DE69416072T2

DE69416072T2 - Überwachungsvorrichtung und -verfahren der Verbrennung einer Viertaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69416072T2
Application number: DE69416072T
Authority: DE
Inventors: Negre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-03
Filing date: 1994-05-02
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2014-05-03
Also published as: ES2130419T3; US5592904A; EP0648314A1; DE69416072D1; FR2704903A1; EP0648314B1; JPH07509553A; AU6660894A; FR2704903B1; WO1994025743A1; JP3428018B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der Verbrennung von Motoren mit innerer Verbrennung, die im Viertaktspiel arbeiten, mit gesteuerter oder nicht gesteuerter Zündung, mit Ventilsteuerung oder mit einer Drehschiebersteuerung des Einlassens und/oder Ausschubs versehen.
Der thermodynamische Wirkungsgrad der Verbrennung der Motoren mit innerer Verbrennung ist direkt proportional zum Gasdruck am Ende des Verdichtungshubs und dementsprechend zur Ladung des Motors, die ihrerseits abhängig ist von der Öffnung der Drosselklappe. Der spezifische Verbrauch des Motors ist mit dem thermodynamischen Wirkungsgrad verbunden, was bedeutet, daß für einen gegebenen Motorhubraum der spezifische Verbrauch umso mehr wächst, je weniger Drehmoment und/oder Leistung verlangt wird. Diese Tatsache ist sehr störend, insbesondere, wenn sich der Motor in einem Kraftfahrzeug befindet, da sie zur Folge hat, daß der Kraftstoffverbrauch bei geringer Drehzahl und geringer Last sehr hoch ist und demzufolge auch die die Umwelt verschmutzenden Auspuffgasemissionen, aber insbesondere in der Stadt wird der Motor immer bei geringer Drehzahl und geringer Last verwendet. Zur Verdeutlichung: Bei einem Kraftfahrzeugmotor, der bei mittlerer oder Vollast auf der Landstraße ungefähr 200 bis 250 Gramm Kraftstoff pro Pferdestärke und Stunde verbraucht, erhöht sich der Verbrauch in der Stadt bis auf 1000 oder gar 2000 Gramm Kraftstoff pro Pferdestärke und Stunde.
Im Bewußtsein dieses Problems haben die Motorhersteller versucht, den Verbrauch bei geringer Last auf verschiedene Weisen zu verbessern: Entweder durch Schaf fung von Motoren mit armem oder sehr armem Gemisch (Fall der Schichtlademotoren), oder durch Versuche, Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis zu schaffen, um zu versuchen, den Druck am Ende der Verdichtung zu erhöhen, oder auch durch "Auskuppeln" eines oder mehrerer Zylinder, um die Last der in Betrieb bleibenden Zylinder bei ähnlicher Leistung zu erhöhen. Ebenfalls ist aus dem Patent FR 811893 bekannt, ein kraftstoffarmes Gemisch in einem Hauptzylinder aus einem kleinen Zusatzzylinder zu zünden, der mit dem Hauptzylinder in unmittelbarer Verbindung steht.
Diese Lösungen haben den Nachteil, das Problem nur sehr partiell zu lösen und sind außerdem in bestimmten Fällen besonders schwierig und kostspielig auszuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 erlaubt dem Motor, bei geringen Lasten mit Wirkungsgraden der Verbrennung zu arbeiten, die denen entsprechen, die bei mittlerer oder Vollast erhalten werden. Die Erfindung betrifft ebenfalls Vorrichtungen nach Anspruch 6 zur Durchführung dieses Verfahrens.
Im Betrieb des Viertaktmotors werden die Einlaßgase, nachdem sie durch den Kolben in den Zylinder gesaugt wurden, im Brennraum verdichtet, um dort durch die Zündkerze entzündet zu werden, so ihr Volumen zu vergrößern und den Kolben zurückzutreiben, um so den Arbeitshub auszuführen, der auch Entspannungs- oder Verbrennungshub genannt wird. In der Praxis macht das Volumen des Brennraums im wesentlichen zwischen 9 und 12 Prozent des Volumens des Zylinders aus, je nach dem gewählten Verdichtungsverhältnis. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch Hinzufügen eines kleinen Neben brennraums gekennzeichnet, der vom Hauptbrennraum vollständig getrennt ist und unabhängig und separat mit verdichtetem Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird. Im Betrieb bei mittlerer oder Vollast werden die in diesem kleinen Nebenbrennraum verdichteten Gase durch eine Zündkerze entzündet, während dieser kleine Nebenbrennraum wenig vor oder erheblich nach dem Beginn dieser Verbrennung durch Öffnen eines (oder mehrerer) Verbindungskanäle mit dem Hauptbrennraum verbunden wird, wo die Verbrennung der aus dem Nebenbrennraum stammenden Gase dann (anstatt und an der Stelle der Zündkerze) die verdichteten Einlaßgase im Hauptbrennraum entzündet; die Effektivität dieser Zündung durch die "Stichflamme", die aus der Verbrennung im Nebenbrennraum hervorgeht, erlaubt außerdem, im Hauptbrennraum sehr arme Luft-Kraftstoff-Gemische und hohe Verdichtungsverhältnisse zu verwenden, die für einen geringen Kraftstoffverbrauch erforderlich sind.
