DE102005024058A1

DE102005024058A1 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005024058A1
Application number: DE200510024058
Authority: DE
Inventors: Svenja Philipsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem bewegbaren Kolben (18), insbesondere Hubkolben oder Kreiskolben, einem dem Kolben (18) zumindest bereichsweise umgebenden Gehäuse (12), insbesondere mit einer zylindrischen oder trochoidenförmigen Gehäuseinnenwandung, und einem zwischen Kolben (18) und Gehäuse (12) angeordneten, durch die Bewegung des Kolbens (18) verdichtbaren Brennraum (24) oder Arbeitesraum, in dem ein zugeführtes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder zugeführter Kraftstoff gezündet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Brennraum (24) oder Arbeitsraum geometrisch so ausgebildet ist, dass durch die Bewegung des Kolbens eine maximale geometrische Verdichtung erzielt wird, die höher ist als die im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine verwendbare Verdichtung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem bewegbaren Kolben, insbesondere Hubkolben oder Kreiskolben, einem dem Kolben zumindest bereichsweise umgebenden Gehäuse, insbesondere mit einer zylindrischen oder trochoidenförmigen Gehäuseinnenwandung, und einem zwischen Kolben und Gehäuse angeordneten, durch die Bewegung des Kolben verdichtbaren Brennraum oder Arbeitsraum, in dem ein zugeführtes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder zugeführter Kraftstoff gezündet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.

Die Auslegung des Verdichtungsverhältnisses bei bekannten Kolben-Brennkraftmaschinen erfolgt normalerweise für den Volllastbetrieb, was den Nachteil mit sich bringt, dass im Teillastbetrieb der Wirkungsgrad aufgrund der geringeren effektiven Verdichtung geringer ist als im Volllastbetrieb.

Um den Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen, insbesondere im Teillastbetrieb zu verbessern, ist es bekannt, beispielsweise eine variable Verdichtung der Verbrennungsluft oder eines Brennstoff-Luftgemisches zu steuern. Dabei werden Konstruktionslösungen eingesetzt, die beispielsweise die rotierenden und/oder oszillierenden Massen des Kurbelbetriebs erhöhen oder insgesamt einen komplexen Aufbau des Kurbelbetriebs zur Folge haben oder die ungünstige, zerklüftete Brennräume (Nebenkolben) verursachen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde die im Stand der Technik genannten Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine anzugeben, die, das dem Stand der Technik aufgeführten Nachteile vermeidet und die/das insbesondere im Teillastbereich eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den Ansprüchen 10 bis 14 angegeben.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass der Brennraum oder Arbeitsraum geometrisch so ausgebildet ist, dass durch die Bewegung des Kolbens eine maximale geometrische Verdichtung erzielt wird, die höher ist als die im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine verwendbare Verdichtung.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch Mittel zum Feststellen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, Mittel zum Feststellen des momentanen Verdichtungsverhältnisses im Brennraum oder Arbeitsraum und Mittel zum Auslösen der Zündung, insbesondere Zündkerze oder Kraftstoffeinspritzeinheit, wobei die Mittel zum Auslösen der Zündung die Zündung erst dann auslösen, wenn in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine das jeweils optimale Verdichtungsverhältnis im Brennraum beziehungsweise Arbeitsraum herrscht. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Mittel zum Auslösen der Zündung die Zündung nach Überschreiten des maximalen Verdichtungsverhältnisses, insbesondere nach Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens, auslösen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass die Zündung im Brenn- beziehungsweise Arbeitsraum erst dann ausgelöst wird, wenn im Brenn- beziehungsweise Arbeitsraum das für den momentan Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimale Verdichtungsverhältnis herrscht.

Dabei ist es besorders vorteilhaft die Zündung erst bei Überschreitung des maximalen Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine auszulösen.

Die Grundlagen der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der Beobachtung eines Brennverlaufs einer normalen Brennkraftmaschine, die nachfolgend am Beispiel eines Viertakt-Ottomotors beschrieben wird.

