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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Fremdzündung, mit mindestens einem, an einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Arbeitszylinder mit einem Verbrennungsraum und einem vom Verbrennungsdruck beaufschlagten, an einer Kurbelwelle angelenkten Arbeitskolben und einem Kolbenverdichter, wobei der Kolbenverdichter einen in einem Verdichterraum bewegten Verdichterkolben besitzt und mittels eines von der Kurbelwelle angetriebenen Exzenters mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung steht und zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Kupplungskorb einer ein Abtriebsmoment der Brennkraftmaschine auf eine Getriebevorrichtung übertragenden Kupplungsvorrichtung außerhalb eines Kurbelgehäuseraums der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Bei einer solchen Brennkraftmaschine kann es sich um eine nach dem Zweitaktverfahren oder nach dem Viertaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine handeln. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann zum Antrieb eines einspurigen oder mehr als einspurigen Fahrzeugs verwendet werden, insbesondere ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Motorrads oder ATVs vorgesehen und arbeitet nach dem Zweitaktverfahren.
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Eine solche, nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine kann zur Verringerung der Emissionen mit Kraftstoffdirekteinspritzung betrieben werden. Dabei wird der Kraftstoff unter einem vorbestimmten Systemdruck in den Verbrennungsraum des oder der Arbeitszylinder eingespritzt. Bei einem Viertaktmotor kann der Systemdruck von der Kraftstoffpumpe bereitgestellt werden, sobald ein Injektor in der Form beispielsweise eines Magnetventils geöffnet wird, fällt der Systemdruck naturgemäß geringfügig ab und wird bis zum nächsten Öffnen des Magnetventils von der Kraftstoffpumpe wieder aufgebaut.
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Aufgrund der doppelten Zahl von Arbeitstakten kommt es bei einer nach dem Zweitaktverfahren arbeitenden Brennkraftmaschine zu einem erhöhten Abfall des Systemdrucks, weshalb sich die Verwendung einer pneumatisch unterstützten Kraftstoffdirekteinspritzung als vorteilhaft erwiesen hat. Die pneumatisch unterstützte Kraftstoffdirekteinspritzung besitzt auch den Vorteil, dass der eingespritzte Kraftstoffstrom in der Form von sehr fein verteilten Kraftstofftröpfchen vorliegt, wodurch das Abgasverhalten einer solchen Brennkraftmaschine deutlich verbessert werden kann, da schädliche Kraftstoffablagerungen an der Zylinderwand des Arbeitszylinders, die zu einem vermehrten Ausstoß an unverbrannten Kohlenwasserstoffen führen würden, so vermieden werden können.
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Anhand der
EP 1 279 806 A1 ist eine nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine mit pneumatisch unterstützter Kraftstoffdirekteinspritzung bekannt geworden. Diese besitzt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Form eines Injektors, und einen Kolbenverdichter, der einen Verdichterkolben aufweist, der sich parallel zum Arbeitskolben der bekannten Brennkraftmaschine auf und ab bewegend angeordnet ist.
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Der Verdichterkolben wird über einen Kolbenbolzen an einer Pleuelstange angeordnet, die über einen Exzenternocken an einem Kurbelwellenstumpf der bekannten Brennkraftmaschine gelagert ist und daher bei der Drehbewegung der Kurbelwelle eine Bewegung ähnlich einer Pleuelgeige ausführt, wie sie das große Pleuellagerauge der Pleuelstange des Arbeitskolbens der Brennkraftmaschine ausführt.
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Die bekannte Brennkraftmaschine besitzt einen großen Bauraumbedarf, da sich der Verdichterkolben in einer Richtung parallel zur Längsmittelachse des Arbeitszylinders der Brennkraftmaschine bewegt und daher die Breite des Arbeitszylinders deutlich vergrößert. Auch ist der Arbeitszylinder komplex aufgebaut, da er neben der Kolbenlaufbahn für den Arbeitskolben auch noch eine Kolbenlaufbahn für den Verdichterkolben benötigt. Die Integration des Exzenternockens sowie eines Rollenlagers für die Lagerung der Pleuelstange des Kolbenverdichters auf dem Kurbelwellenstumpf führt auch zu einer Verbreiterung des Kurbelgehäuses der bekannten Brennkraftmaschine und damit zu einem erhöhten Platzbedarf der Brennkraftmaschine insgesamt.
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Anhand der
US 6,283,099 B1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine bekannt geworden, die einen Kolbenverdichter für die pneumatische Unterstützung der Kraftstoffdirekteinspritzung besitzt, der nicht direkt über die Kurbelwelle, sondern über eine Ausgleichswelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Das Kurbelgehäuse der bekannten Brennkraftmaschine dient dabei als Zylinder für den Verdichterkolben, so dass diese bekannte Brennkraftmaschine durch die Integration der Kolbenlaufbahn des Verdichterkolbens in das Kurbelgehäuse ein komplex ausgebildetes Kurbelgehäuse aufweist und somit ähnlich wie die vorstehend genannte, bekannte Brennkraftmaschine wiederum diesen Nachteil des komplexen Kurbelgehäuses besitzt.
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Anhand der
JP 04203261 A ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, die mit pneumatischer Unterstützung arbeitet. Dabei wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung über außen liegende Leitungen Druckluft zugeführt, so dass diese bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Nachteil der Bildung von Kondensat in den außen liegenden Leitungen aufweist, das das Brennbild stört.
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Anhand der
JP 04237871 A ist eine Vorrichtung zur Druckluftzufuhr an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, bei der die Pumpe zur Erzeugung von Druckluft mit dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine gekühlt wird. Auch diese bekannte Vorrichtung weist eine Vielzahl von außen liegenden Leitungen auf, die beim Einsatz der bekannten Vorrichtung an einem Motorrad, welches auch zur Bewegung in unbefestigtem Gelände vorgesehen ist, die Gefahr einer Beschädigung durch beispielsweise vom Vorderrad aufgewirbelter Steine mit sich bringen.
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Anhand der
JP 05018336 A ist eine Brennkraftmaschine mit pneumatischer Unterstützung der Kraftstoffdirekteinspritzung vorgesehen, die ebenfalls mit außen liegenden Leitungen arbeitet und bei der der kondensatführende Bereich der außen liegenden Leitungen am tiefst möglichen Bereich vorgesehen ist, um die Problematik eines einfrierenden Kondensats zu vermeiden.
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Anhand der
JP 2006 052708 A ist eine mittels Kraftstoffdirekteinspritzung betriebene Brennkraftmaschine bekannt geworden, die ein im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildetes Pumpengehäuse besitzt, wodurch naturgemäß der Zylinderkopf einen komplexen Aufbau aufweist.
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Anhand der
JP 2007270653 A ist ein Motorrad bekannt geworden, welches eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung aufweist, bei der ein Kompressor von einer Ausgleichswelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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Weiters ist anhand der
US 2006/0219228 A1 ein Motorrad mit einer Brennkraftmaschine bekannt geworden, die mittels pneumatisch unterstützter Kraftstoffdirekteinspritzung betrieben wird. Bei dieser Brennkraftmaschine sitzt der Kompressor vor dem vorderen Zylinder zur Kühlung der unter Druck gesetzten Luft und damit wiederum im Bereich von durch das Vorderrad aufgewirbelter Steine und ist daher einer Gefahr durch Beschädigungen ausgesetzt.
