DE102011057013B4

DE102011057013B4 - Internal combustion engine

Info

Publication number: DE102011057013B4
Application number: DE102011057013.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schwarzenthal
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2021-08-26
Anticipated expiration: 2031-12-24
Also published as: DE102011057013A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einer Mehrzahl von Zylindern (2,3,4) mit jeweils einem darin verlagerbar angeordneten Kolben (50,51,52), wobei die Ein- bzw. Ausströmung eines Gases in bzw. aus einem der Zylinder (2,3,4) mittels Ventilen (9,9',10,11,13,13',21,22,23,24) steuerbar ist, wobei zumindest ein erster Zylinder (3), ein zweiter Zylinder (2) und ein dritter Zylinder (4) vorgesehen sind, wobei jeder der Zylinder (2,3,4) über zumindest jeweils ein Ventil (9,9',10,11) mit einem Ansaugkanal (7) verbindbar ist, jeder der Zylinder (2,3,4) über zumindest jeweils ein Ventil (13,13',14,15) mit einem Abgaskanal (8) verbindbar ist, wobei der erste Zylinder (3) mit dem zweiten und/oder mit dem dritten Zylinder (2,4) über zumindest jeweils einen Überströmkanal (17,18,19,20) verbindbar ist, wobei dazu der zweite und der dritte Zylinder (2,4) zumindest jeweils ein Ventil (21,22,23,24) zur Steuerung der Überströmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin der erste Zylinder (3) über ein weiteres Ventil (25) mit einem Druckreservoir (31) verbindbar ist.Internal combustion engine (1) with a plurality of cylinders (2, 3, 4) each with a piston (50, 51, 52) displaceably arranged therein, the inflow and outflow of a gas into or out of one of the cylinders (2, 3, 4) can be controlled by means of valves (9, 9 ', 10, 11, 13, 13', 21, 22, 23, 24), with at least a first cylinder (3), a second cylinder (2) and a third Cylinders (4) are provided, each of the cylinders (2, 3, 4) being connectable to an intake duct (7) via at least one valve (9, 9 ', 10, 11), each of the cylinders (2, 3, 4) can be connected to an exhaust gas duct (8) via at least one valve (13, 13 ', 14, 15), the first cylinder (3) with the second and / or with the third cylinder (2, 4) via at least one overflow channel (17, 18, 19, 20) can be connected, the second and third cylinder (2, 4) each having at least one valve (21, 22, 23, 24) for controlling the overflow, characterized in that, that the first cylinder (3) continues for a long time eres valve (25) can be connected to a pressure reservoir (31).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem darin verlagerbar angeordneten Kolben, wobei die Ein- bzw. Ausströmung eines Gases in bzw. aus einem Zylinder mittels Ventilen steuerbar ist, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem darin verlagerbar angeordneten Kolben, wobei die Ein- bzw. Ausströmung eines Gases in bzw. aus einem Zylinder mittels Ventilen gesteuert wird.The invention relates to an internal combustion engine with a plurality of cylinders each with a piston displaceably arranged therein, the inflow and outflow of a gas into or out of a cylinder being controllable by means of valves, in particular according to the preamble of claim 1. The invention also relates a method for operating an internal combustion engine with a plurality of cylinders, each with a piston displaceably arranged therein, the inflow and outflow of a gas into or out of a cylinder being controlled by means of valves.

Brennkraftmaschinen mit einer Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem darin verlagerbar angeordneten Kolben, bei welchen die Ein- bzw. Ausströmung eines Gases in bzw. aus einem Zylinder mittels Ventilen steuerbar ist, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dabei sind Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bei welchen Zylinder für die Verbrennung von Kraftstoff verwendet werden und bei welchen davon unterschiedliche Zylinder als Kompressions- oder Expansionselemente dienen. So ist beispielsweise die US 6 318 310 B1 bekannt geworden, bei welcher eine Dreizylinder-Anordnung offenbart ist, bei welcher ein mittlerer Zylinder als Kompressions-/Expansions-Kammer verwendet wird, wobei in einem ersten Betriebszustand ein in diesen Zylinder einströmendes Gas komprimiert wird und bei dem in einem anderen Betriebszustand ein in diesen Zylinder einströmendes Gas expandiert wird.Internal combustion engines with a plurality of cylinders each with a piston displaceably arranged therein, in which the inflow or outflow of a gas into or out of a cylinder can be controlled by means of valves, are sufficiently known in the prior art. Internal combustion engines have become known in which cylinders are used for the combustion of fuel and in which cylinders different therefrom serve as compression or expansion elements. For example, the US 6,318,310 B1 has become known in which a three-cylinder arrangement is disclosed in which a middle cylinder is used as a compression / expansion chamber, a gas flowing into this cylinder being compressed in a first operating state and a gas flowing into this in another operating state Gas flowing into the cylinder is expanded.

Die DE 902 101 B offenbart ein Arbeitsverfahren für eine Brennkraftmaschine, bei welchem ein Niederdruckzylinder im Zweitaktbetrieb als Verdichter oder als Entspanner arbeitet, der mit Hochdruckzylindern, die im Viertakt-Betrieb arbeiten, verbindbar ist.the DE 902 101 B discloses a working method for an internal combustion engine in which a low-pressure cylinder works in two-stroke operation as a compressor or as an expander, which can be connected to high-pressure cylinders which work in four-stroke operation.