Die Luft/das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch den Kolben verdichtet. Dann wird durch eine Zündkerze üblicherweise vor Erreichen des oberen Totpunktes TDC (Top Dead Center) das Gemisch entflammt. Durch den Zündverzug dauert es eine gewisse Zeit bis das Gemisch komplett entzündet ist und der dadurch entstehende Druckanstieg im Zylinder erreicht seinen Maximalwert nach dem TDC.

Um höhe Wirkungsgrade zu erzielen wird das Verdichtungsverhältnis möglichst nahe an die Klopfgrenze gelegt. Außerdem wird der Zündwinkel so gewählt, dass durch den Anstieg des Drucks kein beziehungsweise nur geringes Klopfen entsteht. Nach der Zündung steigen Temperatur und Druck des brennenden Gases und Druckwellen laufen durch den Brennraum. Im noch nicht brennendem Gemisch erhöhen sich ebenfalls Temperatur und Druck. Wenn dabei die Selbstzündungstemperatur überschritten wird erfolgt ein Klopfen. Ein späterer Zündzeitpunkt oder Ausblenden der Zündung verhindert das Klopfen.

Die Auslegung des Verdichtungsverhältnisses bei den bekannten Brennkraftmaschinen erfolgt also normalerweise für den Volllastbetrieb, so dass bei geringen Lasten ein geringeres Verdichtungsverhältnis und somit ein schlechter Wirkungsgrad erzielt wird. Da im Alltagsbetrieb und bei den Abgastestfahrzyklen die Brennkraftmaschine vorwiegend im Teillastpunkt betrieben wird, ergeben sich hier Nachteile im Wirkungsgrad.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist so gestaltet, dass eine höhere als die im Vollastbetrieb verwendbare Verdichtung erreicht wird. Dadurch wird es möglich, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem Zeitpunkt zu entzünden, bei dem es bei abwärtsgehenden Kolben und somit geringer werdendem Verdichtungsverhältnis gerade nicht zum Klopfen kommt. Die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Brennraum der Brennkraftmaschine wird geometrisch erfindungsgemäß so hoch verdichtet, dass bei abwärtsgleitenden Kolben der Verbrennungszeitpunkt so gewählt werden kann, dass das Verdichtungsverhältnis zum momentan Betriebspunkt beziehungsweise Betriebszustand (Leerlauf, Teillast, Volllast) passt. Es ist somit ein gleichbleibender, lastunabhängiger Kompressionsenddruck erzielbar. Die Erfindung hat unter anderem den Vorteil, dass zur Verwendung eines variablen Verdichtungsverhältnisses zwischen Teillastbereich und Volllastbereich keine mechanischen Verstellmechanismen am Kurbeltrieb, am Motorblock oder am Ventiltrieb notwendig sind. Vielmehr wird die Zündung erst ausgelöst, wenn der Motor das für den momentanen Betrieb günstige Verdichtungsverhältnis zur Verfügung stellt.

Somit kann im Leerlauf und bei Teillast ein höheres und bei Volllast ein geringeres Verdichtungsverhältnis genutzt werden. Der Motor kann bei entsprechend hoch gewählter Verdichtung nahezu immer an der Klopfgrenze betrieben werden.

Bei Brennkraftmaschinen mit Hubkolben ist es vorteilhaft, dass die Auslegung der Brennkraftmaschine langhubig gewählt wird. So bleibt auch bei hohen Lasten mit niedrigeren Verdichtungsverhältnissen als bei Teillast und dementsprechend spätem Zündzeitpunkt noch ein genügend großer Expansionsweg bestehen. Außerdem erleichtert die Langhubigkeit das Erreichen der hohen geometrischen Verdichtungsverhältnisse für niedrige Lasten.

