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DE69725873T2 - Verbrennungsmotor und arbeitstakte - Google Patents

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DE69725873T2
DE69725873T2 DE69725873T DE69725873T DE69725873T2 DE 69725873 T2 DE69725873 T2 DE 69725873T2 DE 69725873 T DE69725873 T DE 69725873T DE 69725873 T DE69725873 T DE 69725873T DE 69725873 T2 DE69725873 T2 DE 69725873T2
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compressor
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DE69725873T
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Clyde C Bryant
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Bryant Clyde C Alpharetta
Original Assignee
Bryant Clyde C Alpharetta
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    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von mechanischer Arbeit aus der Verbrennung von Gas in einem Verbrennungsmotor durch einen neuen thermodynamischen Arbeitszyklus und Hubkolben-Verbrennungsmotoren zum Ausführen des Verfahrens.
  • Sie betrifft noch mehr ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17. Ein solches Verfahren und ein solcher Motor sind aus US 4 959 961 bekannt.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist gut bekannt, daß, wenn das Expansionsverhältnis eines Verbrennungsmotors erhöht wird, mehr Energie aus den Verbrennungsgasen gewonnen wird und in kinetische Energie umgewandelt wird und der thermodynamische Wirkungsgrad des Motors zunimmt. Es ist ferner selbstverständlich, daß das Erhöhen der Luftladungsdichte sowohl die Leistung als auch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufgrund weiterer thermodynamischer Verbesserungen steigert. Die Ziele für einen effizienten Motor bestehen darin, eine hochdichte Ladung bereitzustellen, die Verbrennung bei maximaler Dichte zu beginnen und dann die Gase so weit wie möglich gegen einen Kolben zu expandieren.
  • Herkömmliche Motoren weisen dieselben Kompressions- und Expansionsverhältnisse auf, wobei das erstere in funkengezündeten Motoren durch die Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs begrenzt ist. Da in diesen Motoren die zur Explosion gebrachten Gase nur in dem Ausmaß des Kompressionsverhältnisses des Motors expandiert werden können, bestehen ferner im allgemeinen beträchtliche Wärme und beträchtlicher Druck im Explosionszylinder, die zum Zeitpunkt, zu dem sich das Auslaßventil öffnet, in die Atmosphäre abgegeben werden, was zu einer Energieverschwendung führt und unnötig hohe umweltbelastende Emissionen erzeugt.
  • Viele Versuche wurden durchgeführt, um in Verbrennungsmotoren das Kompressionsverhältnis zu verringern und den Expansionsprozeß zu erweitern, um ihren thermodynamischen Wirkungsgrad zu erhöhen, wobei der beachtlichste der "Miller"-Zyklus-Motor ist, der 1947 entwickelt wurde.
  • Im Gegensatz zu einem herkömmlichen 4-Takt-Zyklus-Motor, bei dem das Kompressionsverhältnis in einem beliebigen gegebenen Verbrennungszyklus gleich dem Expansionsverhältnis ist, ist der Miller-Zyklus-Motor eine Variante, in der die Gleichheit absichtlich verändert ist. Der Miller-Zyklus verwendet einen Nebenkompressor, um eine Luftladung zu liefern, wobei die Ladung beim Ansaughub des Kolbens eingeleitet wird und dann das Ansaugventil geschlossen wird, bevor der Kolben das Ende des Einlaßhubs erreicht. Ab diesem Punkt werden die Gase im Zylinder auf das maximale Zylindervolumen expandiert und dann ab diesem Punkt wie beim normalen Zyklus komprimiert. Das Kompressionsverhältnis ist dann durch das Volumen des Zylinders an dem Punkt, an dem das Einlaßventil geschlossen wird, dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt. Beim Kompressionshub beginnt keine tatsächliche Kompression, bis der Kolben den Punkt erreicht, an dem das Ansaugventil während des Ansaughubs geschlossen wird, wobei folglich ein niedrigeres als normales Kompressionsverhältnis erzeugt wird. Das Expansionsverhältnis wird durch Dividieren des bestrichenen Volumens des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer berechnet, was zu einer vollständigeren Expansion führt, da das Expansionsverhältnis größer ist als das Kompressionsverhältnis des Motors.
  • In dem 2-Takt-Motor hält der Miller-Zyklus das Auslaßventil über die ersten 20% des Kompressionshubs oder so offen, um das Kompressionsverhältnis des Motors zu verringern. In diesem Fall ist das Expansionsverhältnis wahrscheinlich immer noch niedriger als das Kompressionsverhältnis, da das Expansionsverhältnis in herkömmlichen 2-Takt-Motoren niemals so groß ist wie das Kompressionsverhältnis.
  • Der Vorteil dieses Zyklus ist die Möglichkeit des Erhaltens eines Wirkungsgrades, der höher ist als er mit einem Expansionsverhältnis gleich dem Kompressionsver hältnis erhalten werden könnte. Der Nachteil besteht darin, daß der Millen-Zyklus einen mittleren effektiven Druck aufweist, der niedriger ist als die herkömmliche Anordnung mit demselben Maximaldruck, aber ohne merkliche Verbesserungen der Emissionseigenschaften.
  • Der Miller-Zyklus ist für Motoren praktisch, die nicht häufig mit Teillasten betrieben werden, da der mittlere Zylinderdruck während des Expansionshubs bei einem Teillastbetrieb gewöhnlich nahe dem mittleren Reibungsdruck liegt oder sogar niedriger ist als dieser. Unter solchen Umständen kann der Teil der vollständigeren Expansion des Zyklus vielmehr einen Nettoverlust als einen Gewinn im Wirkungsgrad beinhalten.
  • Diese Art Motor kann vorteilhaft verwendet werden, wenn der maximale Zylinderdruck durch Detonations- oder Spannungserwägungen begrenzt ist und wenn ein Opfer einer speziellen Ausgangsleistung zulässig ist, um die bestmögliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen. Der Zyklus ist nur für Motoren geeignet, die die meiste Zeit unter Bedingungen eines hohen mechanischen Wirkungsgrades, das heißt bei relativ niedrigen Kolbengeschwindigkeiten und fast voller Last, arbeiten.
  • EP 0 275 244 lehrt einen Verbrennungsmotor, der durch mindestens einen abgasbetriebenen Turbokompressor aufgeladen wird. Der Turboladermotor weist nur ein Ansaugventil, ein Auslaßventil und ein Drucksteuerventil auf. Das Drucksteuerventil ist ein Auslaßventil.
  • US 4 759 188 lehrt ein Verfahren zur synchronisierten Einleitung von vorkomprimierter Luft in einen Motorzylinder.
  • US 4 959 961 lehrt einen aufgeladenen Verbrennungsmotor, in dem zwei Einlaßkanäle, deren Strömungen voneinander getrennt sind, und zwei Auslaßkanäle, in einen Verbrennungsraum eines Zylinders eintreten, wobei ein Einlaßkanal und ein Auslaßkanal einem Abgasturbolader zugeordnet ist. Die Einlaß- und die Auslaßseite, die mit demselben Abgas-Turbolader verbunden sind, können durch jeweils ein Absperrelement verschlossen werden. Der separate Einlaß- und Auslaßkanal können selektiv geschlossen werden, um die Leistung des Motors zu verbessern.
  • DE 43 08 354 A1 lehrt ein Ansaugsystem mit einem Rückführungsdurchgang, durch den Aufladungsluft, die aus einem Aufladen ausgelassen wird, in den Aufladen zurückgeführt wird, und einem Rückführungssteuerventil, das im Rückführungsdurchgang angeordnet ist, durch welches der Rückführungsdurchgang allmählich geöffnet und geschlossen wird, wenn der Druck der Aufladungsluft, stromabwärts von der Aufladung sich zwischen einem niedrigen festgelegten Druck unterhalb des Atmosphärendrucks und einem hohen spezifischen Druck oberhalb des Atmosphärendrucks ändert. Das Luftansaugsystem weist ferner einen Umleitdurchgang auf, um Luft einen Ladeluftkühler umgehen zu lassen, welcher durch ein Umleitsteuerventil an einem festgelegten Übergangsdruck zwischen dem hohen und dem niedrigen festgelegten Druck geöffnet und geschlossen wird.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorstehend erwähnte Verfahren und den vorstehend erwähnten Verbrennungsmotor in einer solchen Weise weiterzuentwickeln, daß ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird.
  • Diese Aufgaben wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen von Patentanspruch 17 gelöst.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Kurz beschrieben, umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verbrennungsmotorsystem (einschließlich Verfahren und Vorrichtungen), wie in den Ansprüchen 1 und 17 beschrieben, zum Verwalten von Verbrennungsladungsdichten, -temperaturen, -drücken und -turbulenz, um eine echte Beherrschung innerhalb des Arbeitszylinders zu erzeugen, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, der Leistung und das Drehmoment zu erhöhen, während umweltbelastende Emissionen minimiert werden. In seinen bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt das Verfahren die Schritte (i) des Erzeugens einer Luftladung, (ii) des Steuerns der Temperatur, der Dichte und des Drucks der Luftladung, (iii) des Überführens der Luftladung zu einem Arbeitszylinders des Motors, so daß eine Luftladung mit einem Gewicht und einer Dichte, die aus einem Bereich von Gewichts- und Dichtepegeln ausgewählt werden, die von Atmosphärengewicht und -dichte bis zu einem schwereren als Atmosphärengewicht und -dichte reichen, in den Arbeitszylinder eingeleitet wird, und (iv) dann des Komprimierens der Luftladung mit einem niedrigeren als normalen Kompressionsverhältnis, (v) des Bewirkens, daß eine vorbestimmte Menge an Luftladung und Kraftstoff ein brennbares Gemisch erzeugen, (vi) des Bewirkens, daß das Gemisch innerhalb des Arbeitszylinders gezündet wird, und (vii) des Ermöglichens, daß das Verbrennungsgas gegen einen im Arbeitszylinder betätigbaren Kolben expandiert, wobei das Expansionsverhältnis des Arbeitszylinders wesentlich größer ist als das Kompressionsverhältnis der Arbeitszylinder des Motors. Zusätzlich zu anderen Vorteilen ist das erfundene Verfahren in der Lage, mittlere effektive [Zylinder] Drücke ("mep", mean effective pressure) in einem Bereich zu erzeugen, der von niedriger als normal bis höher als normal reicht. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der mittlere effektive Zylinderdruck über den gesamten erwähnten Bereich während des Betriebs des Motors selektiv variabel (und wird selektiv verändert). In einem alternativen Ausführungsbeispiel, das mit einem Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Last in Beziehung steht, wird der mittlere effektive Zylinderdruck aus dem Bereich ausgewählt und der Motor ist gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegt, so daß der mittlere effektive Zylinderdruckbereich begrenzt ist, wobei er nur in dem Ausmaß verändert wird, das zum Erzeugen der Leistung, des Drehmoments und der Geschwindigkeit des Arbeitszyklus, für den der Motor ausgelegt ist, erforderlich ist.
  • In ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen stellt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Hubkolben-Verbrennungsmotor bereit mit mindestens einem Nebenkompressor zum Komprimieren einer Luftladung, einem Ladeluftkühler, durch den die komprimierte Luft zum Kühlen geleitet werden kann, Arbeitszylindern, in denen das Verbrennungsgas gezündet und expandiert wird, einem betätigbaren Kolben in jedem Arbeitszylinder, welcher mit einer Kurbelwelle durch ein Verbindungsgestänge zum Drehen der Kurbelwelle als Reaktion auf die Hin- und Herbewegung jedes Kolbens verbunden ist, einer Übertragungsleitung, die den Kompressorauslaß mit einem Steuerventil und mit dem Ladeluftkühler in Verbindung bringt, einem Übertragungsrohrverteiler, der den Ladeluftkühler mit den Arbeitszylindern in Verbindung bringt, durch welchen Rohrverteiler die komprimierte Ladung überführt wird, um in die Arbeitszylinder einzutreten, einem Ansaugventil, das den Einlaß der komprimierten Ladung vom Übertragungsrohrverteiler in die Arbeitszylinder steuert, und einem Auslaßventil, das den Auslaß der Abgase aus den Arbeitszylindern steuert. Für den 4-Takt-Motor dieser Erfindung werden die Ansaugventile der Arbeitszylinder so zeitgesteuert, daß sie derart arbeiten, daß die Ladeluft, die gleich oder schwerer als normal ist, innerhalb des Übertragungsrohrverteilers gehalten werden kann, wenn es erforderlich ist, und während des Ansaughubs in die Arbeitszylinder eingeleitet wird, wobei sich das Ansaugventil an einem Punkt im wesentlichen vor der Position des unteren Totpunkts des Kolbens schließt, oder alternativ wobei sich das Ansaugventil an einem gewissen Punkt während des Kompressionshubs schließt, um ein niedriges Kompressionsverhältnis bereitzustellen. In einigen Konstruktionen kann sich ein anderes Ansaugventil schnell öffnen und schließen, nachdem der Kolben den Punkt erreicht hat, an dem das erste Ansaugventil geschlossen ist, um eine hinsichtlich der Temperatur eingestellte sekundäre Hochdruck-Luftladung noch zu einem solchen Zeitpunkt einzuleiten, zu dem das Kompressionsverhältnis des Motors geringer ist als das Expansionsverhältnis, und so daß das Zünden bei im wesentlichen maximaler Ladungsdichte beginnen kann. Der 2-Takt-Motor dieser Erfindung unterscheidet sich insofern, als die Ansaugventile der Arbeitszylinder so zeitgesteuert werden, daß sie derart arbeiten, daß eine Luftladung innerhalb des Übertragungsrohrverteilers gehalten und in die Arbeitszylinder während des Spül-Kompressions- ( des 2.) Hubs zu einem solchen Zeitpunkt eingeleitet wird, zu dem der Arbeitszylinder mit Niederdruckluft gespült wurde und sich das Auslaßventil geschlossen hat, was festlegt, daß das Kompressionsverhältnis des Motors geringer ist als das Expansionsverhältnis der Arbeitszylinder. Einrichtungen sind vorgesehen, um zu bewirken, daß Kraftstoff mit der Luftladung vermischt wird, um ein brennbares Gas zu erzeugen, die Verbrennungskammern der Arbeitszylinder sind bezüglich des verdrängten Volumens des Arbeitszylinders bemessen, so daß das zur Explosion gebrachte Verbrennungsgas auf ein Volumen expandiert werden kann, das we sentlich größer ist als das Kompressionsverhältnis des Arbeitszylinders des Motors.
  • Die Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber existierenden Verbrennungsmotoren bestehen darin, daß sie ein Kompressionsverhältnis bereitstellt, das niedriger ist als das Expansionsverhältnis des Motors, und selektiv einen mittleren effektiven Zylinderdruck bereitstellt, der höher ist als der herkömmlichen Motoranordnung mit demselben oder niedrigeren maximalen Zylinderdruck als jenem von Motoren des Standes der Technik.
  • Dies ermöglicht eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und eine Erzeugung von größerer Leistung und größerem Drehmoment bei allen U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen. Da die Ladungsdichten, -temperaturen und -drücke verwaltet werden, ist ein Teillastbetrieb sogar für ausgedehnte Zeiträume ohne Opfern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit praktisch. Der neue Arbeitszyklus ist auf 2-Takt- oder 4-Takt-Motoren, die sowohl funkengezündet als auch kompressionsgezündet sind, anwendbar. Für funkengezündete Motoren kann das Gewicht der Ladung ohne die üblichen Probleme von hohen Spitzentemperaturen und -drücken mit dem üblichen zugehörigen Problem der Verbrennungsdetonation und Vorzündung erheblich erhöht werden. Für kompressionsgezündete Motoren sieht die schwerere, kühlere, turbulentere Ladung einen niedrigen Spitzenzylinderdruck für ein gegebenes Expansionsverhältnis vor und ermöglicht ein reicheres, rauchbegrenztes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das eine erhöhte Leistung mit niedrigeren Teilchen- und NOx Emissionen ergibt. Die Kompressionsarbeit wird aufgrund der verringerten Wärmeübertragung während des Kompressionsprozesses verringert. Die Motorhaltbarkeit wird aufgrund eines insgesamt kühleren Arbeitszyklus und eines kühleren als normalen Abgases verbessert. Es stellt auch eine Einrichtung zum regenerativen Bremsen zum Speichern von Energie für anschließende positive Arbeitszyklen ohne Kompressionsarbeit und für eine vorübergehende oder "Stoß"-Leistung bereit, was den Gesamtwirkungsgrad des Motors weiter erhöht.
  • Alle Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können in dieser Zusammenfassung nicht kurz angegeben werden, sondern sind durch Bezug nahme auf die folgenden Beschreibungen und die zugehörigen Zeichnungen verständlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Verbrennungsmotoren werden nun beispielhaft mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 4-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem ein erstes Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten einen Nebenkompressor, ein Kühlsystem und Ventile zum Steuern der Ladungsdrücke, der Luftladungsdichte und der Luftladungstemperatur aufweist.
  • 2 ist eine schematische Zeichnung eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors ähnlich dem Motor von 1, welcher in einem 4-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem ein zweites Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten zwei Kompressoren, drei Ladeluftkühler, vier Steuerventile, doppelte Luftwege für sowohl den Primär- als auch den Nebenkompressor, doppelte Rohrverteiler aufweist und eine Einrichtung zum Steuern der Ladeluftdrücke, der Ladeluftdichte und der Ladelufttemperaturen zeigt.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 4-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem ein drittes Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 4-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem ein viertes Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten einen Nebenkompressor mit zwei Ladeluft-Ansaugkanälen und doppelten Ansaugluftwegen, von welchen einer auf niedrigem Druck und einer auf hohem Druck liegt, und die beide zum gleichen Arbeitszylinder führen, ein Kühlsystem und Ventile zum Steuern der Ladeluftdrücke, der Ladeluftdichte und der Ladelufttemperatur und ein Neben-Atmosphärenluft-Ansaugsystem aufweist.
  • 4–B ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) eines Motors ähnlich zum Motor von 4, mit der Ausnahme, daß nur eine Atmosphärenluftansaugung vorhanden ist, die Ladeluft auf zwei verschiedenen Druckpegeln in die Arbeitszylinder liefert.
  • 4–C ist eine schematische Ansicht eines Auslaß- und eines Luftansaugsystems eines Motors, welche eine Einrichtung zum Nachbrennen von Abgasen zeigt, um umweltbelastende Emissionen zu verringern.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 4-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein fünftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem ein fünftes Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten eine Atmosphärenluftansaugung, einen Nebenkompressor mit zwei Ladeluftwegen, von welchen einer auf niedrigem Druck liegt und zwei wahlweise Wege aufweist und von denen einer auf hohem Druck liegt, die beide zum gleichen Arbeitszylinder führen, und eine Steuerventileinrichtung und Luftkühler zum Verändern der Ladungsdichten, Ladungs drücke und Ladungstemperaturen in der Verbrennungskammer des Motors aufweist.
  • 6 ist eine Teilschnittansicht durch einen Arbeitszylinder des 4-Takt-Motors von 4, 4–B, 5, 7 oder 33 an den Ansaugventilen, welche ein alternatives Verfahren (an andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anpaßbar) zum Verhindern einer Ladeluft-Rückströmung und zum automatischen Einstellen des Ladungsdruckverhältnisses der Zylinder während des Luftladeprozesses zeigt.
  • 7 ist eine schematische Zeichnung eines Sechs-Zylinder-4-Takt-Motors, die noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem noch ein weiteres Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird, und die drei alternative Systeme (zwei in Durchsichtlinien) zum Einleiten einer Niederdruck-Primärluftladung darstellt. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten drei Luftkühler und doppelte Rohrverteiler und die Einrichtung zum Steuern der Temperatur, der Dichte und des Drucks der Ladung durch ein Motorsteuergerät und durch Ventiländerungen aufweist.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 2-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein erstes 2-Takt-Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem noch ein weiteres Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten einen Haupt- und einen Nebenkompressor, ein Kühlsystem und Leitungen und Ventile zum Einstellen der Ladungsdichte, der Ladungstemperatur und des Ladungsdrucks gemäß der Erfindung aufweist.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 2-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein zweites 2-Takt-Ausführungsbeispiel der Vorrich tung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit welchem noch ein weiteres Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten eine Atmosphärenluftansaugung, einen Haupt- und einen Nebenkompressor mit zwei Ladeluftwegen, von welchen einer auf niedrigem Druck liegt, der alternative Wege aufweist, und von denen einer auf hohem Druck liegt, die beide zum gleichen Arbeitszylinder führen, und eine Steuerventileinrichtung und Luftkühler zum Verändern der Ladungsdichten, -drücke und -temperaturen in der Verbrennungskammer des Motors aufweist.
  • 9–B ist eine schematische Zeichnung eines Sechs-Zylinder-2-Takt-Motors, welche noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem noch ein weiteres Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird, und welche zwei alternative Systeme (eines in Durchsichtlinien) zum Einleiten einer Niederdruck-Primärluftladung darstellt. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten drei Luftkühler und doppelte Rohrverteiler und die Einrichtung zum Steuern der Temperatur, der Dichte und des Drucks der Ladung durch ein Motorsteuergerät und durch Ventilveränderungen aufweist.
  • 10 ist eine Teilschnittansicht durch einen Arbeitszylinder des 2-Takt-Motors von 9 an den Ansaugventilen, welche ein alternatives Verfahren (an andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anpaßbar) zum Verhindern einer Ladeluft-Rückströmung während einer Hochdruck-Luftbeladung darstellt und ein Druckausgleichsventil mit einem Pumpöl/Luftkühl-System zeigt.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht (mit Teilen im Querschnitt) des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 2-Takt-Zyklus arbeitet, welche ein drittes 2-Takt-Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem noch ein weiteres Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten einen Haupt- und einen Nebenkompressor, ein Kühlsystem und Leitungen und Ventile zum Einstel len der Ladungsdichte, der Ladungstemperatur und des Ladungsdrucks aufweist und ein einzelnes Luftansaugrohr für jeden Arbeitszylinder mit mindestens zwei Ansaugventilen, die derart angeordnet sind, daß ein Ansaugventil mit einer vom anderen Ansaugventil unabhängigen Zeitsteuerung arbeiten kann, aufweist.
  • 12 ist ein Druck-Volumen-Diagramm, das den Zyklus des Motors dieser Erfindung mit jenem eines Hochgeschwindigkeits-Dieselmotors vergleicht.
  • 13 ist ein Diagramm, das Verbesserungen, die im Motor dieser Erfindung in effektiven Kompressionsverhältnissen, Spitzentemperaturen und -drücken, Ladungsdichten und Expansionsverhältnissen möglich sind, im Vergleich zu einem populären Hochleistungs-2-Takt-Dieselmotor zeigt.
  • 14 ist ein Diagramm, das Verbesserungen, die im Motor dieser Erfindung in effektiven Kompressionsverhältnissen, Spitzentemperaturen und -drücken, Ladungsdichten und Expansionsverhältnissen möglich sind, im Vergleich zu einem populären Hochleistungs-4-Takt Dieselmotor zeigt.
  • 15 ist eine schematische Zeichnung von vorgeschlagenen Betriebsparametern für den Betrieb der Motoren, sowohl 2-Takt als auch 4-Takt, von 5–7 und 9–10, welche doppelte Ladeluftkühler für den Hauptkompressor, einen einzelnen Ladeluftkühler für einen sekundären Kompressor und ein Steuersystem und Ventile zum Auswählen von verschiedenen Ladeluftwegen für Teillastbetriebe zeigt und zwei alternative Systeme (eines in Durchsichtlinien) zum Einleiten einer Niederdruck-Primärluftladung darstellt.
  • 16 zeigt vorgeschlagene Ventilpositionen zum Versorgen von Rohverteilern 13 und 14 mit einer Luftladung, die für einen Betrieb mit mittlerer Last für die Motoren von 5–7 und 9–10 optimal sind. Für einen Betrieb mit mittlerer Last wäre das Absperrventil 5 des Kompressors 2 geschlossen und das Luftumleitventil 6 wäre offen, um die Luftladung ungekühlt ohne Kompression zur Ansaugung des Kompressors 1 zu leiten, wo das geschlossene Absperrventil 3 und das geschlossene Luftumleitventil 4 die nun durch den Kompressor 1 komprimierte Luft ladung an den Ladeluftkühlern vorbei zu den Rohrverteilern 13 und 14 leitet, wobei die Luft durch den Kompressor 1 komprimiert und erhitzt wird, für einen Betrieb mit mittlerer Last.
  • 17 zeigt ein vorgeschlagenes Szenario zum Versehen der Motoren von 5– 7 und 9–10 mit einer hochdichten Luftladung für einen Hochleistungsbetrieb mit hoher Ausgangsleistung. 17 zeigt alle Absperrventile 5 und 3 und alle Luftumleitventile 6 und 4 vollständig geschlossen, so daß die primäre Kompressionsstufe wirksam ist und eine zweite Kompressionsstufe wirksam ist und die gesamte Luftladung mit Ausnahme von irgendeiner, die durch die Leitung 32 zum Ansaugventil 16–B strömt, durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 hindurch geleitet wird, um eine Luftladung mit sehr hoher Dichte für die Rohrverteiler 13 und 14 und für die Motorarbeitszylinder für einen Betrieb mit schwerer Last zu erzeugen.
  • 18 zeigt eine schematische Zeichnung, die einen beliebigen der Motoren von 3–11 darstellt, welche eine alternative Art von Hilfskompressor 2' und ein System zum Bereitstellen einer Einrichtung zum Deaktivieren oder Ausschalten des Hilfskompressors, wenn ein Hochladungsdruck und eine Hochladungsdichte nicht erforderlich sind, darstellt. Zum Entlasten des Kompressors 2' von Arbeit wird das Absperrventil 5 geschlossen und das Luftumleitventil wird geöffnet, so daß durch den Kompressor 2' gepumpte Luft durch den Kompressor 2' umlaufen kann, ohne eine Kompressionsarbeit zu erfordern.
  • 19 ist eine schematische Zeichnung, die die in 5–7 und 9–10 gezeigten Motoren mit zwei Kompressoren und einem Ladeluftkühler für eine Kompressionsstufe, doppelten Ladeluftkühlern für eine zweite Kompressionsstufe, doppelten Rohrverteilern, vier Ventilen und einem Motorsteuergerät (ECM) darstellt und eine Einrichtung zum Steuern der Ladeluftdichte, des Ladeluftdrucks und der Ladelufttemperatur durch Verändern der Richtungen und Mengen der Luftströmung durch die verschiedenen elektronischen oder vakuumbetätigten Ventile und ihre Leitungen darstellt.
  • 20 ist eine schematische Zeichnung, die einen wahlweisen Elektromotorantrieb der Luftkompressoren der Motoren von 1 bis 11 zeigt.
  • 21 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Vorverbrennungskammer, einer Verbrennungskammer und von zugehörigen Kraftstoffeinlaßkanälen und einer Ventilausrüstung, die für einen Betrieb mit gasförmigem oder flüssigem Kraftstoff für die Motoren dieser Erfindung oder für irgendeinen anderen Verbrennungsmotor vorgeschlagen werden.
  • 22 ist eine Teilschnittansicht durch einen Zylinder eines Motors, welche eine alternative Konstruktion zeigt, wobei zwei Arbeitshübe bei jeder Umdrehung der Welle für einen 2-Takt-Motor und ein Arbeitshub bei jeder Umdrehung der Welle für einen 4-Takt-Motor geliefert werden, welcher einen Balken, der sich an seinem unteren Ende dreht, eine Verbindungsstange, die am Mittelpunkt des Balkens verbunden ist und an die Kurbelwelle des Motors angefügt ist, aufweist, und wobei eine Einrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses des Motors nach Belieben vorgesehen ist.
  • 23 ist eine Teilschnittansicht durch einen Zylinder eines Motors, welche eine alternative Konstruktion zeigt, wobei zwei Arbeitshübe bei jeder Kurbelwellenumdrehung für einen 2-Takt-Motor und ein Arbeitshub bei jeder Umdrehung der Welle für einen 4-Takt-Motor geliefert werden, und wobei sich der die Verbindungsstange und den Kolben verbindende Balken an einem Punkt zwischen dem Kolben und der Kolbenverbindungsstange dreht, wobei die Verbindungsstange an der Kurbelwelle des Motors befestigt ist, und eine alternative bevorzugte Einrichtung zur Leistungsentnahme vom Kolben durch eine herkömmliche Kolbenstange, einen Kreuzkopf und eine Verbindungsstangenanordnung.
  • 24 ist eine Teilschnittansicht durch einen Zylinder eines Motors, welche eine Einrichtung zum Vorsehen von zusätzlicher Brennzeit bei jedem Arbeitshub in einem 2-Takt- oder 4-Takt-Motor zeigt.
  • 25 ist eine perspektivische Ansicht des Zylinderblocks und -kopfs eines Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotors, der in einem 2-Takt-Zyklus arbeitet, welche noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem noch ein weiteres Betriebsverfahren durchgeführt werden kann und beschrieben wird. Es ist zu sehen, daß dieses Ausführungsbeispiel unter seinen anderen Komponenten Spülschlitze in der Unterseite der Kolbenhülsen aufweist und einen Haupt- und einen Nebenkompressor, ein Kühlsystem, Ventile und Leitungen zum Steuern des Drucks, der Dichte und der Temperatur der Ladeluft und Ventile und Leitungen zum Liefern von Spülluft zu den Zylindern aufweist.
  • 26 ist eine schematische Zeichnung eines Motors ähnlich zum Motor von 25, welche einen Ladeluftkühler für eine wahlweise Kompressionsstufe, doppelte Ladeluftkühler für eine primäre Kompressionsstufe zeigt und ein Steuersystem (einschließlich eines Motorsteuergeräts (ECM) und einer Ventilausrüstung) zum Steuern der Ladeluftdichte, des Ladeluftgewichts, der Ladelufttemperatur und des Ladeluftdrucks zum Steuern der Richtungen und Mengen der Luftströmung durch die verschiedenen Ventile, Leitungen und ein wahlweises Drosselventil zeigt und zwei wahlweise Wege zum Liefern von Spülluft zu den Spülschlitzen in der Unterseite der Zylinder und alternative Wege, damit die Abgase den Motor verlassen, zeigt.
  • 27 bis 30 sind schematische Zeichnungen des Motors von 25 und 26, die vier alternative Verfahren zeigen, die zum effizienten Spülen der Motoren vorgeschlagen werden, 27 und 28 zeigen auch eine schematische Zeichnung für ein Motorsteuergerät (ECM) und eine Ventilausrüstung zum Steuern der Ladeluft und Spülluft auf einem Druck, einer Dichte und einer Temperatur, die für jedes als geeignet erachtet werden.
  • 31 ist eine schematische Zeichnung, die einen vorgeschlagenen wahlweisen Elektromotorantrieb für die Luftkompressoren des Motors zeigt.
  • 32 ist eine schematische Zeichnung des 2-Takt-Motors von 25 und 26 mit nur einem Kompressor zum Liefern von sowohl Ladeluft als auch Spülluft, welche ein Steuersystem und eine Einrichtung zum Steuern der Lade- und Spülluft auf einen Druck, eine Dichte und eine Temperatur, die für jedes als geeignet erachtet werden, zeigt und eine Einrichtung zum Leiten der Luft über verschiedene Wege für denselben Zweck zeigt.
  • 33 ist eine schematische Querschnittsansicht durch einen Sechs-Zylinder-Motor mit zwei Kompressorzylindern, vier Arbeitszylindern, einem Auflader, fünf Regelventilen, welche ein Motorsteuergerät (ECM) zum Steuern der Ladungstemperaturen, der Ladungsdichte und des Ladungsgewichts zeigt und zum Speichern von komprimierter Luft, die durch regeneratives Bremsen komprimiert wird, oder zum Speichern von Entlüftungsluft, die in einigen industriellen Prozessen erzeugt wird, in einem beliebigen der Motoren dieser Erfindung übernommen wird.
  • 34 ist eine schematische Zeichnung, die einen beliebigen der Motoren der vorliegenden Erfindung darstellt und ein alternatives Ausführungsbeispiel zeigt, das einen separaten elektrisch betriebenen Luftkompressor und alternativ eine Eintrittsleitung, die von einer Zufuhr von komprimierter Ab- oder "Entlüftungs"-Luft zum Zuführen von Ladungsluft zum Motor (oder zu einer Vielzahl von Motoren) führt, umfaßt, wobei der Bedarf für motorbetriebene Kompressoren beseitigt wird.
  • 35 ist eine schematische Zeichnung, die einen beliebigen der Motoren der vorliegenden Erfindung darstellt, welcher in einem alternativen Ausführungsbeispiel dargestellt ist, das dazu ausgelegt ist, als Motor mit konstanter Last und konstanter Geschwindigkeit zu arbeiten. Dieses Motorausführungsbeispiel mit konstanter Last und konstanter Geschwindigkeit der vorliegenden Erfindung ist als sowohl einen Haupt- als auch einen Nebenkompressor mit wahlweisen Ladeluftkühlern zum Vorsehen von zwei Stufen von vorkomprimierter Ladeluft, die entweder wahlweise ladeluftgekühlt oder adiabatisch komprimiert wird, umfassend dargestellt.
  • 36 ist eine schematische Zeichnung, die einen beliebigen der Motoren der vorliegenden Erfindung darstellt und einen Motor mit konstanter Last und konstanter Geschwindigkeit gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung darstellt, wobei ein einzelner Kompressor mit wahlweisen Ladeluftkühlern zur Bereitstellung einer einzigen Stufe von vorkomprimierter Ladeluft, die entweder wahlweise ladeluftgekühlt oder adiabatisch komprimiert wird, bereitgestellt ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Mit genauerem Bezug auf die Zeichnungen sind eine Vielzahl von alternativen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung des verbesserten Verbrennungsmotors 100 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Komponenten werden in den gesamten verschiedenen Ansichten durch gleiche Ziffern dargestellt; und unter einigen, aber nicht allen Umständen, wie es der Autor als erforderlich erachten könnte (aufgrund der großen Anzahl von Ausführungsbeispielen), werden ähnliche, aber alternative Komponenten durch Ziffern mit hochgestelltem Index dargestellt (z. B. 1001 ). Wenn eine Vielzahl von ähnlichen Komponenten vorhanden ist, wird auf die Vielzahl hierin häufig Bezug genommen (z. B. sechs Zylinder 7a–7f), auch wenn weniger als alle Komponenten in der Zeichnung sichtbar sind. Komponenten, die unter mehreren Zylindern gemeinsam sind, werden auch manchmal für die leichte Zeichnung nur mit Bezug auf die gemeinsame Ziffer geschrieben – z. B. Kolben 22a–22f => Kolben 22. Bei einer Bemühung, das Verständnis der Vielzahl von Ausführungsbeispielen zu erleichtern (aber die Offenbarung nicht zu begrenzen), sind einige, aber nicht alle Abschnitte dieser ausführlichen Beschreibung mit Untertiteln versehen, um auf das System oder Untersystem, das im betreffenden Abschnitt detailliert erläutert wird, Bezug zu nehmen.
  • Das erfundene System der vorliegenden Erfindung wird vielleicht am besten mit Bezug auf das (die) Verfahren zum Verwalten von Verbrennungsladungsdichten, -temperaturen, -drücken und der Verbrennungsladungsturbulenz dargestellt; und die folgende Beschreibung versucht, die bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit und in Verbindung mit Vorrichtungen zu beschreiben, die für die alternativen bevorzugten Verfahren ausgelegt sind und gemäß diesen betrieben werden.
  • Einige, aber nicht notwendigerweise alle der Systemkomponenten, die zwei oder mehr der hierin dargestellten Ausführungsbeispiele gemeinsam sind, umfassen eine Kurbelwelle 20, an der Verbindungsstangen 19a–19f montiert sind, an jeder von welchen ein Kolben 22a–22f montiert ist; wobei sich jeder Kolben innerhalb eines Arbeitszylinders 7a–7f bewegt; Luft in die Zylinder durch Einlaßöffnungen eingeleitet wird, die durch Ansaugventile 16 gesteuert werden, und Luft aus den Zylindern durch Auslaßöffnungen ausgelassen wird, die durch Auslaßventile 17 gesteuert werden. Die Wechselwirkung, die Modifikation und der Betrieb dieser und anderer solcher Komponenten, die als für ein Verständnis der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung notwendig erachtet werden, werden nachstehend ausgedrückt.
  • Der Motor 1001 von 1
  • Mit Bezug auf 1 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor 1001 gezeigt, in dem alle Zylinder 7a–7f (von denen nur einer in einer Schnittansicht gezeigt ist) und zugehörigen Kolben 22a–22f in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten und alle Arbeitszylinder zum Erzeugen von Kraft für eine gemeinsame Kurbelwelle 20 jeweils über Verbindungsstangen 19a–19f verwendet werden. Ein Nebenkompressor 2 (hierin als Lysholm-Kreiskolbenkompressor dargestellt) liefert auswählbar Luft, die komprimiert wurde, oder ermöglicht die Abgabe von Luft durch diesen hindurch auf Atmosphärendruck an Rohrverteiler 13 und 14 und an die Zylinder 7a–7f, wobei die Zylinder in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten. Ventile 3, 5 und 6 und Ladeluftkühler 10, 11 und 12 werden in den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendet, um die Luftladungsdichte, das Luftladungsgewicht, die Luftladungstemperatur und den Luftladungsdruck zu steuern. Die Ansaugventile 16a–16f, 16a'–16f' werden zeitgesteuert, um das Kompressionsverhältnis des Motors 1001 zu steuern. Die Verbrennungskammern sind bemessen, um das Expansionsverhältnis des Motors festzulegen.