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Auch ist bereits eine nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine bekannt geworden, deren Kolbenverdichter am Kurbelgehäuse außen angeflanscht ist und mit einem Rollenstößel angetrieben wird. Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine ist eine der Kurbelwangen exzentrisch ausgebildet und bildet eine Laufbahn für den Rollenstößel. Diese Ausbildung der Kurbelwange führt zu einer unvorteilhaften Unwucht der Kurbelwelle. Der Rollenstößel läuft auf der Kurbelwange ab und zwar über eine Druckfeder gegen die Kurbelwange vorgespannt. Sobald die Brennkraftmaschine höhere Drehzahl erreicht, führt dies zu einem Abheben des Rollenstößel von der Kurbelwange und damit zu einem unkontrollierten Lauf des Kolbenverdichters, so dass diese Brennkraftmaschine eine systemimmanente Drehzahlgrenze besitzt und daher die von der Brennkraftmaschine bereitstellbare Leistung limitiert ist.
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Anhand der
EP 1 039 113 A2 ist eine nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine bekannt geworden, die einen Kolbenverdichter aufweist, der benachbart zum Kurbelgehäuse der bekannten Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Verdichterkolben des Kolbenverdichters wird über zwei U-förmige Abschnitte angetrieben, an denen jeweils ein stangenförmiger Abschnitt angeordnet ist, der bei der Bewegung des Arbeitskolbens und der Kurbelwelle lediglich eine geradlinige hin- und her gehende Bewegung ausführt.
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Auf der Kurbelwelle dieser bekannten Brennkraftmaschine sind zwei Exzenternocken ausgebildet, die mit den beiden U-förmigen Abschnitten in Kontakt stehen und über die die beiden stangenförmigen Abschnitte angetrieben werden. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die beiden stangenförmigen Abschnitte innerhalb des Kurbelgehäuseraums der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Dies führt dazu, dass der Kurbelgehäuseraum groß ausgebildet ist und demgemäß ein großes Totvolumen besitzt.
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Anhand der
französischen Veröffentlichung Nummer 2 833 647 ist ein Verbrennungsmotor mit einem Kolbenverdichter bekannt geworden, der benachbart zum Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors angeordnet ist und über eine Kulissenanordnung angetrieben wird. Die Kulissenanordnung besteht dabei aus einer Schubstange, die über eine Kurbelwange der Kurbelwelle des Brennkraftmotors angetrieben wird.
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Anhand der
DE 36 37 811 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, in deren Kurbelgehäuse ein gegenläufig zum Arbeitskolben bewegter Verdichterkolben vorgesehen ist.
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Anhand der
DE 102 04 689 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt geworden, der einen Kolbenverdichter besitzt, dessen Verdichterkolben benachbart zum Arbeitskolben und benachbart zur Kurbelwelle vorgesehen ist und zwar derart, dass der Verdichterkolben eine koaxiale Anordnung zum Arbeitskolben besitzt.
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Anhand der
DE 41 24 072 A1 ist ein mit Kraftstoffeinspritzung betriebener Zweitaktmotor bekannt geworden. Der Motor weist eine Kurbelwelle auf, die über einen Nebenantrieb mit Exzenter einen Luftkompressor antreibt, der eine Kraftstoff/Luft-Einspritzeinrichtung mit unter Druck gesetzter Luft versorgt, so dass über einen Injektor Kraftstoff und Luft in den Verbrennungsraum des Zweitaktmotors eingebracht werden kann.
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Anhand der
US 5,255,643 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem bekannt geworden, welches mittels einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Luftpumpe mit Druckluft versorgt werden kann und die Brennkraftmaschine eine Kraftstoffpumpe aufweist, die zum Starten der Brennkraftmaschine mit höherer Drehzahl betrieben werden kann und während des normalen Laufs der Brennkraftmaschine mit niedrigerer Drehzahl betrieben werden kann.
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Anhand der
DE 663 873 A ist eine als Sternmotor ausgebildete Brennkraftmaschine bekannt geworden, deren Hubvolumen mit einem Kraftstoffluftgemisch versorgt werden kann. Dabei wird die Verbrennungsluft mittels eines Kolbenverdichters aufgeladen, der Verdichterkolben aufweist, die an einer von den Arbeitskolben des Sternmotors angetriebenen Verdichterwelle angeordnet sind. Der Sternmotor verrichtet also Antriebsarbeit für den Kolbenverdichter und die Verbrennungsgase des Sternmotors werden zusätzlich über eine Turbine entspannt, um kinetische Energie aus der potentiellen Energie der Verbrennungsgase zu erhalten.
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Anhand der
JP 2006 052708 A ist eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung bekannt geworden. Die Brennkraftmaschine weist eine Luftpumpe auf, deren Druckluft mit Kraftstoff vermischt wird, um mittels eines Injektors in die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine eingetragen zu werden. Die Luftpumpe besitzt dabei ein Pumpengehäuse, das im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist und in dem ein oszillierende Pumpenkolben vorgesehen ist, der von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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Anhand der
DD 26 286 A1 ist ein Türschließer mit hydraulischer Dämpfungseinrichtung bekannt geworden. Der Türschließer weist einen Kolben auf, der über eine gekröpfte Pleuelstange mit einem Exzenter einer Schließerwelle gekoppelt ist.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Fremdzündung zu schaffen, bei der der Kolbenverdichter wenig Platz benötigt und ohnehin an der Brennkraftmaschine vorhandener Bauraum für die Anordnung des Kolbenverdichters ausreichend ist und keine Bildung von Kondensat durch außen liegende Leitungen für die Zufuhr des unter Druck gesetzten Gasstromes in Richtung zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung hin auftritt. Zudem soll die zu schaffende Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuse besitzen, das wenig Totvolumen besitzt. Zudem soll die Brennkraftmaschine eine drehzahlfeste und verschleißfeste Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den Kolbenverdichter ermöglichen.
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Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung sieht eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Fremdzündung vor, mit mindestens einem, an einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Arbeitszylinder mit einem Verbrennungsraum und einem vom Verbrennungsdruck beaufschlagten, an einer Kurbelwelle angelenkten Arbeitskolben und einem Kolbenverdichter, wobei der Kolbenverdichter einen in einem Verdichterraum bewegten Verdichterkolben besitzt und mittels eines von der Kurbelwelle angetriebenen Exzenters mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung steht und zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Kupplungskorb einer ein Abtriebsmoment der Brennkraftmaschine auf eine Getriebevorrichtung übertragenden Kupplungsvorrichtung außerhalb eines Kurbelgehäuseraums der Brennkraftmaschine angeordnet ist und der Verdichterkolben mittels einer von dem Exzenter betätigten Pleuelstange betätigbar ist, deren mit dem Exzenter in Eingriff bringbarer erster Abschnitt und ein gegenüberliegender, mit dem Verdichterkolben in Eingriff bringbarer zweiter Abschnitt seitlich versetzt zueinander angeordnet sind.
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Bei dem mit dem Exzenter in Eingriff bringbaren ersten Abschnitt kann es sich um das große Pleuellagerauge der Pleuelstange handeln und bei dem mit dem Verdichterkolben in Eingriff bringbaren zweiten Abschnitt um das kleine Pleuellagerauge.
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Dadurch, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt seitlich zueinander versetzt angeordnet sind, wird erreicht, dass sich die Pleuelstange nahe an die Außenfläche des Kurbelgehäuseraums angeschmiegt. Das Kurbelgehäuse besitzt im Bereich der Lagerstelle der Kurbelwelle eine Ausbuchtung für die Aufnahme eines Wälzlagers für die Kurbelwelle. Wird nun eine gerade Pleuelstange eingesetzt, deren erster und zweiter Abschnitt in einer Ebene liegen, so führt dies dazu, dass der an der Pleuelstange am zweiten Abschnitt vorgesehene Verdichterkolben einen großen Abstand zur Längsmittelebene der Brennkraftmaschine besitzt und somit die Brennkraftmaschine insgesamt einen großen Bauraum einnimmt.
