeigen sich noch in verstärktem Maße bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Konstruktion, die einen, in den Ventilschaft (20) integrierten Frischluft-Kanal (42) besitzt. Dieser Frischluft-Kanal (42) ist einerseits über Öffnungen (37) mit dem Sammelrohr (10), andererseits indirekt, über das Verbindungsrohr (38) mit dem Ringkanal (11) verbunden. Die Öffnungen (37) im Ventil (1) sind dabei so zu gestalten, daß sie sich im Bereich mit überwiegend "Unterdruck" befinden, der Anschluß des Verbindungsrohres (38) dagegen soll in dem Bereich des Ringkanals (11) münden, an dem ein relativer "Überdruck" herrscht, so, z. B., an der, der Öffnung des Ansaugkrümmers (14) diametral gegenüberliegenden Seite des Ringkanals (11). Das Druckgefälle zwischen den beiden Öffnungen des Ringkanals (11) bewirkt, bei geschlossenem Ventil (1) speziell, einen besonders effizienten Gasaustausch im Sammelrohr (10). Die durch den Ventilschaft (20) vorzugsweise konzentrisch zur Einspritzvorrichtung (Einspritzdüse) (6) strömende Luft im Frischluft-Kanal (42) hat zudem einen kühlenden Effekt in Bezug auf das Ventil (1), was sich sehr positiv auf dessen Standfestigkeit auswirkt, und relativ leichte Ventilkonstruktionen ermöglicht. Die in das Ventil (1) integrierte Zündvorrichtung (9) besteht in der Hauptsache aus einer inneren Ringelektrode (16) und, getrennt davon durch einen elektrischen Isolator (19), einer äußeren Ringelektrode (17), zwischen denen mehrere, am Umfang der inneren Ringelektrode (16) befindliche Funkenstrecken-Warzen (18) für einen definierten Überschlag des Zündstromes von der Zündelektronik (41) sorgt. Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht mit dieser relativ groß zu dimensionierenden Zündvorrichtung (9) eine rasche und gleichmäßige Zündung des Gemisches im Arbeitsraum (2) mit der daraus resultierenden Verbesserung des Wirkungsgrades.

Liste der Bezugszeichen

Claims

1. Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben einem Arbeitsraum begrenzt, und dieser Kolben über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verbrennungskraftmaschine so gestaltet ist, daß der Ladungswechsel über ein einziges Ventil (1) erfolgt, und dieses Ventil (1) gleichzeitig sowohl den Einlaßquerschnitt, als auch den Auslaßquerschnitt (7), der identisch mit dem Einlaßquerschnitt ist, zu einem gemeinsamen Sammelrohr (10) für Einlaß und Auslaß verschließen, bzw. freigeben kann, und das Sammelrohr (10) einerseits über das Ventil (1) mit dem Arbeitsraum (2) verbunden, andererseits über eine Düse (12) sowohl mit dem "Auspuff" durch den Auslaßkrümmer (13), als auch durch Öffnungen (8) zu einem Ringkanal (11) um die Düse (12), mit dem "Ansaugtrakt" durch den Ansaugkrümmer (14) verbunden ist.

2. Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (4) und die Einspritzvorrichtung (6) integrierte Bestandteile des Ventils (1) sind, und die Zündvorrichtung hauptsächlich aus einer äußeren Ringelektrode (17) und einer inneren Ringelektrode (16) mit einer Mehrzahl von "Funkenstrecken"-Warzen (18) besteht.

3. Verbrennungsmaschine gemäß den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigung elektromagnetisch so erfolgt, daß das Ventil (1) bei einer Ausführung des Motors nach dem Viertaktverfahren für jeweils zwei aufeinanderfolgende Takte des Motors geschlossen, und während der folgenden beiden Takte wieder geöffnet ist.

4. Verbrennungskraftmaschine gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerelektronik (23) so geschaltet und mit einem Geber (27) für die Kolbenposition, einem Drehzahl-Sollwert-Geber (28), einem Drehzahl-Istwert-Geber (29) und einem Sensor (33) für den Druck im Sammelrohr (10) und so verbunden ist, daß der genaue Zeitpunkt für die Betätigung des Ventils (1) von der Steuerelektronik (23) berechnet und über die Ventilsteuerung (32) gesteuert wird und auch der Förderbeginn und die Fördermenge der Brennstoffeinspritzpumpe (30) so von dieser Steuerelektronik (23) berechnet und über den Einspritz-Regler (31) geregelt wird, und die Zündvorrichtung (9) betätigt wird.

5. Verbrennungskraftmaschine gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (24) zusammen mit dem Ventilsitz (25) allein den Abschluß des Arbeitsraumes (2) zu der, dem Kolben (5) entgegengesetzten Seite darstellt.

6. Verbrennungskraftmaschine gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) einen Frischluft-Kanal (42) aufweist, der oberhalb des Ventiltellers (24) in Öffnungen (37) mündet, und auf der anderen Seite indirekt über ein Verbindungsrohr (38) mit dem Ringkanal (11) druckdicht verbunden ist.