  • Die Motoren 1001 –1005 , 1007 von 1, 2, 3, 4, 5 bzw. 7 weisen Nockenwellen 21 auf, die mit Nocken versehen sind und so angeordnet sind, daß sie mit einer Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle angetrieben werden, um einen Arbeitshub für alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle für jeden Arbeitskolben zu liefern. Die Kreiskolbenkompressoren 2 von 1, 2, 3, 4, 4–B, 5, 7 und 33 können durch einen Rippenkeilriemen angetrieben werden und würden ein Übersetzungsgetriebe zwischen dem Kegelscheibenpaar und der Kompressorantriebswelle aufweisen, die Kreiskolbenkompressoren könnten auch mit einem Übersetzungsgetriebe mit variabler Geschwindigkeit wie in einigen Flugzeugmotoren versehen sein. Der Hubkolbenkompressor 1 von 3 ist als mit doppeltwirkenden Zylindern gezeigt, die durch eine Verbindungsstange 19g mit der Kurbelwelle 20 verbunden sind; und die Kurbelwelle 20, mit der er durch die Verbindungsstange 19g verbunden ist, würde zwei Arbeitshübe für jede Umdrehung der Kurbelwelle 20 liefern. In einer alternativen Methode wird der Hubkolbenkompressor 1 durch die Verbindungsstange 19g angetrieben, die mit einer kurzen Kurbelwelle oberhalb der Hauptkurbelwelle 20 verbunden ist, mit der die Nebenkurbelwelle (nicht dargestellt) durch ein Übersetzungsgetriebe verzahnt wäre, um mehr als zwei Arbeitshübe pro Umdrehung der Hauptkurbelwelle 20 vorzusehen. Alternativ kann das Kompressorsystem mehrere Kompressionsstufen für entweder Kreis- oder Hubkolbenkompressoren aufweisen. Obwohl der Nebenkompressor 1 und der zweite Nebenkompressor 2 der verschiedenen Ausführungsbeispiele durchgehend als Hubkolbenkompressor oder als Kreiskolbenkompressor dargestellt sind, wird angemerkt, daß die Erfindung nicht durch die Art des für jedes verwendeten Kompressors begrenzt ist; und die dargestellten Kompressoren können vertauscht werden oder können die gleichen sein oder können andere Arten von Kompressoren sein, die die hierin beschriebenen Funktionen erfüllen.
  • Der in 1 gezeigte Motor 1001 ist durch einen ausgedehnteren Expansionsprozeß, ein niedriges Kompressionsverhältnis und die Fähigkeit zur Erzeugung einer Verbrennungsladung, die sich im Gewicht von leichter als normal bis schwerer als normal ändert, gekennzeichnet und ist in der Lage, selektiv einen höheren mittleren effektiven Zylinderdruck vorzusehen als die herkömmliche Anordnung von normalen Motoren kann, ist jedoch in der Lage, im Vergleich zu herkömmlichen Motoren einen niedrigeren maximalen Zylinderdruck aufzuweisen. Ein Motorsteuergerät (ECM) (in 1 nicht dargestellt) und variable Ventile 3, 5 und 6 an Lei tungen, wie gezeigt, stellen ein System zum Steuern der Ladungsdichte, des Ladungsdrucks, der Ladungstemperatur und des mittleren und Spitzendrucks innerhalb des Zylinders bereit, was eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Erzeugung eines größeren Drehmoments und einer größeren Leistung bei niedrigem U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen für sowohl funken- als auch kompressionsgezündete Motoren ermöglicht. In alternativen Ausführungsbeispielen kann ein variables Ventilzeitsteuersystem verwendet werden und kann mit einem Steuersystem wie z. B. einem ECM den Zeitpunkt des Öffnens und den Zeitpunkt des Schließens der Ansaugventile 16 und 16' steuern, um ferner eine verbesserte Verwaltung von Bedingungen in den Verbrennungskammern der Zylinder 7a–7f des Motors 1001 vorzusehen, um eine flachere Drehmomentkurve und eine höhere Leistung, wenn es erforderlich ist, und mit niedrigen Niveaus von sowohl Kraftstoffverbrauch als auch umweltbelastenden Emissionen zu ermöglichen.
  • Kurzbeschreibung des Betriebs des in 1 gezeigten Motors 100'
  • Der in 1 gezeigte Motor 1001 dieser Erfindung ist ein Motor mit hohem Wirkungsgrad, der sowohl hohe Leistung als auch ein hohes Drehmoment mit niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringen umweltbelastenden Emissionen erreicht. Der neue Arbeitszyklus ist ein Verbrennungszyklus vom Typ mit externer Kompression. In diesem Zyklus wird ein Teil der Ansaugluft (die insgesamt in den Arbeitszylindern in herkömmlichen Motoren komprimiert wird) selektiv durch mindestens einen Nebenkompressor 2 komprimiert. Der Temperaturanstieg während der Kompression kann durch die Verwendung von Luftkühlern 10, 11, 12, die die Ansaugluft kühlen, und durch einen kürzeren Kompressionshub unterdrückt werden.
  • Ein vorgeschlagenes bevorzugtes Betriebsverfahren des Motors 100' mit neuem Zyklus ist somit:
    • 1. In Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen des Motors (z. B. unterschiedliche Lastanforderungen) wird entweder Ansaugluft auf Atmosphärendruck oder Ansaugluft, die durch mindestens einen Nebenkompressor 2 komprimiert wurde und deren Temperatur und Druck durch Umleitsysteme und Ladeluftkühler ge steuert wurden, durch den Ansaughub des Kolbens 22 in den Arbeitszylinder 7 gesaugt.
    • 2. (a) Nachdem der Ansaughub beendet ist, wird das Ansaugventil 16 (das einfach oder mehrfach sein kann, 16, 16') für einen Zeitraum, nachdem der Kolben 22 den unteren Totpunkt passiert hat, offen gelassen, was einen Teil der Frischluftladung in den Ansaugrohrverteiler 13, 14 zurückpumpt. Das Ansaugventil 16, 16' wird dann an einem Punkt geschlossen, an dem eine Wirkung den Zylinder 7 abdichtet, wobei folglich das Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt wird.
    • (b) Alternativ wird das Ansaugventil 16, 16' früh während des Ansaughubs geschlossen, bevor der Kolben 22 den unteren Totpunkt erreicht hat. Die eingeschlossene Luftladung wird dann auf das volle Volumen des Zylinders 7 expandiert und die Kompression der Ladung beginnt, wenn der Kolben 22 zu dem Punkt im Kompressionshub zurückkehrt, an dem das Ansaugventil 16, 16' geschlossen wird.
    • 3. (a) Während des Kompressionshubs des Kolbens 22 an dem Punkt, an dem das Ansaugventil 16 geschlossen wird, entweder beim Betrieb 2(a) oder 2(b), beginnt die Kompression, was ein kleines Kompressionsverhältnis erzeugt. Dies macht es möglich, den Temperaturanstieg während des Kompressionshubs einzuschränken.
    • (b) Während eines Teillastbetriebs wie z. B. bei einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung wird das Absperrventil 5 geschlossen und das Luftumleitventil (ABV) 6 am Kompressor wird vorzugsweise geöffnet, so daß die Ansaugluft in die Ansaugleitung 8 des Kompressors 2 zurückgeführt wird, ohne komprimiert zu werden. Das Absperrventil 3 kann dann die Luftladung um oder durch die Ladeluftkühler 11 und 12 leiten. Während dieser Zeit saugen die Motorkolben 22a–22f natürlich angesaugte Luft durch den Kompressor 2 ein. Dies verringert die Kompressorantriebsarbeit und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
    • (c) Wenn mehr Leistung erforderlich ist, können die Ladungsdichte und der Ladungsdruck durch Schließen des Luftumleitventils (ABV) 6 erhöht werden, was bewirkt, daß der Kompressor 2 den Luftdruck erhöht, und alternativ kann dies entweder durch Einschalten einer zweiten Kompressionsstufe durch den Kompressor 1, wie in 2 gezeigt, oder durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Kompressors 2 bewerkstelligt werden. Gleichzeitig leiten die Steuerventile 5 und 3 vorzugsweise einiges oder alles der Luftladung durch einen oder mehrere der Ladeluftkühler 10, 11 und 12, um die Luftladungsdichte zu erhöhen.
    • 4. Die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird hinzugefügt, falls er nicht bereits vorhanden ist, die Ladung wird gezündet und die Verbrennung erzeugt eine große Expansion der Gase gegen den Kolben 22, was eine große Energie in entweder der Betriebsart 3(a), (b) oder (c) erzeugt. Diese Energie erzeugt einen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck und wird insbesondere in der Betriebsart (c) in ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung umgewandelt.
  • Ausführliche Beschreibung des Betriebs des Motors 1001 von 1
  • Während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 strömt Luft durch Luftleitungen 15 von einem Luftrohrverteiler 13 oder 14, wobei die Luft (in Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen) entweder auf dem Atmosphärendruck liegt oder durch den Kompressor 2 auf einen höheren Druck komprimiert wurde, durch das Ansaugventil 16 in den Zylinder 7. Während des Ansaughubs des Kolbens 22 schließt sich das Ansaugventil 16 früh (am Punkt x). Ab diesem Punkt wird der Inhalt des Zylinders 7 auf das maximale Volumen des Zylinders expandiert. Dann findet während des Kompressions- (2.) Hubs keine Kompression statt, bis der Kolben 22 zu dem Punkt x zurückgekehrt ist, wo das Ansaugventil 16 während des Ansaughubs geschlossen wurde. (Am Punkt x wird das restliche verdrängte Volumen des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer dividiert, um das Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen.) Alternativ wird während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 das Ansaugventil 16 über den Ansaughub und an der Kolbenposition des unteren Totpunkts vorbei und über einen Teil des Kompressions- (2.) Hubs für eine signifikante Distanz, 10% oder bis vielleicht 50% oder mehr des Kompressionshubs, offen gehalten, wobei folglich einiges der Ladeluft in den Ansaugrohrverteiler 13 oder 14 zurückgepumpt wird, und das Ansaugventil 16 schließt sich dann, um ein niedriges Kompressionsverhältnis in den Zylindern des Motors festzulegen. Zum Zeitpunkt des Schließens des Ansaugventils 16 liegen die Dichte, die Temperatur und der Druck des Zylinders auf ungefähr Gleichheit mit dem Inhalt des Rohrverteilers 13 oder 14.
  • Während eines Teillastbetriebs, wie z. B. bei einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung, werden die Absperrventile 5 und 3 geschlossen und das Luftumleitventil (ABV) 6 am Kompressor wird vorzugsweise geöffnet, so daß die Ansaugluft zur Ansaugleitung 8 des Kompressors 2 zurückgeführt wird, ohne komprimiert zu werden. Während dieser Zeit saugen die Motorkolben 22a– 22f natürlich angesaugte Luft durch den Kompressor 2 ein. Dies verringert die Kompressorantriebsarbeit und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
  • Wenn ein mittleres Drehmoment und mittlere Leistung erforderlich sind, wie z. B. Autobahnfahren oder Erzeugung von mittlerer elektrischer Leistung, wird vorzugsweise das Absperrventil 5 zum Kompressor 2 geschlossen und das Luftumleitventil (ABV) 6 wird ebenfalls geschlossen. Dies bewirkt, daß die Atmosphärendruck-Ansaugluft aufhört, durch den Kompressor 2 umzulaufen, und der Kompressor 2 beginnt, die Ladeluft auf einen höheren als Atmosphärendruck zu komprimieren, während die geschlossenen Absperrventile 5 und 3 die Ladeluft durch die Leitungen 104, 110, 111 und 121/122 leiten, die die Luftkühler 10, 11 und 12 umgehen, wobei die Ladeluft direkt zu den Rohrverteilern 13 und 14 zu den Arbeitszylindern 7a–7f strömt, wo die dichtere, aber heiße Ladung den mittleren effektiven Zylinderdruck des Motors erhöht, um ein größeres Drehmoment zu erzeugen.
  • Wenn mehr Leistung erforderlich ist, wie z. B. wenn eine schnelle Beschleunigung erforderlich ist, oder für eine Erzeugung von elektrischer Leistung mit schwerer Last, wird vorzugsweise das Luftumleitventil (ABV) 6 geschlossen und die Absperrventile 3 oder 5 oder beide werden geöffnet. Dies bewirkt, daß der Kompressor 2 die gesamte Luftladung komprimiert. Die Absperrventile 3 oder 5 oder beide liefern dann (in Abhängigkeit von den jeweiligen geöffneten/geschlossenen Zuständen der Ventile 3 und 5) die aufbereitete Luftladung durch die Leitungen 105 oder 104 zur Leitung 110 und dann durch die Leitungen 111 oder 112 zu den Rohrverteilern 13, 14 und zu den Zylindern 7a–7f über einen, zwei oder alle drei der Ladungskühler 10, 11 und 12. Die sehr dichte, gekühlte Luftladung erzeugt, wenn sie mit Kraftstoff vermischt und gezündet und über das Kompressionsverhältnis des Motors hinaus expandiert wird, ein großes Drehmoment und große Leistung.
  • Wenn eine größere Leistung erforderlich ist, können die Ladeluftdichte und das Ladeluftgewicht durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Kompressors 2 oder durch Einschalten eines zweiten Kompressors, wie in 2, für eine zweite Vorkompressionsstufe erhöht werden. Das letztere kann durch das Motorsteuergerät 27 durchgeführt werden, das dem Luftumleitventil (ABV) 6, 2, signalisiert, sich zu schließen, um eine Rückführung eines Teils der Ansaugluft in die Leitung 103 zu verhindern, was selektiv irgendeine zweite Kompressionsstufe während des Teillastbetriebs aufhebt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Luftdichte und der Luftdruck erhöht werden, können die Absperrventile 3 und 5 einen Teil oder alles der Luftladung durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 leiten, um die Ladung zu kondensieren und die Erhöhung der Ladungstemperatur und des Ladungsdrucks zu verringern, was beides durch die Kühlung der Ladung bewerkstelligt wird. Dies erhöht den mittleren effektiven Zylinderdruck während der Verbrennung für ein hohes Drehmoment und hohe Leistung.
  • Je schwerer das Gewicht der Luftladung ist und je dichter die Ladung ist, desto früher beim Ansaughub (oder desto später beim Kompressionshub) kann das Ansaugventil geschlossen werden, um ein niedriges Kompressionsverhältnis festzulegen und Leistung beizubehalten, und desto weniger Wärme und Druck werden während der Kompression im Zylinder entwickelt. In diesem 4-Takt-Motor kann die Ansaugladung im Druck um nicht weniger als 4–5 Atmosphären verstärkt werden, und wenn das Kompressionsverhältnis niedrig genug ist, beispielsweise 4 : 1 bis 8 : 1 (höher für Dieselkraftstoff), selbst bei Funkenzündung, bestünde kein Problem mit der Detonation. Das Expansionsverhältnis sollte immer noch groß sein, 14 : 1 wäre ein bevorzugtes Expansionsverhältnis für die Funkenzündung, vielleicht 19 : 1 für einen Dieselbetrieb.
  • Das Kompressionsverhältnis ist durch das verdrängte Volumen des Zylinders 7, das verbleibt, nachdem der Punkt x im Kompressionshub erreicht wurde (und das Ansaugventil 16 geschlossen wird), dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt. Das Expansionsverhältnis ist in allen Fällen größer als das Kompressionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist durch Dividieren des gesamten verdrängten Volumens des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt.
  • Kraftstoff kann vergast werden oder er kann in einen Drosselkörper 56 (in 16 zu sehen) eingespritzt werden oder der Kraftstoff kann in den Einlaßstrom von Luft eingespritzt werden, in eine Vorverbrennungskammer (21) eingespritzt werden oder durch das Ansaugventil 16 eingespritzt werden oder er kann direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Falls er eingespritzt wird, sollte er dies am Punkt x oder, nachdem der Kolben 22 diesen erreicht hat und das Ansaugventil geschlossen wird. Der Kraftstoff kann auch später eingespritzt werden, ähnlich dem Dieselbetrieb, und kann am gewöhnlichen Punkt für Dieselöleinspritzung vielleicht in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer oder direkt auf eine Glühkerze eingespritzt werden. Einiger Kraftstoff kann nach dem oberen Totpunkt selbst kontinuierlich während des ersten Teils des Expansionshubs für einen Verbrennungsprozeß mit vorwiegend konstantem Druck eingespritzt werden.
  • Die Zündung kann durch Kompression (die durch eine Glühkerze unterstützt werden kann) oder durch einen elektrischen Funken stattfinden. Die Funkenzündung kann vor dem oberen Totpunkt, wie normalerweise durchgeführt, am oberen Totpunkt oder nach dem oberen Totpunkt stattfinden.
  • Zu einer günstigen Zeit wird die Luft-Kraftstoff-Ladung gezündet und die Gase expandieren gegen den Kolben für den Arbeits- (3.) Hub. Nahe dem unteren Totpunkt öffnet (öffnen) sich zur günstigen Zeit das (die) Auslaßventil(e) 17 und der Kolben 22 steigt in den Spül- (4.) Hub an, wobei der Zylinder durch zwangsläufige Verdrängung effizient gespült wird, wonach sich das (die) Auslaßventil(e) 17 schließt (schließen).
  • Dies beendet einen Zyklus des 4-Takt-Motors.
  • Der Motor 1002 von 2
  • Mit Bezug auf 2 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor 1002 gezeigt, in dem alle Zylinder 7a–7f (von denen nur zwei 7a, 7f in einer schematischen Zeichnung dargestellt sind) und zugehörigen Kolben 22a–22f in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten und alle Arbeitszylinder zum Erzeugen von Leistung für eine gemeinsame Kurbelwelle 20 über jeweils Verbindungsstangen 19a–19f verwendet werden. Ein Nebenkompressor 2 (hierin als Kreiskolbenkompressor) dargestellt) liefert Luft, die komprimiert wurde, oder ermöglicht die Abgabe von Luft durch diesen hindurch auf Atmosphärendruck an Rohrverteiler 13 und 14 und an die Zylinder 7a–7f, wobei die Zylinder in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten. Ein zweiter Nebenkompressor 1 wird verwendet, um selektiv den Luftdruck für den Kompressor 2 zu verstärken. Ventile 3, 4, 5 und 6 und Ladeluftkühler 10, 11 und 12 werden in den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendet, um die Luftladungsdichte, das Luftladungsgewicht, die Luftladungstemperatur und den Luftladungsdruck zu steuern. Die Ansaugventile 16a–16f werden zeitgesteuert, um das Kompressionsverhältnis des Motors 1002 zu steuern. Die Verbrennungskammern sind bemessen, um das Expansionsverhältnis des Motors festzulegen.
  • Ein proportionales Ventil 201 ist in der Ansaugleitung 8 angeordnet, um die durch die Ansaugleitung 8 strömende Luftströmung um ein Ausmaß proportional zu drosseln, um die Einleitung von Abgasen durch die Öffnung 204 in der Wand des Ansaugkanals 8 zu bewirken. Diese Abgase kommen vom Auslaßkanal 18 über die Auslaßöffnung 206 und den Kanal 202. Der Zweck dieses Merkmals besteht darin, Abgase in die Frischluftansaugung mit der Frischluft, die durch den Ansaugkanal 8 kommt, einzuleiten und zu vermischen, um umweltbelastende Emis sinnen zu verringern. Die eingeleiteten Abgase werden durch Kühlrippen 202b gekühlt, die an der Leitung 202 angeordnet sind.
  • Der in 2 gezeigte Motor 1002 ist durch einen ausgedehnteren Expansionsprozeß, ein niedriges Kompressionsverhältnis und die Fähigkeit zur Erzeugung einer Verbrennungsladung, die im Gewicht von leichter als normal bis schwerer als normal variiert, gekennzeichnet und ist in der Lage, selektiv einen höheren mittleren effektiven Zylinderdruck bereitzustellen als die herkömmliche Anordnung von normalen Motoren kann, weist jedoch einen ähnlichen oder niedrigeren maximalen Zylinderdruck im Vergleich zu herkömmlichen Motoren auf. Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 und variable Ventile 3, 4, 5 und 6 an Leitungen, wie gezeigt, sehen ein System zum Steuern der Ladungsdichte, des Ladungsdrucks, der Ladungstemperatur und des mittleren und Spitzendrucks innerhalb des Zylinders vor, was eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Erzeugung eines größeren Drehmoments und einer größeren Leistung bei niedrigem U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen für sowohl funken- als auch kompressionsgezündete Motoren ermöglicht. In alternativen Ausführungsbeispielen kann ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung verwendet werden und kann mit einem Steuersystem wie z. B. Motorsteuergeräten (ECM) 27 den Zeitpunkt des Öffnens und den Zeitpunkt des Schließens der Ansaugventile 16 steuern, um ferner eine verbesserte Verwaltung der Bedingungen in den Verbrennungskammern der Zylinder 7a–7f des Motors 1002 bereitzustellen, um eine flachere Drehmomentkurve und eine höhere Leistung und mit niedrigen Niveaus an sowohl Kraftstoffverbrauch als auch umweltbelastenden Emissionen zu ermöglichen.
  • Kurzbeschreibung des Betriebs des Motors 1002 von 2
  • Der in 2 gezeigte Motor 1002 dieser Erfindung ist ein Motor mit hohem Wirkungsgrad, der sowohl hohe Leistung als auch ein hohes Drehmoment mit niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringen umweltbelastenden Emissionen erreicht. Der neue Arbeitszyklus ist ein Verbrennungszyklus vom Typ mit externer Kompression. In diesem Zyklus wird ein Teil der Ansaugluft (die insgesamt in den Arbeitszylindern in herkömmlichen Motoren komprimiert wird) selektiv durch mindes tens einen Nebenkompressor 1, 2 komprimiert. Der Temperaturanstieg während der Kompression kann durch die Verwendung von Luftkühlern 10, 11, 12, die die Ansaugluft kühlen, und durch einen kürzeren Kompressionshub unterdrückt werden.
  • Ein vorgeschlagenes, bevorzugtes Betriebsverfahren des Motors 1002 mit neuem Zyklus ist folglich:
    • 1. In Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen des Motors (z. B. unterschiedliche Lastanforderungen) wird entweder Ansaugluft auf Atmosphärendruck oder Ansaugluft, die durch mindestens einen Nebenkompressor komprimiert wurde und deren Temperatur und Druck durch Umleitsysteme und Ladeluftkühler eingestellt wurden, durch den Ansaughub des Kolbens 22 in den Arbeitszylinder 7 gesaugt.
    • 2. (a) Nachdem der Ansaughub beendet ist, wird das Ansaugventil 16 (das einfach oder mehrfach sein kann) für einen Zeitraum, nachdem der Kolben 22 den unteren Totpunkt passiert hat, offen gelassen, was einen Teil der Frischluftladung in den Ansaugrohrverteiler 13, 14 zurückpumpt. Das Ansaugventil 16 wird dann an einem Punkt geschlossen, an dem eine Wirkung den Zylinder 7 abdichtet, wobei folglich das Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt wird.
    • (b) Alternativ wird das Ansaugventil 16 früh während des Ansaughubs geschlossen, bevor der Kolben 22 den unteren Totpunkt erreicht hat. Die eingeschlossene Luftladung wird dann auf das volle Volumen des Zylinders 7 expandiert und die Kompression der Ladung beginnt, wenn der Kolben 22 den Punkt im Kompressionshub erreicht, an dem das Ansaugventil 16 geschlossen wird.
    • 3. (a) Während des Kompressionshubs des Kolbens 22 an dem Punkt, an dem das Ansaugventil 16 geschlossen wird, entweder beim Betrieb 2(a) oder 2(b), beginnt die Kompression, was ein kleines Kompressionsverhältnis erzeugt. Dies macht es möglich, den Temperaturanstieg während des Kompressionshubs zu verringern.
    • (b) Während eines Teillastbetriebs wie z. B. bei einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung werden die Absperrventile 3 und 5 geschlossen und die Lufumleitventile (ABV) 4 und 6 zu beiden Kompressoren 1 und 2 werden vorzugsweise geöffnet, so daß die Ansaugluft in die Ansaugleitungen 110 und 103 der Kompressoren 2 und 1 zurückgeführt wird, ohne komprimiert zu werden. Während dieser Zeit saugen die Motorkolben 22a–22f natürlich angesaugte Luft an dem (den) Kompressoren) vorbei ein. Dies verringert die Kompressorantriebsarbeit und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter.
    • (c) Wenn eine größere Leistung erforderlich ist, können die Ladungsdichte und der Ladungsdruck durch Schließen des Luftumleitventils (ABV) 4, was bewirkt, daß der Kompressor 2 den Ladeluftdruck erhöht, und außerdem durch entweder Einschalten der zweiten Kompressionsstufe durch den Kompressor 1 in derselben Weise wie jener des Schließens des Luftumleitventils ABV 6 oder durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Kompressors 2 oder beider Kompressoren erhöht werden. Gleichzeitig würden die Absperrventile 3 und 5 geöffnet werden, um einiges oder alles der Luftladung durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 zu leiten, um die Ladeluftdichte zu erhöhen.
    • 4. Die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird hinzugefügt, falls er nicht bereits vorhanden ist, die Ladung wird gezündet und die Verbrennung erzeugt eine große Expansion der Gase gegen den Kolben 22, was eine große Energie in entweder der Betriebsart 3(a), (b) oder (c) erzeugt. Diese Energie erzeugt einen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck und wird insbesondere in der Betriebsart (c) in ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung umgewandelt.
  • Ausführliche Beschreibung des Betriebs des Motors 1002 von 2
  • Während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 strömt Luft durch Luftleitungen 15 vom Luftrohrverteiler 13 oder 14, wobei die Luft (in Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen) entweder auf dem Atmosphärendruck liegt oder durch den Kompressor 2 und/oder Kompressor 1 auf einen höheren Druck komprimiert wurde, durch das Ansaugventil 16 in den Zylinder 7. Während des Ansaughubs des Kolbens 22 schließt sich das Ansaugventil 16 am Punkt x, was den Zylinder 7 abdichtet. Ab diesem Punkt wird die Luftladung auf das maximale Volumen des Zylinders expandiert. Dann findet während des Kompressions- (2.) Hubs keine Kompression statt, bis der Kolben 22 zu dem Punkt x zurückgekehrt ist, wo das Ansaugventil 16 während des Ansaughubs geschlossen wurde. (Am Punkt x wird das restliche verdrängte Volumen des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer dividiert, um das Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen.) Alternativ wird während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 das Ansaugventil 16 über den Ansaughub und am unteren Totpunkt vorbei und über einen Teil des Kompressions- (2.) Hubs für eine signifikante Distanz, 10% oder bis vielleicht 50% oder mehr des Kompressionshubs, offen gehalten, wobei folglich einiges der Ladeluft in den Ansaugrohrverteiler 13 oder 14 zurückgepumpt wird, und das Ansaugventil 16 schließt sich dann, was den Zylinder 7 abdichtet, um ein niedriges Kompressionsverhältnis in den Zylindern des Motors festzulegen. Zum Zeitpunkt des Schließens des Ansaugventils 16 sind die Dichte, die Temperatur und der Druck des Inhalts des Zylinders 7 ungefähr dieselben wie jene der Luftladung in den Ansaugrohrverteilern 13 und 14.
  • Während eines Teillastbetriebs mit leichter Last, wie z. B. bei einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung, werden die Absperrventile 3 und 5 geschlossen und die Luftumleitventile (ABV) 4 und 6 zu beiden Kompressoren 1 und 2 werden vorzugsweise geöffnet, so daß die Ansaugluft zu den Ansaugleitungen 110 und 103 der Kompressoren 2 und 1 zurückgeführt wird, ohne komprimiert zu werden. Während dieser Zeit saugen die Motorkolben 22a–22f natürlich angesaugte Luft an dem (den) Kompressoren) vorbei ein. Dies verringert die Kompressorantriebsarbeit und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter.
  • Wenn ein mittleres Drehmoment und mittlere Leistung erforderlich sind, wie z. B. Autobahnfahren oder Erzeugung von mittlerer elektrischer Leistung, werden vorzugsweise die Absperrventile 3 und 5 geschlossen und die Luftumleitventile (ABV) 4 und 6 werden geschlossen. Dies bewirkt, daß die Atmosphärendruck-Ansaugluft aufhört, durch den Kompressor 2 und 1 umzulaufen, und beide Kompressoren beginnen, die Ladeluft auf einen höheren als Atmosphärendruck zu komprimieren, während die geschlossenen Absperrventile 3 und 5 die Ladeluft durch die Leitungen 104, 110, 111 und 121/122 leiten, die die Luftkühler 10, 11 und 12 in 2 umgehen, wobei die Ladeluft direkt zu den Rohrverteilern 13 und 14 und zu den Arbeitszylindern 7a–7f strömt, wo die dichtere, aber heiße Ladung den mittleren effektiven Zylinderdruck des Motors erhöht, um ein größeres Drehmoment und eine größere Leistung zu erzeugen.
  • Wenn mehr Leistung erforderlich ist, wie z. B. wenn eine schnelle Beschleunigung erforderlich ist, oder für eine Erzeugung von elektrischer Leistung mit schwerer Last, wird vorzugsweise das Luftumleitventil (ABV) 4 geschlossen und das Absperrventil 3 wird geöffnet. Dies bewirkt, daß der Kompressor 2 die gesamte Luftladung komprimiert und das Absperrventil 3 die Luftladung durch die Leitungen 112 und 113 leitet und die komprimierte Ladeluft zu den Rohrverteilern 13 und 14 oder zu den Zylindern 7a–7f über die Ladungskühler 11 und 12 geliefert wird. Für eine noch größere Leistung wird das Absperrventil 5 geöffnet und das Luftumleitventil 6 wird geschlossen und der Kompressor 1 beginnt eine zweite Kompressionsstufe und die gesamte Luftladung wird nun durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 für eine hohe Ladungsdichte geleitet. Die sehr dichte, gekühlte Luftladung erzeugt, wenn sie mit Kraftstoff vermischt und gezündet und über das Kompressionsverhältnis des Motors hinaus expandiert wird, ein großes Drehmoment und große Leistung.
  • Je schwerer das Gewicht der Luftladung ist und je dichter die Ladung ist, desto früher (oder später) kann das Ansaugventil geschlossen werden, um ein niedriges Kompressionsverhältnis festzulegen und Leistung beizubehalten, und desto weniger Wärme und Druck werden während der Kompression im Zylinder entwickelt.
  • In diesem 4-Takt-Motor kann die Ansaugladung im Druck um nicht weniger als 4–5 Atmosphären verstärkt werden, und wenn das Kompressionsverhältnis des Motors niedrig genug ist, beispielsweise 4 : 1 bis 8 : 1 (höher für Dieselkraftstoff), selbst bei Funkenzündung, bestünde kein Problem mit der Detonation. Das Expansionsverhältnis wäre immer noch sehr groß, 14 : 1 wäre ein bevorzugtes Expansionsverhältnis für die Funkenzündung, vielleicht 19 : 1 für einen Dieselbetrieb.
  • Das Kompressionsverhältnis wird durch das verdrängte Volumen des Zylinders 7, das verbleibt, nachdem der Punkt x im Kompressionshub erreicht wurde (und das Ansaugventil 16 geschlossen wird), dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt. Das Expansionsverhältnis ist in allen Fällen größer als das Kompressionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist durch Dividieren des gesamten verdrängten Volumens des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt.
  • Kraftstoff kann vergast werden oder er kann in einen Drosselkörper 56 (in 16 zu sehen) eingespritzt werden oder der Kraftstoff kann in den Einlaßstrom von Luft eingespritzt werden, in eine Vorverbrennungskammer wie in 21 eingespritzt werden oder durch das Ansaugventil 16 eingespritzt werden oder er kann direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Falls er eingespritzt wird, sollte er dies am Punkt x oder, nachdem der Kolben 22 diesen erreicht hat und das Ansaugventil geschlossen ist. Der Kraftstoff kann auch später eingespritzt werden und kann im Fall von Dieselbetrieb am gewöhnlichen Punkt für Dieselöleinspritzung vielleicht in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer oder direkt auf eine Glühkerze eingespritzt werden.
  • Zu einer günstigen Zeit wird die Luft-Kraftstoff-Ladung gezündet und die Gase expandieren gegen den Kolben für den Arbeits- (3.) Hub. Nahe dem unteren Totpunkt öffnet (öffnen) sich zur günstigen Zeit das (die) Auslaßventil(e) 17 und der Kolben 22 steigt in den Spül- (4.) Hub an, wobei der Zylinder durch zwangsläufige Verdrängung effizient gespült wird, wonach sich das (die) Auslaßventil(e) schließt (schließen).
  • Dies beendet einen Zyklus des 4-Takt-Motors.
  • Der Motor 1003 von 3
  • Mit Bezug auf 3 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor 1003 gezeigt, in dem alle Zylinder 7a–7f (von denen nur einer in einer Schnittansicht gezeigt ist) und zugehörigen Kolben 22a–22f in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten und alle Arbeitszylinder zum Erzeugen von Kraft für eine gemeinsame Kurbelwelle 20 über jeweils Verbindungsstangen 19a–19f verwendet werden. Ein Neben-Hubkolbenkompressor 1 und ein Neben-Kreiskolbenkompressor 2 liefern eine Druckladeluft, die komprimiert wurde, oder ermöglichen die Abgabe von Luft durch diese hindurch auf Atmosphärendruck an die Rohrverteiler 13, 14 und an die Zylinder 7a–7f, wobei die Zylinder in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten. Ventile 3, 4, 5 und 6 und Ladeluftkühler 10, 11 und 12 werden in den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendet, um die Luftladungsdichte, das Luftladungsgewicht, die Luftladungstemperatur und den Luftladungsdruck zu steuern. Die Ansaugventile 16 werden zeitgesteuert, um das Kompressionsverhältnis des Motors 1003 zu steuern. Die Verbrennungskammern sind bemessen, um das Expansionsverhältnis des Motors festzulegen.
  • Der in 3 gezeigte Motor 1003 ist durch einen ausgedehnteren Expansionsprozeß, ein niedriges Kompressionsverhältnis und die Fähigkeit zur Erzeugung einer Verbrennungsladung, die im Gewicht von leichter als normal bis schwerer als normal variiert, gekennzeichnet und ist in der Lage, selektiv einen höheren mittleren effektiven Zylinderdruck bereitzustellen als die herkömmliche Anordnung von normalen Motoren kann, weist jedoch einen ähnlichen oder niedrigeren maximalen Zylinderdruck im Vergleich zu herkömmlichen Motoren auf. Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 und variable Ventile 3, 4, 5 und 6 an Leitungen, wie gezeigt, sehen ein System zum Steuern der Ladungsdichte, des Ladungsdrucks, der Ladungstemperatur und des mittleren und Spitzendrucks innerhalb des Arbeitszylinders 7 vor, was eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, ein größeres Drehmoment und eine größere Leistung bei niedrigem U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen für sowohl funken- als auch kompressionsgezündete Motoren ermöglicht. In alternativen Ausführungsbeispielen kann ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung verwendet werden und kann mit einem Steuersystem wie z. B. einem Motorsteuergerät (ECM) 27 den Zeitpunkt des Öffnens und den Zeitpunkt des Schließens der Ansaugventile 16 steuern, um ferner eine verbesserte Verwaltung der Bedingungen in den Verbrennungskammern der Zylinder 7a–7f des Motors 1003 bereitzustellen, um eine flachere Drehmomentkurve und eine hohe Leis tung und mit niedrigen Niveaus an sowohl Kraftstoffverbrauch als auch umweltbelastenden Emissionen zu ermöglichen.
  • Kurzbeschreibung des Betriebs des Motors 1003 von 3
  • Der in 3 gezeigte Motor 1003 dieser Erfindung ist ein Motor mit hohem Wirkungsgrad, der sowohl hohe Leistung als auch ein hohes Drehmoment mit niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringen umweltbelastenden Emissionen erreicht. Der neue Arbeitszyklus ist ein Verbrennungszyklus vom Typ mit externer Kompression. In diesem Zyklus wird ein Teil der Ansaugluft (die insgesamt in den Arbeitszylindern in herkömmlichen Motoren komprimiert wird) selektiv durch mindestens einen Nebenkompressor 1, 2 komprimiert. Der Temperaturanstieg während der Kompression kann durch die Verwendung von Luftkühlern 10, 11, 12, die die Ansaugluft kühlen, und durch einen kürzeren Kompressionshub unterdrückt werden.
  • Ein vorgeschlagenes, bevorzugtes Betriebsverfahren des Motors 1003 mit neuem Zyklus ist folglich:
    • 1. In Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen des Motors (z. B. unterschiedliche Lastanforderungen) wird entweder Ansaugluft auf Atmosphärendruck oder Ansaugluft, die durch mindestens einen Nebenkompressor komprimiert wurde und deren Temperatur und Druck durch Umleitsysteme und Ladeluftkühler eingestellt wurden, durch den Ansaughub des Kolbens 22 in den Arbeitszylinder 7 gesaugt.
    • 2. (a) Nachdem der Ansaughub beendet ist, wird das Ansaugventil 16 (das einfach oder mehrfach sein kann, 16, 16') für einen Zeitraum, nachdem der Kolben 22 den unteren Totpunkt passiert hat, offen gelassen, was einen Teil der Frischluftladung in die Ansaugrohrverteiler 13, 14 zurückpumpt. Das Ansaugventil 16 wird dann an einem Punkt geschlossen, der den Zylinder 7 abdichtet, wobei folglich das Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt wird.
    • (b) Alternativ wird das Ansaugventil 16 früh während des Ansaughubs geschlossen, bevor der Kolben 22 den unteren Totpunkt erreicht hat. Die eingeschlossene Luftladung wird dann auf das volle Volumen des Zylinders 7 expandiert und die Kompression der Ladung beginnt, wenn der Kolben 22 den Punkt im Kompressionshub erreicht, an dem das Ansaugventil 16 geschlossen wird.