Die DE 10 2010 025 051 A1 und die DE 10 2010 015 698 A1 offenbaren einen Brennkraftmotor mit einem ersten Zylinder und mit einem zweiten Zylinder mit darin verlagerbaren Kolben und mit einer Überströmverbindung.the DE 10 2010 025 051 A1 and the DE 10 2010 015 698 A1 disclose an internal combustion engine with a first cylinder and with a second cylinder with pistons displaceable therein and with an overflow connection.

Auch die US 7 353 786 B2 offenbart einen Brennkraftmotor mit einem ersten Zylinder und mit einem zweiten Zylinder mit darin verlagerbaren Kolben und mit einem verbindenden Reservoir.Also the US 7 353 786 B2 discloses an internal combustion engine having a first cylinder and a second cylinder with pistons displaceable therein and with a connecting reservoir.

Die DE 103 11 776 B4 offenbart eine Viertakt-Brennkraftmaschine in Parallel-Twin-Anordnung mit insgesamt vier Kolben.the DE 103 11 776 B4 discloses a four-stroke internal combustion engine in a parallel twin arrangement with a total of four pistons.

Bei Brennkraftmaschinen der oben genannten Art, ist es nachteilig, dass die Kompression oder Expansion nur über die aktuelle Befüllung des diesbezüglichen Zylinders für die Kompression oder Expansion erfolgen kann, so dass keine Nachhaltigkeit und darüber hinausgehende Energieeffizienz erzielbar ist.In the case of internal combustion engines of the type mentioned above, it is disadvantageous that the compression or expansion can only take place via the current filling of the relevant cylinder for the compression or expansion, so that sustainability and energy efficiency beyond that can be achieved.

Der Begriff Gas wird in der vorliegenden Anmeldung synonym als Gas oder auch für ein im Wesentlichen gasförmiges Gemisch verwendet, wobei es sich durchaus auch um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch oder um ein Abgas handeln kann.In the present application, the term gas is used synonymously as gas or also for an essentially gaseous mixture, which can also be an air-fuel mixture or an exhaust gas.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art zu schaffen, die hinsichtlich der Energieeffizienz weiter verbessert ist.It is the object of the invention to create an internal combustion engine of the type mentioned above which is further improved in terms of energy efficiency.

Dies wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1, wonach eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem darin verlagerbar angeordneten Kolben geschaffen wird, wobei die Ein- bzw. Ausströmung eines Gases in bzw. aus einem Zylinder mittels Ventilen steuerbar ist, wobei zumindest ein erster Zylinder, ein zweiter Zylinder und ein dritter Zylinder vorgesehen sind, wobei jeder der Zylinder über zumindest jeweils ein Ventil mit einem Ansaugkanal verbindbar ist, jeder der Zylinder über zumindest jeweils ein Ventil mit einem Abgaskanal verbindbar ist, wobei der erste Zylinder mit dem zweiten Zylinder und/oder mit dem dritten Zylinder über zumindest jeweils einen Überströmkanal verbindbar ist, wobei dazu der zweite Zylinder und der dritte Zylinder zumindest jeweils ein Ventil zur Steuerung der Überströmung aufweist, wobei weiterhin der erste Zylinder über ein weiteres Ventil mit einem Druckreservoir verbindbar ist. Dadurch kann je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine das Druckreservoir mit Luft unter hohem Druck, wie Pressluft, befüllt werden bzw. die unter Druck stehende Luft gezielt wieder abgelassen werden, um den Betrieb der Brennkraftmaschine zu unterstützen.This is achieved with the features of claim 1, according to which an internal combustion engine is created with a plurality of cylinders each with a piston displaceably arranged therein, the inflow and outflow of a gas into or out of a cylinder being controllable by means of valves, with at least a first cylinder, a second cylinder and a third cylinder are provided, each of the cylinders being connectable to an intake duct via at least one valve, each of the cylinders being connectable to an exhaust duct via at least one valve, the first cylinder being connected to the second Cylinder and / or can be connected to the third cylinder via at least one overflow channel, the second cylinder and the third cylinder each having at least one valve for controlling the overflow, the first cylinder also being connectable to a pressure reservoir via a further valve. As a result, depending on the operating point of the internal combustion engine, the pressure reservoir can be filled with air under high pressure, such as compressed air, or the pressurized air can be specifically released again in order to support the operation of the internal combustion engine.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der erste Zylinder ein größeres Hubvolumen aufweist als der zweite Zylinder und/oder als der dritte Zylinder. Dies bewirkt, dass die Funktion des Verdichtens und Entspannens verbessert wird, weil ein größeres Volumen dafür zur Verfügung steht. Dabei kann das größere Hubvolumen durch einen größeren Hub und/oder über eine größere Bohrung realisiert sein.It is advantageous if the first cylinder has a larger stroke volume than the second cylinder and / or than the third cylinder. This has the effect that the function of compression and relaxation is improved because a larger volume is available for it. The larger stroke volume can be realized by a larger stroke and / or via a larger bore.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Zylinder mittels jeweils zwei Ventilen mit dem Ansaugkanal und/oder mit dem Abgaskanal verbindbar ist. Dies bewirkt, dass in Betriebsbereichen, in welchen diese Ventile als Ein- oder Auslassventilen nutzbar sind, ein höherer Massendurchsatz vom Ansaugkanal zum Zylinder oder aus dem Zylinder zum Abgaskanal erreichbar ist.It is also advantageous if the first cylinder can be connected to the intake duct and / or to the exhaust gas duct by means of two valves in each case. This has the effect that in operating areas in which these valves can be used as inlet or outlet valves, a higher mass throughput can be achieved from the intake duct to the cylinder or from the cylinder to the exhaust duct.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der erste Zylinder mittels jeweils zwei Ventilen mit dem zweiten Zylinder und/oder mittels zwei Ventilen mit dem dritten Zylinder verbindbar ist.It is also useful if the first cylinder by means of two valves with the second Cylinder and / or can be connected to the third cylinder by means of two valves.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Ventil zur Verbindung mit dem Druckreservoir im Wesentlichen mittig zu den anderen Ventilen des ersten Zylinders angeordnet ist.It is advantageous if the valve for connection to the pressure reservoir is arranged essentially in the center of the other valves of the first cylinder.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Zylinder im Zweitaktbetrieb als Kompressionsorgan für das in den ersten Zylinder befüllbare Medium betreibbar ist.It is also advantageous if the first cylinder can be operated in two-stroke operation as a compression element for the medium that can be filled into the first cylinder.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der erste Zylinder im Zweitaktbetrieb als Expansionsorgan für das in den ersten Zylinder befüllbare Medium betreibbar ist.Furthermore, it is expedient if the first cylinder can be operated in two-stroke operation as an expansion element for the medium that can be filled into the first cylinder.

Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird erreicht mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern mit jeweils einem darin verlagerbar angeordneten Kolben, wobei die Ein- bzw. Ausströmung von eines Gases in bzw. aus einem Zylinder mittels Ventilen gesteuert wird, wobei zumindest ein erster Zylinder, ein zweiter Zylinder und ein dritter Zylinder vorgesehen sind, wobei jeder der Zylinder über zumindest jeweils ein Ventil mit einem Ansaugkanal verbindbar ist, jeder der Zylinder über zumindest jeweils ein Ventil mit einem Abgaskanal verbindbar ist, wobei der erste Zylinder mit dem zweiten und/oder mit dem dritten Zylinder über zumindest jeweils einen Überströmkanal verbindbar ist, wobei dazu der zweite und der dritte Zylinder zumindest jeweils ein Ventil zur Steuerung der Überströmung aufweist, wobei weiterhin der erste Zylinder über ein weiteres Ventil mit einem Druckreservoir verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinder insbesondere bei geringen Motordrehzahlen im Zweitaktbetrieb als Kompressionsorgan für das in den ersten Zylinder befüllte Medium betreibbar ist und/oder der erste Zylinder insbesondere bei hohen Motorlasten im Zweitaktbetrieb als Expansionsorgan für das in den ersten Zylinder befüllte Medium betreibbar ist.The object with regard to the method is achieved with a method for operating an internal combustion engine with a plurality of cylinders, each with a piston displaceably arranged therein, the inflow and outflow of a gas into or out of a cylinder being controlled by means of valves, with at least a first cylinder, a second cylinder and a third cylinder are provided, each of the cylinders being connectable to an intake duct via at least one valve, each of the cylinders being connectable to an exhaust duct via at least one valve, the first cylinder being connected to the second and / or can be connected to the third cylinder via at least one overflow channel, the second and the third cylinder each having at least one valve for controlling the overflow, the first cylinder also being connectable to a pressure reservoir via a further valve, characterized in that that the first cylinder in especially at low engine speeds in two-stroke operation as a compression element for the medium filled in the first cylinder and / or the first cylinder can be operated as an expansion element for the medium filled in the first cylinder, especially at high engine loads in two-stroke operation.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn in einem ersten Betriebszustand das Druckreservoir mit einem unter hohem Druck stehenden Medium beaufschlagbar ist und in einem zweiten Betriebszustand das Druckreservoir mit einem unter hohem Druck stehenden Medium entladbar istIt is advantageous if, in a first operating state, the pressure reservoir can be acted upon with a medium under high pressure and in a second operating state the pressure reservoir can be discharged with a medium under high pressure

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.Further advantageous refinements are described by the following description of the figures and by the subclaims.

FigurenlisteFigure list

Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zylinderanordnung,
2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zylinderanordnung,
3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zylinderanordnung,
4 eine schematische Darstellung einer Zylinderanordnung mit einem Druckreservoir.

The invention is explained in more detail below on the basis of at least one exemplary embodiment with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic view of a cylinder arrangement according to the invention,
2 a schematic view of a cylinder arrangement according to the invention,
3 a schematic view of a cylinder arrangement according to the invention,
4th a schematic representation of a cylinder arrangement with a pressure reservoir.

Die 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Mehrzahl von Zylindern 2, 3, 4, die in einer Reihe nebeneinander in einem Gehäuseblock 5 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sind. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die in 1 gezeigten Zylinder 2, 3, 4 einer Zylinderbank 6 nur einen Teil der Brennkraftmaschine 1 bilden und gegebenenfalls auch mit einer weiteren, nicht dargestellten, Zylinderbank die Brennkraftmaschine 1 weiterbilden. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Brennkraftmaschine 1 die Struktur eines Sechszylindermotors aufweist, wie eines Reihensechszylindermotors, eines V-Motors oder eines Boxermotors, bei welchem zwei der Zylinder in zumindest manchen Betriebsbereichen statt für die Kraftstoffverbrennung erfindungsgemäß für die Kompression bzw. für die Expansion von einem gasförmigen Fluid herangezogen wird.the 1 shows schematically an internal combustion engine 1 with a plurality of cylinders 2 , 3 , 4th that are in a row next to each other in a housing block 5 the internal combustion engine 1 are arranged. It can be advantageous if the in 1 shown cylinder 2 , 3 , 4th a cylinder bank 6th only part of the internal combustion engine 1 form and possibly also with a further, not shown, cylinder bank the internal combustion engine 1 educate. It can be advantageous if the internal combustion engine 1 has the structure of a six-cylinder engine, such as an in-line six-cylinder engine, a V-engine or a boxer engine, in which two of the cylinders are used in at least some operating ranges for the compression or expansion of a gaseous fluid instead of fuel combustion.