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Durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer Pleuelstange, deren erster und zweiter Abschnitt seitlich versetzt zueinander angeordnet sind, also nicht in einer Ebene liegen, wird erreicht, dass der Kolbenverdichter an einer Gehäusefläche des Kurbelgehäuses vorgesehen werden kann, die einen geringeren lichten Abstand von der Längsmittelebene der Brennkraftmaschine besitzt, als dies bei einer geradlinig verlaufenden Pleuelstange der Fall ist. Dadurch wird eine Verringerung der Baubreite der Brennkraftmaschine erreicht, da der Kolbenverdichter zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Kupplungskorb angeordnet ist und bei einer geradlinigen Pleuelstange demgemäß der Kupplungskorb von der Längsmittelebene der Brennkraftmaschine aus betrachtet weit in Richtung nach außen versetzt werden müsste, was zu einer großen Baubreite der Brennkraftmaschine führen würde.
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Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird dieses Problem dadurch gelöst, dass die Pleuelstange zum Antrieb des Kolbenverdichters eine von einer geradlinigen Konfiguration abweichende Konfiguration besitzt mit seitlich zueinander versetztem ersten und zweiten Abschnitt, die Pleuelstange also beispielsweise ähnlich einer S-förmigen Konfiguration ausgebildet ist. Das große Pleuellagerauge ist seitlich versetzt zum kleinen Pleuellagerauge ausgebildet und trägt der Tatsache Rechnung, dass das Kurbelgehäuse für die Aufnahme des Wälzlagers der Kurbelwelle eine von der Längsmittelebene der Brennkraftmaschine aus betrachtet nach außen gerichtete Ausbuchtung besitzt.
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Der Verbindungsbereich der Pleuelstange zwischen dem großen und kleinen Pleuellagerauge beziehungsweise dem ersten und zweiten Abschnitt ist beispielsweise mit zwei gegensinnig gekrümmten Bereichen versehen. Vom ersten Abschnitt aus betrachtet in Richtung zum zweiten Abschnitt hin verläuft der Verbindungsbereich zunächst mit einer aus der Ebene des ersten Abschnitts heraus führenden ersten Krümmung, dem dann im Bereich der Längserstreckung des Verbindungsbereichs eine zur ersten Krümmung gegensinnige zweite Krümmung folgt derart, dass der erste Abschnitt und zweite Abschnitt zueinander seitlich versetzt angeordnet sind und jeweils in einer Ebene liegen, die parallel und im Abstand zueinander verlaufen. Dadurch wird erreicht, dass der zweite Abschnitt eng benachbart zur Außenfläche des Kurbelgehäuses verläuft, die dem Kupplungskorb zugeordnet ist.
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Der Kolbenverdichter kann innerhalb eines ohnehin an der Brennkraftmaschine vorhandenen Bauraums angeordnet werden, einem Bauraum also, der nicht eigenständig für die Anordnung des Kolbenverdichters geschaffen werden muss und das Vorsehen des Kolbenverdichters an der Brennkraftmaschine daher die Außenabmessungen der Brennkraftmaschine und damit den von der Brennkraftmaschine selbst benötigten Bauraum nicht vergrößert. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird der zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Kupplungskorb vorhandene Bauraum für die Anordnung des Kolbenverdichters verwendet. Dadurch wird erreicht, dass der Kurbelgehäuseraum klein ausgebildet werden kann und im Gegensatz zu bekannten vorstehend beschriebenen Motorkonzepten nicht Bauraum im Kurbelgehäuseraum vorgehalten werden muss, der der Aufnahme von Antriebskomponenten für den Kolbenverdichter dient. Im Kurbelgehäuseraum kann eine geeignete Vorverdichtung für den Betrieb des Kolbenverdichters erreicht werden, da es nach einem Aspekt der Erfindung auch vorgesehen ist, den Kolbenverdichter mit aus dem Kurbelgehäuseraum stammendem Gas zu versorgen.
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Um auch eine Zunahme der Breite der Brennkraftmaschine im Bereich des Arbeitszylinders zu vermeiden, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Verdichterraum innerhalb eines Verdichtergehäuses angeordnet ist, welches an dem Kurbelgehäuse lösbar festlegbar ist oder mit dem Kurbelgehäuse einstückig ausgebildet ist und von einem Gehäusedeckel der Brennkraftmaschine nach außen abgedeckt ist und der Verdichterraum unterhalb eines Zylinderfußes des Arbeitszylinders angeordnet ist. Auf diese Weise übt der Kolbenverdichter keinen Einfluss auf die Baubreite des Arbeitszylinders ausübt, wie dies bei bekannten vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschinen der Fall ist.
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Der Antrieb des Kolbenverdichters erfolgt über einen von der Kurbelwelle angetriebenen Exzenter. Dabei kann es sich um einen Exzenter handeln, der direkt an einem Kurbelwellenstumpf angeordnet werden kann und zu diesem Zweck eine mittige Ausnehmung aufweist, die vom Kurbelwellenstumpf durchsetzt wird. Damit wird auch der Exzenter in einem ohnehin vorhandenen Raum im Bereich außerhalb des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine angeordnet und somit muss auch für die Aufnahme des Exzenters kein zusätzlicher Bauraum geschaffen werden. Damit werden der Kolbenverdichter und die zum Antrieb des Kolbenverdichters vorgesehenen Bauteile in vorhandenen Bauraumbereichen der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Kolbenverdichter und seine Antriebsbauteile füllen vorhandenen, ansonsten nicht genutzten Totraum der Brennkraftmaschine aus.
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Der Exzenter kann an einem primärantriebsseitigen Wellensegment der Kurbelwelle axialfest und drehfest festlegbar sein. Bei diesem primärantriebsseitigen Wellensegment der Kurbelwelle kann es sich um den vorstehend bereits erwähnten Kurbelwellenstumpf handeln, über den das Abtriebsmoment der Kurbelwelle in den Primärantrieb eingeleitet wird.
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Bei dem Primärantrieb kann es sich um ein Zahnradgetriebe, ein Getriebe mit einem Zugmittel in der Form einer Kette oder einem Zahnriemen handeln oder auch ein Reibradgetriebe oder dergleichen. So kann nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine an dem primärantriebsseitigen Wellensegment der Kurbelwelle ein gerade verzahntes Zahnrad angeordnet sein, welches das Abtriebsmoment der Brennkraftmaschine in einen Kupplungskorb einleitet, an dessen Außenumfang eine mit der Verzahnung des Zahnrads in Eingriff stehende Verzahnung vorgesehen ist.
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Der Exzenter wird also an dem ohnehin zur Übertragung des Abtriebsmoments der Kurbelwelle benötigten Kurbelwellenstumpf angebracht und kann zu diesem Zweck auf dem Kurbelwellenstumpf beispielsweise mittels einer Presspassung oder einer lösbaren Schraubenverbindungen oder einer Wellen-Nabenverbindung festgelegt werden und befindet sich daher in einem Bauraumbereich der Brennkraftmaschine angeordnet, der zur Übertragung des Abtriebsmoments von der Kurbelwelle auf die Primärantriebsseite ohnehin erforderlich ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kolbenverdichter einen Gasstrom zur Zerstäubung von Kraftstoff einer pneumatisch unterstützten Kraftstoffdirekteinspritzungsvorrichtung bereit stellt. Hierzu kann er mit einem Injektorraum über innerhalb der Außenkontur der Brennkraftmaschine angeordnete Fluidleitungen fluidleitend verbunden sein. Bei dem Injektorraum kann es sich um den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine handeln oder auch um einen mit dem Verbrennungsraum in fluidleitender Verbindung stehenden Raum vor dem Verbrennungsraum, der der Mischung von unter Druck gesetztem Gasstrom und Kraftstoff dient. Bei dieser Weiterbildung dient der Kolbenverdichter also zur Zerstäubung von Kraftstoff einer Brennkraftmaschine, die mit pneumatisch unterstützter Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitet.