Im Betrieb des Motors bei geringen Lasten werden Hauptzylinder und -brennraum nicht mehr mit Kraftstoff geladen, sondern nur mit Luft, und der Kolben wird nur durch die Entspannung der im kleinen Nebenbrennraum enthaltenen Gase durch den Verbindungskanal in den Hauptzylinder zurückgetrieben. Es ist leicht zu verstehen, daß der kleine Nebenbrennraum praktisch immer bei Vollast arbeitet mit einem guten thermodynamischen Wirkungsgrad, was einen geringen Kraftstoffverbrauch garantiert.
Während des Verbrennungs- (oder Entspannungs)hubs und des Ausschubhubs wird das Volumen des kleinen Nebenbrennraums im wesentlichen auf seinem kleinen Volumen konstant gehalten, damit die gesamte Wirksamkeit der Entspannung der Gase während der Verbrennung dazu dient, den Arbeitskolben des Hauptzylinders zurückzutreiben und um den kleinen Nebenbrennraum während des Ausschubhubs besser zu leeren.
Während des Betriebs bei geringer Last, wenn der Hauptzylinder und der Hauptbrennraum nicht mehr mit Kraftstoff geladen werden, ist es während des Einlaß- und des Verdichtungshubs besonders vorteilhaft, ein Ventil zum Hauptbrennraum zu öffnen, das diesen letzteren mit der Atmosphäre in Verbindung setzt, um die Pumparbeit beim Einlaß und den Gegendruck auf den Kolben während des Verdichtungshubs zu vermeiden, die unnötig Leistung verbrauchen.
Es ist also zu bemerken, daß im erfindungsgemäßen Verfahren 2 Betriebsarten zu unterscheiden sind: Betrieb bei mittlerer/Vollast, Betrieb bei geringer Last. Das Arbeitsspiel eines Arbeitszylinders nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verbrennungssteuerung ist also folgendes:
1) Wenn der Motor bei mittlerer oder Vollast arbeitet:
- Ansaugen: von Luft und Kraftstoff im Hauptzylinder,
von Luft und Kraftstoff zur Ladung des kleinen Nebenbrennraums;
- Verdichtung: der Gemische in den beiden Brennräumen;
- Zündung: Zündung des Gemisches im kleinen Brennraum durch eine Zündkerze;
- Öffnen: des Verbindungskanals/der Verbindungskanäle zwischen dem kleinen Brennraum und dem Hauptbrennraum, Zündung des Gemisches im Hauptbrennraum;
- Entspannung: der gesamten Verbrennungen (Arbeitshub); während dieses Takts wird das Volumen des Nebenbrennraums auf seinem Minimalwert gehalten;
- Ausschub: der Auspuffgase aus dem Arbeitszylinder und dem kleinen Nebenbrennraum. Während dieses Takts wird das Volumen des Nebenbrennraums ebenfalls auf seinem Minimalwert gehalten.
2) Wenn der Motor bei geringer Last arbeitet:
- Ansaugen: nur von Luft im Hauptzylinder, von Luft und Kraftstoff zur Versorgung des kleinen Nebenbrennraums;
- Verdichtung: des Kraftstoff-Luftgemischs im Nebenbrennraum; Öffnen des Entlüftungsventils im Hauptbrennraum, um den Gegendruck auf den Kolben zu vermeiden;
- Zündung des Kraftstoff-Luftgemischs im Nebenbrennraum, Schließen des Entlüftungsventils des Hauptbrennraums, Öffnen des Verbindungskanals zwischen dem Nebenbrennraum und dem Hauptbrennraum;
- Entspannung: der Gase im Nebenbrennraum durch den Verbindungskanal in den Hauptzylinder; während dieses Takts wird das Volumen des Nebenbrennraums auf seinem Minimalwert gehalten;
- Ausschub: der Verbrennungsgase; während dieses Takts wird das Volumen des Nebenbrennraums ebenfalls auf seinem Minimalwert gehalten.
