DE102011017247A1

DE102011017247A1 - Viertaktmotor und Verfahren zu seinem Betrieb

Info

Publication number: DE102011017247A1
Application number: DE201110017247
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Viertaktmotor, ein Verfahren zu seinem Betrieb und ein Kraftstoffeinspritzverfahren. Ein Viertaktmotor folgendes enthält: – einen doppelwandigen Zylinder Z (mit einem Zylinderkopf ZK), in dem sich ein Kolben K hin- und her bewegt, – das/die unterhalb des Kolbens K angeordnete(n) Einlassventil(e) Ein, – das/die im Zylinderkopf ZK angeordnete(n) getriebene(n) Auslassventil(e) Aus, und dadurch gekennzeichnet, dass – der Zylinderkopf ZK doppelwandig ausgeführt ist, – der Zylinder Z einen Führungsteil ZF hat, der geradlinige Bewegung der Kolbenstange T und ihr gasdichtes Unterbringen gewährleistet, und der Motor beinhaltet auch folgendes: – einen zwischen den Wänden des Zylinders Z und des Zylinderkopfes ZK angeordneten, ganzen Brennraum B umgebenden Wärmetauschraum M als einheitlicher Verbundraum zwischen Brenn- B und Unterkolbenraum U, – das/die im Zylinderkopf ZK angeordnete(n), den Brenn- B mit/von dem Wärmetauschraum M verbindende(n)/absperrende(n) Ansaugventile An, – das im Zylinder Z angeordnete, den Unterkolben- U mit/von dem Wärmetauschraum M verbindende/absperrende Sperrventil S. Es ist mindestens ein zellenartiger Wärmetauscher W zwischen dem eigentlich Zylinder Z und seiner Buchse C untergebracht, so dass er ganzes Volumen des Wärmetauschraums M des Zylinders Z ausfüllt (sowie mindestens ein zellenartiger Wärmetauscher W zwischen den Wänden des Zylinderkopfes ZK, so dass er ganzes Volumen des Wärmetauschraums M des Zylinderkopfes ZK ausfüllt), oder der Wärmetauschraum M aus mindestens einem zellenartigen Wärmetauscher W besteht, der einstückig mit dem eigentlich Arbeitszylinder Z (und dem Zylinderkopf ZK) ausgeführt ist. Als eine Variante – ein lufteinsaugender Viertaktmotor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Einspritzelement E in seinem Wärmetauschraum M angeordnet ist. Das Verfahren zum Betrieb des vorgeschlagenen Motors beinhaltet Vorverdichten des Frischgases im Unterkolbenraum U beim Abwärtsgehen des Kolbens K – bei Arbeits- und Ansaugtakt [bei geschlossenem(n) Einlassventil(en) Ein] und dadurch gekennzeichnet, dass – Einlass des Frischgases erfolgt nur in den Unterkolbenraum U [durch das/die Einlassventil(e) Ein bei geschlossenem Sperrventil S] – beim Aufwärtsgehen des Kolbens K: bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt, – bei erstem Vorverdichten des Frischgases wird es aus dem Unterkolbenraum U in den Wärmetauschraum M (durch das Sperrventil S) verdrängt, – das in den Wärmetauschraum M einströmende vorverdichtete Frischgas wird wegen der Erwärmung von den Zellenwänden des Wärmetauschers W und den Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, – Ansaugen des zu verbrennenden Gases in den Brennraum B erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum M [durch das/die Ansaugventil(e) An].