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Die Fluidleitungen, die den vom Kolbenverdichter unter Druck gesetzten Gasstrom zum Injektorraum oder ganz allgemein zum Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine leiten, befinden sich innerhalb der Außenkontur der Brennkraftmaschine angeordnet, es handelt sich bei diesen Fluidleitungen also nicht wie bei den vorstehend beschriebenen bekannten Brennkraftmaschinen um an der Brennkraftmaschine außen angeordnete, also außen liegende Leitungen, die die Bildung von Kondensat innerhalb der Fluidleitungen fördern, sondern um innerhalb von Bauteilen der Brennkraftmaschine angeordnete Fluidleitungen, die also beispielsweise in Gehäusebauteilen der Brennkraftmaschine verlaufend angeordnet sein können, wie beispielsweise dem Kurbelgehäuse oder dem Arbeitszylinder.
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Die Fluidleitungen werden also im Betrieb der Brennkraftmaschine erwärmt, was der Bildung von Kondensat in den Fluidleitungen vorbeugt. Es kann also auch nicht der Fall eintreten, dass das in den Fluidleitungen der bekannten Brennkraftmaschine anfallende Kondensat einfriert, was beispielsweise dann der Fall sein kann, wenn eine Brennkraftmaschine mit außen liegenden Fluidleitungen als Antriebsmotor für einen motorisierten Schneeschlitten verwendet wird. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann daher auch als Antriebsmotor für einen solchen motorisierten Schneeschlitten sehr gut verwendet werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Verdichterraum mit einem Kurbelgehäuseraum der Brennkraftmaschine über eine vom Verdichterkolben gesteuerte Öffnung fluidleitend verbunden ist. Auf diese Weise wird dem Verdichterraum über die Bewegung des Arbeitskolbens vorverdichtetes Gas aus dem Kurbelgehäuse zugeführt. Der Verdichterkolben bewegt sich entlang seiner Laufbahn im Arbeitszylinder des Kolbenverdichters und öffnet beziehungsweise verschließt eine Öffnung, über die das im Kurbelgehäuseraum vorverdichtete Gas in den Verdichterraum des Kolbenverdichters gelangt.
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Das vom Kolbenverdichter unter Druck gesetzte Gas wird über die stromabwärts des Verdichterraums vorgesehenen Fluidleitungen in Richtung zum Injektorraum beziehungsweise zum Verbrennungsraum geführt.
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Die Fluidleitung stromabwärts des Verdichterraums kann gesteuert oder geregelt verschlossen werden und zum Durchlass des Gasstromes freigegeben werden. Durch das Verschließen der Fluidleitung stromabwärts des Verdichterraums wird erreicht, dass durch die Bewegung des Verdichterkolbens in Richtung zu seinem unteren Umkehrpunkt keine Rückströmung des unter Druck gesetzten Gases zum Kolbenverdichter stattfindet, da eine solche Rückströmung über die in der Laufbahn des Kolbenverdichters vorgesehene Öffnung in Richtung zum Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine hin ebenfalls zu einer Rückströmung führen würde. Der Gasstrom wird nämlich durch den Kolbenverdichter unter einen höheren Druck von beispielsweise 5,5 bar gesetzt, als der Druck im Kurbelgehäuseraum beträgt.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Fluidleitung stromabwärts des Verdichterraums mittels einer Ventileinrichtung verschlossen werden kann, bei der es sich um eine federbelastete Stahlmembran handeln kann, die ab einem vorbestimmten, durch den Kolbenverdichter erzeugten Öffnungsdruck öffnet und die Gasströmung vom Verdichterraum des Kolbenverdichters in die Fluidleitungen in Richtung zum Injektorraum hin öffnet und anschließend wieder verschließt, nachdem der Verdichterkolben am oberen Umkehrpunkt seine Bewegung in Richtung zum unteren Umkehrpunkt begonnen hat und daher das Druckniveau des Gasstromes zwischen dem Verdichterraum und der vorgespannten Stahlmembran unter den Öffnungsdruck gefallen ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Verdichterkolben einen zur Pleuelstange benachbarten Kolbenring aufweist, der in einer oberen Totpunktstellung des Verdichterkolbens die fluidleitende Öffnung gegen einen Kupplungsraum der Brennkraftmaschine zumindest weit gehend abgedichtet. Im Kupplungsraum der Brennkraftmaschine befindet sich Schmieröl, welches durch den Kolbenring am Eintreten in die fluidleitende Öffnung gehindert wird. Damit wird vermieden, dass in den Kurbelgehäuseraum Schmieröl aus dem Kupplungsraum eingesaugt werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt der Verdichterkolben ein topfförmiges elastisches Bauteil, welches mit Vorspannung an einer Kolbenlaufbahn des Verdichterraums zur Kolbenlaufbahn relativ beweglich anliegt und eine Kippbewegung des am zweiten Abschnitt der Pleuelstange starr angeordneten Verdichterkolbens relativ zur Kolbenlaufbahn ermöglicht.
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Eine solche Ausführungsform besitzt den Vorteil eines wesentlich einfacheren und damit kostengünstigeren Aufbaus des Verdichterkolbens. Während bei einem Verdichterkolben mit Kolbenringen mindestens zwei Kolbenringe erforderlich sind, um das Eintreten von Schmieröl in die fluidleitende Öffnung zum Kurbelgehäuse zu verhindern und um im Verdichterraum für den Aufbau von Innendruck zu sorgen, benötigt der Verdichterkolben mit dem vorstehend erwähnten elastischen Bauteil als Ölabstreifer und Mittel zum Abdichten des Innenraums nur ein solches Bauteil. Auch ist die Anbindung des Verdichterkolbens an der Pleuelstange bei dem Verdichterkolben mit dem topförmigen elastischen Bauteil vereinfacht, da zwischen dem Verdichterkolben und der Pleuelstange bei der Bewegung der Pleuelstange keine Relativbewegung stattfindet, der Verdichterkolben also beispielsweise mit der Pleuelstange verschraubt werden kann. Das elastische Bauteil führt bei der Bewegung der Pleuelstange eine Relativbewegung und Kippbewegung relativ zur Kolbenlaufbahn durch und sorgt gleichzeitig für eine Führung des Verdichterkolbens und für den Druckaufbau im Verdichterraum und das Abstreifen von Öl aus dem Kupplungsraum.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass die gesteuerte Öffnung zum Verdichterraum und die fluidleitende Verbindung zum Injektorraum mittels einer jeweiligen, vom Verdichterkolben gesteuerten Ventileinrichtung verschließbar sind. Die Bewegung des Verdichterkolbens mit seiner Saugbewegung und seiner Druckaufbaubewegung sorgt dafür, dass bei der Saugbewegung die Öffnung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Verdichterraum geöffnet wird, während sich die Öffnung zwischen dem Verdichterraum und dem Injektorraum in einer geschlossenen Stellung befindet und die Druckaufbaubewegung dafür sorgt, dass die Öffnung zwischen dem Verdichterraum und dem Injektorraum bei einem vorbestimmten Innendruck im Verdichterraum geöffnet wird, während sich die Öffnung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Verdichterraum in einer geschlossenen Stellung befindet.