Gegebenenfalls ist es bei einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn der Wechsel in der Verwendung des jeweiligen Zylinders betriebspunktabhängig steuerbar ist, so dass in einem vorzugsweisen Betriebsbereich der ausgewählte Zylinder zur Verbrennung von einem Kraftstoff-Luft-Gemisch herangezogen wird und in einem weiteren vorteilhaften Betriebsbereich der ausgewählte Zylinder als Kompressor und/oder Expander arbeitet.In a further embodiment of the invention, it may be advantageous if the change in the use of the respective cylinder can be controlled as a function of the operating point so that the selected cylinder is used for combustion of a fuel-air mixture in a preferred operating range and in a further advantageous operating range the selected cylinder works as a compressor and / or expander.

Die 1 zeigt, dass die Zylinder 2, 3, 4 mit einem Ansaugkanal 7 und mit einem Abgaskanal 8 verbunden sind. Dabei verzweigt sich der Ansaugkanal 7 derart, dass er mit den Zylindern 2, 4 mit jeweils einem Ventil 9, 9' mit dem Zylinder gesteuert verbindbar ist. Dabei ist das Ventil 9, 9' ein Ventil des Zylinders 2 bzw. des Zylinders 4. Die beiden äußeren Zylinder sind daher jeweils mit einem Ventil 9, 9` mit dem Ansaugkanal verbindbar. Der mittlere Zylinder 3 ist über zwei Ventile 10, 11 mit dem Ansaugkanal 7 verbindbar, der vor der Verbindung mit den Ventilen 10, 11 eine Verzweigung 12 aufweist.the 1 shows that the cylinder 2 , 3 , 4th with an intake duct 7th and with an exhaust duct 8th are connected. The intake channel branches out 7th such that he is with the cylinders 2 , 4th with one valve each 9 , 9 ' is controllably connectable to the cylinder. Here is the valve 9 , 9 ' a valve of the cylinder 2 or the cylinder 4th . The two outer cylinders are therefore each equipped with a valve 9 , 9 ' can be connected to the intake duct. The middle cylinder 3 is via two valves 10 , 11 with the intake duct 7th connectable before connecting to the valves 10 , 11 a branch 12th having.

Der Abgaskanal 8 ist mit den Zylindern 2, 3, 4 wiederum mit Ventilen 13, 13' verbindbar. So sind die Ventile 13, 13` angeordnet, um den Zylinder 2 bzw. den Zylinder 4 mit dem Abgaskanal 8 zu verbinden. Der mittlere Zylinder 3 weist wiederum zwei Ventile 14, 15 auf zur Verbindung des Zylinders 3 mit dem Abgaskanal 8, wobei eine Verzweigung 16 im Abgaskanal 8 vorgesehen ist zur Aufteilung des Abgaskanals auf die beiden Ventile 14, 15.The exhaust duct 8th is with the cylinders 2 , 3 , 4th again with valves 13th , 13 ' connectable. So are the valves 13th , 13` arranged to the cylinder 2 or the cylinder 4th with the exhaust duct 8th connect to. The middle cylinder 3 again has two valves 14th , 15th to connect the cylinder 3 with the exhaust duct 8th , being a branch 16 in the exhaust duct 8th is provided for dividing the exhaust gas duct between the two valves 14th , 15th .

Weiterhin ist zu erkennen, dass zwischen den Zylindern 2, 3, 4 Kanäle 17, 18, 19, 20 vorgesehen sind, um einen Austausch eines Mediums von einem Zylinder zu einem anderen zu gewährleisten. Dabei sind die Überströmkanäle 17,18,19,20 derart ausgebildet, dass sie an einem Zylinder ein den Öffnungszustand des Kanals steuerndes Ventil angeordnet aufweisen. So ist an Zylinder 2 ein Ventil 21 vorgesehen zur Steuerung des Öffnungszustandes des Kanals 17 zwischen dem Zylinder 2 und dem Zylinder 3. Weiterhin ist ein Ventil 22 vorgesehen zur Steuerung des Öffnungszustandes des Kanals 18 zwischen dem Zylinder 2 und dem Zylinder 3. Zur Verbindung des Zylinders 4 mit dem Zylinder 3 sind die Kanäle 19, 20 vorgesehen, wobei das Ventil 23 den Öffnungs- oder Schließzustand des Kanals 19 steuert. Darüber hinaus steuert das Ventil 24 den Öffnungs- oder Schließzustand des Kanals 20 zwischen dem Zylinder 3 und dem Zylinder 4. Weiterhin ist zu erkennen, dass der Zylinder 3 ein fünftes Ventil 25 aufweist, mittels welchem der Zylinder 3 mit einem Druckreservoir verbindbar ist, das in der 1 jedoch nicht dargestellt ist.It can also be seen that between the cylinders 2 , 3 , 4th channels 17th , 18th , 19th , 20th are provided to ensure an exchange of a medium from one cylinder to another. Here are the overflow channels 17th , 18th , 19th , 20th designed in such a way that they have a valve arranged on a cylinder which controls the opening state of the channel. So is the cylinder 2 a valve 21 intended to control the opening state of the channel 17th between the cylinder 2 and the cylinder 3 . There is also a valve 22nd intended to control the opening state of the channel 18th between the cylinder 2 and the cylinder 3 . To connect the cylinder 4th with the cylinder 3 are the channels 19th , 20th provided, the valve 23 the opening or closing state of the channel 19th controls. It also controls the valve 24 the opening or closing state of the channel 20th between the cylinder 3 and the cylinder 4th . It can also be seen that the cylinder 3 a fifth valve 25th has, by means of which the cylinder 3 can be connected to a pressure reservoir that is in the 1 however, is not shown.