Bei der Anordnung des kleinen Nebenbrennraums, der Art der Öffnung des Verbindungskanals/der Verbindungskanäle zwischen dem kleinen Nebenbrennraum und dem Hauptbrennraum, den Methoden zur Ladung und Kompression der Gase im kleinen Nebenbrennraum, Öffnen und Schließen des Entlüftungsventils kann jedes beliebige geeignete Mittel verwendet werden, um die erforderlichen Funktionen auszuführen, ohne dadurch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ändern. Das Volumen des kleinen Nebenbrennraums wird in Abhängigkeit von den im Betrieb bei geringer Last gesuchten Merkmalen gewählt und kann von einigen Prozenten dessen des Hauptbrennraums bis zu gegebenenfalls dem gleichen Volumen schwanken, ohne dadurch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ändern.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft Motoren mit innerer Verbrennung mit vier Takten und gesteuerter oder nicht gesteuerter Zündung, mit einem oder mehreren Zylindern, mit Verteilung durch Nockenwelle und Ventile oder anderer Art, das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch besonders leicht im Fall eines Motors mit Drehschieberventilsteuerung ausführen, bei dem der Drehschieber ebenfalls dazu dient, bei seiner Rotation zyklisch für die Verbindung zwischen dem Hauptbrennraum und dem Nebenbrennraum zu sorgen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls mehrere Vorrichtungen, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können, insbesondere im Fall eines Motors, der mit einer Drehschieberventilsteuerung mit nur einem seitlichen Übertragungskanal versehen ist, der nacheinander den Ausschub und dann den Einlaß sicherstellt, während der Verteilerkörper den Brennraum während der Verdichtungs- und Entspannungshübe verschließt, gekennzeichnet durch einen kleinen Nebenbrennraum in einer anderen Querebene, der in den Drehschieber mündet und über einen unabhängigen Einlaßkreislauf mit durch einen kleinen Kolben, der seinerseits durch einen Nocken betätigt wird, verdichtetem Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird, Kolben, der im Betrieb des Motors ermöglicht, durch den von dem des Hauptzylinders unabhängigen Einlaßkreislauf ein Kraftstoff-Luftgemisch anzusaugen, es im kleinen Volumen des Nebenbrennraums zu verdichten und das kleine Volumen dieses Brennraums im wesentlichen konstant zu halten, während der Drehschieber, in den ein (oder mehrere) Verbindungskanal gebohrt ist, im Arbeitsspiel und nachdem er mit Hilfe einer Zündkerze das Gemisch im Nebenbrennraum entzündet hat, in seiner Rotation die beiden Brennräume durch diesen (diese) Verbindungskanal miteinander verbindet, damit sich einerseits im Betrieb bei geringer Last die im Nebenbrennraum verbrannten Gase in den Hauptbrennraum entspannen, der in dieser Betriebsart nur mit Luft (ohne Kraftstoff) geladen wird, und so den Kolben zurück drücken, der den Arbeitshub ausführt, und damit die im Nebenbrennraum verbrannten Gase andererseits, im Betrieb bei mittlerer oder Vollast, das Gemisch zünden, das im Hauptbrennraum enthalten ist, der in dieser Betriebsart mit Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird, und gleichzeitig die Verbrennung und Entspannung der Gase ermöglichen, die gleichzeitig im Hauptbrennraum und im Nebenbrennraum enthalten sind, wodurch der Kolben zurück gedrückt und der Arbeitshub ausgeführt wird.
Im Betrieb bei geringer Last, wenn der Hauptzylinder und -brennraum nur mit frischer Luft ohne Kraftstoff gefüllt wird, öffnet sich ein Magnetventil während des Ansaug- und des Verdichtungshubs, um den Hauptbrennraum mit der Atmosphäre zu verbinden, um die Pumparbeit während des Ansaugens und den Gegendruck während des Verdichtungshubs zu vermeiden, und schließt sich während des Entspannungs- und Ausschubhubs.
Im Betrieb bei mittlerer und Vollast bleibt dieses Magnetventil immer geschlossen, um die normale Arbeitsweise des Zylinders zu ermöglichen.
Ein entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteter Motor arbeitet also wie ein Motor mit geringem Hubraum, wenn geringe Leistung verlangt wird (also bei tatsächlicher Vollast mit einem guten Wirkungsgrad und geringem spezifischen Verbrauch) und wie ein Motor mit großem Hubraum, wenn mehr Leistung erforderlich ist (also bei mittlerer oder Vollast mit einem guten Wirkungsgrad und geringem spezifischen Verbrauch).
Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden beim Lesen der nicht einschränkenden Beschreibung mehrerer auf die Verbrennungssteuerung von Viertaktmotoren angewandter Ausführungsformen der Erfindung deutlich werden, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
- Fig. 1 schematisch in Querschnittsansicht einen Viertaktmotor mit gesteuerter Zündung und Drehschiebersteuerung im oberen Totpunkt/Zündzeitpunkt, ausgestattet mit einer Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Betriebsart für geringe Last,
- Fig. 2 denselben Motor zum selben Zeitpunkt des Arbeitsspiels in der Betriebsart für mittlere/- Vollast,
- Fig. 3 diesen Motor im Ausschubhub,
- Fig. 4 diesen Motor im Einlaßhub in der Betriebsart für geringe Last,
- Fig. 5 den Motor im Einlaßhub in der Betriebsart für mittlere/Vollast,
- Fig. 6 den Motor im Verdichtungshub in der Betriebsart für geringe Last,
- Fig. 7 den Motor im Verdichtungshub in der Betriebsart für mittlere/Vollast,
- Fig. 8 schematisch in Querschnittsansicht einen Viertaktmotor mit Drehschiebersteuerung, ausgestattet mit einer Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei der Hauptbrennraum mit heterogenen Gemischen arbeitet, wie ein Dieselmotor,
- Fig. 9 denselben Motor, wobei der Hauptbrennraum und der kleine Nebenbrennraum mit heterogenen Gemischen arbeiten,
- Fig. 10 eine Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, angewandt auf einen Motor mit Ventilsteuerung,
- Fig. 11 eine Verschlußvorrichtung zwischen den Brennräumen mit drehbarem Kegel.
Der in den Fig. 1 bis 7 schematisch dargestellte Motor weist wohlbekannte Bauteile von Motoren mit Drehschiebersteuerung auf, die im Viertaktspiel arbeiten. Auf einem Kolben 1, der in einer Laufbüchse 2 gleitet, befindet sich ein Zylinderkopf 3, in dem ein Drehschieber 4 mit nur einem Übertragungskanal 5 mit der halben Geschwindigkeit des Motors angetrieben wird, der bei seiner Rotation (in Pfeilrichtung) nacheinander die Abgasleitung 6 und den Brennraum 7 miteinander verbindet, um den Ausschubhub auszuführen, danach den Brennraum 7 mit dem Einlaß 8, um so den Einlaßhub auszuführen, wobei der Körper des Drehschiebers 4 den Brennraum 7 während des Verdichtungshubs und des Verbrennungshubs verschließt, wobei die Abdichtung des Brenn raums durch das Gleitteil 9 sichergestellt wird; die Ladung dieses Zylinders mit Kraftstoff erfolgt durch die Einspritzdüse 10 und der Luftdurchsatz, der die Luft-Kraftstoff-Ladung des Zylinders steuert, durch die Drosselklappe 11.
Die Fig. 1 bis 9 zeigen den Motor in den verschiedenen Arbeitsphasen, wobei zur Vereinfachung des Verständnisses der Zeichnungen der Querschnitt in Höhe der Brennräume 7 und 12, der Dichtungsringe 9 und 12B und der Kolben 1 und 17 verschoben ist und diese Teile in derselben Ebene darstellt sind, während sie in Wirklichkeit nicht in derselben Querebene liegen, während die Einlaßleitung 8, der Übertragungskanal 5 und die Abgasleitung 6, die gestrichelt dargestellt sind, im wesentlichen in derselben Ebene liegen, wie der Hauptbrennraum 7 und sein Dichtungsring 9.
Die Fig. 1 zeigt im oberen Totpunkt/Zündzeitpunkt einen Motor mit Drehschiebersteuerung, wie er oben beschrieben wurde, mit einer Vorrichtung versehen, die die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, in der Betriebsart für geringe Last, dargestellt im Querschnitt (in Höhe der Zylinder verschoben), wo das verdichtete Kraftstoff-Luftgemisch, das sich im kleinen Nebenbrennraum 12 befindet, gerade durch die Zündkerze 13 gezündet wurde, während der im Drehschieber 4 ausgebildete Übertragungskanal 14 den Hauptbrennraum 7 mit dem Nebenbrennraum 12 verbindet und sich das in diesem letzteren entzündete Kraftstoff-Luftgemisch durch den Übertragungskanal 14 hindurch in den Hauptbrennraum 7 entspannt, dabei den Kolben 1 zurückdrängt und so den Arbeitshub bei geringer Last ausführt: Die Drosselklappe der Gase, die den Hauptbrennraum 7 lädt, ist ebenso geschlossen wie das Magnetventil 15 zur Entlüftung.