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertaktmotor, ein Verfahren zu seinem Betrieb und ein Kraftstoffeinspritzverfahren.
Die Idee der Benutzung des Vorverdichtens vom Frischgas in der Kurbelkammer vom abwärts gehenden Kolben ist für Zweitaktmotoren seit langem realisiert. Sie haben Kurbelkammerspülpumpe mit einem Überströmkanal: ein zu einer Seite des Zylinders verschobener, rohrförmiger Verbundraum zwischen der Kurbelkammer und dem Einlassschlitz.
Es sind Extrapolationen dieser Idee auf Viertaktmotoren mit Verwendung des Überströmkanals bekannt: Dokumente CH 154282 , DE 645261 , DE 1576235 , DE 2261180 , DE 2708729 , DE 3022901 , DE 3438031 , DE 19649202 , DE 19825490 , GB 160296 , GB 2254884 , JP 58167822 . Der nächstliegende Stand der Technik ist Konstruktion nach Dokument WO 1999064734 , die mit folgenden Nachteilen belastet ist:

– ihr Bau ist wesentlich komplizierter als Bau von herkömmlichen Viertaktmotoren,
– das Überleitungsrohr, das gewöhnlichem Überströmkanal der Zweitaktmotoren gleich ist, vergrößert den Bau wesentlich,
– zwei Einlassanschlüsse: für Einsaugung des Frischgases vom Außen in den Brennraum und den Unterkolbenraum – davon: doppelte Anzahl der Einspritzpunkte für Benziner,
– zusätzlicher Zwischenraum zwischen dem Überleitungsrohr und dem Brennraum,
– zusätzliches Ventil zur Verbindung/Absperrung dieses Zwischenraums mit/von dem Überleitungsrohr; es soll Verhältnis zwischen dem Frischgasstrom vom Außen und dem Strom vorverdichteten Frischgases aus dem Überleitungsrohr in Abhängigkeit von Belastung regulieren, aber wie – das fordert eine auszuarbeitende Lösung,
– der Überdruck im Unterkolbenraum ist klein, weil erstens: es ist unmöglich, die im Zylinder schwenkende Pleuelstange gasdicht abzudichten, zweitens: Differenz zwischen dem Hubraum und dem Volumen vom Kolbenboden bis zum Kurbelkammerboden ist gering, und drittens: der Querschnitt des Überleitungsrohrs ist dafür zu klein, und zusätzliche Überleitungsrohre würden den Bau unzulässig verkomplizieren; deswegen läuft Befüllung des Brennraums folgendermaßen ab: anfangs – Direkteinsaugen (vom Außen), dann – Ansaugen des vorverdichteten Frischgases aus dem Unterkolbenraum als „zusätzliche Gasmenge”.

In Automotoren verwendet man zwei Kraftstoffeinspritzverfahren: Niederdruck-Saugrohreinspritzung und Hochdruck-Direkteinspritzung (in den Brennraum).
Der größte Nachteil der Saugrohreinspritzung ist der Kraftstoffniederschlag im Saugrohr.
Die Nachteile der Direkteinspritzung beim Ottomotor:

– größerer Pumpen- und Düsenverschleiß wegen hohen Einspritzdrucks,
– wegen hoher Brennraumtemperaturen besteht Gefahr, dass Düsennadel hängen bleibt, der Nadelsitz undicht wird und Düsenbohrung verkokt wird,
– Unterbringen der Einspritzdüse am Brennraum verkleinert Raum für Gaswechselkanäle,
– Ottokraftstoff-Luft-Gemisch vor der Verdichtung ist nicht homogen:
– bei luftgeführtem Brennverfahren – wegen Benetzung von Brennraumwänden,
– bei wandgeführtem Brennverfahren – wegen verkomplizierter Brennraumwände;
– bei strahlgeführtem Brennverfahren findet eine deutliche thermische Wechselbelastung auf die Zündkerze statt, so dass ihr dauerhafter Betrieb nicht sichergestellt ist.

Es sind Verfahren bekannt, die Verbrennung vom Dieselkraftstoff optimieren sollen:

– Voreinspritzen in den Brennraum; seine Nachteile: erhöhte Rußemission und ungleichmäßiges Verteilen des Kraftstoffs im Brennraum;
– Einspritzen in den Brennraum mit zwei Einspritzelementen nach DE 102006014071 ; der Nachteil – reduzierter Gaswechsel: der Raum für Gaswechselkanäle ist verringert, weil er für zweites Einspritzelement abgenommen ist.