Wie zu erkennen ist, sind somit zwischen den Zylindern 2 und 4 jeweils mit dem Zylinder 3 verbundene Verbindungskanäle 17, 18 bzw. 19, 20 vorgesehen, die zur Überströmung eines Gases bzw. Fluides zwischen den Zylindern herangezogen werden können.As can be seen, there are thus between the cylinders 2 and 4th each with the cylinder 3 connected connection channels 17th , 18th respectively. 19th , 20th provided, which can be used to flow over a gas or fluid between the cylinders.

Die 2 zeigt die Zylinderanordnung auf der Ansaugseite noch einmal in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Zylinder 2 und 4 weisen jeweils einen geringeren Durchmesser auf, als der Zylinder 3. Außerdem sind in der 2 die Zylinder 2 und 4 als HD-Zylinder bezeichnet, was diese als Hochdruckzylinder ausweist, was bei diesen Zylindern 2, 4 auf die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkraftmaschine hinweist.the 2 shows the cylinder arrangement on the intake side again in a schematic sectional view. The cylinders 2 and 4th each have a smaller diameter than the cylinder 3 . Also in the 2 the cylinders 2 and 4th referred to as high-pressure cylinders, which identifies them as high-pressure cylinders, what is the case with these cylinders 2 , 4th indicates the combustion of the fuel-air mixture in the internal combustion engine.

Der Zylinder 3 wird als ND-Zylinder bezeichnet, was ein Hinweis auf einen Niederdruckzylinder gibt, da dieser Zylinder 3 zumindest in gewissen Betriebspunkten des Betriebes der Brennkraftmaschine als Kompressor oder Expansionsorgan Verwendung finden soll. Wie zu erkennen ist, weist der Ansaugkanal 7 eine Verzweigung auf, die dazu führt, dass ein Ast 26 des Ansaugkanales mit dem Zylinder 2 verbindbar ist, ein Ast 27 mit dem Zylinder 4 verbindbar ist und jeweils ein Ast 28,29 mit dem Zylinder 3 verbindbar ist, wobei dies über die in 1 dargestellten Ventile 9, 10, 11 und 9' erfolgt. Die Kanäle 17, 18 bzw. 19, 20 sind als bogenförmige Kanäle zu erkennen, die über die Ventile 23, 24 bzw. 21, 22 in ihrer Durchströmung steuerbar sind, wobei in 2 lediglich die Kanäle 17, 20 und die Ventile 21, 24 zu erkennen sind.The cylinder 3 is referred to as an LP cylinder, which indicates a low pressure cylinder because this cylinder 3 should be used as a compressor or expansion device at least in certain operating points of the operation of the internal combustion engine. As can be seen, the intake port 7th a branch on that leads to a branch 26th of the intake duct with the cylinder 2 connectable is a branch 27 with the cylinder 4th can be connected and one branch each 28 , 29 with the cylinder 3 can be connected, this being done via the in 1 shown valves 9 , 10 , 11 and 9 ' he follows. The channels 17th , 18th respectively. 19th , 20th can be seen as arched channels over the valves 23 , 24 respectively. 21 , 22nd are controllable in their flow, with in 2 only the channels 17th , 20th and the valves 21 , 24 can be recognized.

Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Zylinderanordnung hinsichtlich des Abgaskanals 8, wobei wie auch in 2 ein Turbinenrad 30 erkennbar ist, das im Abgaskanal 8 angeordnet ist. Die Zylinder 2, 4 sind über die Ventile 13, 13' mit dem Abgaskanal 8 verbindbar. Weiterhin ist der mittlere Zylinder 3 über zwei Anschlüsse mit den Ventilen 14, 15 mit der Abgasleitung 8 verbindbar. Zwischen den Zylindern 2, 3 bzw. 3, 4 ist jeweils ein Überströmkanal 18, 19 vorgesehen, der mit den Ventilen 22, 23 hinsichtlich des Öffnungszustands steuerbar ist, um eine Gas- oder Fluid -Verbindung zwischen den Zylindern 2, 3 bzw. 3, 4 auf der Abgasseite zu realisieren.the 3 shows a sectional view of the cylinder arrangement with regard to the exhaust duct 8th , where as in 2 a turbine wheel 30th can be seen that in the exhaust duct 8th is arranged. The cylinders 2 , 4th are about the valves 13th , 13 ' with the exhaust duct 8th connectable. Furthermore is the middle cylinder 3 via two connections with the valves 14th , 15th with the exhaust pipe 8th connectable. Between the cylinders 2 , 3 respectively. 3 , 4th is an overflow channel in each case 18th , 19th provided with the valves 22nd , 23 can be controlled with regard to the opening state to establish a gas or fluid connection between the cylinders 2 , 3 respectively. 3 , 4th to be realized on the exhaust side.