Die Fig. 2 stellt denselben Motor, gleich ausgestattet, zu demselben Zeitpunkt im Arbeitsspiel dar, jedoch während er in der Betriebsart für mittlere /- Vollast arbeitet; die Drosselklappe 11 ist dann geöffnet und die Einspritzdüse 10 hat den Brennraum während des Einlaßhubs geladen; die "Stichflamme" der Verbrennung im Nebenbrennraum entzündet ihrerseits das Kraftstoff-Luftgemisch des Hauptbrennraums und die in den beiden Brennräumen enthaltenen Gase entspannen sich, wobei sie den Kolben zurück drücken und so den Arbeitshub ausführen.
Daraus sind alle Vorteile des oben genannten Verfahrens und der oben genannten Vorrichtung ersichtlich.
Der Ausschub erfolgt in normaler Weise, siehe Fig. 3, durch die Auslaßleitung 6 und leert den Zylinder, den Brennraum 7, sowie den Nebenbrennraum 12 durch eine hierzu ausgebildete Öffnung 16, wobei der Nebenkolben 17, der durch einen doppelt wirkenden Nocken 18 (oder desmodromische Steuerung) betätigt wird, im wesentlichen in seinem oberen Totpunkt gehalten wird, um das zu leerende Volumen während dieses Hubs maximal zu reduzieren; dieser Hub ist beiden Betriebsarten gemeinsam, für geringe Last und für mittlere/Vollast.
Die Fig. 4 zeigt den Motor im Einlaßhub in der Betriebsart für geringe Last, die Drosselklappe 11 ist geschlossen, die Einspritzdüse 10 wird nicht betätigt, das Entlüftungsventil 15 ist geöffnet, um ein Abbremsen des Pumpens beim Absenken des Kolbens 1 zu vermeiden; der Nebenkolben 17, der durch den Nocken 18 zu rückgestellt wird, gibt den sekundären Ladekreislauf 19 frei, um das Kraftstoff-Luftgemisch einzulassen, das durch die Einspritzdüse 21 dosiert wird; die Feinsteuerung des Motors erfolgt mit Hilfe der zweiten Drosselklappe 20.
Die Fig. 5 stellt den Motor im Einlaßhub in der Betriebsart für mittlere/Vollast dar; die Drosselklappe 11 ist geöffnet, die Einspritzdüse 10 betätigt und das Kraftstoff-Luftgemisch wird durch den im Drehschieber 4 ausgebildeten Übertragungskanal 5 in den Zylinder eingelassen; der Nebenkolben 17, der durch den Nocken 18 zurückgestellt wird, gibt den sekundären Ladekreislauf 19 frei, um das Kraftstoff-Luftgemisch einzulassen, das durch die Einspritzdüse 21 dosiert wird; die sekundäre Drosselklappe 20 wird geöffnet und das Magnetventil 15 zur Entlüftung des Hauptbrennraums 7 geschlossen.
Die Fig. 6 zeigt den Motor im Verdichtungshub in der Betriebsart für geringe Last; der Hauptkolben 1 führt seine Aufwärtsbewegung aus, während das Magnetventil 15 zur Entlüftung geöffnet wird, um Gegendruck auf den Kolben 1 zu vermeiden; der Nocken 18 drückt den sekundären Kolben 17 zurück, der das Kraftstoff-Luftgemisch im Nebenbrennraum 12 verdichtet, der durch den Körper des Drehschiebers 1 verschlossen ist, wobei die Abdichtung durch den Gleitring 12B sichergestellt wird. Am Ende der Verdichtung befindet sich also Luft ohne Kraftstoff im Hauptbrennraum 7 und ein Kraftstoff- Luftgemisch im Nebenbrennraum 12.
Die Fig. 7 stellt den Motor im Verdichtungshub in der Betriebsart für mittlere/Vollast dar; der Hauptkolben 1 führt seine Aufwärtsbewegung aus, während das Magnetventil 15 zur Entlüftung geschlossen ist, und verdichtet das Kraftstoff-Luftgemisch im Hauptbrennraum 7; die Abdichtung des Brennraums erfolgt durch den Gleitring 9; der Nocken 18 drückt den Nebenkolben 17 zurück, der das Kraftstoff-Luftgemisch im Nebenbrennraum 12 verdichtet, der durch den Körper des Drehschiebers 1 geschlossen ist, wobei die Abdichtung durch den Gleitring 12B erfolgt. Am Ende der Verdichtung befinden sich Kraftstoff-Luftgemische im Hauptbrennraum 1 und im Nebenbrennraum 12.