Es sind folgende Kennzeichnungen für die Abbildungen angegeben:

An: – angetriebenes Ansaugventil,
Aus: – angetriebenes Auslassventil,
B: – Brennraum,
C: – Zylinderbuchse (weiter – Buchse),
E: – Niederdruck-Einspritzventil am Wärmetauschraum M,
Ein: – selbsttätiges Einlassventil,
F: – Kerze,
K: – Kolben,
L: – Natriumfüllung,
M: – Wärmetauschraum,
N: – Nocken,
S: – selbsttätiges Sperrventil,
T: – Kolbenstange,
U: – Unterkolbenraum,
V: – Hochdruck-Einspritzdüse am Brennraum B,
W: – Wärmetauscher,
Z: – Arbeitszylinder (weiter – Zylinder),
ZF: – Führungsteil des Zylinders Z,
ZK: – Zylinderkopf.

Vereinfachte Ausführungsvarianten des vorgeschlagenen Motors:
– Zylinder Z mit einem Zylinderkopf ZK,
– Ottomotor beim Ansaugen,
– Dieselmotor beim Ausstoßen,
– – Gaswechsel bei vier Verfahrenschritten,
– Arbeitsspiel eines Ottomotors,
– Arbeitsspiel eines Dieselmotors.
Die Ziele vorliegender Erfindung sind

1 – das Schaffen eines Viertaktmotors, der erhöhte Wirkungsgrad, Leistung und Drehmoment bei verringertem spezifischem Kraftstoffverbrauch hat,
2 – das Schaffen eines Verfahrens zu seinem Betrieb, dessen Realisation den Bedarf am Kühlsystem und am Aufladungssystem eliminiert, so dass der Motor sich selbst auflädt und abkühlt, wobei vorgeschlagener Motor und Verfahren seines Betriebs keine Nachteile von den erwähnten Prototypen aufweisen,
3 – das Schaffen eines Kraftstoffeinspritzverfahrens, das keine oben erwähnten Nachteile der Saugrohr- und Direkteinspritzungen aufweist.

Diese Ziele werden dadurch erreicht, dass ein Viertaktmotor folgendes enthält:

– einen doppelwandigen Zylinder Z (mit einem Zylinderkopf ZK), in dem sich ein Kolben K hin- und her bewegt,
– das/die unterhalb des Kolbens K angeordnete(n) Einlassventil(e) Ein,
– das/die im Zylinderkopf ZK angeordnete(n) getriebene(n) Auslassventil(e) Aus, und dadurch gekennzeichnet, dass
– der Zylinderkopf ZK doppelwandig ausgeführt ist,
– der Zylinder Z einen Führungsteil ZF hat, der geradlinige Bewegung der Kolbenstange T und ihr gasdichtes Unterbringen gewährleistet, und der Motor beinhaltet auch folgendes:
– einen zwischen den Wänden des Zylinders Z und des Zylinderkopfes ZK angeordneten, (fast) ganzen Brennraum B umgebenden Wärmetauschraum M als einheitlicher Verbundraum zwischen Brenn- B und Unterkolbenraum U,
– das/die im Zylinderkopf ZK angeordnete(n), den Brenn- B mit/von dem Wärmetauschraum M verbindende(n)/absperrende(n) Ansaugventile An,
– das im Zylinder Z angeordnete, den Unterkolben- U mit/von dem Wärmetauschraum M verbindende/absperrende Sperrventil S.

Zwecks effektiven Wärmeaustausches im Wärmetauschraum M

– mindestens ein zellenartiger Wärmetauscher W zwischen dem eigentlich Zylinder Z und seiner Buchse C untergebracht ist, so dass er das Volumen des Wärmetauschraums M des Zylinders Z ausfüllt,
– oder der Wärmetauschraum M aus mindestens einem zellenartigen Wärmetauscher W besteht, der einstückig mit dem eigentlich Zylinder Z ausgeführt ist.