Beim herkömmlichen Ottomotor muss wegen Berücksichtigung des Zündverzugs der eigentliche Zündzeitpunkt unter Volllast deutlich vor TDC gewählt werden. Dies hat den Nachteil, dass zu diesem Zeitpunkt die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches noch weit von seinen geometrischen Maximalwert entfernt ist. Außerdem besteht der Brennraum zu diesem Zeitpunkt aus dem eigentlichen geometrischen Brennraum und eines Teils des Hubvolumens. Durch die niedrige Verdichtung wird die Entflammung des Gemisches bei dem herkömmlichen Ottomotor erschwert und durch die Größe des effektiven Brennraums sind lange Flammwege erforderlich. Dies wirkt sich ungünstig auf den Wirkungsgrad aus.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist der Brennraum prinzipbedingt kleiner, was zu kurzen Flammwegen und somit schneller zur Verbrennung führt. Außerdem ist das Verdichtungsverhältnis zum Zündzeitpunkt höher als bei den bekannten Brennkraftmaschinen, wodurch das Gemisch besser entflammbar ist. Weiterhin ist es bei diesem Verfahren besonders vorteilhaft, dass beim Betrieb des Motors an der Klopfgrenze die dann auftretenden Druckerhöhungen die abwärtsgerichtete Kolbenbewegung unterstützen und somit den Wirkungsgrad weiter erhöhen kann. Bei den bekannten Ottomotoren wirken die Druckspitzen oft auf den aufwärtsgleitenden Kolben, was mit zu starken Schäden führen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann bei entsprechender Abstimmung dieser Effekt der Druckerhöhung genutzt werden, um die Leistungsabgabe zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine arbeitet mit einer fest vorgegebenen Verdichtung. Die für den momentanen Betrieb günstige Verdichtung wird nach dem TDC erreicht und ist somit frei wählbar.

Es sind darüber hinaus Varianten zum Betreiben der Brennkraftmaschine möglich, bei denen das geometrische Verdichtungsverhältnis so gewählt wird, dass das zum Betriebspunkt passende Verdichtungsverhältnis vor TDC erreicht wird und der Motor wie eine übliche Brennkraftmaschine betrieben wird. In anderen Betriebspunkten kann das notwendige Verdichtungsverhältnis dann nach TDC gewählt werden.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann beispielsweise als Viertakt-Ottomotor, Dieselmotor, Zweitaktmotor oder Saugmotor oder Motor mit Kompressor ausgebildet sein. Das Verfahren kann bei Brennkraftmaschinen mit oszillierenden und mit rotierenden Kolben eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das Verfahren sowohl bei fremdgezündeten als auch bei selbstzündenden Maschinen eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung bei Dieselmotoren liegt darin, dass beispielsweise beim Startvorgang in die hohe Verdichtung eingespritzt wird um ein günstiges Startverhalten zu erzielen. Bei betriebswarmen Motor kann dann eine niedrigere Verdichtung gewählt werden, um das Geräuschverhalten zu verbessern.

Bei der Anwendung des Verfahrens zum Beispiel am Hubkolbenmotor ist es prinzipiell günstig, eine langhubige Auslegung zu wählen, um dem Expansionshub genügend Kolbenweg zur Verfügung zu stellen. Dadurch lässt sich dann auch einfacher die vorgesehene hohe geometrische Verdichtung verwirklichen.

Das Verdichtungsverhältnis kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung so ausgelegt werden, dass für bestimmte Lasten die Zündung (beim Diesel beispielsweise der Einspritzbeginn) noch vor TDC stattfindet, so dass in einem definierten Teillastbetriebspunkt der gesamte Expansionsweg des Kolbens zur Verfügung steht. Wenn dies ein im Abgastestzyklus beziehungsweise Verbrauchstestzyklus häufig benutzter Betriebspunkt ist, können Vorteile bezüglich Emission und Verbrauch erzielt werden.