    • 3. (a) Während des Kompressionshubs des Kolbens 22 an dem Punkt, an dem das Ansaugventil 16 geschlossen wird, entweder beim Betrieb 2(a) oder 2(b), beginnt die Kompression, was ein kleines Kompressionsverhältnis erzeugt. Dies macht es möglich, den Temperaturanstieg während des Kompressionshubs zu verringern.
    • (b) Während eines Teillastbetriebs wie z. B. bei einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung werden die Absperrventile 3 und 5 geschlossen und die Luftumleitventile (ABV) 4 und 6 an beiden Kompressoren 1 und 2 werden vorzugsweise geöffnet, so daß die Ansaugluft in die Ansaugleitungen 110 und 8 der Kompressoren 1 und 2 zurückgeführt wird, ohne komprimiert zu werden. Während dieser Zeit saugen die Motorkolben 22a–22f natürlich angesaugte Luft an dem (den) Kompressoren) vorbei ein. Dies verringert die Kompressorantriebsarbeit und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter.
    • (c) Wenn eine größere Leistung erforderlich ist, können die Ladungsdichte und der Ladungsdruck durch Schließen des Luftumleitventils (ABV) 4, was bewirkt, daß der Kompressor 1 den Ladeluftdruck erhöht, und außerdem durch entweder Einschalten der zweiten Kompressionsstufe durch den Kompressor 2, falls erforderlich, in derselben Weise wie jener des Schließens des ABV-Ventils 6 oder durch Erhöhen der Geschwindigkeit der Kompressoren 1 oder 2 oder von beiden, erhöht werden. Gleichzeitig würden die Absperrventile 3 und 5 einiges oder alles der Luftladung durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 leiten, um die Ladeluftdichte zu erhöhen.
    • 4. Die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird hinzugefügt, falls er nicht bereits vorhanden ist, die Ladung wird gezündet und die Verbrennung erzeugt eine große Expansion der Gase gegen den Kolben 22, was eine große Energie in entweder der Betriebsart 3(a), (b) oder (c) erzeugt. Diese Energie erzeugt einen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck und wird insbesondere in der Betriebsart (c) in ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung umgewandelt.
  • Ausführliche Beschreibung des Betriebs des Motors 1003 von 3
  • Während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 strömt Luft durch Luftleitungen 15 vom Luftrohrverteiler 13 oder 14, wobei die Luft (in Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen) entweder auf dem Atmosphärendruck liegt oder durch den Kompressor 1 oder 2 auf einen höheren Druck komprimiert wurde, durch das Ansaugventil 16 in den Zylinder 7. Während des Ansaughubs des Kolbens 22 schließt sich das Ansaugventil 16 (am Punkt x). Ab diesem Punkt wird der Inhalt des Zylinders auf das maximale Volumen des Zylinders expandiert. Dann findet während des Kompressions- (2.) Hubs keine Kompression statt, bis der Kolben 22 zu dem Punkt x zurückgekehrt ist, wo das Ansaugventil 16 während des Ansaughubs geschlossen wurde, was den Zylinder 7 abdichtet. (Am Punkt x wird das restliche verdrängte Volumen des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer geteilt, um das Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen.) Alternativ kann während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 das Ansaugventil 16 über den Ansaughub am unteren Totpunkt vorbei und über einen Teil des Kompressions- (2.) Hubs für eine signifikante Distanz, 10% bis vielleicht 50% oder mehr des Kompressionshubs, offen gehalten werden, wobei einiges der Ladeluft in den Ansaugrohrverteiler zurückgepumpt wird, und das Ansaugventil 16, 16' schließt sich dann, um ein niedriges Kompressionsverhältnis in den Zylindern des Motors festzulegen.
  • Während eines Teillastbetriebs, wie z. B. bei einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung, werden die Absperrventile 3 und 5 geschlossen und die Luftumleitventile (ABV) 4 und 6 an beiden Kompressoren 1 und 2 werden vorzugsweise geöffnet, so daß die Ansaugluft zu den Ansaugleitungen 110 und 8 der Kompressoren 1 und 2 zurückgeführt wird, ohne komprimiert zu werden. Während dieser Zeit saugen die Motorkolben 22a–22f natürlich ange saugte Luft an dem (den) Kompressoren) vorbei ein. Dies verringert die Kompressorantriebsarbeit und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit weiter.
  • Wenn ein mittleres Drehmoment und mittlere Leistung erforderlich sind, wie z. B. Autobahnfahren oder mittlere Erzeugung von elektrischer Leistung, wird vorzugsweise das Absperrventil 3 zum Kompressor 1 geöffnet, das Luftumleitventil (ABV) 4 wird geschlossen und das ABV 6 bleibt offen. Dies bewirkt, daß die Atmosphärendruck-Ansaugluft aufhört, durch den Kompressor 1 umzulaufen; und der Kompressor 1 allein beginnt, die Ladeluft auf einen höheren als Atmosphärendruck zu komprimieren, während die geschlossenen Absperrventile 3 und 5 die Ladeluft durch die Leitungen 104, 110, 111 und 121/122 leiten, die die Luftkühler 10, 11 und 12 in 3 umgehen, wobei die Ladeluft direkt zu den Rohrverteilern 13 und 14 und zu den Arbeitszylindern 7a–7f strömt, wo die dichtere, erhitzte Ladung den mittleren effektiven Zylinderdruck des Motors erhöht, um ein größeres Drehmoment und eine größere Leistung zu erzeugen.
  • Wenn mehr Leistung erforderlich ist, wie z. B. wenn eine schnelle Beschleunigung erforderlich ist, oder für eine Erzeugung von elektrischer Leistung mit schwerer Last, werden vorzugsweise die Luftumleitventile (ABV) 4 und 6 geschlossen und die Absperrventile 3 und 5 werden an beiden Kompressoren geöffnet. Dies bewirkt, daß die Kompressoren 1 und 2 die gesamte Luftladung komprimieren und die Absperrventile 3 und 5 die Luftladung von der Leitung 8 weg und durch die Kompressoren 1 und 2 leiten, und die komprimierte Ladeluft wird dann durch die Leitungen 105, 106, 110, 112, 113, 114 und 115 zu den Rohrverteilern 13 und 14 und zu den Zylindern 7a–7f über die Ladungskühler 10, 11 und 12 geliefert. Die sehr dichte, gekühlte Luftladung erzeugt, wenn sie mit Kraftstoff vermischt und gezündet und über das Kompressionsverhältnis des Motors hinaus expandiert wird, ein großes Drehmoment und große Leistung.
  • Je schwerer das Gewicht der Luftladung ist und je dichter die Ladung ist, desto früher beim Ansaughub (oder desto später beim Kompressionshub) kann das Ansaugventil geschlossen werden, um ein niedriges Kompressionsverhältnis festzulegen und Leistung beizubehalten, und desto weniger Wärme und Druck werden während der Kompression im Zylinder entwickelt. In diesem 4-Takt-Motor kann die Ansaugladung im Druck um nicht weniger als 4–5 Atmosphären verstärkt werden, und wenn das Kompressionsverhältnis niedrig genug ist, beispielsweise 4 : 1 bis 8 : 1 (höher für Dieselkrafstoff), selbst bei Funkenzündung, bestünde kein Problem mit der Detonation. Das Expansionsverhältnis wäre immer noch sehr groß, 14 : 1 wäre ein bevorzugtes Expansionsverhältnis für die Funkenzündung, vielleicht 19 : 1 für einen Dieselbetrieb.
  • Das Kompressionsverhältnis ist durch das verdrängte Volumen des Zylinders 7, das verbleibt, nachdem der Punkt x im Kompressionshub erreicht wurde (und das Ansaugventil 16 geschlossen wird), dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt. Die Expansion ist in allen Fällen größer als das Kompressionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist durch Dividieren des gesamten verdrängten Volumens des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt.
  • Kraftstoff kann vergast werden oder er kann in einen Drosselkörper eingespritzt werden oder der Kraftstoff kann in den Einlaßstrom von Luft eingespritzt werden, in eine Vorverbrennungskammer, 21, eingespritzt werden oder durch das Ansaugventil 16 eingespritzt werden oder er kann direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Falls er eingespritzt wird, sollte er dies am Punkt x oder, nachdem der Kolben 22 diesen erreicht hat und das Ansaugventil geschlossen ist. Der Kraftstoff kann auch später eingespritzt werden und kann im Fall von Dieselbetrieb am gewöhnlichen Punkt für Dieselöleinspritzung vielleicht in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer oder direkt auf eine Glühkerze eingespritzt werden.
  • Zu einer günstigen Zeit wird die Luft-Kraftstoff-Ladung gezündet und die Gase expandieren den Kolben 22 für den Arbeits- (3.) Hub. Nahe dem unteren Totpunkt öffnet (öffnen) sich zur günstigen Zeit das (die) Auslaßventil(e) 17 und der Kolben 22 steigt in den Spül- (4.) Hub an, wobei der Zylinder durch zwangsläufige Verdrängung effizient gespült wird, wonach sich das (die) Auslaßventil(e) 17 schließt (schließen).
  • Dies beendet einen Zyklus des 4-Takt-Motors.
  • Der Motor 1004 von 4
  • Mit Bezug auf 4 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor 1004 mit zwei Atmosphärenluft-Ansaugungen 8 und 9 und entsprechenden Ansaugleitungen 15-A, 15-B gezeigt, in dem alle Zylinder (von denen nur einer (7) in einer Schnittansicht gezeigt ist) 7a–7f und zugehörigen Kolben 22a–22f in einem 4-Takt-Zyklus arbeiten und alle Arbeitszylinder zum Erzeugen von Kraft für eine gemeinsame Kurbelwelle 20 über jeweils Verbindungsstangen 19a–19f verwendet werden. Ein Kompressor 2, in dieser Figur ein Kreiskolbenkompressor vom Lysholm-Typ, ist gezeigt, der mit Luftleitungen, wie gezeigt, Druckluft zu einem oder mehreren Zylinderansaugventilen 16-A liefert. Ein Lufteinlaß 8 und ein Nebenlufteinlaß 9 und Einlaßleitungen 15-A, 15-B liefern auswählbar eine Luftladung auf Atmosphärendruck oder Luft, die auf einen höheren Druck komprimiert wurde, zu separaten Ansaugventilen 16-A und 16-B, die in denselben Zylinder 7a–7f münden (beispielsweise hier in den Zylinder 7f mündend gezeigt). Ladeluftkühler 10, 11 und 12 und Steuerventile 3, 5 und 6 werden in den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendet, um die Luftladungsdichte, das Luftladungsgewicht, die Luftladungstemperatur und den Luftladungsdruck zu steuern. Die Ansaugventile 16a-B – 16f-B, die Luft über den Rohrverteiler 14-B und die Ansaugleitungen 15a-B bis 15f-B empfangen, werden zeitgesteuert, um das Kompressionsverhältnis des Motors 1004 zu steuern. Die Verbrennungskammern sind bemessen, um das Expansionsverhältnis des Motors festzulegen. Aufgrund von bemerkenswerten Ähnlichkeiten zwischen dem Motor 1004 von 4 und jenem von 7 (in der das System des Hilfslufteinlasses 9 wegen des Informationswerts in Durchsicht gezeigt wurde) wird für bestimmte gemeinsame Komponenten auf 7 Bezug genommen, wie es als hilfreich erachtet wird.
  • Der in 4 gezeigte Motor 1004 ist durch einen ausgedehnteren Expansionsprozeß, ein niedriges Kompressionsverhältnis gekennzeichnet und ist in der Lage, eine Verbrennungsladung zu erzeugen, die im Gewicht von leichter als normal bis schwerer als normal variiert, und ist in der Lage, selektiv einen höheren mittleren effektiven Zylinderdruck bereitzustellen als die herkömmliche Anordnung in normalen Motoren kann, mit einem ähnlichen oder niedrigeren maximalen Zylinderdruck im Vergleich zu herkömmlichen Motoren. Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 (siehe beispielsweise 7) und variable Ventile 3, 5 und 6 an Leitungen, wie gezeigt, sehen ein System zum Steuern des Ladungsdrucks, der Ladungsdichte, der Ladungstemperatur und des mittleren und Spitzendrucks innerhalb des Zylinders vor, was eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Erzeugung einer größeren Leistung und eines größeren Drehmoment bei allen U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen für sowohl funken- als auch kompressionsgezündete Motoren ermöglicht. In alternativen Ausführungsbeispielen kann ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung mit dem ECM 27 auch den Zeitpunkt des Öffnens und des Schließens der Ansaugventile 16-A und/oder 16-B steuern, um ferner eine verbesserte Verwaltung der Bedingungen in den Verbrennungskammern bereitzustellen, um eine flachere Drehmomentkurve und eine höhere Leistung mit niedrigen Niveaus an sowohl Kraftstoffverbrauch als auch umweltbelastenden Emissionen zu ermöglichen.
  • Kurzbeschreibuna des Betriebs des in 4 gezeigten Motors 1004
  • Der Motor 1004 mit neuem Zyklus von 4 ist ein Motor mit hohem Wirkungsgrad, der sowohl hohe Leistung als auch ein hohes Drehmoment mit niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringen umweltbelastenden Emissionen erreicht. Der neue Zyklus ist ein Verbrennungszyklus vom Typ mit externer Kompression. In diesem Zyklus wird ein Teil der Ansaugluft (die insgesamt in den Arbeitszylindern in herkömmlichen Motoren komprimiert wird) selektiv durch einen Nebenkompressor 2 komprimiert. Der Temperaturanstieg am Ende der Kompression kann durch die Verwendung von Luftkühlern 10, 11, 12, die die Ansaugluft kühlen, durch die späte Einleitung von hinsichtlich der Temperatur eingestellter Luft und durch einen kürzeren Kompressionshub unterdrückt werden.
  • Während des Betriebs wird eine Primärluftladung durch das Ansaugventil 16-B mit Atmosphärendruck oder Luft, die um vielleicht eine Hälfte auf eine Atmosphäre erhöht wurde durch einen Nebenlufteinlaß 9, welche vergast werden kann, zum Zylinder 7 geliefert. Diese Ladung kann komprimiert werden, Kraftstoff zugegeben werden, wenn er nicht vorhanden ist, am geeigneten Punkt nahe dem oberen Totpunkt für den Arbeitshub gezündet werden – was eine hohe Kraftstoffwirtschaftlichkeit und geringe umweltbelastende Emissionen bereitstellt.
  • Wenn mehr Leistung erwünscht ist, wird eine Sekundärluftladung, die vom Lufteinlaß 8 stammt, während des Kompressionshubs durch ein zweites Ansaugventil 16-A vorzugsweise in den Arbeitszylinder 7 eingeleitet, was eine Luftladung mit höherem Druck einleitet, nachdem sich das erste Ansaugventil 16-B geschlossen hat, um die Ladungsdichte zu erhöhen, wenn dies erforderlich ist. Nachdem die Sekundärluftladung eingeleitet wurde, schließt sich das Ansaugventil 16-A schnell. Die Primärluftladung kann durch Einschalten eines zweiten Nebenkompressors in Reihe mit dem Kompressor 2 zwischen dem Lufteinlaß 8 und dem Rohrverteiler 13, 14 auf einen höheren Druck verstärkt werden (siehe beispielsweise Kompressor 1 in 1, wobei der im Motor von 4 zu verwendende Primärkompressor der Kompressor 2 ist – der in 4 und 7 beispielsweise als Lysholm-Kreiskolbentyp dargestellt ist) und kann ladeluftgekühlt werden. Die Temperatur, der Druck, die Menge und der Punkt der Einleitung der Sekundärladung, falls sie hinzugefügt wird, wird eingestellt, um die gewünschten Ergebnisse zu erzeugen. Eine Ansaugventilsperre (es gibt verschiedene auf dem Markt, beispielsweise Eaton Corp. und Cadillac) kann in bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendet werden, um das Ansaugventil 16-A zu sperren, wenn ein Teillastbetrieb keinen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck erfordert. Alternativ wird das Luftumleitventil (ABV) 6 geöffnet, um die Ladeluft durch den Kompressor 2 zurückzuführen, um den Kompressor von der Kompressionsarbeit während des Teillastbetriebs zu befreien.
  • Alternativ kann ein Einwegeventil, von welchem eine Art als 26 in 6 dargestellt ist, verwendet werden, um ein konstantes oder variables "Druckverhältnis" im Zylinder 7 vorzusehen, während die Drallturbulenz verbessert wird. In diesem alternativen Betriebsverfahren würde sich das Ansaugventil 16-A sehr spät schließen und das Ventil 26 würde sich nur schließen, wenn der Druck im Zylinder 7 fast gleich dem Druck in der Leitung 15-A ist oder diesen übersteigt. Somit würde der Druck in der Leitung 15-A, der durch die Kompressorgeschwindigkeit gesteuert wird, zusätzlich mit den Ventilen 3, 5 und 6 (und Ventil 4 in 7) den Druck, die Dichte, die Temperatur und die Turbulenz des Verbrennungsprozesses regulieren. Ein Ventil vom Typ einer durch Feder zurückgezogenen Scheibe, ein Metall- oder Keramiktyp oder ein beliebiger anderer Typ von automatischem Ventil könnte das Ventil 26 ersetzen.
  • Ein anderes alternatives Verfahren zur Bereitstellung eines niedrigen Kompressionsverhältnisses mit einem großen Expansionsverhältnis und verringerten umweltbelastenden Emissionen ist somit:
  • Der zur Ansaugrohrleitung 15-A gelieferte Luftdruck wird mit einem äußerst hohen Pegel erzeugt und das Ansaugventil 16-A ist in alternativen Ausführungsbeispielen gegen ein schnell wirkendes, besser steuerbares Ventil ausgetauscht, wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf ein Magnetventil mit hoher Geschwindigkeit (nicht dargestellt), wobei das Ventil vorzugsweise entweder mechanisch, elektrisch oder vakuumbetätigt ist unter der Steuerung eines Motorsteuergeräts (ECM). In einem solchen Ausführungsbeispiel kann eine kleinere, dichtere, hinsichtlich der Temperatur eingestellte Hochdruckladung mit oder ohne begleitenden Kraftstoff selektiv, tangential orientiert viel später beim Kompressionshub oder sogar während des Verbrennungsprozesses eingeleitet werden, um die Ladungsdichte zu erhöhen, um die Spitzen- und Gesamtverbrennungstemperaturen zu verringern und um die gewünschte Ladungsdrallturbulenz in der (den) Verbrennungskammer(n) zu erzeugen.
  • Ein vorgeschlagenes, bevorzugtes Betriebsverfahren des Motors 1004 mit neuem Zyklus ist folglich:
    • 1. In Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen des Motors (z. B. unterschiedliche Lastanforderungen) wird entweder Ansaugluft auf Atmosphärendruck oder Ansaugluft, die durch einen Kompressor (nicht dargestellt) komprimiert wurde und deren Temperatur durch Umleitsysteme und Ladeluftkühler (nicht dargestellt) ein gestellt wurde, durch den Ansaughub des Kolbens 22 durch den Lufteinlaß 9, den Rohrverteiler 14-B, die Ansaugleitungen 15-B und die Ansaugventile 16a-B–16f-B in den Zylinder 7 (Ansaughub) gesaugt.
    • 2. (a) Nachdem der Ansaughub beendet ist, wird das Ansaugventil 16-B (das einfach oder mehrfach sein kann) für einen Zeitraum, nachdem der Kolben 22 den unteren Totpunkt passiert hat, offen gelassen, was einen Teil der Frischluftladung in den Ansaugrohrverteiler 14-B zurückpumpt.
    • (b) Alternativ wird das Ansaugventil 16-B früh während des Ansaughubs geschlossen, bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht. Die eingeschlossene Luftladung wird dann auf das volle Volumen des Zylinders 7 expandiert.
    • 3. (a) Der Kompressions- (2.) Hub beginnt nun und an dem Punkt, an dem das Ansaugventil 16-B geschlossen wird, um den Zylinder 7 abzudichten, entweder beim Betrieb 2(a) oder 2(b), beginnt die Kompression (für ein kleines Kompressionsverhältnis). Dies macht es möglich, den Temperaturanstieg während des Kompressionshubs zu verringern.
    • (b) Wenn eine größere Leistung erforderlich ist, wird eine komprimierte, hinsichtlich der Temperatur eingestellte Sekundärluftladung durch das Ansaugventil 16-A, das sich während des Kompressionshubs schnell öffnet und schließt, in den Zylinder 7 an dem Punkt eingeleitet, an dem sich das Ansaugventil 16-B, das die Primärluftladung eingeleitet hat, schließt, oder später bei dem Hub, um eine dichtere, temperaturgesteuerte Ladung zu erzeugen, um das Drehmoment und die Leistung bereitzustellen, die für den Motor erwünscht sind.
    • (c) Wenn eine größere Leistung erforderlich ist, kann die Sekundärluftladung alternativ in der Dichte und im Gewicht erhöht werden, indem bewirkt wird, daß die Absperrventile 5 und 3 alles oder einen Teil der Luftladung durch einen oder mehrere der Ladeluftkühler 10, 11 und 12 leiten, um die Ladungsdichte zu erhöhen, und/oder indem die Kompressorgeschwindigkeit erhöht wird oder indem eine zweite Stufe einer Hilfskompression eingeschaltet wird, wobei die letzteren zwei
  • Wirkungen dadurch mehr Luft auf der Rückseite einpumpen. Alternativ kann die Zeitsteuerung des Schließens des Ansaugventils 16-B entweder beim Einlaß- oder Kompressionshub vorübergehend geändert werden, um eine größere Ladung beizubehalten, und gleichzeitig kann die Zeitsteuerung des Ansaugventils 16-A vorübergehend geändert werden, um es während des Kompressionshubs früher zu öffnen und zu schließen, um eine größere, dichte, hinsichtlich der Temperatur eingestellte Luftladung bereitzustellen.
    • 4. Die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird hinzugefügt, falls er nicht vorhanden ist, die Ladung wird gezündet und die Verbrennung erzeugt eine große Expansion der verbrannten Gase gegen den Kolben 22, was eine große Energie in entweder der Betriebsart 3(a), (b) oder (c) erzeugt. Diese Energie wird aufgenommen und insbesondere in der Betriebsart (c) in ein hohes Drehmoment und hohe Leistung umgewandelt.
    • 5. Nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens öffnen sich die Auslaßventile 17a–17f, 17a'–17f' und der Zylinder 7 wird durch den (4.) Hub des Kolbens 22 effizient gespült, wonach sich das (die) Ventile) 17 schießt (schließen).
  • Ausführliche Beschreibung des Betriebs des Motors 1004 von 4
  • Während des Ansaug- (1.) Hubs des Kolbens 22 strömt Niederdruckluft durch die Luftleitung 15-B vom Atmosphärenlufteinlaß 9 durch den Luftrohrverteiler 14-B auf Atmosphärendruck, oder die hinsichtlich des Drucks verstärkt wurde (oder alternativ kann die Niederdruckluft durch ein Druckreglerventil 25 und die Leitung 15-B von der Druckluftleitung 15-A geliefert werden, wie in 5 gezeigt), durch ein Ansaugventil 16-B in den Zylinder 7. Während des Ansaughubs des Kolbens 22 schließt sich das Ansaugventil 16-B (Punkt x). Ab diesem Punkt wird die Luftladung im Zylinder auf das maximale Volumen des Zylinders expandiert. Dann findet während des Kompressions- (2.) Hubs keine Kompression der Ladung statt, bis der Kolben 22 zu dem Punkt x zurückkehrt, wo das Einlaßventil geschlossen wurde. (Am Punkt x wird das restliche verdrängte Volumen des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer geteilt, was das Kompressionsverhältnis des Motors festlegt.) An einem beliebigen Punkt im Kompressionshub des Kolbens 22 zu dem Zeitpunkt, zu dem oder nachdem der Kolben 22 den Punkt x erreicht, wird ein zweites Einlaßventil 16-A selektiv geöffnet, um eine sekundäre Druckluftladung mit einer Temperatur, einer Dichte und einem Druck einzuleiten, die als für die Motorlast, die Drehmomentanforderung, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die gewünschten Emissionseigenschaften als vorteilhaft erachtet werden. Alternativ wird während des Ansaugens von Ladeluft durch das Ansaugventil 16-B das Ansaugventil 16-B am unteren Totpunkt vorbei für eine signifikante Distanz, 10% bis vielleicht 50% oder mehr des Kompressionshubs, offen gehalten, wobei somit einiges der Ladeluft in den Ansaugrohrverteiler 14-B zurückgepumpt wird, und dann geschlossen, um ein niedriges Kompressionsverhältnis im Zylinder festzulegen. Während des Kompressionshubs, zu oder nach dem Zeitpunkt, zu dem das Ansaugventil 16-B geschlossen wird, wird eine Sekundärladung von hinsichtlich der Temperatur eingestellter Hochdruckluft, die durch den Kompressor 2 komprimiert wurde, selektiv durch ein zweites Ansaugventil 16-A, das sich schnell öffnet und schließt, in denselben Zylinder 7 eingeleitet. Wenn ein größeres Drehmoment und eine größere Leistung erforderlich sind, wird die Dichte der Sekundärladeluft alternativ durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Primärkompressors 2 oder durch Einschalten einer weiteren Kompressionsstufe, wie bei Punkt 1, 7, und/oder durch Leiten der Luftladung durch Ladeluftkühler erheblich erhöht.
  • Für einen Teillastbetrieb drosselt ein Absperrventil oder eine Ventilsperre 31 (wie z. B. in 7 gezeigt) am Hochdruck-Ansaugventil 16-A vorzugsweise vorübergehend die Ansaugluft oder hält das Ventil geschlossen. Dies würde zur Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors beitragen. Alternativ wird das Absperrventil 5 während des Teillastbetriebs geschlossen und das Umleitventil ABV 6 wird geöffnet, so daß ein Teil oder alles der durch den Kompressor 2 gepumpten Luft für eine niedrige oder keine Druckverstärkung zur Einlaßleitung des Kompressors 2 zurückgeführt werden würde. Wenn sich das sekundäre Ansaugventil 16-A öffnet, ist der Druck der Luft in der Leitung 15-A folglich ungefähr der gleiche wie oder nicht viel größer als jener von der anfänglichen Ladung. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist ein automatisches Nebenventil 26, 6, wie in 6 gezeigt, angeordnet, um jegliche Rückströmung von Ladeluft in die Leitung 15-A zu ver hindern, falls der Zylinderdruck den Druck in der Leitung 15-A übersteigen sollte, bevor das Ansaugventil 16-A während des Kompressionshubs des Kolbens 22 geschlossen wird.
  • Wenn ein Neben-Einwegeventil (siehe Ventil 26 von 6) vorhanden ist, kann das Druckverhältnis im Zylinder 7 durch Einstellen des Drucks der durch das Ansaugventil 16-A strömenden Ladeluft vollständig gesteuert werden. Das Druckverhältnis kann dann durch die Ventile 3, 5, 6 und durch die Kompressorgeschwindigkeit und irgendein Drosselventil, das vorhanden sein kann, gesteuert werden. Bei der Verwendung des Ventils 26 muß das Ansaugventil 16-A bis sehr spät im Kompressionshub offen gehalten werden, vielleicht bis sich der Kolben 22 dem oberen Totpunkt nähert oder diesen erreicht.
  • Kraftstoff kann in 4, 4-B, 5, 7 und 33, der in einen Drosselkörper 56 (in 16 zu sehen) eingespritzt wird, vergast werden oder der Kraftstoff kann in den Einlaßluftstrom eingespritzt werden, in eine Vorverbrennungskammer eingespritzt werden oder durch die Ansaugventile 16-A, 16-B (nur 16-B, wenn 16-B nicht über den unteren Totpunkt hinaus offen bleibt) eingespritzt werden, oder er kann direkt in die Verbrennungskammer am Punkt x während des Ansaughubs (während des Ansaughubs nur, wenn sich das Ansaugventil 16-B vor dem unteren Totpunkt schließt), oder zu dem Zeitpunkt, zu dem oder nach dem der Kolben 22 den Punkt x im Kompressionshub erreicht hat, eingespritzt werden. Der Kraftstoff kann mit oder ohne begleitende Luft eingespritzt werden. Im Fall eines Dieselbetriebs kann Kraftstoff am gewöhnlichen Punkt für Dieselöleinspritzung vielleicht in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer oder direkt auf eine Glühkerze eingespritzt werden.
  • Nachdem die Temperatur und Dichte einstellende Luftladung eingeleitet wurde, falls sie verwendet wird, fährt die Kompression der Ladung fort und wird mit vorhandenem Kraftstoff zur günstigen Zeit für den Expansions- (3. und Arbeits-) Hub gezündet. (Das Kompressionsverhältnis ist durch das verdrängte Volumen des Zylinders, das verbleibt, nachdem der Punkt x beim Kompressionshub erreicht wurde, dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt. Das Ex pansionsverhältnis ist durch Dividieren des gesamten Totraums der Zylinder durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt.) Nun wird die Kraftstoff-Luft-Ladung gezündet und der Arbeits- (3.) Hub des Kolbens 22 findet statt, wenn die verbrannten Gase expandieren. Nahe dem unteren Totpunkt des Arbeitshubs öffnet (öffnen) sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' und der Zylinder 7 wird beim vierten Kolbenhub durch zwangsläufige Verdrängung effizient gespült, wonach sich das (die) Auslaßventil(e) 17 schließt (schließen).
  • Dies beendet einen Zyklus des 4-Takt-Motors.
  • Es ist zu sehen, daß je später der Punkt im Kompressionshub liegt, zu dem der Punkt x erreicht wird (je früher oder später das Einlaßventil geschlossen wird), desto niedriger das Kompressionsverhältnis des Motors ist und desto weniger die Ladung während der Kompression erhitzt wird. Es ist auch zu sehen, daß je später die Temperatur-Dichte-Einstelladung eingeleitet wird, desto weniger Arbeit für den Motor erforderlich ist, um die Ladung zu komprimieren, wobei der spätere Teil davon bereits eine gewisse Kompression durch einen Nebenkompressor 2 erhalten hat.
  • Der Motor 1004-B von 4–B
  • Mit Bezug auf 4–B ist ein Sechs-Zylinder-4-Takt-Verbrennungsmotor gezeigt, der in der Konstruktion dem Motor von 4 ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß der Motor von 4–B so konstruiert und angeordnet ist, daß der Kompressor 2 eine Ladeluft vom Rohrverteiler 14-B über die Öffnung 8-B (in 7 gezeigt) und die Leitung 8 empfängt, wobei die Luft durch den gemeinsamen Luftansaugkanal 9 eintritt. Ansaugrohre 15a–15C bis 14f-C verteilen die Atmosphärendruckluft zu den Ansaugventilen 16-B von jedem Arbeitszylinder. Diese Anordnung ermöglicht das Liefern von Luft zu den Ansaugventilen 16-A und 16-B mit unterschiedlichen Druckpegeln, da die Ladeluft von den Leitungen 15-A selektiv durch den Kompressor 2 unter Druck gesetzt wird. Der Betrieb des Motors von 4–B ist derselbe wie jener des Motors von 4. Das von 4–C gezeigte Auslaß- und Luftansaugsystem ist in der Numerierung und im Zweck zu den Ziffern und zum Zweck in der Beschreibung für dieselben Ziffern in bezug auf 2 identisch.
  • Der Motor 1005 von 5
  • Mit Bezug auf 5 ist ein Sechs-Zylinder-4-Takt-Verbrennungsmotor 1005 ähnlich den Motoren 1004 von 4 und dem Motor 1004-B von 4–B gezeigt, mit der Ausnahme, daß alternative Wege gezeigt sind, damit die doppelten Atmosphärenlufteinlässe beseitigt werden können, vorzugsweise indem die Niederdruck-Ladeluft zu Ansaugventilen 16-B durch Leitungen 15a-D bis 15f-D geliefert wird, die alle von der gemeinsamen Lufteinlaßleitung 8 oder von einem wahlweisen Luftrohrverteiler 35-M führen, der zwischen der Einlaßleitung 8 und dem Ein-laß der Leitungen 15a-D bis 15f-D liegt, wobei der Rohverteiler auch über die Leitung 8-A Luft zum Kompressor 2 liefen würde. Das Liefern der Niederdruck-Ladeluft zum Ansaugventil 16-B durch die Leitung 15-D oder durch die Leitung 15-B (in Durchsicht gezeigt) würde einen zweiten Luftfilter und ein Lufteinleitungssystem beseitigen und würde entweder mit dem ersten beschriebenen System, das das Schließen des primären Ansaugventils 16-B während des Ansaughubs des Kolbens 22 beinhaltet, oder alternativ Schließen des primären Ansaugventils 16-B während des 2. oder Kompressionshubs gut funktionieren. Wie gezeigt, kann die Niederdruck-Ladeluft alternativ durch Anordnen eines Druckabfallventils 25 in der Leitung 15-B, die zum Führen von der Druckluftleitung 15 (15-A) zum Niederdruck-Zylindereinlaßventil 16-B geleitet ist, geliefert werden, um den eingeführten Luftdruck bis auf den Pegel zu senken, der durch das hierin beschriebene System der Kompressionsverhältniseinstellung gesteuert werden könnte, vorzugsweise bis auf 1,5 bis 2,0 Atmosphären (Absolutdruck, der eine Verstärkung von 0,5 bis 1,0 Atmosphären ist) und vielleicht bis auf Atmosphärendruck.
  • Der Betrieb des Motors 1005 von 5 wäre derselbe wie der Betrieb des Motors 1004 von 4, obwohl die Niederdruck-Primärluftzufuhr anders zugeführt wird. Aufgrund von merklichen Ähnlichkeiten zwischen dem Motor 1005 von 5 und jenem von 7, wird für gewisse gemeinsame Komponenten auf 7 Bezug genommen, wie es als hilfreich erachtet wird.
  • Während eines Teillastbetriebs dieses 4-Takt-Zyklus-Motors (4, 4–B und 5), wie z. B. Fahrzeugkonstantfahrt oder Teillast-Leistungserzeugung, wird die Sekundärluftladung alternativ beseitigt, indem das Hochdruck-Ansaugventil 16-A vorübergehend gesperrt wird (es stehen mehrere Ventilsperrsysteme zur Verfügung, z. B. Eton, Cadillac usw.), oder Luft kann zum Ansaugventil 16-A abgesperrt werden und der Motor immer noch eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistung erzeugen als herkömmliche Motoren.
  • Während des Teillastbetriebs, wie z. B. Fahrzeugkonstantfahrt, kann der Kompressor 2 alternativ und vorzugsweise von irgendeiner Kompressionsarbeit befreit werden, indem das Absperrventil 5 geschlossen wird und das Luftumleitventil 6 geöffnet wird, was die in den Kompressor 2 zurückgepumpte Luft umlaufen läßt, und dann ist die Luft in den Ansaugleitungen 15-A und 15-B oder 15-D ungefähr gleich. Daher findet während dieser Zeit keine Aufladung statt. In einem Ausführungsbeispiel verhindert das automatische Ventil 26, 6, eine Rückströmung von Luft während des Kompressionshubs, wenn der Kompressionsdruck im Zylinder sich dem Druck in der Leitung 15-A nähert oder diesen übersteigt, bevor sich das Ansaugventil 16-A schließt.
  • Für erhöhte Leistung kann die Sekundärluftladung durch Absperrventile 3 und 5, die vorzugsweise geöffnet werden, um die Luftladung in Ladeluftkühler 10, 11 und 12 zu leiten, was die Ladung dichter macht, und/oder durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Kompressors 2 oder durch Hinzufügen einer zweiten Vorkompressionsstufe durch den Kompressor 1 in 7 erhöht werden, wobei die letzteren zwei Wirkungen dadurch mehr Luft auf der Rückseite einpumpen. In 7 ist gezeigt, daß der Primärkompressor 2 ein Lysholm-Kreiskolbentyp ist und ein Sekundärkompressor 1 ein Kreiskolbenkompressor vom Turbotyp ist, obwohl eine beliebige Art von Kompressoren in den Motoren dieser Erfindung verwendet werden kann.
  • Mit Bezug auf 6 ist derselbe 4-Takt-Motor und ein ähnliches Betriebssystem, wie für die Motoren von 4, 4–B, 5, 7 und 33 beschrieben, gezeigt, außer daß der Motor von 6 insofern ein hinzugefügtes Merkmal aufweist, als das sekundäre Ansaugventil 16-A ein Hilfsventil 26 aufweist, das automatisch ist, um eine Ladeluft-Rückströmung vom Zylinder 7 zu verhindern. Dieses Merkmal verhindert, daß irgendeine Rückströmung während des Kompressionshubs des Motors dieser Erfindung auftritt. Dieses Merkmal kann auch verwendet werden, um das Druckverhältnis des Motors entweder variabel oder konstant festzulegen. Wenn Sekundärladeluft durch das Ansaugventil 16-A empfangen wird, kann das Ansaugventil 16-A währen des Kompressionshubs bis nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens 22 offen gehalten werden, da sich das automatische Ventil 26 zu einem solchen Zeitpunkt schließt, zu dem sich der Druck im Zylinder 7 dem Druck in der Ansaugrohrleitung 15-A nähert. Daher ermöglicht die Druckdifferenz zwischen dem Zylinder 7 und dem Ansaugrohr 15-A das Schließen des automatischen Ventils 26, selbst wenn das Ansaugventil 16-A noch offen sein kann, was ermöglicht, daß das Druckverhältnis des Zylinders 7 durch den Druck von irgendeiner Ladeluft gesteuert wird, die durch das Ansaugrohr 15-A kommt, welches wiederum durch Ventile 3, 5 und 6 und die Kompressorgeschwindigkeit und vielleicht ein Drosselventil, falls vorhanden, für Motoren mit einer einzigen Vorkompressionsstufe gesteuert wird. Die Ventile 3, 4, 5 und 6 und die Kompressorgeschwindigkeit und irgendein vorhandenes Drosselventil würden die Druckverhältnisse für Motoren mit zwei Vorkompressionsstufen steuern. Wenn keine Ladung vom Ansaugventil 16-A strömt, wird das automatische Ventil 26 bereits geschlossen und das Druckverhältnis wird durch das Kompressionsverhältnis des Motors und die Dichte und Temperatur der vom Zylinder 7 durch das Ansaugventil 16-B empfangenen Ladung festgelegt. Das Kompressionsverhältnis wird immer noch durch den Punkt im Zylinder 7 festgelegt, an dem das primäre Ansaugventil 16-B geschlossen wird. Das Druckverhältnis wird durch die Dichte und Temperatur der im Zylinder 7 vorhandenen Luft, ob sie durch das Ventil 16-B, 16-A oder beide einströmt, und durch das Kompressionsverhältnis festgelegt.