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Die Erfindung sieht nach einer Weiterbildung auch vor, dass die Ventileinrichtungen an einem Trägerkörper angeordnet sind, die in einem oberen Endbereich des Verdichterraums lösbar festgelegt werden kann derart, dass ein Totvolumen zwischen einer oberen Kolbenbodenfläche des Verdichterkolbens und dem Trägerkörper weit gehend vermieden wird. Befindet sich der Verdichterkolben in der oberen Totpunktstellung, wurde weit gehend das gesamte Gas im Verdichterraum durch die Öffnung zwischen dem Verdichterraum und dem Injektorraum ausgetragen und es verbleibt im Verdichterraum im wesentlichen kein Totvolumen übrig. Um ein unbeabsichtigtes Lösen des Trägerkörpers im Verdichterraum zu vermeiden, kann der Trägerkörper beispielsweise mittels eines Sicherungsrings im Verdichterraum festgelegt werden. Über die Bewegung des Verdichterkolbens und die Ventileinrichtungen ist die Fluidleitung stromabwärts des Verdichterraums gesteuert oder geregelt verschließbar und kann entsprechend auch zum Durchlass eines Gasstromes freigegeben werden.
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An dem Exzenter können an einer Laufbahn, die zum Kontakt mit einer Laufbahn am ersten Abschnitt der Pleuelstange vorgesehen ist, Schmierstoffdurchtrittsbohrungen vorgesehen sein. Durch die Bewegung der beiden Laufbahnen relativ zueinander wird ein Schmierstoffpolster zwischen den Laufbahnen aufgebaut und es kommt zum Aufbau einer hydrodynamischen Drehungsdruckentwicklung, wodurch ein verschleißfester Antrieb des Verdichterkolbens und aufgrund der Zwangsführung des ersten Abschnitts der Pleuelstange an dem Exzenter auch ein drehzahlfester Antrieb realisiert worden ist. Die Drehbewegung des Exzenters führt zu einer Hubbewegung der Pleuelstange und somit zum Antrieb des Verdichterkolbens.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verdichtergehäuse eine Laufbahn zur Axialführung des Verdichterkolbens aufweist. Der Kolbenverdichter kann dabei am Kurbelgehäuse derart lösbar festgelegt oder mit dem Kurbelgehäuse einstückig ausgebildet werden, dass sich die Längsmittelachse des Verdichtergehäuses mit einer Längsmittelachse eines primärantriebsseitigen Wellensegments der Kurbelwelle schneidet.
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Bei dem primärantriebsseitigen Wellensegment der Kurbelwelle kann es sich um den vorstehend bereits erwähnten Kurbelwellenstumpf handeln. Der Kolbenverdichter befindet sich im primärantriebsseitigen Bauraumbereich der Brennkraftmaschine und wird daher mittels des in einem Getriebegehäuse der Brennkraftmaschine vorgesehenen Schmiermittels geschmiert.
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Durch den Antrieb der Pleuelstange über den Exzenter wird ein drehzahlfester zwangsgesteuerter Antrieb der Pleuelstange realisiert, so dass die Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung nicht die durch den Betrieb des Kolbenverdichters systemimmanente Drehzahlgrenze besitzt, wie dies bei der vorstehend beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine der Fall ist.
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Der an der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorgesehene Kolbenverdichter kann mehrere Funktionen ausüben. So kann er beispielsweise dazu dienen, einen Gasstrom zur Zerstäubung von Kraftstoff bereitzustellen, wie es bei einer Brennkraftmaschine mit pneumatisch unterstützter Kraftstoffdirekteinspritzung erforderlich sein kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich also um eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Fremdzündung und pneumatisch unterstützter Kraftstoffdirekteinspritzung handeln. Die Brennkraftmaschine kann dabei über ihr gesamtes Betriebsspektrum mit pneumatisch unterstützter Kraftstoffdirekteinspritzung betrieben werden. Es ist aber auch möglich, dass die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung und zusätzlich adaptiver Saugrohreinspritzung oder nur mit Saugrohreinspritzung betrieben wird.
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Ein Betriebsmodus mit zusätzlicher Saugrohreinspritzung kann beispielsweise bei einigen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine verwendet werden, bei denen durch die zusätzliche Saugrohreinspritzung Kraftstoff in den Verbrennungsraum gelangt, der der Kühlung des Kolbenbodens des Arbeitskolbens dient. Auch kann durch diese zusätzliche Saugrohreinspritzung das Brennverfahren der Brennkraftmaschine beeinflusst werden, beispielsweise ein Schichtbetrieb oder ein Homogenbetrieb realisiert werden, wenn dies beispielsweise aus Gründen der Verbesserung des Emissionsverhaltens oder ganz einfach der Fahrbarkeit der Brennkraftmaschine oder der Verbesserung des Startverhaltens der Brennkraftmaschine förderlich ist. Auch ist es durch diese zusätzliche Saugrohreinspritzung möglich, höhere Drehzahlen zu erreichen und damit das Leistungsniveau der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zu steigern.
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Der an der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorgesehene Kolbenverdichter kann aber auch beispielsweise zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden, um einen Aufladungseffekt zu erreichen, den Füllungsgrad der Brennkraftmaschine zu steigern und das von der Brennkraftmaschine abgegebene Abtriebsmoment zu erhöhen. Auch kann der Kolbenverdichter zur Spülung des Verbrennungsraums eingesetzt werden, der Kolbenverdichter also als Spülkolben arbeiten.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
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1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit abgenommenen Gehäusedeckel;
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Schnitts gemäß II-II nach 1;
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3 eine Einzelteiledarstellung des Kolbenverdichters der Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Draufsichtansicht von oben auf die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine;
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5 eine perspektivische Darstellung der Brennkraftmaschine nach 4;
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6 eine perspektivische Darstellung ähnlich 5, die die Brennkraftmaschine in einer gedrehten Ansicht zeigt;
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7 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit abgenommenen Gehäusedeckel;
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8 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Schnitts gemäß VIII-VIII nach 7;
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8A eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z nach 8;
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9 Einzelteiledarstellungen des Kolbenverdichters der Brennkraftmaschine nach der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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10 eine Draufsichtansicht von oben auf die in 7 dargestellte Brennkraftmaschine;
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11 eine perspektivische Darstellung der Brennkraftmaschine nach 10;
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12 eine perspektivische Darstellung ähnlich 10, die die Brennkraftmaschine in einer gedrehten Ansicht zeigt;
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit einem Kolbenverdichter 15 beschrieben, der zur Bereitstellung eines den Kraftstoff zerstäubenden Gasstromes eingesetzt wird, es sich also um eine Brennkraftmaschine 1 handelt, die mit einer pneumatisch unterstützten Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitet. Dies dient aber nicht der Beschränkung, die Brennkraftmaschine 1 kann auch mit einer Saugrohreinspritzung betrieben werden oder mit einer pneumatisch unterstützten Kraftstoffdirekteinspritzung und einer zusätzlichen, insbesondere adaptiven Saugrohreinspritzung. Der Kolbenverdichter 15 kann auch zur Aufladung der Brennkraftmaschine 1 verwendet werden, also zur Leistungssteigerung eingesetzt werden.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es um eine nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine, die beispielsweise an einem auch für die Fahrt in unbefestigtem Gelände vorgesehenen Motorrad vorgesehen ist. Bei einem solchen nicht näher dargestellten Motorrad werden von dem Vorderrad Verunreinigungen, Steine und dergleichen aufgewirbelt, die zu einer Beschädigung eines am Außenbereich der Brennkraftmaschine angeordneten Kolbenverdichters und außen liegenden Fluidleitungen führen würden, einer Konfiguration also, wie sie bei den vorstehend beschriebenen bekannten Brennkraftmaschinen anzutreffen ist.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Kurbelgehäuse 2 auf, welches sich aus zwei Kurbelgehäusehälften 3, 4 (4, 10) zusammensetzt. Die beiden Kurbelgehäusehälften bilden auch ein Getriebegehäuse 5 aus, in denen ein nicht näher dargestelltes Gangwechselgetriebe angeordnet ist.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist in den dargestellten Ausführungsformen jeweils nur einen Arbeitszylinder 6 mit einem darin entlang der Längsmittelachse des Arbeitszylinders 6 axial bewegbaren Arbeitskolben 12 auf.