Das Arbeitsspiel in der Betriebsart für geringe Last beginnt erneut durch Zündung und Entspannung, wie bei Fig. 1 beschrieben.
Das Arbeitsspiel in der Betriebsart für mittlere /- Vollast beginnt erneut durch Zündung und Entspannung, wie bei Fig. 2 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden auch im Fall von Motoren angewandt, die mit heterogenen Gemischen mit Selbstzündung arbeiten, die üblicherweise "Dieselmotoren" genannt werden und mit Dieselöl oder anderen schweren Kraftstoffen arbeiten; zwei Fälle sind ausführbar: entweder ein gemischtes Verfahren, in dem der kleine Brennraum mit einer Zündung arbeitet, die durch eine Zündkerze gesteuert wird, während der Hauptzylinder mit Dieselöl geladen wird und mit heterogenem Gemisch arbeitet, wobei der Beginn der Verbrennung durch Öffnung des Verbindungskanals 14 gesteuert wird. Die Fig. 8 zeigt einen derart ausgestatteten Motor, dargestellt im (verschobenen) Querschnitt, wobei eine Kraftstoff- Direkt-Einspritzdüse 22 in den Hauptbrennraum 7 eingebaut wurde.
Oder ein vollständig mit heterogenem Gemisch arbeitendes Verfahren, in dem auch der kleine Nebenbrennraum wie ein Dieselmotor arbeitet; Fig. 9 zeigt einen derart ausgestatteten Motor im Querschnitt, wobei eine Kraftstoffeinspritzdüse 23 in den Nebenbrennraum 12 eingebaut wurde.
Die Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, angewandt auf einen Motor mit Ventilsteuerung; ein Übertragungskanal 24 ist im oberen Teil des Hauptbrennraums ausgebildet, der diesen mit einem kleinen Nebenbrennraum 12 verbindet, der mit einem durch einen Kolben 17 verdichteten Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird, und mit einem Nebeneinlaßkreislauf, der aus einer Leitung 19, einer Einspritzdüse 21 und einer Drosselklappe 20 besteht; der Nebenkolben wird durch einen doppeltwirkenden Nocken 16 betätigt. Ein Schließorgan 25, das im Übertragungskanal 24 angeordnet ist, verbindet durch seine periodische Öffnung den kleinen Nebenbrennraum 12 mit dem Hauptbrennraum 7. Die Betriebsarten für geringe Last und für mittlere/Vollast und der Ablauf des Arbeitsspiels sind dieselben wie oben beschrieben.
Die Fig. 11 stellt in einem Motor mit Ventilsteuerung, der entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgestattet ist, eine Schließvorrichtung für den Übertragungskanal 24 dar, die einen Drehschieber 26 verwendet, der einen ihn durchquerenden Übertragungskanal 27 aufweist, während die Abdichtung des Hauptbrennraums 7 durch einen Gleitring 9 erfolgt, und die Abdichtung des kleinen Nebenbrennraums 12 durch einen Gleitring 12B; dieser Drehschieber 26 wird mit dem 1/4 der Geschwindigkeit der Kurbelwelle angetrieben, wenn sich die Gleitringe 9 und 12B in derselben Querebene befinden, oder mit der halben Geschwindigkeit, wenn sich die Ringe 9 und 12B in unterschiedlichen Ebenen befinden, und verbindet die beiden Brennräume im wesentlichen im oberen Totpunkt/Zündzeitpunkt, um den Betrieb entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zu ermöglichen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einem Viertaktmotor mit gesteuerter oder nicht gesteuerter Zündung, mit Ventilsteuerung oder Drehschiebersteuerung, für jeden Zylinder umfassend: einen Brennraum, in dem das Kraftstoff-Luftgemisch, nachdem es vom Kolben angesaugt wurde, von diesem verdichtet wird, um dort entzündet zu werden, so sein Volumen zu vergrößern und den Kolben zurückzutreiben, um so den Arbeitshub auszuführen, einen Nebenbrennraum, der dem Hauptbrennraum zugeordnet ist, um ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff, das in den Hauptbrennraum eingelassen wurde, durch die Stichflamme zu entzünden, die aus dem Nebenbrennraum stammt, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Nebenbrennraum vollständig getrennt und ohne direkte, dauernde Verbindung mit dem Hauptbrennraum ist, unabhängig und separat mit verdichtetem Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird und in einem anderen und vom Hauptbrennraum abhängigen Arbeitsspiel arbeitet,

- daß im Betrieb auf den Einlaß- und den Verdichtungshub folgend, kurz vor oder erheblich nach der Zündung des Gemischs im kleinen Nebenbrennraum mindestens ein Verbindungskanal zwischen dem Hauptbrennraum und dem Nebenbrennraum geöffnet wird,

- daß die Entspannung der im Nebenbrennraum enthaltenen Gase durch mindestens einen Verbindungskanal in den Hauptbrennraum erfolgt, wobei das Volumen des kleinen Nebenbrennraums im wesentlichen konstant auf seinem kleinen Volumen gehalten wird, damit die ganze Wirkung der Entspannung der Gase während der Verbrennung dazu dient, den Arbeitskolben des Hauptzylinders zurückzutreiben,

- daß Luft ohne Kraftstoff in den Hauptzylinder eingelassen wird, wenn vom Motor geringe Leistung verlangt wird, und daß der Arbeitshub dann nur durch die Entspannung der Gase sichergestellt wird, die im kleinen Nebenbrennraum enthalten sind, während für den Betrieb unter mittlerer oder starker Last, wenn vom Motor eine größere Leistung verlangt wird, in den Hauptzylinder ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff eingelassen wird, welches durch die "Stichflamme" entzündet wird, die aus dem Nebenbrennraum stammt.

2. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einem Viertaktmotor nach Anspruch 1 während des Verbrennungs- oder Entspannungshubs und des Ausschubhubs, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des kleinen Nebenbrennraums im wesentlichen konstant auf seinem kleinen Volumen gehalten wird, um den kleinen Nebenbrennraum während des Ausschubhubs besser zu leeren.

3. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einem Viertaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb in der Betriebsart für geringe Last, wenn der Hauptzylinder nur mit Luft geladen wird, während des Einlaß- und des Verdichtungshubs ein Entlüftungsventil im Hauptbrennraum geöffnet wird, um die Pumparbeit beim Einlaß und den Gegendruck auf den Kolben während des Verdichtungshubs zu vermeiden.

4. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbrennraum mit heterogenen Kraftstoff-Luftgemischen geladen wird, wie ein Dieselmotor.

5. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptzylinder mit heterogenen Kraftstoff-Luftgemischen arbeitet, wie ein Dieselmotor, wobei der Beginn der Verbrennung dann durch die Öffnung des Verbindungskanals gesteuert wird, wobei der Nebenbrennraum in diesem Fall entweder mit homogenen Gemischen bei gesteuerter Zündung geladen werden kann, oder nach Anspruch 4 mit heterogenen Gemischen, wie ein Dieselmotor.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 in einem Motor mit Drehschiebersteuerung, die auf der Einheit Zylinder/Kolben (2)(1) angeordnet aufweist: Brennraum (7) und Dichtungsring (9), einen Drehschieber (4) mit nur einem seitlichen Übertragungskanal (5), der während der Rotation nacheinander den Auslaßkanal (6) mit dem Brennraum (7) verbindet, dann den Brennraum (7) mit dem Einlaßkanal (8), gekennzeichnet durch einen kleinen Nebenbrennraum (12) in einer anderen Querebene, der in den Drehschieber (4) mündet und durch einen Gleitring (12B) abgedichtet und über einen unabhängigen Einlaßkreislauf, Luftkanal (19), Einspritzdüse (21), Drosselklappe (20), mit durch einen Kolben (17) verdichtetem Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird, in dem das Kraftstoff-Luftgemisch durch eine Zündkerze (13) am Ende der Verdichtung entzündet wird, während der Drehschieber (4), in dem ein Verbindungskanal (14) ausgebildet ist, bei seiner Rotation geringfügig vor oder erheblich nach der Zündung des Gemischs den Nebenbrennraum (12) mit dem Hauptbrennraum (7) verbindet, der in der Betriebsart für geringe Last nur mit Luft geladen wird, und sich das im Nebenbrennraum (12) entzündete Kraftstoff-Luftgemisch in den Hauptbrennraum (7) entspannt, wobei es den Kolben (1) zurücktreibt und so für den Arbeitshub sorgt, wobei die Entspannung der im Nebenbrennraum enthaltenen Gase durch den Verbindungskanal in den Hauptbrennraum erfolgt, während der Hauptbrennraum (7) in der Betriebsart für mittlere / Vollast mit Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird und die "Stichflamme" aus dem Nebenbrennraum (12) durch den Verbindungskanal (14) ihrerseits das Kraftstoff-Luftgemisch des Hauptbrennraums entzündet, wo sich die verbrennenden Gase der beiden Brennräume entspannen und so den Kolben zurücktreiben und den Arbeitshub ausführen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Steuerung des Kolbens (17), der das Kraftstoff-Luftgemisch im Nebenbrennraum (12) verdichtet, durch einen doppeltwirkenden desmodromischen Nocken (18), bei dem der obere Totpunkt (17) während des Verbrennungs-, des Entspannungs- und des Ausschubhubs aufrechterhalten wird, um einerseits nicht unnötig den Druck der sich entspannenden Gase zu senken, damit die gesamte Wirkung der Entspannung dazu dient, den