  • Eine beliebige Art von automatischem Ventil kann für den Gegenstand 26 verwendet werden, vielleicht ein Typ mit durch Feder zurückgezogener Scheibe, der aus Metall oder Keramik bestehen kann.
  • Der Motor 1007 von 7
  • Mit Bezug auf 7 ist eine schematische Zeichnung eines Sechs-Zylinder-Motors 100' gezeigt, der in einem 4-Takt-Zyklus arbeitet. Der Motor ist in der Struktur und im Betrieb zum 4-Takt-Motor von 4, 4-B und 5 ähnlich und zeigt alternative Lufteinleitungssysteme, die eine Luftansaugung 9 (in Durchsicht) oder eine Luftansaugung 8' oder beide verwenden. 7 zeigt auch drei Ladeluftkühler 10, 11 und 12 und doppelte Rohrverteiler 13 und 14 plus einen alternativen Ansaugrohrverteiler 14-B. Der Bedarf für eine doppelte Atmosphärenluftansaugung (8' und 9 in 7) kann durch Liefern von Luft von der Öffnung 8-B des Rohrverteilers 14-B direkt zur Luftansaugleitung 8', die in 7 schematisch dargestellt ist, beseitigt werden.
  • Ein alternatives Lufteinleitsystem, das in 7 gezeigt ist, liefert nicht unter Druck gesetzte Ladeluft zum Ansaugventil 16-B des Motors von 4-B und von 7 durch Liefern von Atmosphärendruckluft zu den Ansaugrohren 15a-C bis 15f-C, die vom Rohrverteiler 14-B in 4–B und 7 führen, welcher Atmosphärenluft durch die Einleitungsöffnung 9 empfängt, und verteilt dann die nicht unter Druck gesetzte Luft zu den Ansaugventilen 16-B jedes Arbeitszylinders. Dann tritt die Hochdruckluft durch das Ansaugventil 16-A ein, nachdem der Kolben 22 den Punkt x während des Kompressionshubs (den Punkt, an dem sich das Ansaugventil 16-B schließt und die Kompression beginnt) erreicht hat. Das Ansaugventil 16-A schließt sich dann, die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird zugegeben, falls er nicht vorhanden ist, und die Ladung wird nahe dem oberen Totpunkt (TDC) gezündet und der Arbeits- (3.) Hub findet statt.
  • Ein zweites alternatives Lufteinleitungssystem, das in 7 gezeigt ist, liefert Niederdruck-Ansaugluft, wie auch in 5 gezeigt, zum alternativen Empfangen von Luft von der Hochdruckleitung 15-A über die Leitung 15-B mit dem wahlweisen Druckverminderungsventil 25 (in 5 und 7 in Durchsicht dargestellt). Die Hochdruck-Sekundärluftladung wird durch das Ansaugventil 16-A zur gleichen Zeit wie oder später als der Kolben 22 den Punkt erreicht, an dem sich das Ansaugventil 16-B schließt und die Kompression beginnt, eingeleitet. Das Ansaugventil 16-A schließt sich dann schnell, die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird zugegeben, wenn er nicht vorhanden ist, und die Ladung wird an der geeigneten Stelle für den Arbeits- (3.) Hub gezündet.
  • Ein drittes alternatives und bevorzugtes Lufteinleitungssystem, das in 7 gezeigt ist, liefert die Primärluftladung folgendermaßen zum Ansaugventil 16-B: Ladeluft, die durch den Kompressor 1 vielleicht von 0,3 bar auf nicht weniger als 2 bar oder mehr auf einen niedrigen Druck gebracht wurde, kann selektiv (und diskontinuierlich oder kontinuierlich) zu den Niederdruck-Ansaugventilen 16-B des Motors von 7 durch die Leitung 32 geliefert werden, die von der Leitung 110 zu den Ansaugventilen (16a-B bis 16f-B) führt, wobei die Leitung Ladeluft auf Atmosphärendruck oder eine, die unter Druck gesetzt wurde und deren Temperatur in jedem Fall optimiert wurde, empfängt, was alles durch den Kompressor 1 und den Ladeluftkühler 10 gesteuert wird, wobei die Ladeluftwege durch die Ventile 5 und 6 mit den entsprechenden Leitungen gesteuert werden. In diesem Fall. ist das Ventil 33 wahlfrei. Nachdem der Zylinder 7 gefüllt wurde und das Kompressionsverhältnis durch Schließen des Ansaugventils 16-B während des ersten oder des zweiten Hubs des Kolbens 22 festgelegt wurde, öffnet sich das Hochdruck-Ansaugventil 16-A beim Kompressionshub an dem Punkt, an dem sich das Ventil 16-B schließt, um die dichte, hinsichtlich der Temperatur eingestellte Luftladung einzuleiten, und dann schließt es sich, wenn die Kompression fortfährt, und nahe dem oberen Totpunkt, wobei Kraftstoff vorhanden ist, wird die Ladung gezündet und der Arbeits- (3.) Hub findet statt. Die Verwendung dieses Systems beseitigt auch den Bedarf für doppelte Atmosphärenluftansaugungen.
  • Ein viertes alternatives Lufteinleitungssystem, das in 7 gezeigt ist, liefert die Primärladeluft zu den Niederdruck-Ansaugventilen 16-B, indem die Ladeluft selektiv vom Ansaugsystem 9, Rohrverteiler 14-B und von den Ansaugrohren 15-C (in Durchsicht gezeigt) oder von der Leitung 32 kommt, die die Luft zum Arbeitszylinder 7 auf einem beliebigen Pegel von Druck und Temperatur leiten würde, welcher auch immer zu irgendeinem speziellen Zeitpunkt erforderlich wäre. Mit dieser Anordnung hätte das Öffnen des Ventils 33 zu einem solchen Zeitpunkt, zu dem der Kompressor 1 die durch diesen strömende Ladung komprimiert, die Wirkung der Erhöhung der Dichte der Primärladeluft, deren Temperatur sowie Druck in diesem Fall auch durch den Kompressor 1 und die Steuerventile 5 und 6 eingestellt werden könnte. Ein Einwegeventil 34 würde verhindern, daß die Luft mit höherem Druck durch die Leitung 15-C entweicht. Wenn weniger Leistung erforderlich wäre, könnte der Kompressor 1 durch teilweises oder vollständiges Öffnen des Steuerventils 6 und Schließen des Absperrventils 5 "ladedruckbegrenzt" werden. Alternativ könnte das Ventil 33 durch das Motorsteuergerät (ECM) geschlossen werden und die Primärladeluft würde mit Atmosphärendruck durch den Ansaugkanal 9 (in Durchsicht gezeigt) in den Zylinder 7 gesaugt werden. Der Kolben 22 beginnt nun den zweiten Hub, das Ansaugventil 16-B schließt sich nun, wenn es nicht beim Ansaughub geschlossen wird, um das Kompressionsverhältnis festzulegen, und in allen Fällen tritt die schwere Sekundärladung durch das Ventil 16-A ein, das sich zu dem Zeitpunkt öffnet, zu dem oder nachdem der Kolben 22 den Punkt erreicht hat, an dem sich das Ansaugventil 16-B geschlossen hat, das Ventil 16-A schließt sich dann schnell, die Kompression fährt fort und die Ladung wird nahe dem oberen Totpunkt gezündet und der Arbeits- (3.) Hub findet statt.
  • Mit diesem vierten alternativen Lufteinleitungssystem kann das Niederdruck-Ansaugventil 16-B (a) Ladeluft auf Atmosphärendruck empfangen oder (b) kann Ladeluft empfangen, die durch die Leitung 32 oder Leitung 15-B komprimiert und gekühlt wurde. Das Hochdruck-Ansaugventil 16-A (das sich zu dem Zeitpunkt oder später öffnet, zu dem die Kompression beginnt) kann Ladeluft empfangen, die (a) in einer einzelnen Stufe durch den Kompressor 1 oder Kompressor 2 komprimiert und gekühlt wurde, (b) in zwei Stufen oder mehr auf eine sehr hohe Dichte komprimiert und gekühlt wurde, oder (c) deren Temperatur und Druck durch die Steuerventile 5 und 6 eingestellt wurden, alles um eine bessere Verwaltung der Verbrennungseigenschaften hinsichtlich der Leistungs-, Drehmoment- und Kraftstoffwirtschaftlichkeitsanforderungen und hinsichtlich der Emissionskontrolle bereitzustellen. Durch Integrieren eines wahlweisen Einwegeventils (siehe in 6 gezeigtes Ventil 26) könnten die Motoren von 4, 4–B, 5 und 7 entweder ein konstantes oder ein variables Druckverhältnis aufweisen, wobei die Ladungsdichte, der Ladungsdruck, die Ladungstemperatur und die Ladungsturbulenz und der Zeitpunkt des Schließens des Ventils 26 durch die Ventile 3, 5 und 6 und durch die Kompressorgeschwindigkeit und durch irgendein vorliegendes Drosselventil in Motoren mit einer Vorkompressionsstufe und durch das Hinzufügen des Ventils 4 in Motoren mit zwei Vorkompressionsstufen gesteuert werden. In jedem Fall sollte das Ansaugventil 16-A sehr spät im Kompressionshub offen gehalten werden, vielleicht bis nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens 22.
  • Ein Vorteil für das Komprimieren der Ladeluft, die zum Niederdruck-Ansaugventil 16-B strömt, zusätzlich zum starken Komprimieren der Sekundärluftladung besteht darin, daß während viel des Arbeitszyklus solcher Motoren die Ladungsdichte drastisch erhöht werden könnte, während die Spitzendrücke und -temperaturen für einen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck niedrig gehalten werden. Dieses System könnte die gesamte Leistung bereitstellen, die für eine Fahrzeugfahrt in einem hügeligen Gelände erforderlich ist, wobei vielleicht die Hochdruck-Ansaugventile 16-A durch einen durch 31 in 7 angegebenen Ventildeaktivator, oder indem der Kompressor 2 und/oder Kompressor 1 teilweise oder vollständig durch die Steuerventile 3 und 4 und/oder Steuerventile 5 und 6 umgangen wird, deaktiviert wird, um den Druck und die Temperatur, die in die Rohrverteiler 13 und 14 und dann zu den Ansaugventilen 16-A gehen, zu verändern. Für äußerste Leistung könnten die Ventildeaktivatoren abgeschaltet oder beseitigt werden.
  • In 7 ist auch ein vorgeschlagenes Motorsteuersystem, das aus einem Motorsteuergerät (ECM) 27, zwei Absperrventilen 3 und 5, zwei Luftumleitventilen 4 und 6, den wahlweisen Druckverminderungsventilen 25 (25a–25f) an Luftleitungen 15-B (15a-B–15f-B) besteht, und ein Schema zum Steuern des Drucks, der Temperatur und der Dichte durch Steuern der Luftumleitventile 4 und 6 und der Absperrventile 3 und 5 gezeigt. Wie dargestellt, wird das Luftumleitventil 4 geschlossen, um zu ermöglichen, daß der Kompressor 2 die Ladung vollständig komprimiert, und das Absperrventil 3 ist geringfügig offen, was einen Teil der Luft ungekühlt (hohle Pfeile) und einiges der Luft gekühlt (volle Pfeile) zu den Rohrverteilern 13 und 14 strömen läßt, was alles durch das ECM 27 gesteuert werden könnte, um eine Luftladung mit optimaler Dichte, Temperatur und optimalem Druck bereitzustellen. Der hohle Pfeil 4-A in der Leitung 120 zeigt, wie das ABV 4 teilweise geöffnet werden kann, um einiges der Luft den Kompressor 2 umgehen und zu diesem zurückkehren zu lassen, um den Druck der Sekundärluftladung fein einzustellen, die eingeleitet wird, um die Ladungsdichte und -temperatur einzustellen. Alternativ kann die gesamte Luftladung durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 oder durch die Umgehungsleitungen 121 und 122 zu den Rohrverteilern 13 und 14 geleitet werden.
  • Für hohe Leistung mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis und geringen umweltbelastenden Emissionen werden die Luftumleitventile (ABV) 4 und 6 geschlossen und die Absperrventile 3 und 5 würden geöffnet werden, so daß die Kompressoren 2 und 1 den Druck der Luftladung, die durch die Absperrventile 3 und 5 durch die Ladeluftkühler für maximale Dichte geleitet wird, anheben. Während des Ansaughubs öffnet sich das Niederdruck-Ansaugventil 16-B, der Kolben 22 saugt Niederdruckluft ein, das Ansaugventil 16-B schließt sich vor dem unteren Totpunkt oder nach dem unteren Totpunkt während des Kompressionshubs. Während des Kompressionshubs, an dem Punkt, an dem sich das Ansaugventil 16-B geschlossen hat, oder später, öffnet sich das Ansaugventil 16-A, um die dichte, gekühlte Sekundärluftladung einzuleiten, und schließt sich dann. Die Kompression fährt für ein niedriges Kompressionsverhältnis fort. Kraftstoff wird zugegeben, wenn er nicht vorhanden ist, und die Ladung wird am geeigneten Punkt nahe dem oberen Totpunkt gezündet (die Zündung kann vor, bei oder nach dem oberen Totpunkt stattfinden) für den Arbeits- (3.) Hub mit einem großen Expansionsverhältnis mit hohem Drehmoment, dann öffnet (öffnen) sich das (die) Auslaßventil(e) 17 und der Spül- (4.) Hub findet statt, wonach sich das (die) Auslaßventil(e) 17 schließt (schließen).
  • Bei diesen Konstruktionen kann der Kraftstoff vergast werden, durch den Drosselkörper eingespritzt werden, durch die Öffnung eingespritzt werden, in den Zylinder eingespritzt werden und kann an einem beliebigen Punkt zwischen der Luftansaugung und dem Kolbenboden eingeleitet werden. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann geschichtet oder von einem stöchiometrischen bis zu einem sehr mageren Gemisch für Funkenzündung, zu einem sehr reichen Gemisch für Dieselbetrieb sein. Die Motorleistung kann durch Kraftstoffdosierung allein gesteuert werden oder die Luftzufuhr kann zweckmäßig auf das zweckmäßige Kraftstoff-Luft-Verhältnis durch ein Drosselventil eingestellt werden oder kann durch die Steuerventile 4 und 6, wenn zwei Vorkompressionsstufen verwendet werden, und durch das Steuerventil 4, wenn eine einzelne Vorkompressionsstufe verwendet wird, "dosiert" werden.
  • In irgendeinem der Motoren dieser Erfindung wird das normalen Motoren gemeinsame Problem des unvollständigen Vermischens von Kraftstoff, Luft und restlichem Gas mit folgender Veränderung der Bedingungen am Zündpunkt durch die späte Luftladungseinleitung mit hoher Geschwindigkeit minimiert und in einigen Fällen beseitigt. Dieses Problem, das hiermit durch die vorliegende Erfindung angegangen wird, ist in derzeitigen Motoren extrem, wenn gasförmiger Kraftstoff direkt in den Zylinder eingeleitet wird, wo der Funke in Gemischen mit veränderlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnissen, daher mit verschiedenen Raten von Flammentwicklung, auftreten kann.
  • (Hinsichtlich der Bedeutung für das Finden einer Lösung für dieses spezielle Problem geben die Motorforscher am Massachusetts Institute of Technology an, daß "Die Beseitigung der Variation im Verbrennungsprozeß von Zyklus zu Zyklus ein wichtiger Beitrag zu einer verbesserten [Motor-] Leistung wäre. Wenn alle Zyklen ähnlich und gleich dem durchschnittlichen Zyklus wären, wären die maximalen Zylinderdrücke niedriger, der Wirkungsgrad wäre größer und vor allem wäre die Detonationsgrenze höher, was folglich eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades und/oder des mittleren effektiven Zylinderdrucks mit einem gegebenen Kraftstoff ermöglichen würde.")
  • Die angesprochene Zyklusvariation wird in dem Motor von jedem der Ausführungsbeispiele (einschließlich Zwei-Takt-Ausführungsbeispielen und Vier-Takt-Ausführungsbeispielen) der vorliegenden Erfindung durch die signifikante Drallturbulenz, die durch die Einleitung von Hochdruckluft erzeugt wird, minimiert und potentiell beseitigt. Außerdem kann in einem beliebigen der Motoren dieser Erfindung die Drallturbulenz tangential zur Zylinderwand orientiert werden, indem das Einlaßventil 16 und insbesondere das Ventil 16-A verkleidet wird, oder durch die Verwendung eines Einwegeventils (wie z. B. des Ventils 26 in 6 und 10.) Selbst Motoren, die eine Luftladung während des Ansaughubs des Kolbens unter Verwendung eines verkleideten Ansaugventils empfangen, haben eine Tendenz eine ungewollte Zyklusvariation zu verringern, und weisen eine Verringerung der Oktananforderung und eine Steigerung des klopfbegrenzten angegebenen mittleren effektiven (Zylinder-) Drucks (klimep) auf. Der Motor der vorliegenden Erfindung erzeugt durch Einleiten der Ladeluft insbesondere durch ein verkleidetes Ventil während des Kompressionshubs eine viel größere Drallturbulenz, um eine ungewollte Variation von Zyklus zu Zyklus für eine sauberere, vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs weiter zu beseitigen.
  • Das Ansaugventil kann sich während des Betriebs drehen und dennoch unter Verwendung eines herkömmlichen Tellerventils eine zur Zylinderwand tangentiale Strömung aufweisen, bei dem die Seite des Ventilkopfes, die zur gewünschten Richtung der Luftströmung entgegengesetzt ist, verkleidet ist, wenn es sich durch einen verdickten Abschnitt der Fläche des Kopfs des Motors öffnet, welcher einen mondförmigen Kragen oder einen Vorsprung bildet, um die Luftströmung in der gewünschten Richtung zu leiten, während das Ventil offen ist.
  • Im Dieselverbrennungssystem ermöglicht der bessere Mischprozeß der vorliegenden Erfindung viel reichere Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für eine größere rauchbegrenzte Leistung und Rauch und Teilchen werden für ein extrem reiches Kraftstoff-Luft-Verhältnis theoretisch beseitigt.
  • Die durch die Hochdruckladungs-Einleitung während des Kompressionshubs erzeugte Drallturbulenz wird durch den Kompressionshub nicht gedämpft und je später die Ladung eingeleitet wird, desto kleiner ist das Ladungsvolumen, das erforderlich ist, um die gewünschte Drallturbulenz zu erzeugen. In einem beliebigen Hubkolben-Verbrennungsmotor, der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeitet, kann eine temperaturgesteuerte Luftladung mit sehr hohem Druck selektiv tangential orientiert sehr spät beim Kompressionshub, beispielsweise direkt vor, während oder mit der Kraftstoffeinspritzung, mit äußerst hohen Drücken, selbst während des Verbrennungsprozesses eingeleitet werden.
  • Da die Sekundärluftladung im Motor von 4 bis 7, 9, 9–B und 15 bis 20 auf einen extrem hohen Druckpegel komprimierbar ist, ist das Ansaugventil 16-A in alternativen Ausführungsbeispielen gegen ein besser steuerbares und schnell wirkendes Ventil wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf ein Hochgeschwindigkeits-Magnetventil (nicht dargestellt), ausgetauscht. Dieses Ventil wird vorzugsweise entweder mechanisch, elektrisch oder durch Vakuum betätigt und wird vorzugsweise durch ein Motorsteuergerät (ECM) gesteuert, wie in 7, 9–B, 15 bis 20 und 33 dargestellt. In diesem System kann die Sekundärluftladung selektiv sehr spät beim Kompressionshub des Kolbens 22 eingeleitet werden, um die Ladungsdichte und die Drallturbulenz zu erhöhen und die Spitzen- und Gesamtverbrennungstemperaturen zu verringern und die Erzeugung von umweltbelastenden Emissionen zu verringern. Die Einleitung könnte in einer tangential orientierten Weise durchgeführt werden. Dies würde die Drallturbulenz erheblich erhöhen und unerwünschte Zyklusschwankungen verhindern, die in normalen Motoren üblich sind und in gas- oder dieselbetankten Motoren am lästigsten sind.
  • Die Verwendung dieses Systems sollte zu niedrigeren maximalen Zylinderdrücken und -temperaturen führen. Der Wirkungsgrad sollte größer und die Detonationsgrenze höher sein, wobei folglich eine merkliche Steigerung des Wirkungsgrades und des mittleren effektiven Zylinderdrucks mit einem gegebenen Kraftstoff ermöglicht wird. Alle Motoren dieser Erfindung arbeiten mit einem vollständigeren Expansionsprozeß im Vergleich zu den typischen Motoren des Standes der Technik, wodurch weitere Verbesserungen des Wirkungsgrades und der Emissionseigenschaften bereitgestellt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die 4-Takt-Motoren der vorliegenden Erfindung (beispielsweise 1, 2, 3, 4, 4–B, 5, 7 und 33) wie die 2-Takt-Motoren der vorliegenden Erfindung (beispielsweise 8–11, 25 und 33) konstruiert, um ein Expansionsverhältnis zu verwenden, das größer ist als das Kompressionsverhältnis. Um dieses Ergebnis zu bewerkstelligen, wird das Expansionsverhältnis durch Auswählen des geeigneten Verbrennungskammervo lumens festgelegt und das Kompressionsverhältnis wird durch sehr frühes oder sehr spätes Schließen des Einlaßventils unter diesen Wert verringert.
  • Der Motor 1008 von 8
  • Mit Bezug auf 8 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor 1008 für Benzin-, Diesel-, Alkohol-, Erdgas-, Wasserstoff- oder Hybrid-Doppelkraftstoff-Betrieb und mit sechs Zylindern 7a–7f (nur einer, 7f, ist in einer Schnittansicht gezeigt) dargestellt, in dem die Kolben 22a–22f so angeordnet sind, daß sie sich hinund herbewegen. Ein weiterer Zylinder ist nur durch die Anwesenheit des unteren Endes der Zylinderlaufbüchse 7a angegeben. Eine aufgeschnittene Ansicht zeigt einen doppeltwirkenden Kompressorzylinder 1. Die Kolben 22a–22f sind mit einer gemeinsamen Kurbelwelle 20 in einer herkömmlichen Weise jeweils durch Verbindungsstangen 19a–19f verbunden. Der Motor 1008 von 8 ist dazu ausgelegt, in einem 2-Takt-Zyklus zu arbeiten, um sechs Arbeitshübe pro Umdrehung der Kurbelwelle 20 zu erzeugen. Dazu nimmt der Kompressor 1 eine Luftladung auf Atmosphärendruck an (oder alternativ eine Luftladung, die vorher einer Kompression auf einen höheren Druck über ein Einlaßsteuerventil 6 durch eine Ansaugleitung 102 hindurch, die vom Kompressor 2 durch das Umleitsteuerventil 6 und das Absperrventil 5 und die Umgehungsleitung 104 oder durch den Ladeluftkühler 10 führt, unterzogen wurde). Während des Betriebs des Motors von 8 wird die Luftladung innerhalb des Kompressors 1 durch seinen zugehörigen Kolben 131 komprimiert und die komprimierte Ladung wird durch einen Auslaß in eine Hochdruck-Übertragungsleitung 109 getrieben, die zum Umleitventil 3 führt, das konstruiert und angeordnet ist, um die komprimierte Ladung durch Ladeluftkühler 11 und 12 oder durch die Umgehungsleitung 111 als Reaktion auf Signale vom Motorsteuergerät (ECM) 27 zu leiten. Dieses Modul leitet den Kompressionsgrad, die Menge und die Richtung der Strömung der komprimierten Ladung durch den Ladeluftkühler und/oder die Umgehungsleitung in die Rohrverteiler 13 und 14. Die Rohrverteiler 13 und 14 sind konstruiert und angeordnet, um die komprimierte Ladung durch Zweigansaugleitungen 15a–15f und zu Einlaßventilen 16 und 16' und zu den restlichen fünf Arbeitszylindern zu verteilen. Alternativ empfängt ein Nebenkompressor 2 Atmosphärenluft durch die Einlaßöffnung 8, vorkomprimiert die Luftladung in die Leitung 101, die zum Steuerventil 5 führt, welches als Reaktion auf Signale vom ECM 27 die komprimierte Ladung durch den Ladeluftkühler 10 oder die Umgehungsleitung 104 zum Kompressor 1 leitet. Das ECM 27 kann auch die Ventile 4 und 6 steuern, um einen Teil oder alles der durch die Kompressoren 1 und 2 strömenden Ladung durch die Leitungen 120 und 103 zurückzuleiten, um das Ausmaß der Kompression der Kompressoren 1 und 2, das in einem oder beiden Kompressoren von voller Kompression bis keiner Kompression reicht, einzustellen, wobei somit während eines Teillastbetriebs entweder der Kompressor 1 oder Kompressor 2 die erforderliche komprimierte Luft zu den Zylindern liefern könnte.
  • Der Motor 1008 von 8 weist Nockenwellen 21 auf, die so angeordnet sind, daß sie mit derselben Geschwindigkeit angetrieben werden wie die Kurbelwelle, um einen Arbeitshub pro Umdrehung für die Arbeitskolben zu liefern. Der Hubkolbenkompressor kann einen oder mehr doppeltwirkende Zylinder aufweisen, einer ist in 1 dargestellt, und kann mehr als eine Kompressionsstufe aufweisen und die Kurbelwelle 20 würde zwei Arbeitshübe pro Umdrehung für einen oder mehrere Kompressoren liefern, wie nachstehend beschrieben. Der Hubkolbenkompressor könnte alternativ durch eine kurze Kurbelwelle angetrieben werden, die durch ein Übersetzungsgetriebe an der Hauptkurbelwelle, die ein kleineres Getriebe an der Nebenkurbelwelle antreibt, gedreht werden würde. Der Neben-Kreiskolbenkompressor 2 könnte durch ein Kegelscheibenpaar angetrieben werden, das durch einen Rippenkeilriemen betrieben wird, und könnte ein Übersetzungsgetriebe zwischen dem Kegelscheibenpaar und der Kompressorantriebswelle aufweisen. Der Kreiskolbenkompressor 2 könnte auch einen Antrieb mit variabler Geschwindigkeit wie in einigen Flugzeugmotoren aufweisen.
  • Beschreibung des Betriebs des Motors 1008 von 8
  • Ladeluft wird in die Einlaßöffnung 8 des Kompressors 2 eingeleitet, von dort strömt sie durch den Kompressor 2, wo die Ladung dann in die Leitung 101 zum Absperrventil 5 eingeleitet wird, wo die Ladung entweder durch den Ladeluftkühler 10 oder durch das Luftumleitventil 6 geleitet wird, wo ein Teil oder alles der La dung durch den Kompressor 2 zurückgeleitet werden kann, wobei die Ladung ohne Kompression zurückgeführt wird, oder das Ventil 6 kann die Luftladung in den Einlaß des Kompressors 1 leiten, wo die Luftladung aus dem Auslaßkanal des Kompressors 1 gepumpt wird, der zum Absperrventil 3 führt, wo die Ladung entweder durch die Ladeluftkühler 11 und 12 oder durch das Luftumleitventil 4 oder ein Teil durch beide geleitet wird, welche zu den Rohrverteilern 13 und 14 führt, die die Ladeluft zu den Ansaugventilen 16 und zum Ansaugventil jedes Arbeitszylinders 7 des Motors 1008 verteilen. (Das Umleitventil 4 kann einen Teil oder alles der Luftladung zu den Rohrverteilern 13 und 14 leiten oder kann einen Teil oder alles der Luftladung durch die Leitung 120 zur Leitung 106 zurück und in den Ein-laß des Kompressors 1 zurückführen.) Das Motorsteuergerät (ECM) 27 steuert die Ventile 3, 4, 5 und 6, um den Druck, die Temperatur und die Dichte der Ladung einzustellen, die in die Verbrennungskammern 130 des Motors eingeleitet wird. Dasselbe ECM 27 kann ein Steuersystem mit variablem Ventilereignis steuern, um den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Einlaßventile 16 und Auslaßventile 17 der Arbeitszylinder in bezug auf den Drehwinkel der Kurbelwelle 20 einzustellen, um das Kompressionsverhältnis und die Ladungsdichte des Motors für optimale Leistung hinsichtlich Leistung, Drehmoment, Kraftstoffwirtschaftlichkeiten und den Eigenschaften des gelieferten Kraftstoffs einzustellen.
  • Der Betrieb des Arbeitszylinders 7 ist in dieser Weise:
  • Alternatives Verfahren 1:
  • Nahe dem Ende des Arbeitshubs im Zylinder 7 öffnet (öffnen) sich das (die) Auslaßventile) 17, 17' und, wenn das Auslaßventil noch offen ist, beginnt der Kolben 22 den zweiten oder Auslaßhub. Während des Auslaßhubs, vielleicht nicht später als 70° bis 60° vor dem oberen Totpunkt, schließen sich die Auslaßventile 17, 17'. An dem Punkt, an dem die Auslaßventile geschlossen werden, wird das Kompressionsverhältnis festgelegt, die Ansaugventile 16, 16' werden an diesem Punkt oder später beim Kompressionshub geöffnet, die komprimierte Luft und/oder Luft-Kraftstoff-Ladung wird in die Verbrennungskammer 130 des Arbeitszylinders 7 eingespritzt, das Ansaugventil 16, 16' schließt sich bei vielleicht 60° vor dem obe ren Totpunkt, wobei die Drall- und Quetschwirbelturbulenz die Hochdruck-Lufteinleitung begleitet, der Kolben 22 fährt fort in Richtung des Endes seines Hubs, wobei folglich die Ladung komprimiert wird, was ein sehr niedriges Kompressionsverhältnis erzeugt, das nicht höher als 2 : 1 sein kann. Wenn Kraftstoff noch nicht als Gemisch vorhanden ist, wird Kraftstoff in den einströmenden Luftstrom eingespritzt oder er wird in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer nach dem Schließen des Ansaugventils eingespritzt. Der Kraftstoff kann mitten in den Ladungswirbel für einen geschichteten Ladungsverbrennungsprozeß eingespritzt werden oder er kann auf eine Glühkerze eingespritzt werden, wenn Dieselkraftstoff gezündet werden soll. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch Kompression oder Funken gezündet, wobei das letztere zur günstigen Zeit für den größten Wirkungsgrad und/oder die größte Leistung geschieht. Im allgemeinen würde der Kraftstoff vor dem oberen Totpunkt des Kolbens eingespritzt und gezündet werden. Der Kraftstoff kann später und vielleicht kontinuierlich während des frühen Teils des Expansionshubs für einen Verbrennungsprozeß mit hauptsächlich konstantem Druck und insbesondere für Dieselkraftstoff eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird vorzugsweise gezündet, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und die verbrannte Ladung expandiert gegen den Kolben, wenn er sich in Richtung des unteren Totpunkts bewegt. Nahe dem unteren Totpunkt des Kolbenhubs wird (werden) das (die) Auslaßventil(e) geöffnet und das ausgelassene Gemisch wird durch zwangsläufige Verdrängung durch den Kolben 22 während des Spülhubs gespült. Wenn das Ansaugventil 16, 16' früher geöffnet wird, kann eine gewisse Ventilüberlappung mit dem Auslaßventil zum Spülen erforderlich sein. Wenn die Ansaugventile 16, 16' spät geöffnet werden, wäre keine Ventilüberlappung erforderlich, wobei sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' ungefähr zur gleichen Zeit schließt (schließen) wie sich das (die) Ansaugventile) 16, 16' öffnet (öffnen). Das Expansionsverhältnis des Motors könnte etwa 19 : 1 für Dieselkraftstoff, 14 : 1 für gasförmigen Kraftstoff oder Benzin betragen, wobei das Expansionsverhältnis durch Dividieren des Zylinderverdrängungsvolumens durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt ist.
  • Alternatives Betriebsverfahren 2:
  • Nahe dem Ende des Arbeitshubs im Zylinder 7 öffnet (öffnen) sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' und, wenn das Auslaßventil 17, 17' noch offen ist, beginnt er seinen zweiten oder Spül-Lade-Hub. An einem Punkt nahe der Mitte des Hubs (z. B. etwa 90° vor dem oberen Totpunkt), wobei das Auslaßventil 17, 17' noch offen ist, öffnet sich das Ansaugventil mit einer kleinen Ventilüberlappung, um Hochdruck-Spül- und -Ladeluft einzulassen. Ein oder mehr Ansaugventile 16 können zurückgesetzt sein, wie bei Punkt 30 in 11, um die erste Einlaßluft nach unten und entlang der Wand des Zylinders 7 zu leiten, um den Zylinder während der sehr kleinen Überlappung der Ventile 16, 16' und 17, 17' umkehrzuspülen. Das Auslaßventil 17, 17' bleibt bis zu den Punkt offen, an dem die Kompression beginnen sollte, und empfängt dann die Luftladung, wenn es sich schließt, wobei sich das (die) Ansaugventile) 16, 16' bald danach schließt (schließen), wobei der Zylinder angemessen gespült und mit hinsichtlich der Temperatur eingestellter Frischluft nun auf hohem Druck gefüllt wird. Der Kolben 22 setzt seinen Hub fort, um die Ladung zu komprimieren, was ein niedriges Kompressionsverhältnis, idealerweise 13 : 1 bis 4 : 1, in Abhängigkeit von der Art von verwendetem Kraftstoff erzeugt. Das Kompressionsverhältnis wird durch den Punkt im Hub des Kolbens 22 festgelegt, an dem sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' schließt (schließen), und wird berechnet, wenn das restliche verdrängte Volumen des Zylinders durch das Volumen der Verbrennungskammer dividiert wird.
  • Wenn der Kolben 22 weiterhin vom Punkt x ansteigt, wo sich das Auslaßventil schließt, was das Kompressionsverhältnis festlegt, und wo die Kompression der Ladung begann, beginnt der Druck, am gleichen Punkt anzusteigen. Die dichte, gekühlte Luftladung mit dem kurzen Kompressionshub erzeugt ein niedriges. Kompressionsverhältnis mit einer sehr schweren Ladung mit einem niedrigen maximalen Zylinderdruck, aber mit einem hohen effektiven mittleren Zylinderdruck für ein großes Drehmoment und große Leistung.
  • Das Druckverhältnis wird durch die Dichte, den Druck und die Temperatur der einströmenden Ladung, die Länge der Zeit, in der das (die) Einlaßventil(e) 16, 16' offen ist (sind), und den Punkt, an dem sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' schließt (schließen), festgelegt. Je später sich die Auslaßventile 17, 17' schließen, desto weniger expandiert die Ladeluft nach der Einleitung, desto weniger Arbeit ist erforderlich, um die Ladung zu komprimieren, und desto weniger Überlappung des Einlaß- und Auslaßventils ist erforderlich, und desto niedriger ist das Kompressionsverhältnis.
  • An einem gewissen Punkt, vielleicht nicht später als 150–120 Grad vor der Kolbenposition des oberen Totpunkts, würde der Zylinder 7 angemessen gespült werden und das Auslaßventil 17, 17' könnte vor dem oder nicht später als zum Zeitpunkt, zu dem die Ansaugventile 16, 16' geöffnet werden, geschlossen werden, um in diesem Fall die gesamte Luftladung einzulassen, wobei das meiste der Abgase durch Spülen verdrängt wurde. (In einigen Fällen sind gewisse restliche Abgase günstig und Versuche zeigen, an welchem Punkt sowohl die Ansaug- als auch Auslaßventile ohne irgendeine Überlappung geschlossen werden können.) In diesem Fall könnte das "effektive" Kompressionsverhältnis nicht höher als 3 : 1 oder sogar 2 : 1 sein, was wieder einen niedrigen maximalen Zylinderdruck und eine niedrige maximale Temperatur, jedoch mit hohem mittleren effektiven Druck, erzeugt. Kraftstoff kann nicht später als an dem Punkt, an dem sich das Auslaßventil schließt, eingespritzt werden und kann nicht später als etwa 150°–120° vor dem Ende des Kompressionshubs eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird vor, bei oder nach dem oberen Totpunkt gezündet und der Expansions- (2.) Hub findet statt. Das Expansionsverhältnis ist durch Dividieren des verdrängten Volumens des Zylinders durch das Verbrennungskammervolumen festgelegt und könnte für Dieselanwendungen etwa 19 : 1 und für Benzin- oder gasförmige Kraftstoffe 14 : 1 betragen.
  • Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 kann die Temperaturen und Dichten der in den Zylinder 7 oder die Verbrennungskammer 130 eingeleiteten Ladung und die Zeitsteuerung des Einlasses in die Verbrennungskammer steuern und kann folglich die Ladungsdichten, die Ladungsturbulenz, die Ladungstemperaturen und -drücke einstellen, was eine Einrichtung zum Einschränken der Spitzentemperaturen und -drücke und dennoch mit einem mittleren effektiven Zylinderdruck, der höher ist als in einem normalen Motor, wenn es erforderlich ist, bereitstellt und ferner für niedrigere Niveaus an ungewollten umweltbelastenden Emissionen sorgt.