Der Wärmeaustausch im Wärmetauschraum M geschieht zwischen durchströmendem vorverdichtetem Gas aus dem Unterkolbenraum U und den Zellenwänden des Wärmetauschers W sowie den Brennraumwänden des Zylinders Z und Zylinderkopfs ZK. Dieses Gas kühlt die Zellen- und Brennraumwänden intensiv und dabei der Erwärmung, davon – zusätzlicher, doppelter Vorverdichtung ausgesetzt.
Als eine Variante des vorgeschlagenen Motors ist ein lufteinsaugender Viertaktmotor mit einer Kraftstoffeinspritzanlage zur Einbringung von Kraftstoff in einen Raum, der sich außerhalb des Arbeitsraums befindet, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Einspritzelement E in seinem Wärmetauschraum M angeordnet ist.
Die Kraftstoffeinspritzung beim vorgeschlagenen Motor kann sowohl üblicherweise als auch in den Wärmetauschraum M erfolgen. Für Einspritzung in den Wärmetauschraum M ist das Niederdruck-Einspritzventil E zu verwenden, das am wärmsten Bereich des Wärmetauschraums M (z. B. zwischen Auslassventilen Aus) angebracht soll zwecks sicherer Verdampfung des Kraftstoffs, wobei bei Dieselmotoren die Voreinspritzung mit der Bildung armen, nicht selbstzündfähigen Gemisches erfolgt, dabei maximal große Voreinspritzmenge (wesentlich größerer Anteil als bei bekannten Dieselverfahren) anzustreben ist, so dass das Verdichten im Brennraum B an der Grenze der Selbstzündung erfolgen soll; da die Durchmischung des Kraftstoffs mit vorverdichteter Luft im Wärmetauschraum M einige Takte dauert, ist das Gemisch hoch homogenisiert.
Die Gaswechselräume: Brenn- B, Unterkolben- U und Wärmetauschraum M kontaktieren miteinander [durch das/die Ansaugventil(e) An und das Sperrventil S] ohne Zwischenraum.
Das Verfahren zum Betrieb des vorgeschlagenen Motors beinhaltet Vorverdichten des Frischgases (des Frischgemisches oder der Frischluft) im Unterkolbenraum U beim Abwärtsgehen des Kolbens K – bei Arbeits- und Ansaugtakt [bei geschlossenem(n) Einlassventil(en) Ein]
und dadurch gekennzeichnet, dass

– Einlass des Frischgases erfolgt nur in den Unterkolbenraum U [durch das/die Einlassventil(e) Ein bei geschlossenem Sperrventil S] – beim Aufwärtsgehen des Kolbens K: bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt,
– bei/nach erstem Vorverdichten des Frischgases im Unterkolbenraum U wird es in den Wärmetauschraum M (durch das Sperrventil S) verdrängt,
– das in den Wärmetauschraum M einströmende vorverdichtete Frischgas wird wegen der Erwärmung von den Zellenwänden des Wärmetauschers W und von den Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt,
– Ansaugen des zu verbrennenden Gases in den Brennraum B erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum M [durch das/die Ansaugventil(e) An].

