DE4335515C2 - Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und Schichtladung - Google Patents
Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und SchichtladungInfo
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Description
Aus der DE-PS 9 06 633 ist ein Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit
einer Zylinderladung aus drei Schichten bekannt. Es ist ferner bekannt, daß
Ottomotoren mit Schichtladung betrieben werden, um große Luftzahlen (λ < 1,1)
zu erzielen und so durch motorische Maßnahmen den Schadstoffanteil im Abgas
(HC, CO, CO₂ und NOx) zu reduzieren. Bei Viertaktmotoren werden auch
variable Ventilsteuerzeiten für diese Aufgabe eingesetzt. Der Zweitaktmotor hat
als generellen Nachteil die schwer überschaubare Vermischung von Abgas und
Frischladung während des Ladungswechsels. Regelorgane in der Abgasleitung
beeinflussen vor allem über die Veränderung von Gasschwingungen die
Gesamtladung des Zylinders.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
die Vorteile des Zweitaktmotors in Bezug auf geringe Reibungsverluste und
niedrige Drehzahl (kein Leerhub wie der Viertaktmotor) mit einem gut steuer
baren Ladungswechsel zu verbinden und damit die Schadstoff-Entstehung bei
der Verbrennung zu vermindern.
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 6 aufgeführten
Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch
motorische Maßnahmen die Zylinderladung in drei Schichten (A, B, C) aufgeteilt
wird, deren Mengen regelbar und so aufeinander abstimmbar sind, daß in jedem
Betriebszustand die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe minimal
sind. Erreicht wird dies mit einem Gegenkolben-Zweitaktmotor mit Gleichstrom
spülung, bei dem eine Kurbelwelle gegenüber der anderen während des
Betriebes verdrehbar ist (Δα), wodurch sich die Steuerzeiten ändern. Dies hat
zur Folge, daß das Ausströmen der Abgase regelbar ist und damit auch die im
Zylinder verbleibende Restmenge (A). Diese wiederum bestimmt die ein
strömende Frischluftmenge. Bei vorgegebener optimaler Luftzahl kann die Zu
messung von Kraftstoff so erfolgen, daß sich eine kraftstoffreiche, zündfähige
Kraftstoff-Luft-Schicht (C) bildet und eine Luftschicht (B) erhalten bleibt. Damit
ist über den gesamten Drehzahlbereich bei gleichbleibendem Verdichtungs
verhältnis eine echte Qualitätsregelung für alle Lastzustände möglich.
Werden zum Einbringen des Kraftstoffes mehrere Düsen (E) verwendet, dann
wird die Zeit zur Gemischbildung entsprechend klein, und der Einspritzbeginn
kann sehr spät erfolgen. Dadurch schwindet die Zeit für die stille Vorreaktion des
Kraftstoffes, die für klopfende Verbrennung verantwortlich ist. Es können nieder
oktanische, reaktionsschnelle und wasserstoffreiche Kraftstoffe, z. B. Destillat
benzine, die zum größten Teil aus n-Hexan (C₆H₁₄) bestehen, verbrannt werden.
Die Gemischbildung findet unmittelbar über dem heißen Kolbenboden mit einem
Teil der Frischluftmenge statt, und das Gemisch wird vom Kolben zwangsweise
zur Zündkerzenposition transportiert. Da die Spülluft in Richtung vieler kurzer
Sekanten in den Zylinder eintritt, findet eine starke Rotation mit erwünschten
lokalen Turbulenzen der Luftsäule im Zylinder statt, was die Gemischbildung und
die Brenngeschwindigkeit verbessert. Bei reaktionsschnellen Kraftstoffen kann
der Zündzeitpunkt in den oberen Totpunkt der Kolbenbewegung zurückverlegt
werden, der steile Druckanstieg wandert in den Expansionshub und sorgt für ein
günstiges Heizgesetz.
Der lange Zylinder eines Gegenkolbenmotors hat bereits (wegen der fehlenden
Zylinderköpfe) eine geometrisch minimierte Wandfläche. Bei Einsatz einer
isolierenden Wand (D) im Hochtemperaturbereich des Brennraumes wird die
Wärmeabfuhr verringert, der thermische Wirkungsgrad steigt, der Kraftstoffver
brauch sinkt und mit ihm die entstehende CO₂-Menge.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 enthalten.
Die Verwendung von niederoktanischen, hochsiedenden Kraftstoffen ist ebenfalls
möglich, wobei eine Vorwärmung des Kraftstoffes vorteilhaft ist für eine geringe
Oberflächenspannung und damit bessere Zerstäubung durch die Düsen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 den Motor mit
dem im Betrieb verstellbaren Winkel Δα,
der Abgasrestschicht A, die durch die Verstellung Δα regelbar ist,
der die Außenwand des Brennraumes bildenden Isolierschicht D und
den am Umfang des Zylinders angeordneten Einspritzdüsen E.
dem im Betrieb verstellbaren Winkel Δα,
der Abgasrestschicht A, die durch die Verstellung Δα regelbar ist,
der die Außenwand des Brennraumes bildenden Isolierschicht D und
den am Umfang des Zylinders angeordneten Einspritzdüsen E.
Fig. 2 den Motor bei fortgeschrittener Verdichtung mit
abgeschlossenen Ein- und Auslaßkanälen,
der Abgasrestschicht A und
dem Einspritzvorgang durch die Einspritzdüsen E.
der Abgasrestschicht A und
dem Einspritzvorgang durch die Einspritzdüsen E.
Fig. 3 den Motor im Zustand der fast vollendeten Verdichtung mit
der Abgasrestschicht A,
der zündfähigen Kraftstoff-Luft-Schicht C und
der dazwischen liegenden Luftschicht B.
der zündfähigen Kraftstoff-Luft-Schicht C und
der dazwischen liegenden Luftschicht B.
Die eventuell die Oberteile der Kolben passierenden Bypassgase F
verlassen den Zylinder in die Einlaß- und Auslaßkanäle hinein.
Claims (6)
1. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung und Kraft
stoff-Direkteinspritzung in den Zylinder, wobei
die Zylinderladung aus drei Schichten besteht, einer kraftstoffreichen
zündfähigen Schicht, einer Luftschicht und einer Abgasrestschicht, deren
Menge durch Veränderung der Steuerzeiten auf der Auslaßseite durch
Verdrehen einer Kurbelwelle gegenüber der anderen Kurbelwelle im Betrieb
geregelt wird.
2. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Abgasrestschicht zur Mini
mierung der Schadstoffe geregelt wird.
3. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Abgasrestschicht zusätzlich zur
Veränderung des Drehmomentes geregelt wird.
4. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Direkteinspritzung über mehrere,
am Umfang des Zylinders im Kolbenhub-Bereich verteilte Düsen erfolgt.
5. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand im Brennraum aus einer
kreisringförmigen Scheibe mit niedriger Wärmeleitzahl besteht.
6. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung einer zündfähigen Kraftstoff-Luft-
Schicht unmittelbar über dem heißen Kolbenboden erfolgt.
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DE19934335515 DE4335515C2 (de) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und Schichtladung |
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