  • Ein vorgeschlagenes kraftstoffeffizientes Betriebssystem für leichte Last, wie in Linie B(bp) in 13 angegeben, wäre somit: Ein nominales Kompressionsverhältnis von 13 : 1 könnte bei einem Expansionsverhältnis von 19 : 1 gewählt werden. Das letztere würde das Volumen der Verbrennungskammer festlegen, das erstere würde den maximalen Ladedruck (nicht maximalen Zylinderdruck) auf etwa 530 psi festlegen, wenn adiabatisch komprimiert wird. Das ECM 27 würde den Absperrventilen 5 und dem Luftumleit-Steuerventil 6 signalisieren, die durch den Kompressor 2 gepumpte Luft durch den Kompressor 2 zurückzuführen, ohne daß sie komprimiert wird, oder für eine beliebige Art Kompressor ein Ladedruckregelventil öffnen, um den Kompressor zu umgehen. Das Absperrventil 5 umgeht den Ladeluftkühler 10 und leitet die Ladung in den Einlaß des Kompressors 1. Der Kompressor 1 würde die Ladung adiabatisch auf ein Kompressionsverhältnis von beispielsweise 7 : 1 komprimieren. Die Steuerungen des ECM 27 würden die Ladeluftkühler 11 und 12 umgehen und die Ladung in die Rohrverteiler 13 und 14 einleiten, wobei die Kompressionswärme erhalten wird. Wenn die Auslaßventile 17, 17' geschlossen werden und das Einlaßventil 16, 16' des Zylinders 7 nahe dem Ende des Kompressionshubs des Kolbens 22 geöffnet wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 2 : 1 sein, was ein "nominales" Kompressionsverhältnis von 14 : 1 erzeugt. (Wenn die Auslaßventile 17, 17' geschlossen werden und das Einlaßventil 16, 16' früher im Auslaßhub geöffnet wird, sollte die eingeleitete Luftladung einen niedrigeren Druck aufweisen und das "effektive" Kompressionsverhältnis, das bei der Kompression im Zylinder Wärme erzeugt, wäre größer. Wenn die Ansaugventile 16, 16' in der Mitte des Hubs geöffnet werden, nachdem sich die Auslaßventile 17, 17' schließen, und ein nominales Kompressionsverhältnis von 13 : 1 mit einem effektiven Kompressionsverhältnis von 4 : 1 erwünscht wäre, dann sollte die in den Zylinder in der Mitte des Hubs eingeleitete Ladung 4 : 1 komprimiert werden.) Die ungekühlte Ladung wird dann im Zylinder mit einem effektiven Kompressionsverhältnis von 4 : 1 und in jedem Fall mit einem Druck von etwa 530 psi und einer Temperatur oberhalb 900°F komprimiert. Die Kraftstoff/Luft-Ladung wird dann gezündet und gegen den Kolben auf das volle Volumen des Arbeitszylinders mit einem Expansionsverhältnis von 19 : 1 expandiert.
  • Zu einem solchen Zeitpunkt, zu dem eine große Leistung erforderlich wäre, könnte das ECM 27 dem Luftumleitventil 4 und 6 signalisieren, sich zu schließen. Der Kompressor 2 beginnt dann, die Luftladung auf einen höheren Druck zu komprimieren, gleichzeitig würde das ECM 27 die Absperrventile 3 und 5 öffnen, um die Ladeluft durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 zu schicken. Wenn die Ladeluft gekühlt wird und nicht höher als 150–200°F sein könnte, wird folglich nun mehr Luft in den Motor auf der Rückseite durch die zusätzliche Kompressionsstufe 2 gepumpt, um einen beträchtlichen Druckabfall in der Ladeluft aufgrund der Kühlung der Ladung vor der Verbrennung zu verhindern. Die Luftladung in der Verbrennungskammer wird nun 2 : 1 komprimiert (Linie B(ic), 13) und wird nahe dem Solldruck gehalten, in diesem Fall etwa 500–530 psi, obwohl sie gekühlt ist, um die Dichte der Ladung und das Drehmoment und die Leistung des Motors signifikant zu erhöhen. Die kühlere Luftladung sieht eine niedrigere Spitzentemperatur und einen niedrigeren Spitzendruck vor und verursacht gekoppelt mit der hohen Turbulenz eine Produktion von weniger unverbrannten Kohlenwasserstoffen, NOx und anderen umweltbelastenden Emissionen, und wobei der Rauch und die Teilchen theoretisch für ein sehr reiches Kraftstoff-Luft-Gemisch beseitigt werden. Die Luft-Kraftstoff-Ladung wird nun gezündet und auf das volle Volumen des Zylinders mit einem Expansionsverhältnis von 19 : 1 expandiert, obwohl das effektive Kompressionsverhältnis nur 2 : 1 ist (siehe Linie B (ic) in 13).
  • Mit beiden Betriebsschemen kann der Motor auf einen höheren Zustand aufgeladen werden als herkömmliche Motoren, da in den meisten Fällen das Einlaßventil zum Zeitpunkt der Verbrennungskammerfüllung geschlossen wird und eine kühlere Luftladung eine Detonation verhindert und umweltbelastende Emissionen verringert. In den meisten Fällen ist die Verweilzeit des Kraftstoffs auch geringer als diejenige, die erforderlich ist, damit Vorklopfbedingungen auftreten.
  • Wenn weniger Leistung erforderlich ist, wie während einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung, könnte der Motorbetrieb auf einen Teil lastbetrieb umstellen, z. B. eine Kompressionsstufe könnte weggelassen werden und der erste Kühler 10 umgangen werden, indem die Luftladung durch das Absperrventil 5 und durch das Umleitventil 6 zurückgeführt wird. Das Absperrventil 3 und das Luftumleitventil 4 könnten die gesamte Ladung vom Kompressor 1 an den Ladeluftkühlern 11 und 12 vorbei, wobei die Kompressionswärme erhalten wird, in die Rohrverteiler 13 und 14 und zum Zylinder für die weniger dichte kraftstoffeffizientere Betriebsart leiten.
  • Immer noch mit Bezug auf 8 ist eine Ansicht eines Zylinderkopfs des Motors von 8 bis 11 und 25 gezeigt, die wahlweise Druckausgleichs-Ansaugventile zeigt, wobei die Kühlung durch Leitungen mit der Ansaugleitung 29 und der Auslaßleitung 29', Einwegeventile (nicht dargestellt), die die Expansionen 28 an den Ventilschäften ermöglichen, wenn sie sich mit den Ansaugventilen 16 hin- und herbewegen, um ein Kühl- und Schmieröl oder ein Öl-Luft-Gemisch durch die Räume oberhalb der Ventilschaftexpansionen zu pumpen, vorgesehen wird.
  • Die Druckausgleichs-Ansaugventile 16, 16' in 8, 11 und 25 und 16–A in 9 und 10 sorgen für ein schnelles Ansaugventilschließen und ermöglichen große nicht-drosselnde Ansaugventile und kleinere als normale Ventilrückstellfedern. (Wenn das Ansaugventil geöffnet wird, findet fast sofort ein Druckausgleich unterhalb des Ventilkopfs innerhalb der Verbrennungskammer und oberhalb des Ventilkopfs innerhalb des Ansaugrohrs statt, dann verursacht der Druck im Ansaugrohr, der auf die kolbenartige Anordnung am Ventilschaft wirkt, gewöhnlich, daß der Ventilschaft der Abwärtsneigung des Nockenprofils für ein schnelles Ventilschließen folgt. Ein neues druckbetätigtes "Rechteckwellen"-Ansaugventil "Magnavox" könnte auch in den Motoren dieser Erfindung verwendet werden.) Der Betrieb der Druckausgleich-Ansaugventile ist in dieser Weise: Die Druckausgleich-Ansaugventile weisen Erweiterungen 28 an den Ventilschäften auf, deren untere Oberfläche Gasen in der Leitung 15A ausgesetzt ist. Wenn der Ventilschaft durch eine Nocke 21 herabgedrückt wird und das (die) Ansaugventile) 16 sich in 8 bis 11 oder 25 öffnet (öffnen), wird irgendein Druck in der Leitung 15A mit einem Druck in der Verbrennungskammer ausgeglichen und zu diesem Zeitpunkt ist die einzige Reaktionskraft durch irgendeinen Druck in der Leitung 15A, der gegen die Unterseite der Ventilschafterweiterungen 28 wirkt, was ein schnelles Schließen des Ventils bewirkt. Einwegeventile (nicht dargestellt) an Einlaß- und Auslaßkanälen 29 und 29' sind vorzugsweise für Öloder Öl-Luft-Einleitung durch Räume oberhalb der Ausdehnungen 28 und alternativ durch die Ventilschafterweiterungen 28 vorgesehen. Der Öleinlaß könnte an einem niedrigen Punkt im Zylinderkopf liegen, wo Öl sich ansammeln würde, um das Kühlsystem zu versorgen. Alternativ könnte die Öleinlaßleitung 29 mit einer Öl- oder Öl-Luft-Gemisch-Versorgungsleitung verbunden sein. Die Einlaßleitung 29 und die Austrittsleitung 29' vom Kühlsystem wären mit Einwegeventilen ausgestattet und die Austrittsleitung 29' könnte höher sein als die Einlassleitung 29 oder könnte mit einer Ölablaßleitung verbunden sein, die zum Motorölbehälter führt. Die Ventilschafterweiterungen 28 könnten auch einen Kanal durch sich mit einem Einwegeventil auf jeder Seite aufweisen. Da historisch Auslaßventile schwierig zu kühlen waren, würde eben dieses System eine angemessene Kühlung für die Auslaßventile bereitstellen, selbst wenn ein großer Druck in der Auslaßleitung herrscht. Dieses System würde dann auf Auslaßventile 17, von denen Auslaßöffnungen 18 entspringen, oder auf Auslaßventile irgendeines Motors angewendet werden, um eine lange Lebensdauer für die Auslaßventile und die Ventilsitze bereitzustellen.
  • An großen Motoren können die hier beschriebenen Leitungen von den Pumpen zu größeren Leitungen zusammengeführt werden und das von diesen bereitgestellte Ölpumpen könnte die herkömmliche Ölpumpe am Motor ersetzen.
  • Der Motor 1009 von 9
  • Mit Bezug auf 9 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einer Atmosphärenluftansaugung gezeigt, in dem alle Zylinder 7a–7f (nur einer (7f) ist in einer Schnittansicht gezeigt) und zugehörigen Kolben 22a–22f in einem 2-Takt-Zyklus arbeiten und alle Arbeitszylinder verwendet werden, um sechs Arbeitshübe pro Umdrehung der Kurbelwelle 20 zu erzeugen, um für eine gemein saure Kurbelwelle 20 über jeweils Verbindungsstangen 19a–19f Kraft zu erzeugen. Ein primärer Kompressor 1, in dieser Figur ein doppeltwirkender Hubkolbentyp, ist gezeigt, der mit Luftleitungen, wie gezeigt, Druckluft zu einem oder mehreren Zylinder-Ansaugventilen 16-A und 16-B (das letztere nur, wenn eine Primärladung zum Ventil 16-B von der Leitung 15 kommt) liefert. Ein sekundärer Kompressor 2 vom Lysholm-Typ ist in Reihe mit dem Kompressor 1 gezeigt. Ein Lufteinlaß 8 und zugehörige Kompressoren 1 und/oder 2 mit Einlaßleitungen und Rohrverteilern 13 und 14 liefern Ladeluft, die auf einen höheren als Atmosphärendruck komprimiert wurde, zu dem Luftansaugrohr 15-A und Ansaugventil 16-A zum Zylinder 7. Eine zweite Leitung 32 leitet eine Luftladung von der Leitung 110 durch ein wahlweises Absperrventil 33 zum Ansaugventil 16-B, um Niederdruckluft zum gleichen Zylinder zu liefern. Alternativ kann eine zweite Leitung 15-B von der Leitung 15-A mit einem Drucksteuerventil 25 (beides in Durchsicht) ausgestattet sein und kann die Luftladung mit niedrigerem Druck zum Ansaugventil 16-B leiten. Ladeluftkühler 10, 11 und 12 und Steuerventile 3, 4, 5 und 6 werden verwendet, um zu helfen, die Dichte, das Gewicht, die Temperatur und den Druck der Ladeluft zu steuern. Die Ansaugventile werden zeitgesteuert, um das Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen. Die Verbrennungskammern sind bemessen, um das Expansionsverhältnis des Motors festzulegen.
  • Der Motor von 9, 11 und 25 weist Nockenwellen 21 auf, die mit Nocken ausgestattet sind und angeordnet sind, um sich mit Motorkurbelwellengeschwindigkeit zu drehen, um einen Arbeitshub für jeden Arbeitskolben für jede Kurbelwellendrehung zu liefern.
  • Der in 9 gezeigte Motor 1009 ist durch einen vollständigeren Expansionsprozeß und ein niedrigeres Kompressionsverhältnis als typische Motoren gekennzeichnet und ist in der Lage, eine Verbrennungsladung zu erzeugen, die im Gewicht von leichter als normal bis schwerer als normal variiert, und in der Lage, selektiv einen höheren mittleren effektiven Zylinderdruck bereitzustellen als die herkömmliche Anordnung in normalen Motoren kann, mit einem ähnlichen oder niedrigeren maximalen Zylinderdruck. Das Motorsteuergerät (ECM) 27 und die variablen Ventile 3, 4, 5 und 6 an Leitungen, wie gezeigt, stellen ein System zum Steu ern des Ladungsdrucks, der Ladungsdichte, der Ladungstemperatur und des mittleren und Spitzendrucks innerhalb des Zylinders bereit, was eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Erzeugung von größerer Leistung und größerem Drehmoment bei allen U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen für sowohl funken- als auch kompressionsgezündete Motoren ermöglicht. In alternativen Ausführungsbeispielen kann ein System mit variabler Ventilsteuerung mit dem ECM 27 auch den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Ansaugventile 16-A oder 16-B oder beider steuern, um ferner eine verbesserte Verwaltung der Bedingungen in der Verbrennungskammer bereitzustellen, um eine flachere Drehmomentkurve, eine höhere Leistung und mit niedrigen Niveaus an sowohl Kraftstoffverbrauch als auch umweltbelastenden Emissionen zu ermöglichen.
  • Kurzbeschreibung des Betriebs des in 9 gezeigten Motors 1009
  • Der Motor 1009 von 9 mit neuem Zyklus ist ein Motor mit hohem Wirkungsgrad, der sowohl hohe Leistung als auch hohes Drehmoment bei niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringen umweltbelastenden Emissionen erreicht.
  • Der neue Zyklus ist ein Verbrennungszyklus vom Typ mit externer Verbrennung. In diesem Zyklus wird ein Teil der Ansaugluft (die insgesamt in den Arbeitszylindern in herkömmlichen Motoren komprimiert wird) durch mindestens einen Nebenkompressor komprimiert. Der Temperaturanstieg am Ende der Kompression kann durch die Verwendung von Luftkühlern, die die komprimierte Luft kühlen, und durch einen kürzeren Kompressionshub unterdrückt werden.
  • Während des Betriebs wird Luft zu einem Ansaugventil 16-B des Arbeitszylinders 7, die im Druck um vielleicht ein Drittel auf eine Atmosphäre oder mehr erhöht wurde, durch eine Luftansaugleitung 32, die vom Hilfskompressor 2 führt, geliefert, oder die Luft tritt durch die Leitung 15-B und ein Drucksteuerventil 25 ein. Eine zweite Luftleitung 15A liefert selektiv Ladeluft mit einem höheren Druck zu einem zweiten Ansaugventil 16-A, das zum gleichen Arbeitszylinder 7 führt. (In dieser Konstruktion läßt das Ansaugventil 16-B die Niederdruckluft, nachdem sich die Auslaßventile 17 nahe dem unteren Totpunkt im Arbeitshub öffnen, ein und ein Auslaßabblasen ist aufgetreten.) Das Auslaßabblasen tritt auf, nachdem sich das (die) Auslaßventil(e) 17 öffnet (öffnen), und nun öffnet und schließt sich das Ansaugventil 16-B schnell, um Niederdruck-Spülluft einzuleiten. Der Zylinder 7 wird durch Umkehrspülen weiter gespült, wenn der Kolben 22 seinen Kompressionshub beginnt. Das Ansaugventil 16-B wird nun geschlossen und der Kolben 22 steigt im Kompressionshub zu dem Punkt an, an dem die Kompression beginnen sollte, an welchem Punkt das Auslaßventil 17 den Dichtungszylinder 7 schließt und das Kompressionsverhältnis festgelegt wird. Die Kompression fährt fort und nahe dem oberen Totpunkt, an einem als geeignet erachteten Punkt, wobei Kraftstoff vorhanden ist, wird die Ladung durch Funken oder Kompression gezündet und der Arbeitshub findet statt.
  • Wenn mehr Leistung erwünscht ist, kann eine Sekundärluftladung von der Leitung 15-A in den Arbeitszylinder zum Zeitpunkt des oder nach dem Schließen des (der) Auslaßventil(e) 17a während des Kompressionshubs durch das Ansaugventil 16-A eingeleitet werden, das eine Luftladung mit höherem Druck einleitet und sich schnell schließt, um die Ladungsdichte zu erhöhen. Alternativ kann die Primärluftladung auf einen höheren Druck verstärkt werden, indem das Luftumleitventil 6 eingestellt wird, um mehr Luft durch den Kompressor 2 zu schicken, indem die Geschwindigkeit des Kompressors 2 erhöht wird oder indem die Einstellung am Steuerventil 25 an der Leitung 15-B verändert wird, was alternativ die Niederdruck-Primärluftladung zum Ansaugventil 16-B liefert. Die Temperatur, der Druck, die Menge und der Punkt der Einleitung einer Sekundärladung, falls zugegeben, wird eingestellt, um die gewünschten Ergebnisse zu erzeugen.
  • Für einen Teillastbetrieb kann eine Ansaugventilsperre 31 (es gibt verschiedene auf dem Markt, beispielsweise Eaton Corp. und Cadillac) das Ansaugventil 16-A sperren, wenn ein Teillastbetrieb keinen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck erfordert. Alternativ kann während der Zeit, während der die Niederdruckluft zum Ansaugventil 16-B durch die Leitung 15-B geliefert wird, das Luftumleitventil (ABV) 6 geöffnet werden, um einiges der Ladeluft zurück durch den Kompressor 2 umlaufen zu lassen, um den Kompressor von der Kompressionsarbeit während des Teillastbetriebs zu befreien. Außerdem und vorzugsweise kann das Luftumleitven til 4 einen Teil oder alles der durch den Kompressor 1 gepumpten Luft auf Verlangen zurück zum Einlaß des Kompressors 1 zurückführen, um den Druck und die Dichte der Sekundärladung, die durch das Ansaugventil 16-A strömt, zu verringern.
  • Ein vorgeschlagenes bevorzugtes Betriebsverfahren des Motors 1009 mit neuem Zyklus ist somit:
    • 1. Ansaugluft mit mehr als Atmosphärendruck, die durch mindestens einen Kompressor 2 komprimiert wurde und deren Temperatur durch Umleitsysteme oder Ladeluftkühler 10 eingestellt wurde, wird in den Zylinder 7 durch das Ansaugventil 16-B eingeleitet, welches durch eine kleine Erhebung an der Nocke 21-B nahe dem unteren Totpunkt am Ende des Arbeitshubs geöffnet wird (vielleicht am unteren Totpunkt), nachdem sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' früher, beispielsweise 40° vor dem unteren Totpunkt, zum Auslaßabblasen geöffnet hat (haben). Die Auslaßventile bleiben nach dem unteren Totpunkt zum weiteren Spülen des Zylinders 7 offen. Das Ansaugventil 16-B schließt sich nahe dem unteren Totpunkt.
    • 2. Nachdem der Arbeitshub beendet ist und der Zylinder 7 mit frischer Ladung gefüllt ist, wird (werden) das (die) Auslaßventil(e) 17 für einen Zeitraum, nachdem der Kolben den unteren Totpunkt passiert hat, offen gelassen (wobei das Ansaugventil 16-B nun geschlossen ist), um den Arbeitszylinder weiter mit der vorhandenen Frischluftladung zu spülen, und ferner um ein niedriges Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen, wobei das Kompressionsverhältnis durch das verdrängte Zylindervolumen, das am Punkt des Schließens des Auslaßventils 17 verbleibt, dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt ist.
    • 3. Wenn der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, fährt der Kompressions- (2.) Hub fort und an einem gewissen Punkt wird das Auslaßventil 17 geschlossen und die Kompression beginnt für ein kleines Kompressionsverhältnis. Dies macht es möglich, den Temperaturanstieg während des Kompressionshubs zu verringern. Die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird zugegeben, falls er nicht vorhanden ist, und die Ladung wird am geeigneten Punkt nahe dem oberen Totpunkt gezündet und der Arbeitshub findet statt.
    • 4. (a) Wenn eine größere Leistung erforderlich ist, wird alternativ eine komprimierte, hinsichtlich der Temperatur eingestellte Sekundärluftladung in den Zylinder 7 durch das Öffnen und schnelle Schließen des Ansaugventils 16-A während des Kompressionshubs an dem Punkt eingeleitet, an dem sich das Auslaßventil schließt, oder später in dem Hub, um eine dichtere Ladung zu erzeugen, um das Drehmoment und die Leistung bereitzustellen, die für den Motor erwünscht sind.
    • (b) Wenn eine noch größere Leistung erforderlich ist, kann die Sekundärluftladung in der Dichte und im Gewicht erhöht werden, indem sie durch einen oder mehrere Ladeluftkühler 10, 11 und 12 geleitet wird und indem die Kompressorgeschwindigkeit erhöht wird oder indem eine weitere Hilfskompressionsstufe eingeschaltet wird oder indem mehr der Ladeluft durch die Betriebskompressoren geleitet wird.
    • 5. Nahe dem unteren Totpunkt der Kolbenposition öffnen sich die Auslaßventile 17, 17' und der Zylinder wird durch Abblasen und durch die durch das primäre Ansaugventil 16-B eingeleitete Luft effizient gespült.
  • Ausführliche Beschreibung des Betriebs des Motors 1009 von 9
  • Nahe dem Ende des Arbeits- (1.) Hubs des Kolbens 22, vielleicht bei etwa 40° vor der Position des Kolbens 22 des unteren Totpunkts, öffnen sich die Auslassventile 17 für Auslaßabblasen, kurz nachdem Niederdruckluft durch die Luftleitung 32 von der Leitung 106 und das wahlweise Absperrventil 33 und den Kompressor 2 oder alternativ durch die Luftleitung 15-B, durch ein Druckreglerventil 25 von der Druckluftleitung 15-A (wie in 9 und 10 gezeigt) geliefert, durch ein Ansaugventil 16-B in den Zylinder 7 strömt. Das Ansaugventil 16-B schließt sich kurz nach dem unteren Totpunkt oder vielleicht am unteren Totpunkt. Die Auslaßventile 17 bleiben während des ersten Teils des Kompressions- (2.) Hubs des Kolbens 22 offen. Der Zylinder 7 wird nun durch Abblasen und durch Schleifenspülung effizient gespült und an einem beliebigen Punkt während des Kompressionshubs können sich, wobei der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, die Auslaßventile 17, 17' schließen. Da jedoch ein niedriges Kompressionsverhältnis erwünscht ist, können die Auslaßventile 17, 17' offen gehalten werden, bis der Kolben den Punkt erreicht hat, der erwünscht ist, um das Kompressionsverhältnis festzulegen. Zu oder nach dem Zeitpunkt, zu dem die Auslaßventile 17a und 17a' geschlossen werden, kann eine Sekundärladung von hinsichtlich der Temperatur eingestellter Hochdruckluft, die durch (einen) Kompressoren) komprimiert wurde, durch das Ansaugventil 16-A in den gleichen Zylinder eingeleitet werden, wonach sich das Ansaugventil 16-A schließt. Wenn ein sehr hohes Drehmoment und sehr hohe Leistung erforderlich sind, kann die Dichte der Sekundärluftladung außerdem durch Einfügen des Kompressors 2 oder durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Kompressors 2, wenn er bereits komprimiert, wie in 9, wobei mehr Luft durch die Kompressoren 1 und/oder 2 durch die Ventile 4 und/oder 6 geleitet wird, und durch Leiten der Ladung vollständig oder teilweise durch Ladeluftkühler 10, 11 und 12 erheblich erhöht werden.
  • Ungeachtet des Punkts, an dem das Auslaßventil geschlossen wird, um das Kompressionsverhältnis festzulegen, ist in diesem System die primäre Frischluftladung, die im Zylinder 7 eingeschlossen ist, leichter als normal und das Kompressionsverhältnis ist niedriger als normal, daher kann, falls erforderlich, eine stark komprimierte, hinsichtlich der Temperatur eingestellte Luftladung beim Auslaßventilschließen oder später im Hub eingeleitet werden, um eine schwerere als normale Ladung bereitzustellen, wobei jedoch der Temperaturanstieg durch die gekühlte Ladung und den kurzen Kompressionshub eingeschränkt wird. Dies erzeugt einen größeren als normalen mittleren effektiven Zylinderdruck, wenn für ein großes Drehmoment und große Leistung verbrannt wird, aber dennoch mit einem Expansionsverhältnis, das größer ist als das Kompressionsverhältnis.
  • Für einen Teillastbetrieb könnte ein Absperrventil oder eine Ventilsperre 31 (in Durchsicht) am Hochdruck-Ansaugventil vorübergehend die Ansaugluft drosseln oder das Ventil 16-A geschlossen halten. Dies würde zur Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors beitragen. Wenn der Kompressor 2 keine Luft zur Leitung 32 und zum Ansaugventil 16-B liefert, könnte alternativ während des Teillastbetriebs das Absperrventil 5 geschlossen werden und das Luftumleitventil 6 kann geöffnet werden, so daß durch den Kompressor 2 gepumpte Luft teilweise oder vollständig zur Einlaßleitung des Kompressors 2 zurückgeführt werden würde, wobei weniger oder keine Kompression dort stattfindet.
  • Ein automatisches Nebenansaugventil 26, 10, kann angeordnet werden, wie in 10 gezeigt, um irgendeine Rückströmung von Ladeluft in die Leitung 15-A zu verhindern, wenn sich der Druck des Zylinders 7 dem Druck in der Leitung 15-A während des Kompressionshubs des Kolbens 22 vor dem Schließen des Ansaugventils 16-A nähern oder diesen übersteigen sollte.
  • Alternativ könnte das automatische Nebenventil 26 von 10 verwendet werden, um ein konstantes oder ein variables Druckverhältnis im Zylinder 7 bereitzustellen. In diesem Fall würde das Ventil 16-A bis nahe dem oberen Totpunkt offen gehalten werden und der Schließzeitpunkt des Ventils 26 würde durch die Druckdifferenz im Zylinder 7 eingestellt werden, welche durch die Ventile 3, 4, 5 und 6 durch die Ausgabe des Kompressors (der Kompressoren) und durch irgendein vorhandenes Drosselventil gesteuert wird. Das automatische Ventil 26 könnte vom Typ einer durch Feder zurückgezogenen Scheibe sein und könnte aus Metall oder Keramik hergestellt sein.
  • Kraftstoff kann vergast werden, in einen Drosselkörper 56, der in 15 bis 17 und als Element 56 in 19 und 20 gezeigt ist, eingespritzt werden, oder der Kraftstoff kann in den Einlaßluftstrom eingespritzt werden, in eine Vorverbrennungskammer (ähnlich der in 21 zu sehenden) eingespritzt werden oder durch Ansaugventile 16-A eingespritzt werden oder er kann direkt in die Verbrennungskammer am Punkt x während des Auslaßkompressionshubs zum Zeitpunkt, zu dem oder nach dem der Kolben 22 den Punkt x im Kompressionshub passiert hat, eingespritzt werden. Der Kraftstoff kann auch später eingespritzt werden und kann im Fall von Dieselbetrieb am gewöhnlichen Punkt für Dieselöleinspritzung, vielleicht in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer, vielleicht wie 21, oder direkt auf eine Glühkerze eingespritzt werden. Nachdem die die Temperatur und Dichte einstellende Luftladung eingeleitet wur de, falls sie verwendet wird, fährt die Kompression der Ladung fort und wird bei vorhandenem Kraftstoff zum günstigen Zeitpunkt für den Expansionshub gezündet. (Das Kompressionsverhältnis ist durch das verdrängte Volumen des Zylinders, das verbleibt, nachdem der Punkt x erreicht wurde, dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt. Das Expansionsverhältnis ist durch Dividieren des gesamten Zylinderraumvolumens durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt.)
  • Nun wird die Kraftstoff-Luft-Ladung gezündet und der Arbeits- (2.) Hub des Kolbens 22 findet statt, wenn die verbrannten Gase expandieren. Nahe dem unteren Totpunkt des Arbeitshubs öffnet (öffnen) sich das (die) Auslaßventil(e) 17, 17' und der Zylinder 7 wird durch Abblasen und durch Umkehrspülung am Ende des Arbeitshubs und weitgehend während der Umlaufzeit des Kolbens 22 effizient gespült.
  • Es ist zu sehen, daß, je später der Punkt im Kompressionshub liegt, an dem der Punkt x erreicht wird (je später das Auslaßventil geschlossen wird), desto niedriger das Kompressionsverhältnis des Motors ist und desto weniger die Ladung während der Kompression erhitzt wird.
  • Es ist auch zu sehen, daß, je später die Temperatur-Dichte einstellende Ladung eingeleitet wird, desto weniger Arbeit für den Motor erforderlich ist, um die Ladung zu komprimieren, deren späterer Teil bereits vom Kompressor 1 und/oder durch einen Nebenkompressor 2 eine gewisse Kompression empfangen hat. In einigen Fällen, in denen die Last leicht und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit bedeutend ist, könnte der Hilfskompressor mit der Sekundärluftladung, die vielleicht vorübergehend beseitigt wird, umgangen werden, und das Ladungsgesamtgewicht könnte geringer sein als jenes eines herkömmlichen Motors, und wobei das erweiterte Expansionsverhältnis eine noch bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit erzeugt.
  • Während eines Teillastbetriebs dieses 2-Takt-Zyklus-Motors (9 und 9–B) wie z. B. einer Fahrzeugkonstantfahrt oder einer Teillast-Leistungserzeugung kann die Sekundärluftladung durch vorübergehendes Sperren des Hochdruck- Ansaugventils 16-A beseitigt werden (mehrere Ventilsperrsysteme Eton, Cadillac usw.) oder Luft kann zum Ansaugventil 16-A gesperrt werden und der Motor dennoch eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistung erzeugen, wobei die Luftladung durch den Kompressor 2 oder 1 durch Leitungen 15-A, 110, 32 und das Ansaugventil 16-B geliefert wird.
  • Der Motor 1009-B von 9–B
  • 9–B ist eine schematische Darstellung eines Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotors 1009-B , der größtenteils zum Motor 1009 von 9 identisch ist. Die Eigenschaften und der Betrieb und die Struktur des Motors 1009-B von 9–B sind im wesentlichen ähnlich zum Motor 1009 von 9 und außer wie zum Hervorheben von speziellen Unterscheidungspunkten werden solche Eigenschaften, ein solcher Betrieb und eine solche Struktur hier nicht wiederholt. Es sollte auf die Abschnitte über die Eigenschaften, die Struktur und die Betriebsvorgänge (sowohl kurz als auch detailliert) Bezug genommen werden, die vorher mit Bezug auf den Motor 1009 von 9 dargestellt wurden.
  • Der Hauptunterscheidungspunkt zwischen dem Motor 1009 und dem Motor 1009-B besteht darin, daß der Motor 1009-B ein Ausführungsbeispiel des Motors 1009 darstellt, in dem die Kompressoren 1, 2 von alternativen Typen sind. Das heißt, bei 1009-B ist der Primärkompressor 1 als Lysholm-Kreiskolbenkompressor (im Gegensatz zum Hubkolbenkompressor des Motors 1009 ) gezeigt und der Sekundärkompressor 2 ist vom Turbotyp (im Gegensatz zum Lysholmtyp von 1009 ). Obwohl die Leitung 32 von der Leitung 110 (in 9 als 106 bezeichnet) und das wahlweise Absperrventil 33 die Ansaugventile 16-B von nur zwei Zylindern des Motors versorgend dargestellt sind, ist es selbstverständlich, daß andere Ansaugrohre (nicht dargestellt) Luft von der Leitung 110 zum Rest der Ansaugventile 16-B des Motors liefern oder daß die Leitung 32 eine "Lufthutze" oder Rohrverteiler versorgt, die die Luft zu allen Ansaugventilen 16-B verteilen.
  • Mit Bezug auf 10 sind derselbe Motor und dasselbe Betriebssystem wie für die Motoren von 9 und 9–B beschrieben gezeigt, weist jedoch insofern ein wahlweises hinzugefügtes Merkmal auf, als das sekundäre Ansaugventil 16-A ein Nebenventil 26 aufweist, das automatisch ist, um eine Luftladungsrückströmung vom Zylinder 7 zu verhindern. Dieses Merkmal verhindert, daß irgendeine Rückströmung während des Kompressionshubs des Motors dieser Erfindung auftritt, sollte sich der Zylinderdruck dem Druck in der Leitung 15-A nähern oder diesen übersteigen, bevor das Ansaugventil 16-A vollständig geschlossen war. (Dieses wahlweise automatische Ventil 26 könnte vom Typ mit durch eine Feder zurückgezogener Schiebe sein oder könnte eine beliebige Art von Einwegeventil sein.) Ein automatisches Ventil an dieser Stelle könnte verwendet werden, um das Druckverhältnis im Zylinder 7 während der Kompression der Ladung zu regulieren. In diesem Fall könnte das Ansaugventil 16-A bis nahe dem oberen Totpunkt offen gehalten werden, wobei das Ventil 26 automatisch die Ansaugung unter dem Ventil 16-A während der Kompression, der Zündung und des Arbeitshubs der Ladung schließt. Ferner würde die Verwendung des automatischen Ventils 26 ermöglichen, daß das Druckverhältnis des Motors durch einfaches Einstellen des Drucks in der Leitung 15-A eingestellt wird, wobei das Ansaugventil 16-A bis nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens 22 offen gehalten wird. Das Nebenventil 26, falls vorhanden, würde auch der Verbrennungsladung eine tangential orientierte Drallturbulenz verleihen ebenso wie eine Verkleidung des Ansaugventils 16-A.
  • Der Motor 10011 von 11
  • Mit Bezug auf 11 ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor 10011 mit einer Atmosphärenluftansaugung gezeigt, in dem alle Zylinder 7a –7f (von denen nur einer (7f) in einer Schnittansicht dargestellt ist) und zugehörigen Kolben 22a–22f in einem 2-Takt-Zyklus arbeiten und alle Arbeitszylinder zum Erzeugen von Leistung für eine gemeinsame Kurbelwelle 20 über jeweils Verbindungsstangen 19a–19f verwendet werden. Ein Primärkompressor 1, in dieser Figur ein doppeltwirkender Hubkolbentyp, ist gezeigt, der mit Luftleitungen, wie gezeigt, Druckluft zu einem oder mehreren Zylinder-Ansaugventilen 16a und 16b liefert. Ein Sekundärkompressor 2 vom Lysholmtyp ist in Reihe mit dem Kompressor 1 gezeigt. Ein Lufteinlaß 8 und zugehörige Einlaßleitung und Rohrverteiler 13 und 14 liefern eine Luftladung, die auf einen höheren als Atmosphärendruck kompri miert wurde, zu einer Zylinder-Ansaugleitung 15, die Ladeluft zu zwei Ansaugventilen liefert, wobei die Ansaugventile 16a und 16b unabhängig voneinander arbeiten, aber in den gleichen Zylinder münden. Ladeluftkühler 10, 11 und 12 und Steuerventile 3, 4, 5 und 6 werden verwendet, um zu helfen, die Luftladungsdichte, das Luftladungsgewicht, die Luftladungstemperatur und den Luftladungsdruck zu steuern. Die Ansaugventile werden zeitgesteuert, um das Kompressionsverhältnis des Motors zu steuern. Die Verbrennungskammern sind bemessen, um das Expansionsverhältnis des Motors festzulegen.
  • Der Motor 100 von 8, 9, 10 und 11 weist Nockenwellen 21 auf, die mit Nocken versehen sind und angeordnet sind, um sich mit Motorkurbelwellengeschwindigkeit zu drehen, um einen Arbeitshub für jeden Arbeitskolben für jede Kurbelwellendrehung zu liefern.
  • Der in 11 gezeigte Motor 10011 ist durch einen ausgedehnteren Expansionsprozeß, ein niedriges Kompressionsverhältnis gekennzeichnet und in der Lage, eine Verbrennungsladung zu erzeugen, die im Gewicht von leichter als normal bis schwerer als normal variiert, und in der Lage, selektiv einen höheren mittleren effektiven Zylinderdruck bereitzustellen als die herkömmliche Anordnung in normalen Motoren kann, weist jedoch einen ähnlichen oder niedrigeren maximalen Zylinderdruck auf. Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 und variable Ventile 3, 4, 5 und 6 an Leitungen, wie gezeigt, stellen ein System zum Steuern des Ladungsdrucks, der Ladungsdichte, der Ladungstemperatur und des mittleren und Spitzendrucks innerhalb des Zylinders bereit, was eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Erzeugung einer größeren Leistung und eines größeren Drehmoments bei allen U/min mit geringen umweltbelastenden Emissionen für sowohl funken- als auch kompressionsgezündete Motoren ermöglicht. In alternativen Ausführungsbeispielen kann ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung mit dem ECM 27 auch den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Ansaugventile 16a oder 16b oder beider steuern, um ferner eine verbesserte Verwaltung der Bedingungen in der Verbrennungskammer bereitzustellen, um eine flachere Drehmomentkurve und eine höhere Leistung mit niedrigen Niveaus an sowohl Kraftstoffverbrauch als auch umweltbelastenden Emissionen zu ermöglichen.