Die 4 zeigt schematisch eine Zylinderanordnung mit den Zylindern 2, 3, 4, wobei der Zylinder 3 über das Ventil 25 mit einem Druckreservoir 31 über eine Verbindungsleitung 32 in Verbindung steht. Dadurch kann über das Ventil 25 das Druckreservoir 31, auch Druckspeicher genannt, an den Niederdruckzylinder 3 als Kompressor angeschlossen werden, so dass in Phasen, in welcher beispielsweise eine Rekuperation von Fahrenergie möglich ist, durch den als Kompressor wirkenden Zylinder 3 Luft komprimiert werden kann und in das Druckreservoir 31 eingespeist werden kann. Dabei werden die Ventile 10, 11 des Zylinders 3 als Kompressor geöffnet, um unter Druck stehende Luft in den Zylinder 3 einbringen zu können. Anschließend werden die Ventile 10, 11 geschlossen, die Ventile 14, 15 bleiben geschlossen und das Ventil 25 wird geöffnet, um bei einem Arbeitshub des Kolbens 50 nach oben komprimierte Luft aus dem Zylinder 3 in das Druckreservoir einbringen zu können.the 4th shows schematically a cylinder arrangement with the cylinders 2 , 3 , 4th , the cylinder 3 over the valve 25th with a pressure reservoir 31 via a connecting line 32 communicates. This allows over the valve 25th the pressure reservoir 31 , also called pressure accumulator, to the low-pressure cylinder 3 be connected as a compressor, so that in phases in which, for example, a recuperation of driving energy is possible, through the cylinder acting as a compressor 3 Air can be compressed and into the pressure reservoir 31 can be fed. Thereby the valves 10 , 11 of the cylinder 3 Opened as a compressor to bring pressurized air into the cylinder 3 to be able to contribute. Then the valves 10 , 11 closed the valves 14th , 15th stay closed and the valve 25th is opened to on one stroke of the piston 50 upwardly compressed air from the cylinder 3 to be able to bring into the pressure reservoir.

Erfindungsgemäß kann das unter Druck stehende Gas, wie die Luft, aus dem Druckreservoir 31 über die Leitung 32 und das Ventil 25 wieder dem Zylinder 3 zugeführt werden, um auf Grund der unter hohem Druck stehenden Luft dann den Kolben 50 im Zylinder 3 als sogenannten Luftmotor bei Betätigung der Ventile 14, 15 in entsprechender Phasenlage zu betreiben, um durch das Ablassen der Druckluft aus dem Reservoir 31 den Motor durch Beaufschlagung des Kolben 50 zu unterstützen. Die auf Grund der Verbrennung in den Zylindern 2, 4 beaufschlagten Kolben 51, 52 werden so zusätzlich durch die Kraftbeaufschlagung auf den Kolben 50 unterstützt. Somit kann eine Energieeffizienzerhöhung erreicht werden.According to the invention, the pressurized gas, such as air, can be extracted from the pressure reservoir 31 over the line 32 and the valve 25th back to the cylinder 3 are supplied to the piston due to the high pressure air 50 in the cylinder 3 as a so-called air motor when the valves are operated 14th , 15th operate in the appropriate phase position by releasing the compressed air from the reservoir 31 the engine by acting on the piston 50 to support. The one due to the combustion in the cylinders 2 , 4th loaded piston 51 , 52 are thus additionally due to the application of force on the piston 50 supports. An increase in energy efficiency can thus be achieved.

Hinsichtlich der Funktionsweise des Zylinders 3 mit dem Kolben 50 als Kompressor oder als Expansionsorgan sei darauf hingewiesen, dass in einem ersten Betriebsbereich der Zylinder 3 derart als Kompressor benutzt werden kann, dass er in einem Zweitaktbetrieb insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen als Kompressor betrieben wird, um Luft oder andere gasförmige Medien bei einem Arbeitshub des Kolbens 50 nach oben zu komprimieren. Dieses Medium kann dann auch über die Verbindungsleitungen 17, 20 durch Steuerung der Ventile 21, 24 in die Brennräume der Zylinder 2, 4 eingelassen werden. Dabei erfolgt die Befüllung des Kolbens 3 bevorzugt über die Druckanlage eines Turboladers eines Turbomotors, was beispielsweise wechselweise über die Ventile 10, 11 realisiert werden kann. Alternativ können die Ventile 10, 11 auch gleichzeitig betätigbar sein. In diesem Falle sind die Ventile 14, 15 verschlossen und abgeschaltet. Im Falle, einer konventionellen verwendeten Nockenwelle innerhalb der Brennkraftmaschine, die für einen Viertakt-Betrieb ausgelegt ist, werden die Kolben 51, 52 in den Zylindern 2, 4 im Viertakt-Betrieb betrieben, wobei der als Kompressor oder Expander arbeitende Kolben 50 im Zylinder 3 im Zweitakt-Betrieb betrieben werden kann.Regarding how the cylinder works 3 with the piston 50 as a compressor or as an expansion device, it should be noted that in a first operating range of the cylinder 3 can be used as a compressor in such a way that it is operated as a compressor in a two-stroke operation, in particular at low engine speeds, to air or other gaseous media during a working stroke of the piston 50 compress upwards. This medium can then also be used via the connecting lines 17th , 20th by controlling the valves 21 , 24 into the combustion chambers of the cylinders 2 , 4th be admitted. The piston is then filled 3 preferably via the pressure system of a turbocharger of a turbo engine, which, for example, alternately via the valves 10 , 11 can be realized. Alternatively, the valves 10 , 11 can also be operated at the same time. In this case the valves are 14th , 15th locked and switched off. In the case of a conventional camshaft used within the internal combustion engine, which is designed for four-stroke operation, the pistons 51 , 52 in the cylinders 2 , 4th operated in four-stroke operation, with the piston working as a compressor or expander 50 in the cylinder 3 can be operated in two-stroke operation.