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Der Arbeitszylinder 6 weist eine Laufbahn für den Arbeitskolben 12 auf, die sich von einer oberen Trennebene 7 für die Anordnung eines Zylinderkopfes 8 bis über eine untere Trennebene 9 in das Kurbelgehäuse 2 hinein erstreckt, wobei die Trennebene 9 gleichzeitig die Ebene des Zylinderfußes des Arbeitszylinders 6 darstellt, mit dem dieser auf einer Flanschfläche 10 des Kurbelgehäuses 2 aufgesetzt werden kann.
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Über einen näher anhand von 4 der Zeichnung ersichtlichen Ansaugstutzen 11 wird der Brennkraftmaschine 1 zur Verbrennung vorgesehene Frischluft zugeführt, die in das Kurbelgehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1 in einen Bereich unterhalb des Arbeitskolbens 12 gelangt und von diesem bei seiner Bewegung in Richtung zum unteren Umkehrpunkt über Überströmkanäle in den Verbrennungsraum 46 oberhalb des Arbeitskolbens 12 gedrückt wird.
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Der zur Verbrennung erforderliche Kraftstoff wird der Brennkraftmaschine 1 über eine den Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum 46 einspritzende Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführt, die an einer Flanschfläche 13 des Zylinderkopfs 8 festgelegt werden kann und über eine im Zylinderkopf 8 ausgebildete Bohrung 14 den Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum 46 einspritzen kann.
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Zur Vermeidung von für das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine 1 schädlichen Wandanlagerungen des eingespritzten Kraftstoffes an der Laufbahn des Arbeitszylinders 6 wird der Kraftstoff in den Verbrennungsraum 46 pneumatisch unterstützt eingespritzt.
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Zu diesem Zweck weist die Brennkraftmaschine 1 einen nachfolgend noch näher erläuterten Kolbenverdichter 15 auf, der unterhalb der Ebene des Zylinderfußes 9 angeordnet ist. Der Kolbenverdichter 15 erzeugt einen Druckluftstrom in Richtung zur Brennkraftmaschine 1 hin, der in einen Injektorraum eintritt, in den von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Kraftstoff unter Druck eingespritzt wird und über ein den Injektorraum gegen den Verbrennungsraum 46 abschließendes Magnetventil nach der Öffnung des Magnetventils in den Verbrennungsraum 46 eingespritzt wird.
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Dadurch wird für eine feine Auflösung des Kraftstoffstroms in sehr kleine Kraftstofftröpfchen gesorgt und damit für eine Verbesserung des Abgasverhaltens der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1. Über einen Abgasauslaß 16 werden die verbrannten Abgase in eine nicht näher dargestellte Abgasleitung entspannt.
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Wie es näher anhand von 1 und 7 der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Kolbenverdichter 15 unterhalb der Ebene der Flanschfläche 10 angeordnet, die gleichzeitig die Ebene des Zylinderfußes 9 des Arbeitszylinders 6 ist. Der Kolbenverdichter 15 wird dabei an dem Kurbelgehäuse 2 über näher anhand von 3 und 9 der Zeichnung ersichtliche Schraubbolzen 17 festgelegt.
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Zum Antrieb des Kolbenverdichters 15 ist an einem primärantriebsseitigen Kurbelwellenstumpf 18 der Kurbelwelle 47 der Brennkraftmaschine 1 ein näher in 3 und 9 der Zeichnung dargestellter Exzenter 19 lösbar festgelegt und zwar über ein Primärantriebsrad 20, welches über die in 1 und 7 der Zeichnung ersichtliche Wellenmutter 21 über einen Kegelsitz oder zylindrischem Sitz an dem Kurbelwellenstumpf 18 lösbar festgelegt wird.
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Der Exzenter 19 kann zu diesem Zweck über einen in 9 ersichtlichen flachen Anlagebund 22 an dem Primärantriebsrad 20 mittels einer Schweißverbindung oder einer Lötverbindung festgelegt werden oder einstückig mit dem Primärantriebszahnrad 20 – beispielsweise mittels eines Schmiedevorgangs – ausgebildet werden, so dass sich der Exzenter 19 zusammen mit dem am Kurbelwellenstumpf 18 festgelegten Primärantriebsrad 20 mit der Kurbelwelle 47 dreht und die Drehbewegung des Exzenters 19 zu einer Betätigung einer Pleuelstange 23 führt.
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Bei der in 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsform weist die Pleuelstange 23 einen ersten Abschnitt 24 auf, der zum Einriff mit einer an dem Exzenter 19 ausgebildeten Exzenterspur 25 ausgebildet ist, sodass die Drehbewegung des Exzenters 19 zur Betätigung der Pleuelstange 23 führt.
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Wie es näher noch anhand von 3 der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt der Kolbenverdichter 15 eine Führungsbuchse 27, die in ein Verdichtergehäuse 28 eingesetzt werden kann und der Führung eines Verdichterkolbens 30 der Pleuelstange 23 dient.
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Darüber hinaus weist das Verdichtergehäuse 28 eine Laufbahn 49 für den mit Kolbenringen 29a ausgebildeten Verdichterkolben 30 auf. Die Laufbahn 49 besitzt Öffnungen 31, die von dem sich auf- und abwärts bewegenden Verdichterkolben 30 geöffnet und geschlossen werden können. Über diese Öffnungen gelangt in den Verdichterraum 32 aus dem Kurbelgehäuse 2 vorverdichtete Luft, die bei der nach oben gerichteten Bewegung des Verdichterkolbens 30 unter Druck gesetzt wird und über näher anhand von 4 und 5 ersichtliche Fluidleitungen 33 in Richtung zum Zylinderkopf 8 und in den nicht näher dargestellten Injektorraum geleitet wird.
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Über eine in 3 der Zeichnung dargestellte Ventileinrichtung 34 gelangt die im Kolbenverdichter 15 unter Druck gesetzte Luft zu den Fluidleitungen 33 und über diese in den Injektorraum. Die Ventileinrichtung 34 besitzt dabei einen Sicherungsring 34a, über den ein Deckel 34b in dem Verdichtergehäuse 28 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 34c festgelegt werden kann. An dem Deckel 34b stützt sich eine Federeinrichtung 34d ab, die wiederum auf eine Ventilplatte 34e drückt. Hat der Verdichterkolben 30 einen vorbestimmbaren Innendruck aufgebaut, so öffnet die Ventilplatte 34e gegen den Druck der Federeinrichtung 34d und das unter Druck gesetzte Gas gelangt in die Fluidleitungen 33.
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Wie es näher anhand von 2 der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Kurbelwelle 47 über ein Wälzlager 52 in dem Kurbelgehäuse 2 gelagert. Um eine biegesteife Konfiguration der Kurbelwelle 47 zu ermöglichen, ist der lichte Abstand zwischen dem Wälzlager 52 und dem am nicht näher dargestellten gegenüberliegenden Ende der Kurbelwelle angeordneten Wälzlager klein ausgebildet und der Sitz 53 für die Lager 52 so nah wie möglich an die Kurbelwelle 47 herangeführt. Um die Lager 52 aufnehmen zu können, besitzt der Sitz 53 daher eine Ausbuchtung 54 im Kurbelgehäuse 2.
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Die Pleuelstange 23 läuft mit ihrem ersten Abschnitt 24, der dem großen Pleuellagerauge der Pleuelstange 23 entspricht, an der Exzenterspur 25 ab. Wie es ohne weiteres anhand von 2 ersichtlich ist, besitzt die Pleuelstange 23 einen zweiten Abschnitt 55, an dem der Verdichterkolben 30 über einen Kolbenbolzen 51 festgelegt werden kann. Der zweite Abschnitt 55 der Pleuelstange 23 entspricht dabei einem kleinen Pleuellagerauge der Pleuelstange 23. Wie es anhand von 2 deutlich ersichtlich ist, sind der erste Abschnitt 24 und der zweite Abschnitt 55 der Pleuelstange seitlich deutlich zueinander versetzt angeordnet.