Eine Leistungserhöhung kann gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung gezielt durch Klopfen ausgelöst werden. Wenn das Klopfen erst nach dem TDC auftritt wirkt die starke Druckerhöhung nicht gegen den aufwärtsströmenden Kolben sondern es wird die Abwärtsbewegung des Kolbens unterstützt, was zu einer Leistungserhöhung führt.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
1a bis d schematischer Detailquerschnitt durch den Zylinder eines fremdgezündeten Motors bei unterschiedlicher Kolbenstellung,
2 Diagrammdarstellung des Verlaufs des Kompressionsdrucks in Abhängigkeit des Kompressions- und Hubvolumens im Leerlaufbereich, Teillastbereich und Volllastbereich bei einem bekannten Viertakt-Ottomotor,
3 Diagrammdarstellung des Verlaufs des Kompressionsdrucks in Abhängigkeit des Kompressions- und Hubvolumens im Leerlaufbereich, Teillastbereich und Volllastbereich bei einem Viertakt-Ottomotor mit variablem Kompressionsvolumen,
4 Diagrammdarstellung des geometrischen Verdichtungsverlaufs über dem Kurbelwinkel mit Zündzeitpunkt bei einer bekannten Brennkraftmaschine (Zündzeitpunkt vor TDC) und einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine (Zündzeitpunkt nach TDC) und
5 diagrammartige Darstellung des Verlaufs des Brennraumdrucks in Abhängigkeit des Kurbelwinkels bei einem herkömmlichen Viertakt-Ottomotor (Zündzeitpunkt vor TDC) im Vergleich zu einem erfindungsgemäßen Motor (Zündzeitpunkt nach TDC).
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In den 1a bis d ist der Ablauf des anmeldegemäßen Verfahrens beispielhaft an einem fremdgezündeten Viertakt-Motor dargestellt. In einem Zylinder 12 gleitet ein Kolben 18 auf und ab, der über eine Pleuelstange 20 an eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle angeschlossen ist. Im oberen Teil des Zylinders 12 ist ein Einlaßventil 14 und ein Auslaßventil 16 schematisch dargestellt. Gleichzeitig ist in diesem oberen Bereich eine Zündkerze 22 vorhanden.
Die Oberseite des Kolbens 18 und darüber befindliche Wandung des Zylinders 12 bilden einen Brenn- beziehungsweise Arbeitsraum 24, der durch die Bewegung des Kolbens 18 verdichtet werden kann.
Über das Einlaßventil 14 wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum eingeleitet und durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 verdichtet.
Gemäß 1a ist der Zustand dargestellt, an dem sich der Kolben im oberen Totpunkt (OT) befindet, das heißt das Kraftstoff-Luft-Gemisch ist auf dem geometrischen Höchstwert verdichtet. Die Zündung ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht erfolgt. Der Brennraum 24 ist dabei geometrisch so ausgebildet, dass eine deutlich höhere Verdichtung in dem Zustand gemäß 1a erreicht wird, als die im Volllastbetrieb verwendbare Verdichtung.
Gemäß der Darstellung in 1b führt dann der Kolben 18 eine Abwärtsbewegung durch, wobei sich die Verdichtung des Gemisches entspannt und zwar soweit, bis das im momentanen Betriebspunkt maximal mögliche Verdichtungsverhältnis erzielt ist. Daran anschließend wird gemäß 1c das Gemisch zum optimalen Zeitpunkt über die Zündkerze 22 gezündet und es erfolgt gemäß 1d die anschließende Verbrennung, die eine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens 18 zur Folge hat.
Die 2a, b, c zeigen im Zusammenhang zwischen dem Kompressionsdruck P und dem Kompressionsvolumen VC und Hubvolumen VK am Beispiel eines herkömmlichen Viertakt-Ottomotors im Leerlaufbereich (2a), im Teillastbereich (2b) und im Volllastbereich (2c). Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt UT zum unteren Totpunkt UT und umgekehrt, wodurch die bekannten Viertakte umgesetzt werden, nämlich: I Ansaugtakt, II Verdichtungstakt, III Verbrennungstakt und IV Ausstoßtakt. Durch die geometrischen Gegebenheiten bleiben das Kompressionsvolumen VC und das Hubvolumen VK stets gleich. Dadurch sinkt bei geringerer Last der Kompressionsenddruck P und somit der Wirkungsgrad. Lastabhängig stellen sich unterschiedliche Kompressionsenddrücke ein nämlich der Kompressionsdruck PL im Leerlaufbereich, der Kompressionsdruck PT im Teillastbereich und der Kompressionsdruck PV im Volllastbereich.