Dadurch, dass die beiden äußern Zylinder 2, 4 als Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine im Viertakt-Betrieb arbeiten, die typischer Weise eine versetzte Zündfolge aufweisen, kann abwechselnd der Zylinder 2 oder der Zylinder 4 mit komprimierter Luft aus dem Zylinder 3 gespeist werden. Dabei sind dann die Einlassventile 9, 9' bevorzugt geschlossen, so dass die Ansaugluft, welche dem Zylinder zur Verbrennung zur Verfügung gestellt wird, über die Überstromkanäle 17, 20 dem jeweiligen Zylinder 2, 4 zur Verfügung gestellt wird. Als Auslassventile werden die Ventile 13, 13' verwendet, wobei bei dieser Betriebsart die Ventile 22, 23 nicht verwendet werden.By having the two outer cylinders 2 , 4th Working as a working cylinder of an internal combustion engine in four-stroke operation, which typically have a staggered firing sequence, the cylinder can alternate 2 or the cylinder 4th with compressed air from the cylinder 3 be fed. There are then the inlet valves 9 , 9 ' preferably closed, so that the intake air, which is made available to the cylinder for combustion, via the overflow channels 17th , 20th the respective cylinder 2 , 4th is made available. The valves are used as outlet valves 13th , 13 ' used, with the valves in this operating mode 22nd , 23 Not used.

Bei einer alternativen Vorgehensweise könnten die Ventile 22, 23 durchaus verwendbar sein. In einer ersten Betriebsart wird die Ansaugluft somit vom Ansaugkanal 7 über die Ventile 10, 11 in den Zylinder 3 eingelassen, um dort komprimiert zu werden, um anschließend durch die Überströmkanäle 17, 20 durch Steuerung der Ventile 21, 24 in die Zylinder 2, 4 eingelassen zu werden. Nach der Verbrennung im Zylinder erfolgt der Auslass des Abgases aus den Zylindern 2, 4 über die Ventile 13, 13` zum Abgaskanal 8.In an alternative approach, the valves 22nd , 23 be quite usable. In a first operating mode, the intake air is thus from the intake duct 7th via the valves 10 , 11 in the cylinder 3 let in to be compressed there and then through the overflow channels 17th , 20th by controlling the valves 21 , 24 in the cylinder 2 , 4th to be let in. After the combustion in the cylinder, the exhaust gas is discharged from the cylinders 2 , 4th via the valves 13th , 13` to the exhaust duct 8th .

In einer zweiten Betriebsweise dient der Zylinder 3 als Expansionsorgan, wobei in diesem Falle die Ventile 10, 11 und 21, 24 und 13, 13' verschlossen sind, so dass die Ansaugluft von der Ansaugleitung 7 über die Ventile 9, 9` in die Zylinder 2, 4 eingelassen werden kann, um nach der Verbrennung das Verbrennungsgas über die Ventile 22, 23 in den Zylinder 3 einzulassen, wo es expandiert wird, bevor es über die Ventile 14, 15 in die Abgasleitung 8 ausgeschoben wird. Dadurch kann das Ansprechverhalten von Turbomotoren im Niederlastbereich durch eine zusätzliche Kompressoraufladung verbessert werden und bei hohen Lasten lässt sich der Wirkungsgrad durch die zusätzliche Expansion im Kolben 3 verbessern.The cylinder is used in a second mode of operation 3 as an expansion device, in which case the valves 10 , 11 and 21 , 24 and 13th , 13 ' are sealed so that the intake air from the intake line 7th via the valves 9 , 9 ' in the cylinder 2 , 4th can be let in after the combustion, the combustion gas through the valves 22nd , 23 in the cylinder 3 let in where it will expand before it over the valves 14th , 15th into the exhaust pipe 8th is pushed out. As a result, the response behavior of turbo engines in the low-load range can be improved by additional supercharging, and at high loads, the efficiency can be increased by the additional expansion in the piston 3 to enhance.

Die Kennzeichnung Niedriglastbereich bedeutet dabei einen Bereich niedriger Drehzahlen bzw. eine niedrige Gaspedalwinkelstellung, beispielsweise in einem Bereich zwischen 0 und 50% der nutzbaren Drehzahl oder der Gaspedalwinkelstellung, wobei eine hohe Last eine hohe Drehzahl bzw. eine hohe Gaspedalwinkelstellung im Bereich zwischen 75 und 100% darstellt.The designation low-load range means a range of low speeds or a low accelerator pedal angle position, for example in a range between 0 and 50% of the usable speed or the accelerator pedal angle position, whereby a high load means a high speed or a high accelerator pedal angle position in the range between 75 and 100%. represents.