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Der erste Abschnitt 24 spannt eine Ebene A auf, während der zweite Abschnitt 55 eine Ebene B aufspannt. Die beiden Ebenen A, B verlaufen parallel und im Abstand zueinander. Die Pleuelstange 23 ist im Übergangsbereich 56 zwischen dem ersten Abschnitt 24 und dem zweiten Abschnitt 55 zweifach gekrümmt ausgebildet derart, dass sich der Übergangsbereich 56 aus der Ebene A mit einer ersten, in der Zeichnungsebene in Richtung nach rechts ausgebildeten Krümmung herausbewegt, und mit einer nach links gerichteten, zweiten Krümmung in die Ebene B eintritt. Durch diese zweifache, gegensinnige Krümmung des Übergangsbereichs 56 wird erreicht, dass das Verdichtergehäuse 28 nahe an das Kurbelgehäuse 2 herangeführt werden kann und im Umkehrschluss ein enges beziehungsweise schmales Kurbelgehäuse 2 im Bereich der Anordnung des Verdichtergehäuses 28 am Kurbelgehäuse 2 möglich ist.
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Würde die Pleuelstange 23 geradlinig ausgebildet werden, so müsste das Verdichtergehäuse 28 mit einem Abstandshalter oder dergleichen am schmal ausgebildeten Kurbelgehäuse 2 festgelegt werden. Wie es anhand von 6 ersichtlich ist, ist der Kolbenverdichter 15 im Bereich unterhalb des Kupplungskorbs 40 beziehungsweise zwischen dem Kupplungskorb 40 und dem Kurbelgehäuse 2 angeordnet, so dass bei einer geradlinigen Ausbildung der Pleuelstange 23 der Kupplungskorb 40 in Richtung nach außen wandern würde und somit die Baubreite der Brennkraftmaschine 1 insgesamt deutlich zunehmen würde. Dies wiederum würde zu einer Gewichtszunahme der Brennkraftmaschine 1 führen, was nicht gewünscht ist.
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Durch die Ausbildung des ersten Abschnitts 24 in der Form eines großen Pleuellagerauges mit einer auf der Exzenterspur 25 laufenden Laufbahn 57 kommt es mit dem im Kupplungsraum 58 der Brennkraftmaschine 1 vorhandenen Schmieröl zu einer Drehungsdruckentwicklung zwischen der Laufbahn 57 und der Exzenterspur 25. Dadurch wird eine ausgesprochen verschleißfeste und drehzahlfeste Ausbildung des Antriebs des Verdichterkolbens 30 erreicht und es wird das Problem vermieden, dass die Antriebsvorrichtung für den Verdichterkolben bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 von der Lauffläche der Antriebsvorrichtung abhebt, wie dies bei der bekannten Brennkraftmaschine der Fall ist, was zu unkontrollierten Zuständen der Brennkraftmaschine 1 führt.
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8 und 8A zeigen eine Schnittdarstellung gemäß VIII-VIII nach 7 und eine vergrößerte Einzelheit Z nach 8.
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Der in 8 dargestellte Kolbenverdichter 15 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Konfiguration dadurch, dass der Verdichterkolben 59 einen sich von dem Verdichterkolben 30 wesentlich unterscheidenden Aufbau besitzt.
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Der Verdichterkolben 59 ist mehrteilig ausgebildet mit einem Kolbenunterteil 60 sowie einem Kolbenoberteil 61. Wie es anhand von 8A ersichtlich ist, besitzen das Kolbenunterteil und das Kolbenunterteil eine Durchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser eines Verdichterraums 62.
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Das Kolbenoberteil 61 besitzt ein mit einem Gewinde versehenes Eingriffsende 63, welches in ein mit einem Innengewinde versehenes Eingriffsende 64 des zweiten Abschnitts 55 der Pleuelstange 23 eingreift. Durch diesen Eingriff wird auch das Kolbenunterteil 60 gegen den zweiten Abschnitt 55 festgelegt und zwischen dem Kolbenunterteil 60 sowie dem Kolbenoberteil 61 ein topfförmiges elastisches Bauteil 65 festgelegt. Das Bauteil 65 liegt mit Vorspannung an einer Kolbenlaufbahn 66 an und zwar derart, dass das Bauteil 65 an der Kolbenlaufbahn 66 relativ bewegt werden kann, wenn der Exzenter 19 die Pleuelstange 23 bewegt und dabei sowohl als Abstreifer für an der Kolbenlaufbahn 66 angelagertes, aus dem Kupplungsraum 58 stammendes Öl wirkt und gleichzeitig im Verdichterraum 62 für einen Druckaufbau sorgt.
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Der Verdichterkolben 59 ist an dem zweiten Abschnitt 55 starr festgelegt und bei einer Bewegung des Verdichterkolbens 59 relativ zur Kolbenlaufbahn 66 führt das als Membranmanschette ausgebildete Bauteil 65 eine Kippbewegung relativ zur Kolbenlaufbahn 66 aus. Die Ausbildung des Verdichterkolbens 59 mit einer elastischen Membranmanschette besitzt den Vorteil, dass Kolbenringe in Wegfall geraten können und auch eine relativ um einen Kolbenbolzen drehbare Lagerung des Verdichterkolbens 59 nicht mehr erforderlich ist und zudem eine Führungsbuchse zur Führung des Verdichterkolbens 59 im Verdichtergehäuse 28 nicht mehr erforderlich ist, da der Verdichterkolben 59 im Verdichtergehäuse 28 ohne Zwischenschaltung einer Laufbuchse oder Führungsbuchse direkt laufen kann.
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Der Gaswechsel mit dem Verdichterraum 62 erfolgt über eine im Kopfbereich des Verdichterraums 62 angeordnete Ventileinrichtung 67 mit einem Trägerkörper 67a, deren Einzelheiten näher anhand von 9 bis 9B ersichtlich sind.
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9 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Exzenter 19 an dem Primärantriebsrad 20 über Schrauben 68 festgelegt werden kann. Auch bei der in 9 dargestellten Pleuelstange 23 ist der erste Abschnitt 24 wieder mit einer innen liegenden Laufbahn 69 zur Anordnung an der Exzenterspur 25 ausgebildet. Die Pleuelstange weist einen gegensinnig gekrümmt ausgebildeten Übergangsbereich 56 und den mit dem Innengewinde versehenen zweiten Abschnitt 55 auf, an dem der Verdichterkolben 59 festgelegt werden kann. Das Verdichtergehäuse 28 besitzt einen Einlasskanal 70 und einen Auslasskanal 71, sowie eine die beiden Kanäle abdichtende Dichtung 72.
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Die Ventileinrichtung 67 weist ein Zweiwege-Zungenventil 73 auf, welches zur Steuerung des Gaswechsels mit dem Verdichterraum 62 dient. Über den in der Schnittdarstellung gemäß 9A ersichtlichen Einlass gelangt bei der Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 59 aus dem Kurbelgehäuse 2 vorverdichtetes Gas in den Verdichterraum 62, wobei durch die Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 59 das einlassseitige Zungenventil 74 geöffnet wird, während bei der Aufwärtsbewegung des Verdichterkolbens 59 das mit Vorspannung eingebaute auslaßseitige Zungenventil 75 bei einem vorbestimmten Innendruck im Verdichterraum 72 geöffnet wird.