Das Verfahren zum Betrieb der Variante des vorgeschlagenen Motors – als der lufteinsaugende Viertaktmotor mit dem im Wärmetauschraum M angebrachten Einspritzelement E – und das Verfahren der dazugehörigen Kraftstoffeinspritzung beinhalten Vorverdichten der Frischluft im Unterkolbenraum U beim Abwärtsgehen des Kolbens K bei Arbeitstakt und Ansaugtakt [bei geschlossenem(n) Einlassventil(en) Ein] und dadurch gekennzeichnet, dass

– Einlass der Frischluft erfolgt nur in den Unterkolbenraum U [durch das/die Einlassventil(e) Ein bei geschlossenem Sperrventil S] beim Aufwärtsgang des Kolbens K (bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt),
– bei erstem Vorverdichten der Frischluft wird sie aus dem Unterkolbenraum U in den Wärmetauschraum M [durch das Sperrventil S] verdrängt,
– die Kraftstoffeinspritzung beim Ottomotor und Voreinspritzung beim Dieselmotor erfolgt in den Wärmetauschraum M,
– die in den Wärmetauschraum M einströmende vorverdichtete Frischluft vermischt sich mit eingespritztem Kraftstoff und wird wegen der Erwärmung von den Zellenwänden des Wärmetauschers W und den Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, während dessen das zu verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird,
– Ansaugen des zu verbrennenden Gemisches in den Brennraum B erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum M [durch das/die Ansaugventil(e) An].

Der Strömungsverlust in den Zellen des Wärmetauschers M führt zur Dissipation kinetischer Energie durchströmten Gases mit Umwandlung in seine Wärmeenergie, die ins Außen nicht ausgeht, sondern in den Brennraum B einkommt – somit findet kein Wirkungsgradverlust statt. Als Materialien für Wärmetauscher W sind hochwärmeleitfähige Wärmetauscher-Materialien: Al-Legierungen und SiC-Keramiken zu verwenden. Bei gemischeinsaugendem Motor findet zusätzliche Vorverdichtung statt wegen Verdampfung beinhaltenden Ottokraftstoffs.
Der wichtige Sachverhalt beim Einsatz des vorgeschlagenen Motors ist sehr große Füllung. Die Expansion gewärmten, anzusaugenden Gases für üblichen Motor bedeutet Verkleinerung seines angesaugten Volumens (diese Tatsache hat den Einsatz von Keramik für den Verbrennungsmotor mit eliminiertem Kühlsystem zum Scheitern gebracht). Beim vorgeschlagenen Motor:

– das Frischgas wird in den Unterkolbenraum U beim Aufwärtsgehen eingesaugt, beim Abwärtsgehen dort komprimiert und dann in den Wärmetauschraum M durchgedrängt;
– dort wird das komprimierte Frischgas dank der Erwärmung von den Brennraumwänden und den Zellenwänden des Wärmetauschers W zusätzlich komprimiert,
– bei jedem Abwärtsgehen des Kolbens K bekommt der Wärmetauschraum M eine Portion komprimierten Frischgases aus dem Unterkolbenraum U, d. h. doppelte Portion des in den Brennraum B vorverdichteten anzusaugenden Gases bei einem Viertakt-Arbeitsspiel.

Somit wird die vom Arbeitsraum abzuführende Wärme, die als unvermeidliches Böses (auf Grund derer bis 33% zugeführter Energie verloren geht) aufgenommen wird, völlig ausgenutzt, so dass Bedarf an der Kühlung und der Aufladung entfällt. Aus diesem Grund werden Kühlsystem und Aufladungssystem aus dem Motorkonzept eliminiert.
Translatorische Bewegung ohne Schwenkungen der Kolbenstange T gewährleisten kurbelwellenlose Triebwerke und Triebwerke mit Kreuzkopf-Pleuel-Aufbau. Es wird empfohlen, das/die Einlassventil(e) Ein als selbsttätig(e) auszuführen, obwohl der Einsatz vom Antrieb zwecks seiner/ihrer rückartigen Öffnung durch daneben gedrehte Antriebswelle leicht realisierbar ist.
Das Verfahren für gemischeinsaugenden Ottomotor erfolgt folgendermaßen:
Verdichtungstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass des Frischgemisches;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung des Gemischrestes;
– oberhalb des Kolbens K: Verdichtung des Gemisches; kurz vor OT: Zündung von Kerze F;

Arbeitstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung des Frischgemisches, Verdrängung vorverdichteten Frischgemisches in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Einströmung des vorverdichteten Frischgemisches aus Unterkolbenraum U mit seine Vermischung mit Gemischrest, Erwärmung mit Verdichtung neu gebildeten Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Arbeiten des Brenngases;

Ausstoßtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass des Frischgemisches;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung vorverdichteten Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Auslass verbrannten Gases;

Ansaugtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung des Frischgemisches, Verdrängung vorverdichteten Frischgemisches in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Durchpumpung mit Erwärmung des aus Unterkolbenraum U einströmenden vorverdichteten Gemisches zum Brennraum B;
– oberhalb des Kolbens K: Ansaugung des doppelt vorverdichteten Gemisches aus Wärmetauschraum M.

Das Verfahren für lufteinsaugende Otto-/Dieselmotoren mit Direkteinspritzung erfolgt folgendermaßen:
Verdichtungstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung vorverdichteter Frischluft;
– oberhalb des Kolbens K:
– bei Ottomotor: Verdichtung des Gemisches, kurz vor OT: Zündung von Kerze F;
– bei Dieselmotor: Verdichtung der doppelt vorverdichteten Luft, kurz vor OT: Einspritzung des Dieselkraftstoffs von Düse V mit Selbstzündung;

Arbeitstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Frischluft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Einströmung der vorverdichteten Frischluft aus Unterkolbenraum U, ihre Vermischung mit Luftrest, Erwärmung mit Verdichtung der Luft;
– oberhalb des Kolbens K: Arbeiten des Brenngases;

Ausstoßtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung vorverdichteter Luft;
– oberhalb des Kolbens K: Auslass verbrannten Gases;

Ansaugtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Frischluft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Durchpumpung mit Erwärmung der aus Unterkolbenraum U einströmenden vorverdichteten Luft zum Brennraum B;
– oberhalb des Kolbens K: Ansaugung doppelt vorverdichteter Luft aus Wärmetauschraum M; beim Ottomotor: Einspritzung des Ottokraftstoffs von Düse V mit der Bildung des [Ottokraftstoff-doppelt vorverdichtete Luft]-Gemisches.

Das Verfahren für lufteinsaugenden Ottomotor mit der Einspritzung in den Wärmetauschraum M erfolgt folgendermaßen:
Verdichtungstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Einspritzung des Ottokraftstoffs vom Ventil E, seine Vermischung mit Gemischrest, Erwärmung mit Verdichtung gebildeten Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Verdichtung des Gemisches; kurz vor OT: Zündung von Kerze F;

Arbeitstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Luft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Einströmung der vorverdichteten Luft aus Unterkolbenraum U mit ihrer Vermischung mit dort befindlichem Gemisch, Erwärmung mit Verdichtung neu gebildeten Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Arbeiten des Brenngases;

Ausstoßtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung des vorverdichteten Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Auslass verbrannten Gases;

Ansaugtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Luft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Durchpumpung mit Erwärmung der aus Unterkolbenraum U einströmenden vorverdichteten Luft zum Brennraum B bei ihrer Vermischung mit dort befindlichem vorverdichtetem Gemisch;
– oberhalb des Kolbens K: Ansaugung des doppelt vorverdichteten Gemisches aus Wärmetauschraum M.

Das Verfahren für Dieselmotor mit der Voreinspritzung in den Wärmetauschraum M erfolgt folgendermaßen:
Verdichtungstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Voreinspritzung des Dieselkraftstoffs vom Ventil E, seine Vermischung mit Gemischrest, Erwärmung mit Verdichtung gebildeten armen Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Verdichtung des armen Dieselkraftstoff-Luft-Gemisches, kurz vor OT: Haupteinspritzung des Dieselkraftstoffs von Düse V mit Selbstzündung;

Arbeitstakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Frischluft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Einströmung der vorverdichteten Frischluft mit ihrer Vermischung mit dem armen Gemisch, Erwärmung mit Verdichtung dieses Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Arbeiten des Brenngases;

Ausstoßtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Einlass der Frischluft;
– im Wärmetauschraum M: Erwärmung mit Verdichtung vorverdichteten Gemisches;
– oberhalb des Kolbens K: Auslass verbrannten Gases;

Ansaugtakt:

– unterhalb des Kolbens K: Vorverdichtung der Frischluft, Verdrängung vorverdichteter Frischluft in den Wärmetauschraum M;
– im Wärmetauschraum M: Durchpumpung mit Erwärmung der aus Unterkolbenraum U einströmenden vorverdichteten Luft zum Brennraum B bei ihrer Vermischung mit dem vorverdichteten Gemisch;
– oberhalb des Kolbens K: Ansaugung des doppelt vorverdichteten Gemisches aus Wärmetauschraum M.

Das Eliminieren des Kühl- und des Aufladungssystems verringert baulichen Aufwand, wesentlich vereinfacht und verbilligt den Motor sowie erhöht seine Zuverlässigkeit.
Dank doppelter Vorverdichtung des/der anzusaugenden Gemisches/Luft im Unterkolben- U und dann im Wärmetauschraum M wird ein sehr hoher Befüllungsgrad/Liefergrad erzielt – das erhöht Leistung, Drehmoment und Wirkungsgrad.
Auch dank erwähnter starker Vorverdichtung und der Erwärmung des anzusaugenden Gemisches wird das zu verbrennende Gemisch im Brennraum B hoch homogenisiert – das soll spezifischen Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen verkleinern.
Es soll stark verringerte Störanfälligkeit erreicht werden:

– guter Kaltstart – dank erwähnter doppelter Vorverdichtung und der Erwärmung des anzusaugenden Gases sowie dank sicherer Verdampfung eingespritzten Kraftstoffs im Wärmetauschraum M;
– keine Frostschäden und keine Schlagempfindlichkeit – wegen fehlenden Kühlsystems – das begünstigt den Einsatz des Motors für Betrieb bei Extrembedienungen.

Da das vorgeschlagene Verfahren sehr hohen Liefergrad beschafft und unter Berücksichtigung davon, dass der Ladevorgang einen Teil der Gesamtverdichtung übernimmt, soll der Arbeitshub des vorgeschlagenen Motors weniger als bei aufgeladenen Motoren sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 154282 [0003]
DE 645261 [0003]
DE 1576235 [0003]
DE 2261180 [0003]
DE 2708729 [0003]
DE 3022901 [0003]
DE 3438031 [0003]
DE 19649202 [0003]
DE 19825490 [0003]
GB 160296 [0003]
GB 2254884 [0003]
JP 58167822 [0003]
WO 1999064734 [0003]
DE 102006014071 [0007]