  • Kurzbeschreibung des Betriebs des in 11 gezeiaten Motors 10011
  • Der Motor 10011 mit neuem Zyklus von 11 ist ein Motor mit hohem Wirkungsgrad, der sowohl hohe Leistung als auch ein hohes Drehmoment mit geringem Kraftstoffverbrauch und geringen umweltbelastenden Emissionen erreicht.
  • Der neue Zyklus ist ein Verbrennungszyklus vom Typ mit externer Verbrennung. In diesem Zyklus wird ein Teil der Ansaugluft (die insgesamt in den Arbeitszylindern in herkömmlichen Motoren komprimiert wird) durch mindestens einen Nebenkompressor komprimiert. Der Temperaturanstieg am Ende der Kompression kann durch die Verwendung von Luftkühlern, die die Ansaugluft kühlen, und durch einen kürzeren Kompressionshub unterdrückt werden.
  • Während des Betriebs wird Luft zum Arbeitszylinder 7 mit einem Druck geliefert, der vielleicht von einem Drittel auf mehrere Atmosphären oder mehr erhöht wurde, durch eine Luftansaugleitung 15 geliefert. Das Ventil 16b öffnet sich durch Druck an der Oberseite des Ventilschafts von einer sehr kleinen Erhebung an der Nocke 21-A für einen kurzen Zeitraum nahe der Position des unteren Totpunkts des Kolbens 22, um den Zylinder zu spülen und eine frische Ladeluft zu liefern. Die Auslaßventile 17, 17' öffnen sich zum Auslaßabblasen geringfügig, bevor sich das Ansaugventil 16b öffnet, um Spülluft einzulassen. Der Zylinder 7 wird hauptsächlich während der Umlaufzeit des Kolbens 22 effizient gespült. Während des ersten Teils des Kompressionshubs, vielleicht nicht später als 10–20° nach dem unteren Totpunkt der Position des Kolbens 22 schließt sich das erste Ansaugventil 16b, zu einem späteren Zeitpunkt schließt sich das Auslaßventil 17, 17', an welchem Punkt die Kompression der Frischluftladung beginnt, was das Kompressionsverhältnis des Motors festlegt. An dem Punkt, an dem sich die Auslaßventile 17, 17' schließen, oder zu irgendeinem Punkt später wird das zweite Ansaugventil 16a und vielleicht 16b durch eine zweite Erhebung 21-C vorzugsweise geöffnet, um mehr der hinsichtlich der Temperatur und Dichte eingestellten Ladung, falls erforderlich, einzuleiten.
  • Eine Ansaugventilsperre 31 in 10 (es gibt verschiedene auf dem Markt, beispielsweise Eaton Corp. und Cadillac) kann das Ansaugventil 16a sperren, wenn ein Betrieb mit leichter Last keinen hohen mittleren effektiven Zylinderdruck erfordert. Alternativ wird das Luftumleitventil (ABV) 6 vollständig oder teilweise geöffnet, um einiges oder alles der Ladeluft durch den Kompressor 2 zurückzuführen, um den Kompressor von der Kompressionsarbeit während des Teillastbetriebs zu befreien. Außerdem kann das Luftumleitventil 4 einen Teil oder alles der durch den Kompressor 1 gepumpten Luft auf Verlangen zurückführen, um den Ladungsdruck und die Ladungsdichte zu verringern.
  • Ein vorgeschlagenes bevorzugtes Betriebsverfahren des Motors 10011 mit neuem Zyklus ist somit:
    • 1. Ansaugluft mit mehr als Atmosphärendruck, die durch mindestens einen Kompressor komprimiert wurde und deren Temperatur durch Umleitsysteme oder Ladeluftkühler eingestellt wurde, wird in den Zylinder 7 durch das Ansaugventil 16b eingeleitet, welches durch eine kleine Erhebung 21-D an der Nocke 21-A an oder nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens 22 am Ende des Arbeitshubs geöffnet wird, wenn sich das (die) Auslaßventil(e) 17a, 17a' ein wenig früher (vielleicht 40° vor dem unteren Totpunkt) zum Auslaßabblasen geöffnet hat (haben). Das Auslaßventil 17 bleibt bis zum unteren Totpunkt zum effizienten Spülen des Zylinders 7 durch Abblasen und Umkehrspülung offen. Das Ansaugventil 16b schließt sich, wenn die frische Hochdruckladung den Zylinder 7 sehr schnell spült.
    • 2. Nachdem der Arbeitshub beendet ist, werden die Auslaßventile 17 für einen Zeitraum, nachdem der Kolben den unteren Totpunkt passiert hat, offen gelassen (wobei das Ansaugventil 16b nun geschlossen ist), um den Arbeitszylinder weiterhin mit der vorhandenen Frischluftladung zu spülen, und ferner um ein niedriges Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen, wobei das Kompressionsverhältnis durch das verdrängte Zylindervolumen, das am Punkt des Schließens des Auslaßventils 17 verbleibt, dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt ist.
    • 3. Wenn der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, die nahe Atmosphärendruck liegt, fährt der Kompressions- (2.) Hub fort und an dem Punkt, an dem das Auslaßventil geschlossen wird, beginnt die Kompression für ein kleines Kompressionsverhältnis. Dies macht es möglich, den Temperaturanstieg während des Kompressionshubs zu verringern. Die Kompression fährt fort, Kraftstoff wird zugegeben, falls er nicht vorhanden ist, und die Ladung wird am geeigneten Punkt nahe dem oberen Totpunkt gezündet und der Arbeitshub findet statt.
    • 4. (a) Alternativ kann an einem beliebigen als geeignet erachteten Punkt zum Zeitpunkt, an dem oder nachdem sich das Auslaßventil geschlossen hat und die Kompression der Ladung begonnen hat, eine hinsichtlich Dichte und Temperatur eingestellte Sekundärluftladung durch das Ansaugventil 16a und vielleicht durch eine zweite Erhebung 21-C an der Nocke 21-A durch das Ansaugventil 16b eingeleitet werden. Die Kompression fährt mit der Sekundärluftladungs-Einleitung fort, Kraftstoff wird zugegeben, falls er nicht vorhanden ist, die Ladung wird gezündet und die Verbrennung erzeugt eine große Expansion der verbrannten Gase, was eine große Energie erzeugt. Diese Energie wird durch den Motor in ein hohes Drehmoment und hohe Leistung umgewandelt.
    • (b) Wenn eine noch größere Leistung erforderlich ist, kann die Luftladung in der Dichte und im Gewicht erhöht werden, indem sie durch einen oder mehrere Ladeluftkühler geleitet wird und indem die Kompressorgeschwindigkeit erhöht wird oder indem eine weitere Hilfskompressionsstufe 2 eingeschaltet wird, 11. Alternativ könnte die Zeitsteuerung des Schließens des Auslaßventils 17 und der Betätigung des Ansaugventils 16a vorübergehend verändert werden, um für eine größere Ladung früher zu schließen bzw. früher zu öffnen.
    • 5. Nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens öffnen sich die Auslaßventile 17, 17' und der Zylinder wird durch Abblasen und durch die durch das primäre Ansaugventil 16b eingeleitete Luft gespült.
  • Ausführliche Beschreibung des Betriebs des Motors 10011 von 11
  • Nahe dem Ende des Arbeits- (1.) Hubs des Kolbens 22, vielleicht bei etwa 40° vor der Position des Kolbens 22 des unteren Totpunkts, öffnen sich die Auslaßventile 17 für Auslaßabblasen, kurz nachdem Niederdruckluft durch die Luftleitung 15 vom Rohrverteiler 13 und 14, wie in 11 gezeigt, durch das Ansaugventil 16b in den Zylinder 7 strömt, der Zylinder 7 wird gespült, das Ansaugventil 16b schließt sich. (Der Ansaugventilkopf 30 kann zurückgesetzt sein, wie in 11 gezeigt, um eine rohrartige Öffnung in den Zylinder 7 zu bilden, so daß, wenn die Ladeluft stark komprimiert wird, und nicht weniger als 500–530 psi brauchbar ist, die kleine Erhebung 21-D an der Nocke 21-A des Ansaugventils 16b einen kleinen Strahl der Hochdruckluft einläßt, welche zum Umkehrspülen nach unten gerichtet wird, während oder direkt nach dem Umlauf des Kolbens 22 an der Kolbenposition des unteren Totpunkts.) Die Auslaßventile 17 bleiben während des ersten Teils des Kompressions- (2.) Hubs des Kolbens 22 offen. Der Zylinder 7 wird nun durch Abblasen und durch Umkehrspülung effizient gespült und an einem beliebigen Punkt während des Kompressionshubs können sich, wobei der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, die Auslaßventile 17, 17' schließen. Da jedoch ein niedriges Kompressionsverhältnis erwünscht ist, können die Auslaßventile 17, 17' offen gehalten werden, bis der Kolben den Punkt erreicht hat, der erwünscht ist, um das Kompressionsverhältnis festzulegen. Bei oder nach dem Zeitpunkt, zu dem das Auslaßventil 17 geschlossen wird, kann eine Sekundärladung von hinsichtlich der Temperatur eingestellter Hochdruckluft, die durch den Kompressor 1 und/oder 2 komprimiert wurde, durch das zweite Ansaugventil 16a und, falls erwünscht, durch eine weitere Erhebung 21-C (in Durchsicht) am ersten Ventil 16b in den gleichen Zylinder eingeleitet werden. (Wenn ein hohes Drehmoment und hohe Leistung erforderlich sind, kann die Dichte der Ladeluft durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Primärkompressors 1 oder durch Einschalten einer weiteren Kompressionsstufe wie im Kompressor 2, 11, und Leiten der Ladung durch Nachkühler 10, 11 und 12 erheblich erhöht werden. Die Geschwindigkeit des Kompressors 2 kann auch erhöht werden, um mehr Ladung am hinteren Ende einzuschaufeln.) Die Kompression würde für ein kleines Kompressionsverhältnis fortfahren, Kraftstoff würde zugegeben werden, wenn er nicht vorhanden ist, die Ladung würde gezündet werden und die Gase gegen den Kolben 22 für den Arbeitshub expandiert werden.
  • Für einen Teillastbetrieb könnte ein Absperrventil (oder eine Ventilsperre 31, die in 10 gezeigt ist, am Ansaugventil 16-A) vorübergehend die Ansaugluft drosseln oder das Ventil 16a geschlossen halten. Dies würde zur Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors beitragen. Alternativ könnte während des Teillastbetriebs das Absperrventil 5 geschlossen werden und das Luftumleitventil 6 geöffnet werden, so daß durch den Kompressor 2 gepumpte Luft zur Einlaßleitung des Kompressors 2 zurückgeführt werden würde, ohne daß eine Kompression stattfindet. In derselben Weise könnten die Ventile 3 und 4 einen Teil der durch die Rückseite gepumpten Luft zur Ansaugung 106 des Kompressors 1 zurückführen.
  • Das automatische Nebenansaugventil 26, 10, das vom Typ mit durch eine Feder zurückgeführter Scheibe sein kann, kann angeordnet werden, wie in 10 gezeigt, um irgendeine Rückströmung von Ladeluft in die Leitung 15 zu verhindern, wenn der Zylinderdruck gleich dem Druck in der Leitung 15 während des Kompressionshubs des Kolbens 22 sein oder diesen übersteigen sollte, bevor sich das Ansaugventil 16a vollständig geschlossen hat. (Wie bei hierin dargestellten anderen Motorkonstruktionen kann das in 10 gezeigte wahlweise automatische Ventil 26 verwendet werden, um das Druckverhältnis des Motors zu steuern. Wenn das Ansaugventil 16a bis nahe dem oberen Totpunkt offen gehalten wird, würden das Schließen des Ventile 26 und das Druckverhältnis des Zylinders 7 durch Steuerventile 3, 4, 5, und 6 und durch die Kompressorgeschwindigkeit und durch irgendein vorhandenes Drosselventil gesteuert werden.) Das automatische Ventil 26 würde die Ansaugung von der Leitung 15 während des letzten Teils des Kompressionshubs, der Zündung der Ladung und während des Arbeitshubs abdichten.
  • Kraftstoff kann vergast werden, in einen Drosselkörper 56, der in 15 bis 17 und 56 in 19 und 20 eingespritzt werden, oder der Kraftstoff kann in den Einlaßluftstrom eingespritzt werden, oder in eine Vorverbrennungskammer eingespritzt werden oder durch Ansaugventile 16a, 16b eingespritzt werden (das letztere während seines zweiten Öffnens durch die Erhebung 21-C an der Npcke 21-A) oder er kann direkt in die Verbrennungskammer am oder nach dem Punkt x beim Auslaßkompressionshub eingespritzt werden. Der Kraftstoff kann auch später eingespritzt werden und kann im Fall von Dieselbetrieb am gewöhnlichen Punkt für Dieselöleinspritzung vielleicht in eine Vorverbrennungskammer oder direkt in die Verbrennungskammer oder direkt auf eine Glühkerze eingespritzt werden. Nachdem die die Temperatur und Dichte einstellende Luftladung eingeleitet wurde, falls sie verwendet wird, fährt die Kompression der Ladung fort und wird bei vorhandenem Kraftstoff zum günstigen Zeitpunkt für den Expansionshub gezündet. (Das Kompressionsverhältnis ist durch das verdrängte Volumen des Zylinders, das verbleibt, nachdem der Punkt x (beim Auslaßventilschließen) erreicht wurde, dividiert durch das Volumen der Verbrennungskammer, festgelegt. Das Expansionsverhältnis ist durch Dividieren des gesamten Zylinderraumvolumens durch das Volumen der Verbrennungskammer festgelegt.) Nun wurde die Kraftstoff-Luft-Ladung gezündet und der Arbeitshub des Kolbens 22 findet statt, wenn die verbrannten Gase expandieren. Nahe dem unteren Totpunkt des Arbeitshubs öffnet (öffnen) sich das (die) Auslaßventil(e) 17 und der Zylinder 7 wird zuerst durch Abblasen, dann durch Umkehrspülung mit Luft vom Ansaugventil 16b am Ende des Arbeitshubs oder kurz danach effizient gespült.
  • Es ist zu sehen, daß, je später der Punkt im Kompressionshub liegt, an dem der Punkt x (je später das Auslaßventil geschlossen wird) erreicht wird, desto niedriger das Kompressionsverhältnis des Motors ist und desto weniger die Ladung während der Kompression erhitzt wird.
  • Es ist auch zu sehen, daß, je später die Temperatur-Dichte einstellende Ladung eingeleitet wird, desto weniger Arbeit für den Motor erforderlich ist, um die Ladung zu komprimieren, deren späterer Teil bereits vom Kompressor 1 und/oder durch einen Nebenkompressor 2 eine gewisse Kompression empfangen hat. In einigen Fällen, in denen die Last leicht und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit bedeutend ist, könnte der Hilfskompressor mit der Sekundärluftladung, die vielleicht vorübergehend beseitigt wird, umgangen werden, und das Ladungsgesamtgewicht könnte geringer sein als jenes eines herkömmlichen Motors.
  • Mit Bezug auf 12 ist ein Druck-Volumen-Diagramm für einen Hochgeschwindigkeits-Dieselmotor im Vergleich zu den Motoren dieser Erfindung gezeigt, welches drei Stufen von ladeluftgekühlter Kompression und eine vierte Stufe von ungekühlter Kompression darstellt, was auf ein Kompressionsverhältnis von ungefähr 2 : 1 hinweist, wobei die Anordnung für optimale Leistung mit einem Wirkungsgrad für den Motor dieser Erfindung vorgeschlagen wird. (Die Diagramme von 13 und 14 zeigen einige der Verbesserungen des Motors dieser Erfindung gegenüber derzeitigen 2-Takt- und 4-Takt-Hochleistungsmotoren.)
  • Es gibt mehrere Merkmale, die den thermischen Wirkungsgrad des Motors dieser Erfindung verbessern. Größere Leistungs-Gewicht-Verhältnisse stellen einen kleineren Motor mit weniger Reibungsverlusten bereit. Das ausgedehnte Expansionsverhältnis führt zu einem höheren Wirkungsgrad des thermodynamischen Zyklus, was in theoretischen Betrachtungen gezeigt ist. Es gibt auch definitive Wirkungsgradgewinne in einem "abgestuften" Kompressionsprozeß selbst mit externen Kompressoren mit einer zugehörigen Rohrleitung, Ladeluftkühleren und Nachkühlern usw. Es bestehen sehr signifikante Energieeinsparungen, wenn Luft in ladeluftgekühlten Stufen komprimiert wird. Weniger Energie wird beim Komprimieren einer Ladung auf 500 psi in 2, 3 oder 4 ladeluftgekühlten Stufen verwendet als zum Komprimieren der heißen Ladung auf dieselben 500 psi in einem herkömmlichen Motor verwendet wird. Ein normaler Motor verwendet ungefähr 20% seiner eigenen Energie, die zum Komprimieren seiner eigenen Luftladung erzeugt wird. Berechnungen zeigen signifikante Energieeinsparungen in einem Motor, wenn die Luft in nachgekühlten Stufen komprimiert wird. Das Komprimieren einer Ladung in nur zwei Stufen auf 531 psi (ein Kompressionsverhältnis von 13 : 1) verringert die verwendete Energie um 15,8% gegenüber der Kompression auf denselben Pegel von 531 psi in einer einzigen Stufen, wie es die Otto- und die Dieselzyklusmotoren durchführen. Drei Stufen von ladeluftgekühlter Kompression erhöhen die Einsparungen auf 18%. Dies ist das Ideal. Eine Verschlechterung vom Ideal sollte 25% nicht übersteigen, was 13,5% Energieeinsparungen beläßt. Diese Energieeinsparungen von 13,5% mal den 20% der Leistung eines normalen Motors, die zum Komprimieren seiner eigenen Ladung verwendet wird, ist eine Wirkungsgradverbesserung von 2,7% durch den Kompressionsprozeß allein. Dies ist einer der Vor teile dieses Motors, der zu den anderen Wärmewirkungsgradverbesserungen beiträgt. Das niedrige Kompressionsverhältnis zusammen mit dem großen Expansionsverhältnis stellt Verbesserungen im Wirkungsgrad, im Drehmoment, in der Leistung und in der Haltbarkeit bereit, während umweltbelastende Emissionen verringert werden.
  • Anmerkung 1- In 12 gibt der Bewegungsabstand der Linie für den Motor B auf der horizontalen Koordinate das theoretische Volumen bei der größeren Dichte an. Die Dichte wird beim tatsächlichen Verbrennungskammeivolumen (wie durch die gestrichelte Linie V gezeigt) ungeachtet der Dichte durch Einpumpen von mehr Ladung an der Rückseite auf diesem Niveau gehalten.
  • Mit Bezug auf 13 ist ein Diagramm gezeigt, das verschiedene Betriebsparameter des Motors dieser Erfindung (B) mit den Betriebsparametern eines populären 2-Takt-Hochleistungs-Dieselzyklusmotors (A) vergleicht.
  • Die für den Motor A gezeigten Parameter sind die normalen Betriebsparameter für diesen Motor, z. B. Kompressionsverhältnis, Verbrennungstemperaturen, Ladungsdichte usw. Die zum Darstellen für den Motor (B) gewählten Parameter sind bei zwei verschiedenen niedrigeren "nominalen" Kompressionsverhältnissen mit entsprechenden "effektiven" Kompressionsverhältnissen, ladeluftgekühlt und ungekühlt, für zwei verschiedene Pegel an Ausgangsleistung gegeben. Die Spalten, die Ladungsdichten und Expansionsverhältnisse zeigen, geben die Verbesserungen in stationären Leistungsdichteverbesserungen für den Motor B sogar bei einem wesentlich niedrigeren nominalen Kompressionsverhältnis und einem effektiven Kompressionsverhältnis von nicht höher als 2 : 1 an, wie in 10 gezeigt. Die Spalten, die niedrige Temperaturen am Ende der Verbrennung zeigen, und die Spalte, die ausgedehnte Expansionsverhältnisse zeigt, geben viel geringere umweltbelastende Emissionen an. Die angegebenen Leistungsverbesserungen des Motors (B) gegenüber dem Motor (A) selbst bei dem niedrigeren nominalen Kompressionsverhältnis sind nicht geringer als 50%.
  • Mit Bezug auf 14 ist ein Diagramm gezeigt, das die verschiedenen Betriebsparameter des Motors dieser Erfindung (B) mit den Betriebsparametern eines populären 4-Takt-Hochleistungs-Dieselmotors (A) vergleicht.
  • Wenn Vergleiche ähnlich jenen von 13 gemacht werden, sind die Verbesserungen der stationären Leistung und Dichte viel höher, da der Motor (B) die dichtere Ladung zweimal so häufig zündet wie der Motor A für eine angegebene Verbesserung der stationären Dichte von 180% gegenüber dem Motor (A).
  • Mit Bezug auf 15 ist ein schematisches Diagramm eines Motors gezeigt, welches die Motoren von 5–7 und 9–10 mit einem separaten Luftkühler 10 für den Nebenkompressor 2 darstellt, wobei der Primärkompressor 1 zwei Rohrverteiler 13 und 14 versorgt und separate Luftkühler 11 und 12 und Ladeluftleitungen 114 und 115 aufweist und wobei jeder Rohrverteiler jeweils drei Zylinder-Luftansaugrohre 15a–15c, 15d–15f aufweist. Der Motor von 15 arbeitet genauso wie die Motoren von 5–7 und 9–10 und zeigt hier vorgeschlagene Ventilpositionen für das Absperrventil und die Luftumleitventile zum Versorgen der Rohrverteiler 13 und 14 mit einer Luftladung, die für einen Teillastbetrieb des Motors von 5–7 und 9–10 optimal ist. Für einen Teillastbetrieb kann das Absperrventil 5 geschlossen werden und das Luftumleitventil 6 des Kompressors 2 (wenn der Kompressor 2 keine Primärluftladung direkt zur Leitung 32 und zum Ansaugventil 15–B liefert) kann vollständig oder teilweise geöffnet werden, so daß ein Teil oder alles der Ansaugluft des Kompressors 2 zur Ansaugung des Kompressors 2 zurückgeführt werden kann, wobei wenig oder keine Kompression dort stattfindet. Das Absperrventil 3 des Kompressors 1 kann auch geschlossen werden, wobei die Luftladung von den Kühlern 11 und 12, wegströmt, das Luftumleitventil 4 würde geschlossen werden, um eine Rückführung der nun komprimierten und erhitzen Luft zurück durch den Kompressor 1 zu verhindern, dessen Absperrventil 3 und Luftumleitventile beide die Luftladung ungekühlt in den Rohrverteiler 13 und 14 für eine erhitzte Ladung mit niedriger Dichte für einen Teillastbetrieb leiten. Vorzugsweise würde der Kompressor 2 in Betrieb gehalten werden, um die Primärluftladung durch die Leitungen 110, 32 und das Ansaugventil 16-B für ein wirtschaftlicheres Spül-Lade-System zu liefern.
  • Mit Bezug auf 16 sind vorgeschlagene Ventilpositionen zum Versorgen der Rohrverteiler 13 und 14 mit einer Luftladung, die für einen Betrieb mit mittlerer Last für die Motoren von 16 oder für die Motoren von 5–7 und 9–10 optimal sind, dargestellt. Für einen Betrieb mit mittlerer Last wird das Absperrventil 5 des Kompressors 2 geschlossen und das Luftumleitventil 6 würde geöffnet werden, um die Luftladung ungekühlt und ohne Kompression zur Ansaugung des Kompressors 1 zu leiten, wo das geschlossene Absperrventil 3 und das geschlossene Luftumleitventil 4 die nun vom Kompressor 1 komprimierte Luftladung an den Ladeluftkühlern vorbei zu den Rohrverteilern 13 und 14 leitet, wobei die Luft durch den Kompressor 1 komprimiert und erhitzt wird, für einen Betrieb mit mittlerer Leistung.
  • Mit Bezug auf 17 ist ein vorgeschlagenes Szenario zum Versehen des Motors von 17 oder für die Motoren von 5–7 und 9–10 mit einer hochdichten Luftladung für einen Hochleistungsbetrieb mit hoher Ausgangsleistung gezeigt. 17 zeigt beide Absperrventile 3 und 5 offen und beide Luftumleitventile 4 und 6 vollständig geschlossen, so daß die primäre Kompressionsstufe wirksam ist und eine zweite Kompressionsstufe für eine maximale Kompression der Ladung wirksam gemacht wurde und die gesamte Luftladung durch die Ladeluftkühler 10, 11 und 12 geleitet wird, um eine gekühlte Luftladung mit sehr hoher Dichte für die Rohrverteiler 13 und 14 und für die Motorarbeitszylinder für einen Betrieb mit schwerer Last zu erzeugen. Dies erzeugt einen sehr hohen mittleren effektiven Zylinderdruck für ein hohes Drehmoment und hohe Leistung, wobei der maximale Zylinderdruck derselbe wie oder niedriger als jener von normalen Motoren ist.
  • Mit Bezug auf 18 ist eine schematische Zeichnung einer alternativen Art von Hilfskompressor 2' für die Motoren von 5–7 und 9–10 oder für irgendeinen anderen Motor dieser Erfindung und ein System zum Bereitstellen eines Systems zum Ausschalten des Hilfskompressors, wenn ein hoher Ladungsdruck und eine hohe Ladungsdichte nicht erforderlich sind, dargestellt. Zum Befreien des Kompressors 2' von Arbeit (wenn die durch den Kompressor 2 komprimierte Luft nicht direkt zur Leitung 32 und zum Ventil 16-B strömt, um die Primärluftladung zu lie fern), wird das Absperrventil 5 geschlossen und das Luftumleitventil 6 wird geöffnet, so daß durch den Kompressor 2' gepumpte Luft durch den Kompressor 2 umlaufen kann, wobei folglich der Kompressor von Kompressionsarbeit befreit wird.
  • Mit Bezug auf 19 ist eine schematische Zeichnung der Motoren von 5–7 und 9–10 gezeigt, die eine Einrichtung zum Steuern der Ladeluftdichte, der Ladelufttemperatur und des Ladeluftdrucks durch Verändern der Richtungen der Luftströmung durch verschiedene elektronisch oder vakuumbetätigte Ventile und ihre Leitungen darstellt.
  • 19 zeigt auch die verschiedenen möglichen Ladeluftwege unter Verwendung von hohlen Pfeilen, um Wege für erhitzte Luft anzugeben, und von vollen Pfeilen, um die Wege für die dichtere ladeluftgekühlte Luft anzugeben, wodurch angegeben wird, wie die Ladelufttemperaturen thermostatisch oder elektronisch durch Aufteilen der Luftladung in zwei verschiedene Wege gesteuert werden können. Alternativ kann die gesamte Luftladung an den Luftkühlern vorbei geleitet werden oder kann ganz durch die Luftkühler geleitet werden, wie in 19 gezeigt. 19 zeigt auch, wie der Ausgangsdruck des Kompressors 1 und des Kompressors 2 durch teilweises oder vollständiges Öffnen der Umleitventile 4 und 6 oder durch vollständiges Schließen von einem oder beiden dieser Steuerventile verändert werden kann. Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 wird zum Steuern der verschiedenen Betriebsparameter der Motoren dieser Erfindung vorgeschlagen.
  • Mit Bezug auf 20 ist eine schematische Zeichnung gezeigt, die eine alternative Anordnung darstellt, bei der ein Elektromotor 34 vorzugsweise den (die) Kompressoren) von irgendeinem der Motoren der vorliegenden Erfindung antreibt.
  • Ladeluftkühler-Umleit- (ACB) "Absperrventil"-Steuerung
  • In diesem Abschnitt werden Aspekte von bevorzugten Steuerkomponenten beschrieben, die in Verbindung mit irgendeinem der Motoren (4-Takt und 2-Takt) der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
  • Umriß: Die Ventile 3 und 5 sind Ladeluftkühler-Umleit-Magnetspulen- (ACB) Ventile. Bei der Ladeluftkühler-Umleitsteuerung wird die Ansaugluft zwischen zwei Wegen durch die Ventile 3 und 5 unabhängig voneinander umgeschaltet: entweder (a) leitet das Ventil 5 die Strömung vom Kompressor 2 direkt zur Ansaugleitung des Kompressors 1 oder (b) durch den Ladeluftkühler 10 vor dem Strömen zur Ansaugleitung des Kompressors 1. Das Ventil 3 leitet die Strömung vom Kompressor 1 entweder (a) zur Leitung 111/121/122, die direkt zu den Rohrverteilern 13 und 14 führt, oder (b) es leitet die Luftladung durch die Ladeluftkühler 11 und 12, bevor sie zu den Rohrverteilern 13 und 14 strömt.
  • Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 kann die Luftkühler-Umleitventile 3 und 5 steuern. Die Umleitventile können ein Ventil vom Absperrtyp sein, um die gesamte oder keine Luftladung in einer Richtung zu leiten, oder die Ventile 3 und 5 können eine schraubenförmige Magnetspule oder eine andere Art Ventil sein, das einen Teil der Luftladung durch die Umgehungsleitungen 121 und 122 und einen Teil durch die Luftkühler 10, 11 und 12 für eine feine Steuerung der Temperatur und Dichte der Luftladung leiten könne. Das ECM könnte Signale von Sensoren wie z. B. einem Motorkühlmittelsensor, einem Kurbelwellenpositionssensor, einem Drosselpositionssensor, einem Nockenwellenpositionssensor, einem Rohrverteiler-Absolutdrucksensor und einem erhitzten Sauerstoffsensor empfangen.
  • Luftumleitventil- (ABV) Steuerung
  • Umriß: Um einen optimalen Luftladungsdruck für verschiedene Motorbetriebsbedingungen bereitzustellen, kann das ECM 27 Signale zum Steuern der Luftumleitventile 4 und 6 senden. Diese Ventile könnten Ein-Aus-Magnetspulenventile sein, die möglicherweise vakuumbetätigt sind, oder sie könnten schraubenförmige Magnetventile oder eine andere Art von Ventil sein, die sich auf einem Teilweg oder auf dem ganzen Weg öffnen könnten, um einen Teil oder alles der Luftladung durch die Einlässe 110 und 8 der Kompressoren 1 und 2 zurückzuführen, um den Pumpdruck entweder vom Kompressor 1 oder Kompressor 2 oder von beiden vollständig zu beseitigen. Ähnliche Anordnungen einer Luftdrucksteuerung könnten für zusätzliche Stufen von Luftkompression verwendet werden, wenn zusätzliche Stufen verwendet werden.
  • Der Betrieb könnte folglich sein: Die ABV-Ventile 4 und 6 können durch Signale vom ECM 27 gesteuert werden, um den Öffnungswinkel der Ventile 4 und 6 zu steuern, um die optimalen Luftladungsdrücke für verschiedene Motorlasten und Arbeitszyklen bereitzustellen. Wenn das ABV 6 teilweise geöffnet wird, wird einiges der Luft, die durch den Kompressor 2 gepumpt wird, in die Ansaugung 8 des Kompressors 2 zurückgeleitet, um den Kompressionsdruck zu verringern. Wenn das ABV 6 vollständig geöffnet wird, wird die gesamte Ladung des Kompressors 2 durch den Kompressor 2 zurückgeleitet, somit pumpt der Kompressor 2 folglich nur die Ladung ohne Druckerhöhung durch. Das System kann für das Ventil 4 genauso arbeiten, welches einiges der vom Kompressor 1 gepumpten Luftladung in die Ansaugleitung 110 des Kompressors 1 zurück umleiten könnte, um die Luftladungsdichte zu verringern.
  • Mit dieser Anordnung in Kombination mit der Anordnung des Steuerung des Ladeluftkühler-Umleitsystems durch das ECM 27 für die variablen Ventile 3 und 5 können die Temperatur, die Dichte, der Druck und die Turbulenz der Ladeluft verwaltet werden, um die gewünschten Leistungs- und Drehmomentpegel und Emissionseigenschaften im Arbeitszylinder des Motors zu erzeugen.
  • Motorbedingungen, die durch das ECM 27 überwacht werden könnten, um zweckmäßige Motorbedingungen hinsichtlich der Steuerung der ABV-Ventile 4 und 6 zu bewirken, könnten einen Drosselpositionssensor (oder Kraftstoffeinspritz-Aktivitätssensor), einen Ansauglufttemperatur-Sensor an verschiedenen Punkten, einen Rohrverteiler-Absolutdrucksensor, einen Nockenwellenpositionssensor, einen Kurbelwellenpositionssensor, einen Auslaßtemperatursensor, einen erhitzten Sauerstoffsensor und/oder andere Sensoreingangssignale, deren Verwendung in Verbrennungsmotoren bekannt ist, umfassen.
  • Das ECM 27 kann sowohl die Absperrventile 3 und 5 als auch die Luftumleitventile 4 und 6 steuern, um den optimalen Luftladungsdichtedruck und die optimale Luftladungstemperatur bei allen Motorbetriebs-Arbeitszyklen aufrechtzuerhalten.
  • Alternative Verbrennunpssvsteme
  • Mit Bezug auf 21 ist eine schematische Queransicht einer Vorverbrennungskammer 38', einer Verbrennungskammer 38, eines Kolbenbodens 22 und eines zugehörigen Kraftstoffeinlasses 36, einer Zündkerze 37, eines Kanals eines Luftoder Luft/Kraftstoff-Gemisch-Einlasses 8', eines Ansaugventils 16, eines Auslaßkanals 18', eines Auslaßventils 17 gezeigt, die für den Betrieb mit flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff für die Motoren dieser Erfindung oder für irgendeinen anderen Verbrennungsmotor vorgeschlagen sind.
  • Es gibt viele Wahlmöglichkeiten für Systeme für Kompressions- oder Funkenzündverbrennung für den Motor dieser Erfindung, wie in 1 bis 33 gezeigt. Jeder Kraftstoff von Flugbenzin bis zu schweren Dieselkraftstoffen, einschließlich der Alkohole und gasförmigen Kraftstoffe, kann in diesem Motor funkengezündet (SI) werden. Ein gutes SI-System wäre zu dem in 21 gezeigten System für komprimiertes Erdgas, Propan, Wasserstoff, Benzin, Alkohole oder Dieselkraftstoff ähnlich. In diesem System wird ein extrem kraftstoffreiches Gemisch, das die gesamte Kraftstoffladung bildet, vorzugsweise in die Vonrerbrennungskammer 38' eingespritzt. Der Kraftstoff könnte durch den Kraftstoffkanal 36 mit oder ohne Luftstrahleinleitung eingespritzt werden, die Luftladung, von welcher einiges die Kraftstoffladung begleiten kann, würde in die Vorverbrennungskammer 38' durch den Kolben 22 während des Kompressionshubs komprimiert werden. Zusätzliche Luft mit oder ohne zusätzlichen Kraftstoff könnte in den zweckmäßigen Zylinder entweder beim Ansaughub oder beim Kompressionshub durch die Ansaugleitung 8' eingeleitet werden. In beiden Fällen würde die zweite Verbrennungsstufe im zweckmäßigen Zylinder mit einem mageren Gemisch stattfinden.
  • Das in 21 gezeigte zweistufige Verbrennungssystem arbeitet in dieser Weise:
  • 1. Vorverbrennung (erste Stufe)
  • Die Vorverbrennung geschieht in der Vorverbrennungskammer 38', wenn Kraftstoff in einer Menge weit oberhalb der Menge an vorhandenem Sauerstoff eingespritzt und gezündet wird (Einspritzdüse nicht dargestellt). Dieser Sauerstoffmangel zusammen mit der kühleren, turbulenten Ladung und niedrigeren Spitzentemperaturen und -drücken verringert die Bildung von Stickoxiden erheblich. Die Kombination der heißen Vorverbrennungskammerwand und der starken Turbulenz fördert eine vollständigere Verbrennung.
  • 2. Nachverbrennung (zweite Stufe)
  • Die Nachverbrennung findet bei einem niedrigeren Druck und relativ niedrigen Temperaturbedingungen in dem Raum oberhalb des Kolbens im Zylinder statt, wenn die Gase von der Vorverbrennungskammer der ersten Stufe in den zweckmäßigen Zylinder expandieren. Wenn zusätzlicher Kraftstoff im zweckmäßigen Zylinder vorhanden ist, wird das magerere Gemisch durch diesen plasmaartigen Strahl von der Vorverbrennungskammer gezündet. Die niedrige Temperatur und die Anmischung von verbrannten Gasen verhindern irgendeine weitere Bildung von Stickoxiden. Überschüssige Luft, eine starke Wirbelwirkung und der ausgedehnte Expansionsprozeß gewährleisten eine vollständigere Verbrennung von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoff.
  • Die Ergebnisse des Motors dieser Erfindung unter Verwendung der Vorverbrennungskammer 38' von 21 sind: höhere thermische Wirkungsgrade aufgrund der größeren Expansion zusammen mit einem kühleren Auslaß und einem niedrigeren Niveau an umweltbelastenden Emissionen, einschließlich Stickoxiden, und zusätzlich für Dieselkraftstoffe geringere aromatische Stoffe und Teilchen.
  • Mit Bezug auf 22 ist eine schematische Querschnittsansicht eines wahlweisen Zylinders des Motors dieser Erfindung gezeigt, der den 2-Takt-Motor von 8 bis 33 in einen Ein-Takt-Zyklus-Motor umwandelt und die 4-Takt-Motoren von 1 bis 7 und 33 umwandelt, damit sie in einem 2-Takt-Zyklus arbeiten.
  • Durch Konstruieren irgendeines 2-Takt-Motors, bei dem alle Arbeitszylinder doppelt wirken, kann das Leistungs-Gewichts-Verhältnis gegenüber dem Basismotor verdoppelt werden. Ein Ende des Zylinders zündet und das andere Ende wird bei jedem Hub für einen nominalen Ein-Takt-Zyklus-Motor in den Motoren von 8 bis 33 gespült. Die Verwendung von doppeltwirkenden Arbeitszylindern in dem 4-Takt-Motor von 1 bis 7 und 33 wandelt den Motor in einen 2-Takt-Motor um, da während jeder Kurbelwellenumdrehung ein Ende des Zylinders gespült wird und ein Ende gezündet wird.