In den 3a, b, c ist der Verlauf des Kompressionsdrucks in Abhängigkeit vom Kompressionsvolumen bei einem Viertakt-Motor gemäß dem anmeldegemäßen Verfahren dargestellt. Das gegenüber der Darstellung in den 2 deutlich kleinere geometrische Kompressionsvolumen VCG ist auch bei geringen Lasten ein kleines effektives Kompressionsvolumen VCE, so dass ein entsprechend hoher Kompressionsdruck möglich ist (siehe 3a). Gemäß 3a entspricht das geometrische Kompressionsvolumen VCG im Leerlaufbereich dem effektiven Kompressionsvolumen VCE, das heißt es stellt sich Kompressionsdruck PG ein. Bei höheren Lasten wird das effektive Kompressionsvolumen VCE gemäß der Darstellung in den 3b und c vergrößert, so dass das Verdichtungsverhältnis und somit der Kompressionsenddruck PG in einem weiteren Bereich konstant gehalten werden kann. Nach Erreichen des oberen Totpunkts findet im Teillast- und Volllastbereich eine Volumenvergrößerung ΔV des Brennraumes statt, wobei die Zündung entsprechend dem jeweiligen Betriebspunkts zum optimalen Zeitpunkt bei maximal möglichen Verdichtungsverhältnissen erfolgt.
In 4 ist der geometrische Verdichtungsverlauf ohne Verbrennungsdruck über den Kurbelwinkel aufgetragen, einmal für einen herkömmlichen Ottomotor (gestrichelte Darstellung) und einmal für einen Motor mit erhöhter Verdichtung gemäß dem anmeldegemäßen Verfahren (durchgezogene Linie). Der Zündzeitpunkt ist jeweils mit einem Stern gekennzeichnet.
Beim herkömmlichen Ottomotor, der in dem dargestellten Beispiel eine maximale Verdichtung von 11,5 aufweist, muss wegen Berücksichtigung des Zündverzuges der eigentliche Zündzeitpunkt unter Volllast deutlich vor dem oberen Totpunkt OT gewählt werden. Im dargestellten Beispiel gemäß 4 wurde beispielhaft 25° vor OT gewählt. Dies hat den Nachteil, dass zu diesem Zeitpunkt die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches noch weit von seinen geometrischen Maximalwert entfernt ist. Außerdem besteht der Brennraum zu diesem Zeitpunkt aus dem eigentlichen geometrischen Brennraum und einem Teil des Hubvolumens. Durch die niedrige Verdichtung wird die Entflammung des Gemisches erschwert und durch die Größe des effektiven Brennraums sind lange Flammwege erforderlich. Im Gegensatz hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Motor der Brennraum so ausgebildet, dass sich im dargestellten Ausführungsbeispiel eine maximale Verdichtung bei Erreichen des OT von 17 einstellt. Die Zündung erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 12,5° nach OT. Durch den prinzipbedingt kleineren Brennraum liegen kurze Flammwege vor und es kommt somit schneller zu einer Verbrennung. Außerdem ist das Verdichtungsverhältnis zum Zündzeitpunkt gegenüber dem bekannten Ottomotor höher, wodurch das Gemisch insgesamt besser entflammbar ist.
In 5 ist der Verlauf des Brennraumdruckes in Abhängigkeit des Kurbelwinkels dargestellt und zwar bei einem herkömmlichen Viertakt-Ottomotor (Kurve 1) und einem Viertakt-Ottomotor mit einem erhöhten Verdichtungsverhältnis (Kurve 2).
Beim herkömmlichen Viertakt-Motor muss das Gemisch im Allgemeinen deutlich vor dem TDC gezündet werden (Z1), um unter Berücksichtigung des Brennverzugs eine gute Verbrennung zu erzielen. Bei früherer Zündung wird Klopfen verursacht. Bei späterer Zündung wird die Verdichtung nicht ausgenutzt, das das Gemisch zu spät verbrennt.
Bei der anmeldegemäßen Brennkraftmaschine (Kurve 2) kann jedoch spät (im Ausführungsbeispiel nach OT beziehungsweise TDC) gezündet werden (Z2), da immer noch ein hohes Verdichtungsverhältnis zur Verfügung steht.
Durch den gegenüber dem herkömmlichen Viertakt-Ottomotor kleineren Brennraum und aufgrund der hohen Verdichtung erfolgt bei der anmeldegemäßen Brennkraftmaschine eine schnellere durch Zündung des Gemisches. Durch die spätere Schwerpunktlage der Verbrennung werden günstiger Hebelarme am Kurbeltrieb ausgenutzt, das heißt die Zündung erfolgt bei abwärts sich bewegenden Kolben.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist eine Steigerung des Wirkungsgrades insbesondere im Teillastbetrieb möglich, um den die Brennkraftmaschine geometrisch so hoch verdichtet wird, dass beim abwärtsgleitenden Kolben der Verbrennungszeitpunkt so gewählt werden kann, dass das Verdichtungsverhältnis zum momentanen Betriebspunkt optimal ist und fast unabhängig ein nahe zu gleichbleibender Kompressionsenddruck möglich ist.