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Wie es darüber hinaus anhand von 9B ersichtlich ist, wird die Ventileinrichtung 67 über einen Sicherungsring 76 im Kopfbereich des Verdichterraums 62 festgelegt und zwar in einer Nut 77, in der die an der Ventileinrichtung 67 vorgesehene Rastnasen eingreifen, wodurch die Ventileinrichtung 67 auch gegen Verdrehung gesichert festgelegt wird.
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Eine näher anhand von 1 und 7 ersichtliche Flanschfläche 35 dient der Aufnahme eines Gehäusedeckels 48, mit dem die Primärantriebsseite 36 der Brennkraftmaschine 1 verschlossen werden kann. 1 und 7 der Zeichnung zeigen eine Ausnehmung 37, die von der einer Getriebeeingangswelle 38 durchsetzt wird.
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Die Getriebeeingangswelle 38 besitzt ein Keilwellenprofil 39, auf das ein Kupplungskorb 40 aufgesetzt werden kann, der eine Außenverzahnung 41 aufweist, die mit der am Primärantriebsrad 21 gebildeten Außenverzahnung in Eingriff steht und der Momentenübertragung von dem Kurbelwellenstumpf 18 auf die Getriebeeingangswelle 38 dient.
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Wie es anhand von 5, 6 und 11, 12 der Zeichnung ersichtlich ist, kann der Kupplungskorb 40 in die von der Flanschfläche 35 umgebene Öffnung 42 eingesetzt werden und deckt in dem auf die Getriebeeingangswelle 38 aufgesetzten Zustand den darunter befindlichen Kolbenverdichter 15 nahezu weit gehend ab. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass der Kolbenverdichter 15 in einem bisher nicht genutzten Totraum der Primärantriebsseite der Brennkraftmaschine 1 angeordnet worden ist und somit kein eigenständiger Aufnahmeraum für den Kolbenverdichter 15 an der Brennkraftmaschine 1 geschaffen werden muss.
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Nachfolgend wird näher auf 2 der Zeichnung eingegangen. Diese zeigt den Verdichterkolben 30 in der Stellung seiner oberen Umkehrposition, in der er die Öffnung 31 für den Gaseintritt aus dem Kurbelgehäuse 2 in den Verdichterraum 32 abdeckt.
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Wenn sich der Kurbelwellenstumpf 18 dreht, so wird damit auch das Primärantriebsrad 21 und der Exzenter 19 in Drehung versetzt. Der erste Abschnitt 24 der Pleuelstange 23 befindet sich im Eingriff mit der Exzenterspur 25, so dass die Drehbewegung des Exzenters 19 zu einer Bewegung der Pleuelstange 23 entlang der Schnittachse oder Längsmittelachse 43 nach 1 des Kolbenverdichters 15 führt. Über die mit dem Verdichterraum 32 in Fluidverbindung stehende Ventileinrichtung 34 wird die unter Druck gesetzte Luft in Richtung zu einer mit der Fluidleitung in Fluidverbindung stehenden Öffnung 45 transportiert und über die weiteren Abschnitte der Fluidleitung 33 in Richtung zum Injektorraum.
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Die Fluidleitungen 33 verlaufen dabei innerhalb der Außenkontur der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise in Kanälen, die in der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise deren Gehäusebestandteilen ausgebildet sind, so dass die Bildung von Kondensat in den Fluidleitungen vermieden wird.
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Der vom Verdichterkolben 30 erzeugte Druck nimmt bei seiner Bewegung in Richtung zum unteren Umkehrpunkt hin ab und die Ventileinrichtung 34 verschließt die Öffnung 45, so dass eine Rückströmung von unter Druck gesetzter Luft entlang der Fluidleitungen 33 in den Verdichterraum 32 vermieden werden kann.
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6 und 12 der Zeichnung zeigen die Brennkraftmaschine 1 nach 5 und 11 in einer leicht gedrehten Ansicht. Wird der Kupplungskorb 40 mit seiner mittigen Öffnung über die Getriebeeingangswelle 38 in die Primärantriebsseite 36 der Brennkraftmaschine 1 eingeführt, so wird der Kolbenverdichter 15 vom Kupplungskorb 40 vollständig oder nahezu vollständig abgedeckt. Wie es ohne weiteres anhand von 6 und 12 ersichtlich ist, befindet sich der Kolbenverdichter 15 in einem ansonsten unbenutzten Bauraum der Primärantriebsseite 36 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, so dass für die Integration des Kolbenverdichters 15 in die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 kein zusätzlicher Bauraum geschaffen werden muss. Aufgrund der Integration des Kolbenverdichters 15 in den primärantriebsseitigen Aufnahmeraum beziehungsweise der Primärantriebsseite 36 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 und den Wegfall außen liegender Fluidleitungen benötigt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nicht mehr Bauraum als eine bekannte Brennkraftmaschine, die ohne Kolbenverdichter vorgesehen ist. Die Anordnung des Kolbenverdichters 15 unterhalb des Kupplungskorbs 40 der Brennkraftmaschine 1 führt zur Nutzung von ansonsten ungenutztem Totraum und damit zur Beibehaltung ausgesprochen kompakter Abmessungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1.
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Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kurbelgehäuse
- 3
- Kurbelgehäusehälfte
- 4
- Kurbelgehäusehälfte
- 5
- Getriebegehäuse
- 6
- Arbeitszylinder
- 7
- Trennebene
- 8
- Zylinderkopf
- 9
- Trennebene, Zylinderfuß
- 10
- Flanschfläche
- 11
- Ansaugstutzen
- 12
- Arbeitskolben
- 13
- Flanschfläche
- 14
- Bohrung
- 15
- Kolbenverdichter
- 16
- Abgasauslaß
- 17
- Schraubbolzen
- 18
- Kurbelwellenstumpf, Wellensegment
- 19
- Exzenter
- 20
- Primärantriebsrad
- 21
- Wellenmutter
- 22
- Anlagebund
- 23
- Pleuelstange
- 24
- erster Abschnitt
- 25
- Exzenterspur
- 26
- Endbereich
- 27
- Führungsbuchse
- 28
- Verdichtergehäuse
- 29
- Schaft
- 29a
- Kolbenringe
- 30
- Verdichterkolben
- 31
- Öffnung
- 32
- Verdichterraum
- 33
- Fluidleitungen
- 34
- Ventileinrichtung
- 34a
- Sicherungsring
- 34b
- Deckel
- 34c
- Dichtung
- 34e
- Ventilplatte
- 35
- Flanschfläche
- 36
- Primärantriebsseite
- 37
- Öffnung
- 38
- Getriebeeingangswelle
- 39
- Keilwellenprofil
- 40
- Kupplungskorb
- 41
- Außenverzahnung
- 42
- Öffnung
- 43
- Schnittachse, Längsmittelachse
- 44
- Membraneinrichtung
- 45
- Öffnung
- 46
- Verbrennungsraum
- 47
- Kurbelwelle
- 48
- Gehäusedeckel
- 49
- Laufbahn
- 50
- Kurbelgehäuseraum
- 51
- Kolbenbolzen
- 52
- Wälzlager
- 53
- Sitz
- 54
- Ausbuchtung
- 55
- zweiter Abschnitt
- 56
- Übergangsbereich
- 57
- Laufbahn
- 58
- Kupplungsraum
- 59
- Verdichterkolben
- 60
- Kolbenunterteil
- 61
- Kolbenoberteil
- 62
- Verdichterraum
- 63
- Eingriffsende
- 64
- Eingriffsende
- 65
- Bauteil
- 66
- Kolbenlaufbahn
- 67
- Ventileinrichtung
- 68
- Schrauben
- 69
- Laufbahn
- 70
- Einlasskanal
- 71
- Auslasskanal
- 72
- Dichtung
- 73
- Zweiwege-Zungenventil
- 74
- einlassseitiges Zungenventil
- 75
- auslaßseitiges Zungenventil
- 76
- Sicherungsring
- 77
- Nut