  • Bei der Konstruktion von 22 wird die erforderliche Veränderung der Länge des Balkens 39 dadurch bewerkstelligt, daß das Balkenende eine Kreuzschleife 40 bildet und über den Kolbenbolzen 41 des Kolbens paßt.
  • Der doppelendige Kolben 22'' kann mit dem Ende eines vertikalen Balkens 39 verbunden werden, der sich am unteren Ende 42 dreht. Eine Verbindungsstange 19' ist zwischen dem Mittelpunkt des Balkens und der Kurbelwelle 20' verbunden.
  • Da die Kurbelwelle 20' selbst nicht mehr macht, als das Drehmoment zu übertragen, sind ihre Hauptlager sehr leicht belastet. Folglich erreicht wenig Geräusch das Stützgehäuse. Aufgrund der Hebelwirkung hat die Kurbel (nicht dargestellt) die halbe Kröpfung des Kolbenhubs und kann eine nockenartige Stummeleinheit mit großen, eng beabstandeten Stiften mit einer beträchtlichen Überlappung für die Festigkeit sein.
  • Das Kompressionsverhältnis kann durch geringfügiges Verlängern oder Verkürzen der effektiven Länge des Balkens 39 verändert werden. Dies kann dadurch durchgeführt werden, daß die untere Drehplatte 42 an einem Block 43 befestigt ist, der in einem festen Block 44 verschiebbar montiert ist, und in welchem Block 43 sie durch einen Servomotor 45 gleitend bewegt werden kann. Das durch den Servomotor 45 gedrehte Zahnrad 45a ist viel länger als das Zahnrad 44a an der Schraube 43b, welche drehbar am Block 43 befestigt ist und sich gegen Gewinde im Block 44 dreht, was bewirkt, daß das Zahnrad 44a am Zahnrad 45a hin- und hergleitet, wenn sich der Block 43 im Block 44 hin- und herbewegt. Als Diesel könnte er somit mit einem Verhältnis von 20 : 1 gestartet werden und dann zu einem Verhältnis von 13 : 1 für weniger Reibung und Spannung an den Teilen verschoben werden. Dies könnte auch wichtig sein, um die Verwendung von alternativen Kraftstoffen zu ermöglichen.
  • Nun mit Bezug auf 23: Dieselben Vorteile gelten für die alternative Konstruktion (23), in der der Drehpunkt 47' zwischen der Verbindungsstange 19 und dem Kolben 22'' liegt.
  • Die erforderliche Veränderung der Länge des Balkens 39 (in Durchsicht gezeigt), der den Kolben 22'' mit der Verbindungsstange 19 verbindet, kann durch Ausbilden einer Kreuzschleife 40 am Balkenende, das über den Kolbenstift 41 des Kolbens 22'' paßt, oder durch Anordnen eines doppelten Drehgelenks 42' zwischen dem Drehpunkt 47' am Drehpunkt des Balkens 39' durchgeführt werden, wobei der Drehpunkt 42'' an einem nicht-beweglichen Teil 46 des Motors befestigt ist und das Abschlußende des Balkens 39' mit der Verbindungsstange 19 durch einen Stift 47 verbunden ist.
  • Alternativ und vorzugsweise könnte für Hochleistungsmotoren (Schiffsantrieb, Leistungserzeugung usw.) die Leistungsabnahme des Kolbens 22'' mit einer herkömmlichen Kolbenstange 39' stattfinden, die zwischen dem Kolben 22'' und einem Kreuzkopf 20' mit einer Verbindungsstange 19' zwischen dem Kreuzkopf 20' und der Kurbelwelle (nicht dargestellt) angeordnet ist.
  • Doppeltwirkende Arbeitszylinder sind, wenn sie im Motor dieser Erfindung verwendet werden, insbesondere von Bedeutung, wenn eine große Leistung erwünscht ist und Kühlwasser leicht verfügbar ist, z. B. zur Seeverwendung oder zur Leistungserzeugung.
  • Diese doppelendigen, doppeltwirkenden Zylinder können in allen Konstruktionen dieser Erfindung verwendet werden.
  • Mit Bezug auf 24: Dort ist eine schematische Querschnittsansicht einer Kurbelwelle, von zwei Verbindungsstangen 19' und 19'' und eines Balkens 39 gezeigt, welche eine Einrichtung zur Bereitstellung von zusätzlicher Brennzeit eines herkömmlichen 2-Takt- oder 4-Takt-Motors zeigt.
  • Diese Anordnung für irgendeinen Motor sorgt für die doppelte Umlaufzeit des Kolbens 22' eines normalen Motors während der kritischen Brennperiode. Dies liegt daran, daß der obere Totpunkt (TDC) des Kolbens 22' am unteren Totpunkt (BDC) der Kurbel 48 vorkommt. An diesem Punkt wird die Kurbelstiftbewegung um den oberen Totpunkt des Kolbens 22' von der Geradeausbewegung der Verbindungsstange 19' subtrahiert anstatt zu dieser addiert zu werden, wie in herkömmlichen Motoren. Die Umkehr der üblichen Wirkung verlangsamt die Kolbenbewegung um diesen Punkt, was zu einer vollständigeren Verbrennung führt und ferner die Emissionen verringert.
  • Die durch die Konstruktion von 24 bereitgestellte zusätzliche Brennzeit kann in den Motoren dieser Erfindung und für irgendwelche Otto- oder Diesel-Zyklus-Motoren wichtig sein.
  • Der Betrieb des Motors, der mit der zusätzlichen Brennzeit konstruiert und angeordnet ist, wäre derselbe wie jener der anderen Motoren dieser Erfindung, die hohe Ladungsdichte, niedrige Kompressionsverhältnisse mit einem mittleren effektiven Druck, der höher ist als herkömmliche Motoren, jedoch mit mehr Verbrennungszeit als andere Motoren bereitstellen, während noch weniger umweltbelastende Emissionen erzeugt werden.
  • Da die Kurbelwelle 48 in 24 selbst nicht mehr macht, als das Drehmoment zu übertragen, sind ihre Hauptlager sehr leicht belastet. Folglich erreicht weniger Geräusch das Stützgehäuse. Aufgrund der Hebelwirkung kann die Kurbel nicht mehr als die Hälfte der Kröpfung des Kolbenhubs haben (in Abhängigkeit von dem Punkt des Drehpunkts) und kann eine nockenartige Stummeleinheit mit großen, eng beabstandeten Stiften mit einer beträchtlichen Überlappung für Festigkeit sein.
  • Diese Anordnung sorgt auch für fast zweimal die Verbrennungszeit eines herkömmlichen Motors während der kritischen Brennperiode. Dies liegt daran, daß der obere Totpunkt des Kolbens am unteren Totpunkt (BDC) der Kurbel vorkommt.
  • Der Motor 10025 von 25
  • Mit Bezug auf 25 der Zeichnungen ist ein Sechs-Zylinder-Hubkolben-Verbrennungsmotor gezeigt, in dem alle Zylinder 7a–7f (von denen nur einer (7f) in einer Schnittansicht gezeigt ist) und zugehörigen Kolben 22a – 22f dazu ausgelegt sind, in einem 2-Takt-Zyklus zu arbeiten, und alle Zylinder zum Erzeugen von Kraft für eine gemeinsame Kurbelwelle 20 über jeweils Verbindungsstangen 19a – 19f verwendet werden. Ein Kompressor 2 liefert Luft zu Spülschlitzen 52 durch ein wahlweises Absperrventil 33-M und eine Leitung 32 und zu Zylinderladungseinlaßventil(en) 16 und 16' durch Leitungen 15. Der Motor von 25 ist dazu ausgelegt, in einem 2-Takt-Zyklus zu arbeiten, um sechs Arbeitshübe pro Umdrehung der Kurbelwelle 20 zu erzeugen. Dazu nimmt der Kompressor 1 eine Luftladung, die vorher einer Kompression auf einen höheren Druck unterzogen worden sein kann, über Einlaßsteuerventile 5 und 6 durch eine Ansaugleitung 110 auf, die vom Kompressor 2 durch einen Ladeluftkühler 10 oder eine Umgehungsleitung 104 und ein Absperrventil 5 führt. Während des Betriebs des Motors von 25 empfängt der Kompressor 2 Atmosphärenluft durch die Einlaßöffnung 8, komprimiert die Luftladung in die Leitung 101 vor, die zum Steuerabsperrventil 5 führt, welches als Reaktion auf Signale vom ECM 27 zum Absperrventil 5 und Luftumleitventil 6 die komprimierte Ladung durch den Ladeluftkühler 10 oder durch Kühlerumgehungsleitungen 104 zum Kompressor 1 leitet. Die Luftladung wird innerhalb des Kompressors 1 durch seinen zugehörigen Kolben 131 komprimiert und die komprimierte Luftladung wird durch einen Auslaß in eine Hochdruck-Übertragungsleitung 109 getrieben, die zum Steuerabspernventil 3 führt, das, wenn es offen ist, die Luft durch den Ladeluftkühler 11 und 12 zu Rohrverteilern 13 und 14 leitet, oder, wenn es geschlossen ist, durch eine Leitung und ein Luftumleitventil 4, das einen Teil der Luftladung zurück durch die Einlaßleitung 104 des Kompressors 1 leiten kann, oder das Ventil 4, wenn es vollständig geschlossen ist, leitet die gesamte Ladung vom Kompressor 1 als Reaktion auf Signale vom Motorsteuergerät (ECM) 27 durch die Ladeluftkühler 11 und 12 oder durch die Umgehungsleitung 111/121/122 in die Rohrverteiler 13 und 14. Die Rohrverteiler 13 und 14 sind konstruiert und angeordnet, um die komprimierte Luftladung durch Zweigleitungen 15a–15f zu den Einlaßventilen 16 und 16' des Zylinders 7a und zu den restlichen fünf Arbeitszylindern 7b–7f zu verteilen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird anstelle des Lieferns von Spülluft durch die Leitung 32' Spülluft durch das Absperrventil 49 und die Leitung 50 und das Druckverminderungsventil 25 zur Lufthutze 51, durch die Leitungen 125a–125f zu Spülschlitzen 52a–52f geliefert.
  • Der in 25 gezeigte Motor 10025 wiest eine Nockenwelle auf, die so angeordnet ist, daß sie mit derselben Geschwindigkeit angetrieben wird wie die Kurbelwelle, um einen Arbeitshub pro Umdrehung für die Arbeitskolben zu liefern. Der Kompressor kann vom Hubkolbentyp sein, wobei er aus einer oder mehreren Kompressionsstufen mit einem oder mehreren doppeltwirkenden Zylindern besteht, einer, 1, ist in 25 gezeigt. Der Kompressor kann durch zugehörige Verbindungsstangen 19g für die Kurbelwelle 20 angetrieben werden, welche Kröpfungen mit verschiedenen Längen für Kolbenhübe mit anderen Längen für den (die) Luftkompressoren) als jene der Arbeitskolben aufweist. Außerdem kann der Kompressor 1 durch eine zweite Kurbelwelle (nicht dargestellt) angetrieben werden, die durch ein Zahnrad angetrieben wird, das mit einem Übersetzungsgetriebe in Eingriff steht, welches an der gemeinsamen Kurbelwelle montiert ist. Der Neben-Kreiskolbenkompressor, ein Lysholm-Typ ist als 2 gezeigt, kann durch ein Kegelscheibenpaar angetrieben werden, das durch einen Rippenkeilriemen gedreht wird und ein Übersetzungsgetriebe aufweist, das zwischen dem Kegelscheibenpaar und der Kompressorantriebswelle angeordnet ist. Der Kreiskolbenkompressor 2 könnte auch eine variable Geschwindigkeit oder einen Zwei-Geschwindigkeits-Antrieb aufweisen, wie in einigen Flugzeugmotoren.
  • Der Betrieb des in 25 gezeigten Motors 10025 ist folglich: Ladeluft wird in die Einlaßöffnung 8 des Kompressors 2 eingeleitet. Von dort wird sie durch den Kom pressor 2 gepumpt, wo sie durch das Absperrventil 5 durch den Ladeluftkühler 10 oder durch eine Leitung zum Luftumleitventil 6 geleitet wird, wo sie zum Einlaß des Kompressors 1 geleitet wird. Die Ladung wird dann durch den Kompressor 1 durch das Auslaßventil zum Absperrventil 3 gepumpt, das die Luftladung entweder durch die Ladeluftkühler 11 und 12 zu Rohrverteilern 13 und 14 oder in eine Leitung leitet, die zum Luftumleitventil 4 führt, welches einen Teil der Ladung durch den Einlaß des Kompressors 1 zum Luftumleitventil 4 zurückleiten kann, oder das Ventil 4 leitet die Ladung vollständig oder teilweise zum Absperrventil 3, das die Ladung vollständig oder teilweise durch die Ladeluftkühler 13 und 14 oder direkt zu den Rohrverteilern 13 und 14 leitet, die die hinsichtlich der Temperatur eingestellte Ladeluft zu den Einlaßventilen 16 und 16' des Zylinders 7 zu jedem Arbeitszylinder des Motors verteilt. Ein Ein-und-Aus-Steuerventil (nicht dargestellt) und die Leitung 32' leiten die Luft zur Lufthutze 51 und zu Spülschlitzen 52a–52f im Boden der Zylinder 7a–7f. Im alternativen Ausführungsbeispiel (in 25 in Durchsicht gezeigt) wird die Spülluft durch das Druckverminderungsventil 25, das an der Leitung 50 angeordnet ist, geleitet, um den Spülluftdruck von der Kompression 1 zu liefern und einzustellen. Eine weitere Option zum Verringern des Rohrverteilerluftdrucks zum Spülen der Zylinder 7a–7f besteht darin, die Rohrverteilerluft durch die Leitung 50, die Lufthutze 51 und die Ansaugöffnungen 52a– 52f ohne Verringerung des Drucks von den Rohrverteilern 13 und 14 zu verwenden. Die Luft würde mit vollem Druck zum Spülen durch die Spülschlitze 52a–52f in 25 und durch die Einlaßöffnung 52'' und Auslaßöffnung 52' in 30 verwendet werden, wobei die Öffnungen 52a–52f, 52' und 52'' viel kleiner konstruiert wären als normal. In diesem Fall wäre, obwohl die Spülschlitze kleiner als normal wären, eine Spülluft mit höherem als normalem Druck sehr effizient. Verschiedene Einrichtungen zum Spülen der Zylinder werden hierin vorgeschlagen. 26 stellt das bevorzugte System zum Liefern von Niederdruck-Spülluft deutlicher (obwohl in Durchsicht) dar. Die Leitung 32' und das Ventil 33 (in Durchsicht in 26 dargestellt) leiten Luft von der Leitung 110 vom Kompressor 2 zur Leitung 50, die Spülluft zur Lufthutze 51 liefert.
  • Das Motorsteuergerät (ECM) 27 (siehe beispielsweise 26) steuert die Ventile 3, 4, 5 und 6, um den Druck, die Temperatur und die Dichte der Ladung, die zu den Verbrennungskammern und zum Ventil 25 strömt, einzustellen, und kann selektiv einen Teil, einen Teil mit einem verringerten Druck der Luftladung zu Spülschlitzen 52 leiten und kann das Ventil 53 und die Ventile 49' zum Öffnen oder Schließen steuern, um die gewünschte Art der Spülung auszuwählen. Das ECM kann auch ein Steuersystem mit variablem Ventilereignis steuern, um den Ventilöffnungszeitpunkt und die Dauer der Öffnungszeit der Einlaßventile 16 und Auslaßventile 17 in Beziehung zum Grad oder Winkel der Drehung der Kurbelwelle 20 einzustellen, um das Kompressionsverhältnis des Motors für optimale Leistung hinsichtlich Leistung, Drehmoment, Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Kraftstoffeigenschaften und erwünschter Spülart einzustellen.
  • Der bevorzugte Betrieb der in 25 gezeigten Arbeitszylinder ist in dieser Weise:
  • Nachdem das Abblasen und Spülen des Zylinders 7 stattgefunden hat, wird der Zylinder nun mit frischer Luft gefüllt und der Kolben 22 hat die Auslaßöffnungen 52 geschlossen und der Kolben 22 befindet sich in seinem Spül-Lade-Hub und steigt an, während das Auslaßventil 17 noch offen ist, an irgendeinem Punkt, vielleicht nicht später als 120 bis 90 Grad vor dem oberen Totpunkt, wird das Auslaßventil 17 geschlossen, um das Kompressionsverhältnis festzulegen und die Kompression zu beginnen, das Ansaugventil 16, 16' wird zu dem Zeitpunkt oder später geöffnet, um die gewünschte Ladungsdichte und das gewünschte Ladungsgewicht zu erzeugen, die komprimierte Luftladung oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch das Ansaugventil 16, 16' eingespritzt, das Ansaugventil 16, 16' wird dann geschlossen. Die Kompression der Ladung, die am Punkt X begann, dem Punkt, an dem das Auslaßventil 17 geschlossen wurde, fährt fort, wobei das Kompressionsverhältnis durch den Zylindertotraum, der am Punkt x verbleibt, dividiert durch das Verbrennungskammervolumen festgelegt ist. Kraftstoff kann in den komprimierten Sekundärluftstrom eingespritzt werden, der in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, oder in eine Vorverbrennungskammer (eine ist in 21 gezeigt) eingespritzt werden, oder kann direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Nach dem Schließen des Ansaugventils 16, 16' kann der Kraftstoff oder mehr Kraftstoff mitten in den Ladungswirbel für einen geschichteten Ladungsverbrennungsprozeß eingespritzt werden, oder wie in kompressions gezündeten Motoren kann der Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer, vielleicht direkt auf eine Glühkerze, wenn die vorgeschlagene Vorverbrennungskammer verwendet wird oder nicht, eingespritzt werden und kann kontinuierlich während eines Teils des Expansionshubs für einen Verbrennungsprozeß mit vorwiegend konstantem Druck eingespritzt werden.
  • Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch eine Zündkerze, durch Kompressionszündung oder durch eine Glühkerze an dem Punkt, der als am effizientesten erachtet wird, vorzugsweise vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs des Kolbens 22 gezündet. Der Expansionshub des Kolbens 22 findet statt, wenn die expandierenden Gase den Kolben in Richtung des unteren Totpunkts treiben. Nahe dem Ende des Arbeitshubs, vielleicht etwa 40° vor dem unteren Totpunkt, werden die Spülschlitze 52 freigelegt, fast gleichzeitig wird (werden) das (die) Auslaßventil(e) 17 im Motorkopf geöffnet und ein schnelles Abblasen und Spülen findet in einer beliebigen von vier Weisen statt, wie in 27, 28, 29 und 30 gezeigt. In jedem Fall bleiben die Auslaßventile 17, 17' nach dem unteren Totpunkt und für einen signifikanten Teil des Spül-Ladungs-Einstellhubs offen, um das Kompressionsverhältnis des Motors festzulegen.
  • Mit Bezug auf 26 ist eine schematische Zeichnung gezeigt, die einen Motor darstellt, der in der Struktur und im Betrieb zum Motor 10025 von 25 ähnlich ist, welcher zwei Kompressoren aufweist, sich jedoch insofern unterscheidet, als der Kompressor 1 als Lysholm-Kreiskolbenkompressor dargestellt ist und der Kompressor 2 als Turbokompressor dargestellt ist, und welcher einen Luftkühler für den sekundären Kompressor, zwei Luftkühler für den primären Kompressor, doppelte Rohrverteiler mit Absperrsteuerungen, Luftumleitsteuerungen und Leitungen für verschiedene Luftwege aufweist. Es ist auch ein Motorsteuergerät (ECM) 27 gezeigt, das die Ladungs- und Spülluftdrücke, die Dichte und Temperaturen steuern kann, um die gewünschte Ausgangsleistung und Emissionseigenschaften des Motors zu bewirken. Alternative Quellen für Spülluft sind gezeigt, wobei die bevorzugte von der Leitung 110 durch die Leitung 32' kommt. Luftwege sind durch Pfeile gezeigt, hohle Pfeile für ungekühlte komprimierte Luft und volle Pfeile für gekühlte dichtere Luft. Es sind auch Luftumleitventile (in diesem Fall beide geschlossen) gezeigt, die mit den Absperrventilen (von denen eines geschlossen ist und von denen eines teilweise offen ist, das letztere, um die Kühlung eines Teils der Ladung zu ermöglichen) die Ladungstemperatur, das Ladungsgewicht und die Ladungsdichte steuern können, wie für die beste Motorleistung erforderlich.
  • Mit Bezug auf 27 ist ein System zum effizienten Spülen der ausgelassenen Produkte des Motors von 25 gezeigt.
  • Spülsystem A (27)
  • Das Abblasen des Abgases geschieht von etwa 40° vor dem unteren Totpunkt bis etwa 40–50° nach dem unteren Totpunkt, wobei sich die Auslaßventile 17 ungefähr zur gleichen Zeit öffnen wie die Öffnungen 52 geöffnet werden, und offen bleiben, nachdem die unteren Öffnungen durch den Kolben 22 geschlossen werden, und sich später schließen, was ein niedriges Kompressionsverhältnis verursacht.
  • Spülluft kann von einem Rohrverteiler mit vielleicht einem Druckverminderungsventil 25 an der Leitung 50 geliefert werden oder vorzugsweise kann Spülluft von der Leitung 32' vom Nebenkompressor 2 (in Durchsicht gezeigt) geliefert werden. In diesem Fall öffnen sich die unteren Öffnungen 52 kurz bevor sich die Auslaßventile 17 öffnen. Das Abblasen geschieht durch die unteren Öffnungen 52 nach außen durch die untere Auslaßleitung und das Ventil 53 zum Hauptauslaßrohr 18 zur gleichen Zeit wie oder kurz nachdem sich die Auslaßventile 17 öffnen, und das Abblasen des Auslasses geschieht sowohl an der Oberseite des Zylinders durch die Auslaßventile 53 und 17 als auch durch den Auslaßrohverteiler 18' und das Rohr 18 an die Atmosphäre. Das Auslaßventil 17 bleibt dann über einen signifikanten Teil des 2. oder Auslaßladungshubs für zusätzliches Spülen offen, wobei dieser Teil durch zwangsläufige Verdrängung geschieht. Während des Spül-Lade-Hubs kann das Auslaßventil 17 an irgendeinem Punkt nach den ersten 20 Prozent der Bewegung des Kolbens 22 geschlossen werden. Nun kann sich das Auslaßventil 17 an irgendeinem Punkt, wobei der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, schließen und das Ansaugventil 16' sich öffnen, um Druckluft einzulassen, deren Temperatur auf das, was als zweckmäßig erachtet wird, eingestellt wurde. Je später im Auslaß-Lade-Hub das Auslaßventil 17 geschlossen wird, desto niedriger wird das Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt. Wenn es früh genug geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 13 oder 16 zu 1 sein, wenn es später geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 2 : 1 sein. An irgendeinem Punkt, nachdem sich das Auslaßventil 17 geschlossen hat und das Kompressionsverhältnis festgelegt wurde, und bevor der Kolben 22 den oberen Totpunkt erreicht hat, kann die Luftladung, wobei die Temperatur, die Dichte und der Druck eingestellt sind, durch Öffnen und dann Schließen des Ansaugventils 16 eingeleitet werden. Alle vorgeschlagenen Betriebsparameter würden von der Einschaltdauer der Motoren abhängen, z. B. Leistungsanforderungen, Wirkungsgrad, Emissionsbetrachtungen und der verwendete Kraftstoff.
  • Ein Motorsteuergerät (ECM) 27 ist mit Verbindungen mit den kritischen Steuerventilen des Motors gezeigt, die gemäß den Bedingungen eingestellt werden können, die dem ECM 27 von verschiedenen Sensoren im Motor signalisiert werden.
  • Mit Bezug auf 28 ist ein zweites System zum effizienten Spülen des Motors von 25 gezeigt.
  • Spülsystem B (28)
  • Das Abgasabblasen geschieht nur durch die Auslaßventile 17, wobei Spülluft durch den Kompressor 2 durch die Leitung 32' oder alternativ von den Rohrverteilern 13 und 14 durch die Leitungen 50 am Steuerventil 49 vorbei und die wahlweise Drucksteuerung 25 in die Lufthutze 51 und durch die Spülschlitze 52 im Boden der Zylinder 7 nach oben durch den Zylinder 7 aus den Auslaßventilen 17 und durch das Auslaßrohr 18 geliefert wird, wobei das Ventil 53 geschlossen ist. In diesem System würden die Öffnungen 52, wenn sich der Kolben 22 dem unteren Totpunkt im Arbeitsexpansionshub nähert, durch den Kolben 22 freigelegt werden, und wenn das Abblasen geschieht, würde Druckluft durch alle unteren Öffnungen 52 eingeleitet werden und würde verbrannte Produkte durch die Auslaßventile 17 spülen, die sich vielleicht vor den Öffnungen 52 für das Abgasabblasen öffnen. Die unteren Öffnungen können so konstruiert sein, daß sie sich vielleicht 40° vor dem unteren Totpunkt öffnen, und könnten sich am gleichen Punkt schließen, nachdem der Kolben seinen zweiten Hub beginnt. Die Auslaßventile 17 könnten offen bleiben, nachdem die unteren Öffnungen 52 geschlossen sind, um das Spülen durch zwangsläufige Verdrängung durch den Kolben 22 zu unterstützen und das gewünschte Kompressionsverhältnis festzulegen, das durch den Punkt festgelegt wird, an dem sich die Auslaßventile 17 schließen.
  • Während dieses Spül-Lade-Hubs des Kolbens 22, wobei der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, kann das Auslaßventil 17 an irgendeinem Punkt nach den ersten 20 Prozent der Bewegung des Kolbens 22 oder so geschlossen werden. An irgendeinem Punkt kann sich das Auslaßventil 17 nun schließen und das Ansaugventil 16 kann sich öffnen, um stark unter Druck gesetzte Luft einzulassen, deren Temperatur und Dichte auf das eingestellt wurden, was als zweckmäßig erachtet wird. Je später im Auslaß-Lade-Hub das Auslaßventil 17 geschlossen wird, desto niedriger wird das effektive Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt. Wenn es früh genug geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 13 oder 19 zu 1 sein, wenn es später geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 2 : 1 sein. Alle vorgeschlagenen Betriebsparameter würden von der Einschaltdauer der Motoren abhängen, z. B. Leistungsanforderungen, Wirkungsgrad und Emissionsbetrachtungen und der verwendete Kraftstoff.
  • Ein Motorsteuergerät 27 wird zur Verwendung wie gezeigt zum Steuern der verschiedenen erwünschten Betriebsbedingungen, und wie von den verschiedenen Sensoren des Motors signalisiert, vorgeschlagen.
  • Mit Bezug auf 29 ist ein drittes effizientes System zum Spülen des Motors von 25 gezeigt.
  • Spülsystem C (29)
  • Dieses Spülsystem bestünde darin, daß die Absperrventile 49' geschlossen werden würden (oder die Ventile 25 und 49 könnten beseitigt werden), wobei die unteren Öffnungen durch das Ventil 53 zur Atmosphäre geöffnet werden, ein Einlaßventil 16, das von den Rohrverteilern 13 und 14 zum Zylinder 7 führt, könnte für einen sehr kurzen Zeitraum durch eine Nocke, vielleicht durch eine kleine Erhebung an einer Nocke, die eine große Erhebung aufweist, um dasselbe Ventil bei einem anderen Kurbelwinkel zu öffnen (wie 21-C in 11), geöffnet werden, gleichzeitig würden die Öffnungen 52 durch den Kolben 22 freigelegt werden und die Auslaßventile 17 würden geöffnet werden. Die Hochdruckluft würde schnell verbrannte Gase durch die Öffnungen 52 und die Auslaßventile 17 durch ihre jeweiligen Auslaßrohre 17 und 17' zur Atmosphäre spülen. Das Ansaugventil 16 würde sich schnell schließen, nicht später als zu dem Zeitpunkt, zu dem die Auslaßöffnungen 52 geschlossen werden. Das Auslaßventil würde für weiteres Spülen und für die Verringerung des Kompressionsverhältnisses des Motors offen bleiben. Alternativ würden die unteren Auslaßventile 53 geschlossen werden und, wenn die unteren Öffnungen 52 durch den Kolben 22 freigelegt werden würden, würden sich die Auslaßventile 17 zum Abblasen auch früher öffnen, Luft von der Lufthutze 51, die durch die Leitung 32 geliefert wird, würde in die Öffnungen 52 blasen und den Zylinder 7 durch die Auslaßventile 17 spülen.
  • Während dieses Spül-Lade-Hubs wird das Auslaßventil 17 an einem Punkt nach den ersten 20 Prozent der Bewegung des Kolbens 22 oder so geschlossen. An irgendeinem Punkt, nachdem sich das Auslaßventil 17 geschlossen hat; wobei der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt ist, und das Kompressionsverhältnis festgelegt wurde, und bevor der Kolben 22 den oberen Totpunkt erreicht hat, wird eine zusätzliche (sekundäre) Luftladung, deren Temperatur, Dichte und Druck eingestellt werden, wenn erforderlich, durch Öffnen eines zweiten Ansaugventils 16 und/oder durch eine andere Erhebung 21-C an derselben Nocke (siehe 21-C, 11), die dasselbe Ansaugventil wieder öffnet, eingeleitet. Alle vorgeschlagenen Betriebsparameter würden vom Arbeitszyklus der Motoren abhängen, z. B. Leistungsanforderungen, Wirkungsgrad und Emissionsbetrachtungen und der verwendete Kraftstoff. Je später im Auslaß-Lade-Hub das Auslaßventil 17 geschlossen wird, desto niedriger wird das Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt. Wenn es früh genug geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht geringer als 13 : 1 oder 22 : 1 sein, wenn es später geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 2 : 1 sein.
  • Ein Motorsteuergerät könnte alle für den Motor erforderlichen Bedingungen steuern.
  • Mit Bezug auf 30 ist ein viertes System zum effizienten Spülen des Motors von 25 gezeigt.
  • Spülsystem D (30)
  • In diesem System geschieht das Abblasen durch die oberen Auslaßventile 17 und durch einen Teil der unteren Spülschlitze 52', die sich direkt vor dem unteren Totpunkt, vielleicht 40°, und gleichzeitig mit oder direkt nachdem sich die oberen Auslaßventile öffnen, öffnen. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die unteren Öffnungen 52' geöffnet werden, oder kurz danach, werden die Auslaßventile 17 ebenfalls geöffnet oder das Ventil 53, das zur unteren Auslaßleitung 18 führt, ist bereits offen, und das Abgasabblasen geschieht über die nächsten 40° oder so nach dem unteren Totpunkt, wobei Spülluft durch mindestens eine der unteren Öffnungen 52'' eingeleitet wird, die konstruiert wurde, um Druckluft von der Lufthutze 55 zu empfangen, die von der Leitung 32' oder 50 zu einem solchen Zeitpunkt geliefert wird, zu dem die Öffnungen 52' durch den Kolben 22 geöffnet werden und der Druck im Zylinder 7 unter den Druck in der Lufthutze 55 abgefallen ist. Nachdem die Öffnungen 52' geschlossen sind, bleiben die Auslaßventile über einen signifikanten Teil des zweiten oder Auslaß-Lade-Hubs des Kolbens 22 für zusätzliches Spülen durch zwangsläufige Verdrängung offen, und um ein niedriges Kompressionsverhältnis herzustellen.
  • Während dieses Spül-Lade-Hubs, wobei der Zylinder 7 nun mit Frischluft gefüllt wird, kann das Auslaßventil 17 an irgendeinem Punkt nach den ersten 20 Prozent der Bewegung des Kolbens 22 oder so geschlossen werden. Nun kann sich das Auslaßventil 17 an irgendeinem Punkt schließen, um das Kompressionsverhältnis festzulegen, und das Einlaßventil 16 kann sich öffnen, um eine sekundäre Druckluftladung einzulassen, deren Temperatur und Druck auf das eingestellt wurden, was als zweckmäßig erachtet wird. Je später im Auslaß-Lade-Hub das Auslaßventil 17 geschlossen wird, desto niedriger wird das Kompressionsverhältnis des Motors festgelegt. Wenn es früh genug geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht niedriger als 13 : 1 oder 22 : 1 sein, wenn es später geschlossen wird, kann das effektive Kompressionsverhältnis nicht höher als 2 : 1 sein. Alle vorgeschlagenen Betriebsparameter würden vom Arbeitszyklus der Motoren abhängen, z. B. Leistungsanforderungen, Wirkungsgrad und Emissionsbetrachtungen und die Art des verwendeten Kraftstoffs, und können durch ein Motorsteuergerät gesteuert werden, das Signale hinsichtlich Bedingungen in bestimmten Motorbereichen empfängt, die an das ECM 27 weitergeleitet werden.
  • Mit Bezug auf 31 ist eine schematische Zeichnung gezeigt, die eine alternative Anordnung darstellt, in der ein Elektromotor 34 vorzugsweise die Luftkompressoren eines Motors ähnlich zu jenem von 25 antreibt.
  • Mit Bezug auf 32 ist eine schematische Zeichnung gezeigt, die den 2-Takt-Motor von 25 und 26 zeigt, welcher nur einen Kompressor 1 zum Liefern von sowohl Spül- als auch Ladeluft aufweist. Es sind auch ein Absperrventil 3 und ein Luftumleitventil 4, Ventile 16 und 17, die die Lade- und Spülluft steuern, und Ventile 53 und 53' zum Freigeben des Abgasabblasens aus den unteren Öffnungen 52 des Zylinders durch die Auslaßöffnung 18 an die Atmosphäre gezeigt. Somit kann der Motor von 32 alle für den Motor von 25 beschriebenen und für den Motor von 25, 26, 27, 28, 29, 30 und 32 beschriebenen Merkmale durchführen. Es ist auch ein Motorsteuergerät (ECM) 27 und Verbindungen mit verschiedenen Ventilen gezeigt, um die Temperatur, die Dichte, das Gewicht und den Druck der Lade- und Spülluft und den Druck und den Weg der Spülluft zu steuern, um die gewünschten Ergebnisse vom Motor zu erzielen. Pfeile zeigen die möglichen Wege für die erhitzte (hohle Pfeile) Luft und die gekühlte (volle Pfeile) Luft und für die Ladeluft zum Durchströmen durch das Luftumleitventil 4, alles um den Luftdruck, die Dichte, das Gewicht und die Temperatur für eine optimale Motorleistung einzustellen.
  • Das System des Motors 10033 von 33
  • Mit Bezug auf 33 ist ein Sechs-Zylinder-Verbrennungsmotor dargestellt, in dem ein Teil der Zylinder 62 bis 65 zum Erzeugen von Leistung verwendet wird und zwei der Zylinder, Zylinder 66 und 67, zum Komprimieren der zum Betreiben des Motors erforderlichen Luft verwendet werden. Ein Auflader 57, in diesem Fall vorzugsweise vom Lysholm-Typ, wird verwendet, um die Atmosphärendruckluft, die durch die Luftansaugung 8' empfangen wird, zu verstärken, bevor die Luft in die Kompressorzylinder 66 und 67 eintritt. Ein Absperrventil 3' und ein Luftumleitventil 4' führen die Luftladung durch den Kompressor 57 zurück, wenn beide offen sind, um die Kompressorarbeit zu verringern und die Ladungsdichten für einen Teillastbetrieb zu verringern. Wenn das Luftumleitventil 4' geschlossen wird, kann sich das Absperrventil 3' öffnen oder schließen, um die Luftladung zu den Zylindern gekühlt bzw. ungekühlt zu senden, um die Verbrennungstemperaturen und die Temperaturen für optimale Leistung zu verwalten.
  • Die zweite Kompressionsstufe wird von den Kompressionszylindern 66 und 67 durch die Leitungen 201, 202 zum Absperrventil 4'' übertragen, das, wenn es geschlossen ist, die komprimierte Ladung durch die Leitung 204 und den Ladeluftkühler 11 und die Leitung 205 zum Motorrohrverteiler 58' in einem gekühlten Zustand sendet. Wenn es geöffnet ist, leitet das Absperrventil 4'' die Ladung vom Kühler 11 weg durch die Leitung 203 und 205 ohne Kühlung zu den Arbeitszylindern.
  • Indem seine Nockenwelle so angeordnet ist, daß sie sich mit der halben Kurbelwellengeschwindigkeit dreht, arbeitet der Motor 10033 in einem 4-Takt-Zyklus mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis, einem erweiterten Expansionsverhältnis und einem hohen mittleren effektiven Zylinderdruck, wenn er in einer Weise, wie gerade hierin für den Motor von 3 beschrieben, betrieben wird.
  • Alternativ arbeitet der Motor von 33, wobei einer oder mehrere seiner Zylinder als Kompressorzylinder arbeiten und seine Nockenwelle so angeordnet ist, daß sie sich mit Kurbelwellengeschwindigkeit dreht, in einem 2-Takt-Zyklus mit dem niedrigen Kompressionsverhältnis, dem hohen mittleren effektiven Zylinderdruck und einem ausgedehnten Expansionsverhältnis, wenn er in der hierin für die Motoren von 8, 9 und 11 beschriebenen Weise betrieben wird.