Claims

Brennkraftmaschine mit – zumindest einem bewegbaren Kolben (18), insbesondere Hubkolben oder Kreiskolben, – einem dem Kolben (18) zumindest bereichsweise umgebenden Gehäuse (12), insbesondere mit einer zylindrischen oder trochoidenförmigen Gehäuseinnenwandung, und – einem zwischen Kolben (18) und Gehäuse (12) angeordneten, durch die Bewegung des Kolben (18) verdichtbaren Brennraum (24) oder Arbeitsraum, in dem ein zugeführtes Kraftstoff-Luft-Gemisch oder zugeführter Kraftstoff gezündet wird, – dadurch gekennzeichnet, dass – der Brennraum (24) oder Arbeitsraum geometrisch so ausgebildet ist, dass durch die Bewegung des Kolbens eine maximale geometrische Verdichtung erzielt wird, die höher ist als die im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine verwendbare Verdichtung.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, – gekennzeichnet durch – Mittel zum Feststellen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, – Mittel zum Feststellen des momentanen Verdichtungsverhältnisses im Brennraum (24) oder Arbeitsraum und – Mittel zum Auslösen der Zündung, insbesondere Zündkerze (22) oder Kraftstoffeinspritzeinheit, – wobei die Mittel zum Auslösen der Zündung die Zündung erst dann auslösen, wenn in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine das jeweils optimale Verdichtungsverhältnis im Brennraum (24) beziehungsweise Arbeitsraum herrscht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Mittel zum Auslösen der Zündung die Zündung nach Überschreiten des maximalen Verdichtungsverhältnisses, insbesondere nach Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens (18), auslösen.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, – dadurch gekennzeichnet, dass – der Zündzeitpunkt so gewählt wird, dass die Brennkraftmaschine nahe der Klopfgrenze betrieben wird.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine mehrere oszillierende Kolben beziehungsweise Hubkolben aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine als eine langhubige Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine mehrere rotierende Kolben aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine als fremdgezündete Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine als selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Zündung im Brenn- beziehungsweise Arbeitsraum erst dann ausgelöst wird, wenn im Brenn- beziehungsweise Arbeitsraum das für den momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimale Verdichtungsverhältnis herrscht.
Verfahren nach Anspruch 10, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Zündung innerhalb des Brenn- beziehungsweise Arbeitsraums nach Überschreiten des maximalen Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Zündung im Brenn- beziehungsweise Arbeitsraum in den Betriebszuständen Leerlauf und Teillast bei einem höheren Verdichtungsverhältnis erfolgt als bei dem Betriebszustand Volllast.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine in dem Betriebszustand Leerlauf, Teillast und Volllast jeweils nahe der Klopfgrenze betrieben wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, – dadurch gekennzeichnet, dass – in vorgebbaren Betriebszuständen die Zündung im Brennbeziehungsweise Arbeitsraum vor Erreichen des maximalen Verdichtungsverhältnisses erfolgt, das heißt die Brennkraftmaschine wie eine herkömmliche Brennkraftmaschine betreibbar ist.