Durch die Steuerung des Ventils 25 kann darüber hinausgehend noch eine weitere Effizienzsteigerung erzielt werden, in dem das in einem Druckreservoir 31 speicherbare und unter Druck stehende Medium gezielt ausgelassen werden kann, um eine zusätzliche Antriebskraft auf den Kolben 50 bzw. auf die Kurbelwelle zu übertragen.By controlling the valve 25th In addition, a further increase in efficiency can be achieved in that this is done in a pressure reservoir 31 storable and pressurized medium can be discharged in a targeted manner in order to exert additional driving force on the piston 50 or to be transferred to the crankshaft.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22: Zylindercylinder
33: Zylindercylinder
44th: Zylindercylinder
55: GehäuseblockHousing block
66th: ZylinderbankCylinder bank
77th: AnsaugkanalIntake duct
88th: AbgaskanalExhaust duct
99: VentilValve
9'9 ': VentilValve
1010: VentilValve
1111: VentilValve
1212th: Verzweigungbranch
1313th: VentilValve
13'13 ': VentilValve
1414th: VentilValve
1515th: VentilValve
1616: Verzweigungbranch
1717th: Kanalchannel
1818th: Kanalchannel
1919th: Kanalchannel
2020th: Kanalchannel
2121: VentilValve
2222nd: VentilValve
2323: VentilValve
2424: VentilValve
2525th: VentilValve
2626th: Verbindungsleitung, AstConnecting line, branch
2727: Verbindungsleitung, AstConnecting line, branch
2828: Verbindungsleitung, AstConnecting line, branch
2929: Verbindungsleitung, AstConnecting line, branch
3030th: TurbinenradTurbine wheel
3131: DruckreservoirPressure reservoir
3232: VerbindungsleitungConnecting line
5050: KolbenPistons
5151: KolbenPistons
5252: KolbenPistons

Claims

Internal combustion engine (1) with a plurality of cylinders (2, 3, 4) each with a piston (50, 51, 52) arranged displaceably therein, the inflow and outflow of a gas into or out of one of the cylinders (2, 3, 4) can be controlled by means of valves (9, 9 ', 10, 11, 13, 13', 21, 22, 23, 24), with at least a first cylinder (3), a second cylinder (2) and a third Cylinders (4) are provided, each of the cylinders (2, 3, 4) being connectable to an intake duct (7) via at least one valve (9, 9 ', 10, 11), each of the cylinders (2, 3, 4) can be connected to an exhaust gas duct (8) via at least one valve (13, 13 ', 14, 15), the first cylinder (3) with the second and / or with the third cylinder (2, 4) via at least one overflow channel (17, 18, 19, 20) can be connected, the second and third cylinder (2, 4) each having at least one valve (21, 22, 23, 24) for controlling the overflow, characterized in that, that the first cylinder (3) continues over a white teres valve (25) can be connected to a pressure reservoir (31).

Internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that the first cylinder (3) has a larger stroke volume than the second cylinder (2) and / or than the third cylinder (4).

Internal combustion engine after Claim 1 or 2 , characterized in that the first cylinder (3) can be connected to the intake duct (7) and / or to the exhaust gas duct (8) by means of two valves (10, 11).

Internal combustion engine after Claim 1 or 2 , characterized in that the first cylinder (3) can be connected to the second cylinder (2) by means of two valves (21, 22) and / or to the third cylinder (4) by means of two valves (23, 24).

Internal combustion engine according to one of the preceding Claims 2 until 4th , characterized in that the valve (25) for connection to the pressure reservoir (31) are arranged essentially centrally to the other valves of the first cylinder (2).

Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first cylinder (3) can be operated in two-stroke operation as a compression element for the medium filled in the first cylinder (3).

Internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first cylinder (3) can be operated in two-stroke operation as an expansion element for the medium filled in the first cylinder (3).

A method for operating an internal combustion engine (1) having a plurality of cylinders (2,3,4) each with a displaceably arranged piston (50,51,52) therein, the inflow and outflow of a gas into and out of a Cylinder (2,3,4) is controlled by means of valves (9,9 ', 10,11,13,13', 21,22,23,24), with at least a first cylinder (3), a second cylinder (2 ) and a third cylinder (4) are provided, each of the cylinders (2, 3, 4) being connectable to an intake duct (7) via at least one valve (9, 9 ', 10, 11), each of the cylinders ( 2,3,4) can be connected to an exhaust gas duct (8) via at least one valve (13,13 ', 14,15) each, the first cylinder (3) with the second and / or with the third cylinder (2, 4) can be connected via at least one overflow channel (17,18,19,20), the second and third cylinder (2,4) each having at least one valve (21,22,23,24) for controlling the overflow , wherein the first cylinder (3) in particular b ei low engine speeds in two-stroke operation can be operated as a compression element for the medium filled in the first cylinder (3) and / or the first cylinder (3) can be operated as an expansion element for the medium filled in the first cylinder (3), especially with high engine loads in two-stroke operation , characterized in that the first cylinder (3) can also be connected to a pressure reservoir (31) via a further valve (25).

Procedure according to Claim 8 , characterized in that in a first operating state the pressure reservoir (31) with a medium under high pressure can be acted upon and, in a second operating state, the pressure reservoir (31) can be discharged with a medium under high pressure.