  • Immer noch mit Bezug auf 33 der Zeichnungen können zusätzliche Kraftstoffeinsparungen in irgendeinem der Motoren der vorliegenden Erfindung, die vorher beschrieben wurden, durch die Verwendung einer Sparvorrichtung, die als Luftkompressor-Retarderbremse konstruiert ist, erzielt werden. Für die Erörterung der offenbarten Retarderbremse stellt dieser Sechs-Zylinder-Motor 100 irgendeinen der Motoren dieser Erfindung dar, die extern komprimierte Luft verwenden (1 bis 33), um entweder Ladeluft vollständig zu liefern oder die sie verwenden, um die Motorleistung zu verbessern. Die dargestellte Luftretarderbremse weist einen Kompressor 57A auf, der wirksam mit der Antriebswelle des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden ist oder mit der Motorkurbelwelle 20 verzahnt ist und Energie speichert, die während des Bremsens oder einer Bergabfahrt erzeugt wird, welche zum Liefern von komprimierter Luft zu den Motorarbeitszylindern über den Übertragungsrohrverteiler 58 verwendet wird. Eine solche Sparvorrichtung ist mit einem Luftbehälter 59 gekoppelt und während der Zeit, in der der Sparvorrichtungs-Behälterluftdruck ausreichend hoch zur Verwendung in den Arbeitszylindern des Motors wäre, kann der Motorkompressor durch kuppelbar ausgekuppelt werden oder durch den (die) Kompressoren) gepumpte Luft kann zum Einlaß des (der) Kompressors (Kompressoren) zurück umgeleitet werden, so daß keine Kompressionsarbeit für den Kompressor erforderlich wäre. Ein Entlastungsventil 60 verhindert einen übermäßigen Druckaufbau im Luftbehälter. Ein Ventil 61 (das in dieser Anordnung ein reversibles Einwegeventil ist) ermöglicht, daß Luft vom Behälter zum Rohrverteiler übertragen wird, wenn der Druck im Behälter 59 höher ist als im Übertragungsrohrverteiler 58, wenn die Luft erforderlich ist. Im Fall von Motorkonstruktionen mit Kompressionszylindern kann jeder Kompressionszylinder des Motors auch während dieser Reserveluft-Betätigungszeit durch Sperren des Einlaßventils deaktiviert werden, so daß keine Nettoarbeit vom (von den) Kom pressor(en) durchgeführt werden würde, bis der Rohrverteilerbehälterdruck unterhalb Betriebspegel gefallen ist. Mehrere Systeme zum Deaktivieren der Zylinderventile sind auf dem Fachgebiet beschrieben und/oder wurden vorher erwähnt.
  • In einer alternativen Anordnung ist der Kompressor 57A beseitigt und der Luftspeichertank 59 wird verwendet, um überschüssige Luft zu speichern, die durch die Kompressorzylinder des Motors während des Bremsens und der Bergabfahrt komprimiert wird. In diesem Fall ist das Ventil 61 ein Zweiwegeventil und ein Sperrventil 70 ist im Rohrverteiler 58 zwischen dem (den) Kompressorzylinder(n) 66, 67 und den Arbeitszylindern 62–65 angeordnet. Während der Bergabfahrt oder während des Bremsens wird das Sperrventil 70 zwischen dem Kompressor und den Arbeitszylindern vorzugsweise geschlossen, die Arbeitszylinder 62–65 werden deaktiviert und das Zweiwegeventil 61 wird verwendet, um die durch den (die) Kompressorzylinder komprimierte Luft in den Speichertank 59 umzuleiten.
  • Wenn es erwünscht ist, den Motor normal zu betreiben, wird das Sperrventil 70 zwischen dem Kompressor und den Expanderzylindern geöffnet und das Zweiwegeventil 61 wird geschlossen. Während eines Reserveluftbetriebs werden sowohl das Sperrventil 70 als auch das Zweiwegeventil 61 geöffnet. Falls erwünscht, wird (werden) der (die) Kompressorzylinder 66, 67 deaktiviert, während er sich in der Reserveluft-Betriebsart befindet, wie vorher beschrieben. Eine Jacob-Bremse (eine Retarderbremse des Standes der Technik) könnte komprimierte Luft zum Luftbehältertank liefern.
  • Das Betreiben des Motors auf Reserveluftzufuhr würde den mittleren effektiven Druck (mep) des Motors für 20 Prozent Verbesserung in der Leistung und im Wirkungsgrad verbessern, während umweltbelastende Emissionen verringert werden, während der Zeit, in der der Motor auf Reserveluft arbeiten würde.
  • Dieses Merkmal würde zusätzliche Energieeinsparungen insbesondere bei schwerem Verkehr oder in hügeligem Gelände erzeugen. Ein Motor, der beispielsweise 100 Pferdestärken erzeugt, verwendet 12,7 Pfund Luft pro Minute. Wenn die Energie des Bremsens in der komprimierten Luft im Sparvorrichtungsbehälter 59 gespeichert werden würde, kann daher eine Zufuhr von komprimierter Luft von zehn oder fünfzehn Minuten während Stopps und einer Bergabfahrt angesammelt werden und gespeichert werden. Wenn der Behälterdruck unterhalb den gewünschten Pegel für einen effizienten Betrieb fällt, wird eine Magnetspule (nicht dargestellt) verwendet, um die Kompressionszylinderventile zu reaktivieren, und sie beginnen (falls erforderlich, mit dem Auflader), die für den Motor erforderliche Luftladung zu komprimieren.
  • Unter Verwendung des Luftbehälters 59 benötigt der Motor keinen Kompressionsaufbau zum Starten, und sobald die Welle weit genug gedreht werden würde, um das Ansaugventil zu öffnen, würden die komprimierte Luft und der Kraftstoff eintreten und zum "Sofort"-Start gezündet werden. Ferner könnte die komprimierte Luft verwendet werden, um den Motor für diese Starteinrichtung zu drehen, indem die Ansaugventile früher als üblich zu den Expanderzylindern geöffnet werden, um die Drehung und Zündung zu beginnen, wie es in großen Dieselmotoren üblich ist, wobei folglich der Bedarf für einen Startermotor beseitigt wird. Alternativ könnte die komprimierte Luft verwendet werden, um einen "Hydrostarter" zu laden, um den Motor zu kurbeln, wie es bei einigen Hochleistungs-Dieselmotoren üblich ist.
  • In einem alternativen und dennoch bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Reserveluft im Behälter 59 zusätzlich verwendet, um den Motor "anzutreiben", um zu ermöglichen, daß ein Fahrzeug wie z. B. ein Bus von einem Stopp wegzieht und kraftstofflos für 30–60 Sekunden oder mehr arbeitet, welches die Zeit ist, in der die größte Umweltverschmutzung in einem Bus- oder Stop-and-Go-Lieferfahrzeugbetrieb auftritt.
  • Ausführungsbeispiele mit entfernt komprimierter Luft
  • Mit Bezug auf 34 ist eine schematische Darstellung eines Motors 100 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für externes Liefern von Ladeluft für Schiffs-, Lokomotiven-, stationäre oder elektrische Leistung erzeugende Motoren oder beliebige Motoranwendungen dieser Erfindung mit konstanter oder variabler Last und Geschwindigkeit, die angemessene elektrische Leistung oder Abfall- oder "Entlüftungs"-Luft zur Verfügung haben, zu sehen. In 34 liefert ein entfernter elektrischer Luftkompressor 35 vorzugsweise mit einer oder mehreren ladeluftgekühlten Kompressionsstufen vorzugsweise klimatisierte Ladeluft (sowohl hoher als auch niedriger Druck, falls erforderlich) für einen oder mehrere Motoren dieser Erfindung. Die Ladeluft, die hinsichtlich Temperatur und Druck aufbereitet ist, wird direkt zu den Rohrverteilern 13 und 14 durch eine Leitung 15AE vom Kompressor 35 geliefert. Die Motoransaugleitung 9 von beispielsweise 4 oder Niederdruckleitungen 32 anderer Motoren dieser Erfindung empfangen Luft von der Atmosphäre oder empfangen alternativ Niederdruckluft von einer Niederdruckleitung 15BE vom Kompressor 35.
  • Eine alternative Anordnung, die auch in 34 dargestellt ist, zur Bereitstellung von Verbrennungsladeluft für irgendeinen der Motoren 100 der vorliegenden Erfindung soll Ladeluft von der Leitung 15AR liefern, die Abfall- oder "Entlüftungs"-Luft liefert, die in industriellen Prozessen erzeugt wird. Die Luft wird entweder auf 1 oder 2 Druckpegeln geliefert. Der niedrigere Druck, falls erforderlich, wird vorzugsweise durch Senken des Drucks von der eingehenden Haupt-Abluftleitung 15AR mit einem Druckreglerventil (25a, das zur Niederdruckleitung 15BR führt) geliefert. Die Anordnung ist ähnlich zur Anordnung der Leitungen 15-A, 15-B und zum Ventil 25 in beispielsweise 5, wobei die Leitung 15-A die Versorgungsleitung 15AR von der Abluftversorgung darstellt und wobei die Leitung 15-B die Leitung 15BR in 34 darstellt.
  • Die Verwendung von entfernt komprimierter Luft, entweder Abluft oder vom Kompressor 35, beseitigt die Motorkompressoren 1, 2, die Ladeluftkühler 10, 11, 12, bestimmte Leitungen und Ventile 3, 4, 5, 6 der Ladeluft-Versorgungsanlage, vorausgesetzt, daß die Luft während oder nach dem Kompressionsprozeß (und vor der Einleitung in die Rohrverteiler 13, 14) aufbereitet wurde. Somit wird die Anlage des Motors 100 der verschiedenen Ausführungsbeispiele, die in den verschiedenen Zeichnungsfiguren der Ausführungsbeispiele des Motors 100 dieser Erfindung gezeigt sind, vorzugsweise bis zu jenen Punkten beseitigt, die durch gestrichelte Linien A, B und C in den gesamten verschiedenen Zeichnungen bezeichnet sind. Die Ladeluft von einer der vorstehend ennrähnten entfernten Quellen wird vor zugsweise in die Motoren nahe der Rohrverteiler 13 und 14 eingeleitet und in den geeigneten Ausführungsbeispielen wird der niedrige Luftdruck von den entfernten Quellen an der Leitung 32 eingeleitet, wie in 34 gezeigt.
  • In den entfernt geladenen Motoren kann der Kraftstoff vor der Kompression vergast werden, kann durch einen Drosselkörper eingespritzt werden, durch eine Öffnung eingespritzt werden oder direkt in den Zylinder eingespritzt werden.
  • Betrachtung der Umweltverschmutzungssteuerung
  • Mit Bezug auf 2 und 4–C ist ein Verfahren zum weiteren Verringern von umweltbelastenden Emissionen in irgendeinem der Motorausführungsbeispiele dieser Erfindung gezeigt, welches das Nachbrennen eines Teils der Abgase, wenn und falls erforderlich, umfaßt. In den 4-Takt-Motoren von 1 – 3 und in den 2-Takt-Motoren, die hierin dargestellt sind, mit einer einzelnen Luftansaugung weist (weisen) die Auslaßleitung(en) 18 eine Parallelleitung 202 (siehe 2) auf, die von einer Öffnung 206 in der Seite der Auslaßleitung 18 zu einer Öffnung 204 in der Seite der Ansaugleitung 8 führt. Ein Dosierventil 201 befindet sich an der Ansaugöffnung 204 und ist angeordnet, um selektiv die Strömung von Frischluft in die Leitung 8 zu drosseln, während gleichzeitig sich die Öffnung 204 zur Auslaßleitung öffnet, um selektiv den Eintritt von Abgasen in die Ansaugleitung 8 zu ermöglichen. Dieses Ventil ist variabel und mechanisch, elektrisch oder durch Vakuum durch eine Magnetspule betätigt und wird vorzugsweise durch ein Motorsteuergerät (ECM) oder eine Steuerung 144 in 35 und 36 gesteuert. Dies ermöglicht das Nachbrennen eines Teils der Abgase, wobei deren Menge an Prozentsätzen durch das Motorsteuergerät als Reaktion auf verschiedene Sensoren, wie z. B. einen Sauerstoffsensor, die in strategischen Positionen im Motor angeordnet sind, eingestellt wird. Abgase, die durch die Leitung 202 strömen, können entweder durch wahlweise Kühlrippen 202a oder durch Strömen durch einen wahlweisen Ladeluftkühler (nicht dargestellt), bevor sie die Luftansaugleitung 8 erreichen, gekühlt werden.
  • Mit Bezug auf 4C ist in Motoren mit nur einer Atmosphärenansaugleitung, jedoch mit verschiedenen Luftwegen und Leitungen wie z.B. Leitungen 15-A und 15-C von 4B eine Nebenleitung 202', die von der Auslaßleitung 18 führt, in zwei Nebenleitungsteile 203a, 203b jeweils mit einem Dosierventil 209a, 209b unterteilt, die so arbeiten, daß sie selektiv Abgase zu einem oder beiden des Ansaugventils 16-B (durch die Leitung 9 und eventuell die Leitung 15-C) oder zum Ansaugventil 16-A (durch die Leitung 8 und die Leitung 15-A) einlassen. Jedes Dosierventil 209a, 209b würde entweder einen Teil oder keine der Abgase in seine jeweilige Öffnung einlassen, während der Eintritt von Frischluft, falls erforderlich, eingeschränkt wird. Die Abgase können durch wahlweises Anordnen von Rippen 202a an der Leitung 202' und/oder 203a, 203b und 203c oder durch Leiten des Auslasses durch einen wahlweisen Ladeluftkühler (nicht dargestellt), bevor die Gase in die Luftansaugung(en) des Motors eingeleitet werden, gekühlt werden.
  • Alternativ, wie in 4C in Durchsicht gezeigt, wird ein Nebenteil 203a (als 203c gezeigt) direkt zur Leitung 15-C geleitet und dort mit einem Dosierventil 209c versehen.
  • In den Motoren von 4 und 7 mit doppelten Atmosphärenluftansaugungen 8, 9 wird eine Anordnung ähnlich zu der in 4C gezeigten verwendet, wobei es jedoch selbstverständlich ist, daß die Leitung 8 zur Atmosphäre offen ist.
  • In irgendwelchen Motoren mit doppelten Luftansaugleitungen oder doppelten Luftwegen kann ein Teil von Abgasen in einer beliebigen erforderlichen Menge in einen bis drei Punkte eingeleitet werden und vorzugsweise durch ein Motorsteuergerät (ECM) für eine bessere Verwaltung der Verbrennungs- und Emissionseigenschaften gesteuert werden.
  • Dieses Nachbrennmerkmal ist von besonderer Bedeutung beim Dieselkraftstoffbetrieb.
  • Motoren mit konstanter Last und Geschwindigkeit
  • Obwohl der überwiegende Teil der vorangehenden Beschreibung Ausführungsbeispiele und repräsentative Motoren der vorliegenden Erfindung beschreibt, die für Fahrzeug- (Schift, Lastkraftwagen, Bus, Kraftfahrzeug, Panzer, Zug und Flugzeug) Arbeitszyklen optimiert sind, und Systeme und Verfahren zum Verändern der Leistung, des Drehmoments und der Geschwindigkeit beschreibt, findet die vorliegende Erfindung nützliche Anwendung zum Erhalten von hoher Leistung und hohem Drehmoment, während eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit und geringe umweltbelastende Emissionen in weniger komplexen Motoren wie beispielsweise Motoren mit konstanter Last und Geschwindigkeit aufrechterhalten werden. 35 und 36 stellen alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Ausführungsbeispiele Motoren mit konstanter Last und Geschwindigkeit (z. B. für die Erzeugung von elektrischer Leistung und in anderen stationären oder industriellen Motoranwendungen, z. B. für Pumpen und Kompressoren) darstellen, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgestattet sind.
  • Das Svstem des Motors 100 von 35
  • Mit Bezug auf 35 ist eine schematische Darstellung eines Motors gezeigt, der irgendeinen der 4-Takt- oder 2-Takt-Motoren der vorliegenden Erfindung darstellt, die für einen Betrieb mit konstanter Last und Geschwindigkeit ausgestattet sind. Die Basiskomponenten des Motors 100, wie z. B. Kompressoren 1, 2 und wahlweise Ladeluftkühler 10, 11, 12 (in Durchsicht gezeigt), und ihre erforderlichen zugehörigen Leitungen sind vorzugsweise für optimale Betriebsparameter mit nur den Basiskomponenten ausgelegt. Die verschiedenen Steuerungen, Absperrventile, Luftumleitventile und ihre zugehörigen Umgehungsleitungen wie z. B. jene in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen werden vorzugsweise beseitigt, um das Gewicht, die Kosten und die Komplexität des Betriebs zu verringern. In 35 ist der Motor 100 als mit einem ersten Nebenkompressor 1 und einem zweiten Nebenkompressor 2, wahlweisen Ladeluftkühlern 10, 11, 12 (in Durchsicht gezeigt) und Verbindungsleitungen ausgestattet dargestellt, die alle arbeiten, wie es mit Bezug auf die vorher ausführlich dargestellten Beschreibungen ver ständlich wäre, und die mit zwei Stufen zur Vorkompression der Ladeluft, die ladeluftgekühlt oder adiabatisch komprimiert wird, arbeiten.
  • 35 zeigt eine bevorzugte Einrichtung für Leistungserzeugung mit irgendeinem der Motoren dieser Erfindung. Die Kraftabtriebswelle 20 des Motors 100 ist schematisch durch die Leitung 140 mit der Kraftantriebswelle 20'' des Generators 141 gekoppelt, der elektrische Leistungsausgangsleitungen 142 aufweist. Wenn die Welle 20 des Motors 100 die Welle 20'' des Generators 141 dreht, wird die Menge an elektrischer Leistung, die vom Generator 141 erzeugt wird, vom Sensor 143 erfaßt und an die Steuereinheit und den Regler 144 weitergeleitet, der verschiedene Relais und integrierte Schaltungen enthält, um die Ausgangsleistung zu quantifizieren und durch die Leitung 145 Meldungen zur Kraftstoff/Luft-Steuerung (nicht dargestellt) auf der Kraftstoffleitung 148 und an der Drossel 56 und/oder durch die Leitung 149 zur Funkensteuerung zu senden, um den Funken in funkengezündeten Motoren vorzuverlegen oder zu verzögern, und/oder um Meldungen über Leitungen 146 und 146b für Motoren mit Kraftstoffeinspritzsystemen, z. B. für Erdgas, Benzin, oder Dieselkraftstoff, oder zu Kraftstoff/Luft-Steuerungen zu senden, alles um die Kraftstoffeingabe, Geschwindigkeit und Ausgangsleistung des Motors 100 und daher die Ausgangsleistung des Generators 141 zu steuern. Die Steuereinheit 144 sendet auch Signale zum Steuern des Dosierventils 201, das in 4 gezeigt ist, und zu den Dosierventilen 209a, 209b, 209c, die in 2 gezeigt sind, um die Menge, falls überhaupt, an Abgas zu steuern, das durch diese Ventile zum Nachbrennen in irgendeinem Motor dieser Erfindung unter Verwendung dieses Merkmals zurückgeführt wird. Eine weitere Erläuterung der Komponenten und des Betriebs mit dem Motor 100 der vorliegenden Erfindung wird als unnötig erachtet, da es für Fachleute, die zur vorliegenden Offenbarung Bezug haben, selbstverständlich ist.
  • Die wahlweisen Ladeluftkühler 10, 11, 12 (in Durchsicht gezeigt) werden vorzugsweise für mit Gas oder Benzin betankte Motoren verwendet und werden vorzugsweise beseitigt oder in der Anzahl oder der Kühlkapazität im kompressionsgezündeten Motor verringert, wobei dies durch niedrige Spitzendrücke und -temperaturen in den Motoren dieser Erfindung möglich gemacht wird.
  • Mit Bezug auf 36 ist ein Motor gezeigt, der als 2-Takt-Motor dargestellt ist, aber irgendeinen der Motoren der vorliegenden Erfindung, 2-Takt oder 4-Takt, darstellt, welcher durch die Leitung 140 schematisch mit einem elektrischen Generator 141 gekoppelt ist. Der Motor und die Anordnungen sind in der Struktur und im Betrieb ähnlich wie die für den Motor von 35 gezeigten und beschriebenen, mit der Ausnahme, daß der Motor von 36, der entweder als 2-Takt- oder als 4-Takt-Zyklus-Motor 100 arbeitet, nur eine einzelne Vorkompressionsstufe, die wahlweise durch Ladeluftkühler 11, 12 (in Durchsicht gezeigt) ladeluftgekühlt wird, für die Ladeluft aufweist. Wie bei dem Motor von 35 sind die Ladeluftkühler 11, 12 vorzugsweise beseitigt oder hinsichtlich der Kühlkapazität in kompressionsgezündeten Versionen des Motors 100 dieser Erfindung verringert. Wie mit dem Motor 100 von 35 wäre für Fachleute, die zur vorliegenden Offenbarung Bezug haben, der Regler und andere Steuerungen und der Betrieb und Generator verständlich.
  • Durch die vorangehende Beschreibung einer Vielzahl von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist zu sehen, daß die mit der vorliegenden Erfindung angestrebten Vorteile allen Ausführungsbeispielen gemeinsam sind.
  • Obwohl hierin anerkannte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, daß viele und verschiedene Änderungen und Modifikationen in deren Form, Anordnung von Teilen und deren Einzelheiten der Konstruktion vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen, und daß alle derartigen Änderungen und Modifikationen, die innerhalb den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, als Teil dieser Erfindung betrachtet werden.
  • Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart wurden, die bevorzugten Formen sind, bieten sich andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Fachleuten angesichts dieser Offenbarung an. Daher ist es selbstverständlich, daß Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Gedankens und Schutzbereichs der Erfindung durchgeführt werden können und daß der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die nachstehenden Ansprüche begrenzt werden sollte. Ferner sollen die Äquivalente aller Mittel-oder Stufen-Plus-Funktions-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen eine beliebige Struktur, ein beliebiges Material oder Handlungen zum Erfüllen der Funktion umfassen, wie speziell beansprucht und wie es für Fachleute dieser Offenbarung selbstverständlich wäre, ohne vorzuschlagen, daß irgendeines der Struktur, des Materials oder der Handlungen durch ihren Zusammenhang mit anderen Elementen offensichtlicher sind.

Claims (38)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Kurbelwelle (20), die durch mindestens einen Kolben (22) angetrieben wird, welcher sich durch mindestens einen Kompressionshub und einen Expansionshub bewegt, welche durch eine Verbrennung unterstützt werden, die innerhalb eines Zylinders (7) stattfindet, wobei der Kompressionshub zum Komprimieren von Luft und Kraftstoff innerhalb des Zylinders führt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt Einleiten von Luft durch einen ersten Kanal (16-B; 52) in einen Zylinder (7); und Einleiten von komprimierter Luft durch einen zweiten Kanal (16-A; 16) in den Zylinder (7), dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanal (16-A; 16) nur offen ist, während der erste Kanal (16-B , 52) geschlossen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Kanal nur während des Kompressionshubs offen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Kanal während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) offen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der zweite Kanal während des Kompressionshubs öffnet, einschließlich am Beginn des Kompressionshubs oder zu irgendeinem Zeitpunkt danach während des Kompressionshubs.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, welches ferner den Schritt des Einstellens der Luftladevolumina innerhalb des Zylinders (7) umfaßt, wodurch ein Kompressionsverhältnis bereitgestellt wird, das niedriger ist als das Expansionsverhältnis des Motors.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Einleitens von Luft die folgenden Schritte umfaßt: leichtes Komprimieren einer Niederdruck-Luftladung außerhalb des Zylinders (7); und Leiten der Niederdruck-Luftladung durch den ersten Kanal in den Zylinder (7); und wobei der Schritt des Einleitens von komprimierter Luft folgendes umfaßt: Komprimieren einer Hochdruck-Luftladung außerhalb des Zylinders (7); und Leiten der Hochdruck-Luftladung durch den zweiten Kanal in den Zylinder (7) nur, während der erste Kanal eine geschlossene Position belegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei sich die Niederdruck-Luftladung auf einem ersten Druck befindet und sich die Hochdruck-Luftladung auf einem zweiten Druck befindet, wobei der zweite Druck größer ist als der erste Druck.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Niederdruck-Luftladung durch einen ersten Kompressor (1) komprimiert wird und die Hochdruck-Luftladung durch einen zweiten Kompressor (2) komprimiert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, welches ferner den Schritt des Kühlens der Niederdruck-Luftladung vor deren Eintritt in den Zylinder (7) umfaßt.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, welches ferner den Schritt des Kühlens der Hochdruck-Luftladung vor deren Eintritt in den Zylinder (7) umfaßt.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Einleitens von Luft den Schritt des Leitens einer Primärluftladung durch den ersten Kanal in den Zylinder (7) umfaßt; und wobei der Schritt des Einleitens von komprimierter Luft die Schritte des Komprimierens einer Sekundärluftladung außerhalb des Zylinders (7) und des Einleitens der Sekundärluftladung durch den zweiten Kanal des Zylinders (7) umfaßt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich die Primärluftladung auf einem ersten Druck befindet und sich die Sekundärluftladung auf einem zweiten Druck befindet, wobei der zweite Druck größer ist als der erste Druck.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, welches ferner den Schritt des Steuerns von einer oder mehreren Luftladeeigenschaften umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Turbulenz, Dichte, Druck, Temperatur, mittlerem Druck und Spitzendruck besteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner den Schritt des leichten Komprimierens der Primärluftladung vor dem Leiten derselben in den Zylinder (7) umfaßt.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner den Schritt des Kühlens der Primärluftladung vor deren Eintritt in den Zylinder (7) umfaßt.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner den Schritt des Kühlens der Sekundärluftladung vor deren Eintritt in den Zylinder (7) umfaßt.
  17. Verbrennungsmotor mit einem Motorblock, der mindestens einen Zylinder (7) darin definiert, einem ersten Einlaßkanal (16-B; 52) und einem zweiten Einlaßkanal (16-A; 16), die zwischen dem Zylinder (7) und einer Luftquelle in Verbindung stehen, einem Auslaßkanal, durch den Abgase aus dem Zylinder (7) ausgestoßen werden, einem Kolben (22), der beweglich innerhalb des Zylinders (7) montiert ist, mindestens einem Kompressor (1, 2) in Fluidverbindung über eine Leitung zwischen der Luftquelle und zumindest dem zweiten Kanal; und gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Öffnen des zweiten Kanals (16-A; 16) nur, während der erste Kanal (16-B, 52) geschlossen ist.
  18. Verbrennungsmotor nach Anspruch 17, welcher ferner eine Einrichtung zum Leiten von Niederdruckluft durch den ersten Kanal in den Zylinder (7) und zum Leiten von Luft, die durch den mindestens einen Kompressor (1, 2) stark komprimiert wird, durch den zweiten Kanal und in den Zylinder (7) während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) umfaßt.
  19. Motor nach Anspruch 17 oder 18, wobei der zweite Kanal nur während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) offen ist.
  20. Motor nach Anspruch 19, wobei der zweite Kanal nur offen ist, nachdem die Kompression während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) begonnen hat.
  21. Motor nach Anspruch 17, wobei sich der zweite Kanal während des Kompressionshubs öffnet, einschließlich am Beginn des Kompressionshubs oder zu irgendeinem Zeitpunkt danach während des Kompressionshubs.
  22. Verbrennungsmotor nach Anspruch 17, welcher ferner eine Einrichtung zum Leiten von Niederdruckluft durch einen der Kanäle und in den Zylinder (7) während eines Ansaughubs des Kolbens (22) und zum Leiten von Luft, die durch den mindestens einen Kompressor (1, 2) stark komprimiert wird, durch den anderen der Kanäle und in den Zylinder (7) während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) und, nachdem die Kompression begonnen hat, umfaßt.
  23. Motor nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine Kompressor einen ersten Kompressor (2) umfaßt, und ferner mit: mindestens einem Luftkühler (11, 12), der zwischen den ersten Kompressor (2) und den zweiten Kanal geschaltet ist; einer Einrichtung zum Leiten von Niederdruckluft durch einen der Kanäle und in den Zylinder (7) während eines Ansaughubs des Kolbens (22) und zum Leiten von Luft, die durch den ersten Kompressor (2) stark komprimiert wird, durch den anderen der Kanäle und in den Zylinder (7) während eines Kompressionshubs des Kolbens (22); und einem zweiten, externen Kompressor (1 ), in dem die Niederdruck-Luftladung außerhalb des Zylinders (7) leicht komprimiert wird, und einer Leitung, die die Luftladung vom zweiten, externen Kompressor (1) durch einen Luftkühler (10) zu einem Niederdruckkanal des Zylinders (7) während des Ansaughubs leitet.
  24. Motor nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine Kompressor einen ersten Kompressor (2) umfaßt, und ferner mit: einem zweiten Kompressor (1) in Fluidverbindung zwischen dem ersten Kompressor (2) und dem zweiten Kanal, wobei zumindest ein Teil der Ansaugluft selektiv ein zweites Mal vor dem Eintritt in den Zylinder (7) komprimiert wird; und einer Einrichtung (27) zum Steuern des Betriebs des zweiten Kompressors (1 ).
  25. Motor nach Anspruch 17, wobei eine Einrichtung zum Minimieren der Rückströmung der Ladung während des Schließens des Kanals mit höherem Druck bereitgestellt ist.
  26. Motor nach Anspruch 25, wobei die Einrichtung zum Minimieren der Rückströmung ein Einwegeventil (26) ist.
  27. Motor nach Anspruch 17, wobei der Kompressionshub zum Komprimieren von Luft innerhalb des Zylinders (7) mit einer Einrichtung zum Verwalten von Luftladevolumina zum Vorsehen eines Kompressionsverhältnisses gleich dem oder niedriger als das Expansionsverhältnis des Motors führt.
  28. Motor nach Anspruch 17, welcher ferner eine Einrichtung (27) zum Steuern des Betriebs des mindestens einen Kompressors (1, 2) und zum Steuern des Öffnens und Schließens der Kanäle und zum Steuern von einer oder mehreren Luftladeeigenschaften umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Turbulenz, Dichte, Druck, Temperatur, und dem mittleren und Spitzendruck besteht.
  29. Motor nach Anspruch 17, welcher ferner eine Einrichtung zum Leiten von Luft mit einem ersten Druck durch den ersten Kanal in den Zylinder (7) und zum Leiten von Luft, die durch den mindestens einen Kompressor (1, 2) auf einen zweiten Druck komprimiert wird, welcher vom ersten Druck verschieden ist, durch den zweiten Kanal und in den Zylinder (7) während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) umfaßt.
  30. Motor nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine Kompressor einen ersten Kompressor (2) umfaßt, und ferner mit einem zweiten Kompressor (1), der Luft mit einem ersten Druck durch den ersten Kanal leitet, und wobei der erste Kompressor (2) Luft mit einem zweiten Druck, der vom ersten Druck verschieden ist, durch den zweiten Kanal während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) leitet.
  31. Motor nach Anspruch 29 oder 30, wobei der erste Druck ein Druck ist, der niedriger als der zweite Druck ist.
  32. Motor nach Anspruch 17, welcher ferner eine Leitung umfaßt, die Umgebungsluft in den ersten Kanal einleitet, und wobei der mindestens eine Kompressor (1, 2) komprimierte Luft während eines Kompressionshubs des Kolbens (22) durch den zweiten Kanal leitet.
  33. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 32, welcher ferner folgendes umfaßt: ein Ansaugventil (16-A, 16-B), das selektiv jeden Kanal verschließt; und ein Auslaßventil (17), das selektiv den Auslaßkanal verschließt; wobei eines der Ansaugventile eine offene Position nur belegt, während das andere der Ansaugventile eine geschlossene Position belegt.
  34. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 31, welcher ferner folgendes umfaßt: ein Ansaugventil (16), das selektiv den zweiten Kanal verschließt; und ein Auslaßventil (17), das selektiv den Auslaßkanal verschließt; und wobei der Kolben (22) selektiv den ersten Kanal (52) verschließt; wobei das Ansaugventil (16) eine offene Position nur belegt, während der Kolben (22) den ersten Kanal (52) verschließt.
  35. Motor nach Anspruch 17 bis 34, wobei der Kompressionshub zum Komprimieren von Luft innerhalb des Zylinders (7) mit einer Einrichtung zum Verwalten von Luftladevolumina zum Vorsehen eines Kompressionsverhältnisses, das niedriger als das Expansionsverhältnis des Motors ist, führt.
  36. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 35, welcher ferner eine Kurbel umfaßt, die die Bewegung des Kolbens (22) bewirkt, und wobei der Kolben (22) eine Position eines oberen Totpunkts innerhalb des Zylinders (7) belegt, wenn sich die Kurbel (48) am unteren Totpunkt ihrer Bewegung befindet.
  37. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, welches ferner den Schritt des Verlangsamens der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens (22) an seinem Übergangspunkt des oberen Totpunkts innerhalb des Zylinders (7) umfaßt.
  38. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, welches ferner den Schritt des Kühlens der komprimierten Luft vor deren Eintritt in den Zylinder (7) umfaßt.
DE69725873T 1996-10-25 1997-05-23 Verbrennungsmotor und arbeitstakte Expired - Lifetime DE69725873T2 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009036530A1 (de) * 2009-08-07 2011-02-10 Fev Motorentechnik Gmbh Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine
DE102007049691B4 (de) * 2007-10-17 2012-09-06 Audi Ag Verfahren zur bedarfsgerechten Zufuhr verdichteter Luft zu einer Brennkraftmaschine mittels eines ventilgesteuerten Verdichters und entsprechende Brennkraftmaschine

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7240480B1 (en) * 2006-02-17 2007-07-10 Ford Global Technologies, Llc Dual Combustion Mode Engine
CN101201010B (zh) * 2007-10-17 2011-01-19 李青荣 能够排清废气的二冲程内燃机
US8495992B2 (en) * 2008-02-22 2013-07-30 Borgwarner Inc. Controlling exhaust gas flow divided between turbocharging and exhaust gas recirculating
DE102008036299B3 (de) * 2008-08-04 2009-12-03 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Druckregelung
DE102012106353A1 (de) * 2011-07-13 2013-01-17 Ford Global Technologies, Llc Verfahren und System für einen turboaufgeladenen Motor
CN103670895A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 王群群 液压伺服引擎
US9316178B2 (en) 2013-02-27 2016-04-19 State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Internal combustion engine for natural gas compressor operation
WO2014134555A1 (en) * 2013-02-27 2014-09-04 State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Internal combustion engine for natural gas compressor operation
CN103696848B (zh) * 2013-12-25 2016-03-23 郭志辉 一种两冲程内燃机
DE102014203033A1 (de) * 2014-02-19 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Verdichtungsverhältnisses und zum Adaptieren eines Stellgebers zum variablen Einstellen eines Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor
WO2015153799A1 (en) 2014-04-02 2015-10-08 Oregon State University Internal combustion engine for natural gas compressor operation
DE102015206074B4 (de) * 2015-04-02 2019-12-19 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
US10612455B2 (en) * 2017-11-29 2020-04-07 Ford Global Technologies, Llc Pressurized air induction system
WO2019139585A1 (en) * 2018-01-11 2019-07-18 General Electric Company Reciprocating engine system with electrically driven compressor and method for operating same
AT520847B1 (de) * 2018-01-23 2019-11-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer otto-brennkraftmaschine
CN109915252B (zh) * 2019-01-16 2023-08-15 韩培洲 中冷绝热内燃机
DE102019207931B3 (de) * 2019-05-29 2020-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungseinrichtung
CN110159427A (zh) * 2019-06-02 2019-08-23 西北农林科技大学 一种往复活塞式内燃机
CN114056321B (zh) * 2020-07-29 2023-12-12 比亚迪股份有限公司 车辆的发电控制方法、装置及车辆
CN112282943B (zh) * 2020-10-30 2021-08-06 吉林大学 一种基于有效热效率的质调节式发动机的压缩比控制方法
CN113357024B (zh) * 2021-06-29 2022-09-06 重庆长安汽车股份有限公司 一种发动机可变气门正时的控制方法、装置及汽车
CN115055403B (zh) * 2022-06-20 2023-09-26 安徽九鲤智能设备有限公司 一种具备消毒功能的滑块分拣机的滑块机构

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2344993A (en) * 1939-01-03 1944-03-28 Lysholm Alf Internal combustion engine
US2594845A (en) * 1945-06-04 1952-04-29 Baumann Werner Two-stroke cycle internal-combustion engine
US2670595A (en) * 1949-10-19 1954-03-02 Miller Ralph High-pressure supercharging system
WO1984004564A1 (fr) * 1983-05-18 1984-11-22 Oskar Schatz Procede et dispositif de suralimentation d'un moteur a combustion interne
JPS6170130A (ja) * 1984-09-12 1986-04-10 Toyota Motor Corp インタク−ラを備えた二吸気通路内燃機関
US4730457A (en) * 1985-10-29 1988-03-15 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Supercharging system for automotive engines
SE469907B (sv) * 1987-01-14 1993-10-04 Volvo Ab Anordning för styrning av arbetsförloppet i en förbränningskolvmotor
JPH01244114A (ja) * 1988-03-25 1989-09-28 Toyota Motor Corp ２段ターボシステム
DE3815991C1 (de) * 1988-05-10 1989-07-20 Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De
DE4308354A1 (en) * 1992-03-16 1993-09-23 Mazda Motor Air induction system for vehicle supercharged combustion engine - has by=pass line around intercooler opened and closed at precise pressures between precisely defined upper and lower limits

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007049691B4 (de) * 2007-10-17 2012-09-06 Audi Ag Verfahren zur bedarfsgerechten Zufuhr verdichteter Luft zu einer Brennkraftmaschine mittels eines ventilgesteuerten Verdichters und entsprechende Brennkraftmaschine
DE102009036530A1 (de) * 2009-08-07 2011-02-10 Fev Motorentechnik Gmbh Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine

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Publication number Publication date
EP0938625A1 (de) 1999-09-01
ATE253173T1 (de) 2003-11-15
CN1244233A (zh) 2000-02-09
EP0938625A4 (de) 2001-11-14
UA50799C2 (uk) 2002-11-15
EP0938625B1 (de) 2003-10-29
AU3288397A (en) 1998-02-09
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ES2210541T3 (es) 2004-07-01
DE69725873D1 (de) 2003-12-04

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