Arbeitskolben (1) des Hauptzylinders zurückzutreiben, und andererseits den Nebenbrennraum (12) bestmöglich durch eine Öffnung (16) zu leeren, die zu diesem Zweck im Drehschieber (4) vorgesehen ist, wobei dieser Nocken (18) danach, während des Einlaßhubs, ermöglicht, den Kolben (17), der die Ladung des Nebenbrennraums (12) ausführt, in seinen unteren Totpunkt zu bringen, um den Einlaß des Kraftstoff-Luftgemischs zu ermöglichen, und diesen Kolben (17) während des Verdichtungshubs in seinen oberen Totpunkt zu bringen, um das Kraftstoff-Luftgemisch im Nebenbrennraum (12) zu verdichten, wo es durch die Zündkerze (13) entzündet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein elektronisch gesteuertes Magnetventil (15), das die Entlüftung des Hauptbrennraums (7) im Betrieb für geringe Last, wenn der den Hauptbrennraum (7) ladende Hauptzylinder nur mit Luft ohne Kraftstoff geladen wird, während des Einlaßhubs ermöglicht, um die Pumparbeit zu vermeiden, und während des Verdichtungshubs, um den Gegendruck auf den Kolben (1) zu vermeiden, während das Magnetventil geschlossen bleibt, sobald der Hauptzylinder und der Hauptbrennraum (7) mit Kraftstoff-Luftgemisch geladen werden, um den normalen Betrieb dieses Zylinders zu ermöglichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Nebenbrennraum (12) mit heterogenen Kraftstoff-Luftgemischen geladen wird, wie bei Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Direkteinspritzdüse (22), wie bei Dieselmotoren, in den Nebenbrennraum eingesetzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Hauptzylinder und der Hauptbrennraum (7) mit heterogenen Kraftstoff-Luftgemischen geladen werden, wie bei Dieselmotoren, gekennzeichnet durch eine in den Hauptbrennraum eingesetzte Direkteinspritzdüse (23) und einen Druckkraftstoffkreislauf, wie bei Dieselmotoren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 in einem Motor mit Ventilsteuerung, die auf der Einheit Zylinder/Kolben (2)(1) angeordnet einen Brennraum aufweist, in den durch Ventile verschlossene Einlaß- und Auslaßkanäle münden, gekennzeichnet durch einen Verbindungs- oder Übertragungskanal (24), der im Scheitelpunkt dieses Brennraums angeordnet ist und diesen mit einem kleinen Nebenbrennraum (12) verbindet, der mit durch einen Kolben (17) verdichtetem Kraftstoff-Luftgemisch geladen wird, und einen zweiten Einlaßkreislauf, bestehend aus einem Luftkanal, einer Einspritzdüse und einer Drosselklappe (19), (21), (20), wobei der zweite Kolben (17) durch einen doppeltwirkenden Nocken (18) betätigt wird, wobei ein Verschlußteil (25) im Übertragungskanal (29) angeordnet ist und durch seine periodische Öffnung den kleinen Nebenbrennraum (12) mit dem Hauptbrennraum (7) verbindet, wobei Arbeitsspiele und Betriebsarten bei geringer Last oder bei mittlerer/Vollast dieselben sind, wie die in den Ansprüchen 1 bis 10 beschriebenen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Drehschiebers (26), um periodischen Verschluß und Öffnung des Übertragungskanals (24) zwischen dem Hauptbrennraum (7) und dem kleinen Nebenbrennraum (12) zu ermöglichen, wobei die Abdichtung der Brennräume (7), (12) durch Gleitringe (9), (12B) erfolgt und der Drehschieber, in dem ein Übertragungskanal (27) angeordnet ist, durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, entweder mit einem Viertel der Kurbelwellengeschwindigkeit, wenn sich die Dichtungsringe in derselben Querebene befinden, wobei der Übertragungskanal (27) dann in beiden Richtungen arbeitet, oder mit der Hälfte der Kurbelwellengeschwindigkeit, wenn die Dichtungsringe sich in einer anderen Querebene befinden, wobei der Übertragungskanal (27) dann immer in derselben Richtung arbeitet.