Claims

Viertaktmotor enthält folgendes: – einen doppelwandigen Zylinder Z (mit einem Zylinderkopf ZK), in dem sich ein Kolben K hin- und her bewegt, – das/die unterhalb des Kolbens K angeordnete(n) Einlassventil(e) Ein, – das/die im Zylinderkopf ZK angeordnete(n) getriebene(n) Auslassventil(e) Aus, und dadurch gekennzeichnet, dass – der Zylinderkopf ZK doppelwandig ausgeführt ist, – der Zylinder Z einen Führungsteil ZF hat, der geradlinige Bewegung der Kolbenstange T und ihr gasdichtes Unterbringen gewährleistet, und der Motor beinhaltet auch folgendes: – einen zwischen den Wänden des Zylinders Z und des Zylinderkopfes ZK angeordneten, (fast) ganzen Brennraum B umgebenden Wärmetauschraum M als einheitlicher Verbundraum zwischen Brenn- B und Unterkolbenraum U, – das/die im Zylinderkopf ZK angeordnete(n), den Brenn- B mit/von dem Wärmetauschraum M verbindende(n)/absperrende(n) Ansaugventile An, – das im Zylinder Z angeordnete, den Unterkolben- U mit/von dem Wärmetauschraum M verbindende/absperrende Sperrventil S.
Viertaktmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein zellenartiger Wärmetauscher W zwischen dem eigentlich Zylinder Z und seiner Buchse C untergebracht ist, so dass er (fast) ganzes Volumen des Wärmetauschraums M des Zylinders Z ausfüllt (sowie mindestens ein zellenartiger Wärmetauscher W zwischen den Wänden des Zylinderkopfes ZK, so dass er (fast) ganzes Volumen des Wärmetauschraums M des Zylinderkopfes ZK ausfüllt), – oder der Wärmetauschraum M aus mindestens einem zellenartigen Wärmetauscher W besteht, der einstückig mit dem eigentlich Arbeitszylinder Z (und dem Zylinderkopf ZK) ausgeführt ist.
Lufteinsaugender Viertaktmotor nach Anspruch 2 mit einer Kraftstoffeinspritzanlage zur Einbringung von Kraftstoff in einen Raum, der sich außerhalb des Arbeitsraums befindet, der dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Einspritzelement E in seinem Wärmetauschraum M angeordnet ist.
Das Verfahren zum Betrieb des Viertaktmotors nach Anspruch 2 beinhaltet Vorverdichten des Frischgases (des Frischgemisches oder der Frischluft) im Unterkolbenraum U beim Abwärtsgehen des Kolbens K – bei Arbeits- und Ansaugtakt [bei geschlossenem(n) Einlassventil(en) Ein] und dadurch gekennzeichnet, dass – Einlass des Frischgases erfolgt nur in den Unterkolbenraum U [durch das/die Einlassventil(e) Ein bei geschlossenem Sperrventil S] – beim Aufwärtsgehen des Kolbens K: bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt, – bei erstem Vorverdichten des Frischgases wird es aus dem Unterkolbenraum U in den Wärmetauschraum M (durch das Sperrventil S) verdrängt, – das in den Wärmetauschraum M einströmende vorverdichtete Frischgas wird wegen der Erwärmung von den Zellenwänden des Wärmetauschers W und den Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, – Ansaugen des zu verbrennenden Gases in den Brennraum B erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum M [durch das/die Ansaugventil(e) An].
Das Verfahren zum Betrieb des lufteinsaugenden Viertaktmotors nach Anspruch 3 und das Verfahren der dazugehörigen Kraftstoffeinspritzung beinhalten Vorverdichten der Frischluft im Unterkolbenraum U beim Abwärtsgehen des Kolbens K bei Arbeitstakt und Ansaugtakt [bei geschlossenem(n) Einlassventil(en) Ein] und dadurch gekennzeichnet, dass – Einlass der Frischluft erfolgt nur in den Unterkolbenraum U [durch das/die Einlassventil(e) Ein bei geschlossenem Sperrventil S] beim Aufwärtsgang des Kolbens K (bei Verdichtungs- und Ausstoßtakt), – bei erstem Vorverdichten der Frischluft wird sie aus dem Unterkolbenraum U in den Wärmetauschraum M [durch das Sperrventil S] verdrängt, – die Kraftstoffeinspritzung beim Ottomotor und Voreinspritzung beim Dieselmotor erfolgt in den Wärmetauschraum M, – die in den Wärmetauschraum M einströmende vorverdichtete Frischluft vermischt sich mit eingespritztem Kraftstoff und wird wegen der Erwärmung von den Zellenwänden des Wärmetauschers W und den Brennraumwänden zweitem Vorverdichten ausgesetzt, während dessen das zu verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, – Ansaugen des zu verbrennenden Gemisches in den Brennraum B erfolgt nur aus dem Wärmetauschraum M [durch das/die Ansaugventil(e) An].