DE102011107225A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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DE102011107225A1
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Inventor
Ekkehard Pott
Dr. Groenendijk Axel
Jürgen Endeward
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F02B33/18Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with crankshaft being arranged between working and pumping cylinders

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem zwei Arbeitszylinder ausgebildet sind, wobei in jedem der Arbeitszylinder jeweils ein Arbeitskolben (20, 22) zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt wird, wobei die Bewegung der Arbeitskolben (20, 22) auf eine Kurbelwelle (14) übertragen wird, wobei von der Kurbelwelle (14) eine Tilgermasse zyklisch, den Bewegungen der Arbeitskolben (20, 22) entgegengesetzt bewegt wird, wobei die Tilgermasse als Kompressorkolben (26) eines als Kolbenpumpe arbeitenden Kompressors vorgesehen ist, der den Arbeitszylindern verdichtete Frischluft zuführt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressorkolben (26) in einem Kompressorzylinder des Kurbelgehäuses angeordnet ist, der mit den Arbeitszylindern in Reihe angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem zwei Arbeitszylinder ausgebildet sind, wobei in jedem der Arbeitszylinder jeweils ein Arbeitskolben zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt wird, wobei die Bewegung der Arbeitskolben auf eine Kurbelwelle übertragen wird, wobei von der Kurbelwelle eine Tilgermasse zyklisch, den Bewegungen der Arbeitskolben entgegengesetzt bewegt wird, wobei die Tilgermasse als Kolben eines als Kolbenpumpe ausgebildeten Kompressors vorgesehen ist, der den Arbeitszylindern verdichtete Frischluft zuführt.
  • Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE 31 20 190 A1 bekannt. Darin ist eine 2-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine offenbart, bei der die in den zwei Arbeitszylindern zyklisch bewegten Arbeitskolben gleichphasig von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Die Kurbelwelle treibt gleichzeitig eine Tilgermasse an, die zum Ausgleich der von dem gleichphasig angetriebenen Arbeitskolben erzeugten Massenkräfte vorgesehen ist. Dabei bewegt greift das Pleuel, mit dem die Tilgermasse zyklisch angetrieben wird, um 180° versetzt zu den Pleueln, mit denen die beiden Arbeitskolben angetrieben werden, an der Kurbelwelle an, woraus die stets entgegengesetzte Richtung der Bewegungen der Tilgermasse einerseits und der Arbeitskolben andererseits resultiert. Bei der Brennkraftmaschine gemäß der DE 31 20 190 A1 dient die Tilgermasse gleichzeitig als Kolben einer Kolbenpumpe, über die den Arbeitszylindern verdichtete Frischluft zugeführt wird und die somit als Kompressor der Brennkraftmaschine fungiert.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte gattungsgemäße Brennkraftmaschine anzugeben. Insbesondere sollte eine Brennkraftmaschine, wie sie aus der DE 31 20 190 A1 bekannt ist, kostengünstiger herstellbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Kosten für die Realisierung einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine dadurch zu reduzieren, dass für die erfindungsgemäße 2-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine auf das Kurbelgehäuse einer 3-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine zurückgegriffen wird, so dass insbesondere dann, wenn für eine Motorenpalette sowohl 2- als auch 3-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschinen vorhergesehen sind, durch die Verwendung von Gleichteilen eine Kostenreduktion erreicht werden kann.
  • Die erfindungsgemäße 2-Zylinder-Brennkraftmaschine wird somit in dem Kurbelgehäuse einer 3-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine realisiert, wobei einer der (Arbeits-)Zylinder des Kurbelgehäuses als Zylinder einer Kolbenpumpe umfunktioniert wird, die als Kompressor den zwei verbliebenen Arbeitszylindern verdichtete Frischluft zuführt. Dabei ist für einen verbesserten Ausgleich der Massenkräfte, die von den zyklisch innerhalb der Arbeitszylinder bewegten Arbeitskolben erzeugt werden, vorzugsweise vorgesehen, den mittleren der drei in Reihe angeordneten Zylinder des Kurbelgehäuses für die Ausbildung des Kompressors heranzuziehen.
  • Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem zwei Arbeitszylinder ausgebildet sind, wobei in jedem der Arbeitszylinder jeweils ein Arbeitskolben zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt wird, wobei die Bewegung der Arbeitskolben auf eine Kurbelwelle übertragen wird, wobei von der Kurbelwelle eine Tilgermasse zyklisch, den Bewegungen der Arbeitskolben entgegengesetzt bewegt wird, wobei die Tilgermasse als Kompressorkolben eines als Kolbenpumpe ausgebildeten Kompressors vorgesehen ist, der den Arbeitszylindern verdichtete Frischluft zuführt, wobei der Kompressorkolben in einem Kompressorzylinder des Kurbelgehäuses angeordnet ist, der mit den Arbeitszylindern in Reihe angeordnet ist.
  • Als Anordnung „in Reihe” wird dabei eine entlang einer Geraden zueinander ausgerichtete, parallele Anordnung der Zylinder verstanden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Arbeitszylinder nach dem bekannten 4-Takt-Verfahren arbeiten, d. h. vier aufeinander folgende Hübe jedes Arbeitskolbens in dem dazugehörigen Arbeitszylinder die vier Takte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen bewirken, wobei die Kurbelwelle (KW) für die Durchführung dieser vier Takte insgesamt zwei Umdrehungen der KW (720°KW) durchführt und wobei die von dem einen, ersten Arbeitszylinder durchgeführten Takte gegenüber denjenigen, die von dem zweiten Arbeitszylinder durchgeführt werden, um 360°KW phasenversetzt sind.
  • Gleichzeitig ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kompressor nach dem 2-Takt-Verfahren arbeitet, d. h. bei jedem (Abwärts-)Hub vorzugsweise gefilterte Frischluft ansaugt und bei jedem (Aufwärts-)Hub verdichtete Frischluft (abwechselnd) einem der beiden Arbeitszylinder zuführt. Dadurch können mit lediglich einer als Kompressor wirkenden Kolbenpumpe, deren Kolben von der gleichen Kurbelwelle wie die beiden Arbeitszylinder angetrieben wird, beide Arbeitszylinder (alternierend) mit der verdichteten Frischluft versorgt werden.
  • In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass dem Kompressorzylinder mindestens ein Einlassventil und mindestens ein, vorzugsweise zwei Auslassventile zugeordnet sind, wobei den beiden Arbeitszylindern jeweils mindestens zwei Einlass- und mindestens ein Auslassventil zugeordnet sind. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ermöglicht eine Realisierung bzw. einen Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Verfahren, bei dem ein Ventiltrieb der Brennkraftmaschine die Einlass- und Auslassventile der Arbeits- und Kompressorzylinder derart steuert, dass
    • – ein erstes Einlassventil der beiden Arbeitszylinder bei ca. OT (der beiden Arbeitskolben) öffnet,
    • – dieses erste Einlassventil bei ca. 120°KW nach OT (der beiden Arbeitskolben) schließt,
    • – gleichzeitig ein zweites Einlassventil der beiden Arbeitszylinder öffnet,
    • – gleichzeitig oder etwas früher, d. h. bei ca. 110°KW bis 120°KW nach OT (der beiden Arbeitskolben), das Auslassventil des sich im Kompressionshub befindlichen Kompressors öffnet,
    • – ca. 45°KW nach UT (der beiden Arbeitskolben) das zweite Einlassventil der beiden Arbeitszylinder sowie das Auslassventil des Kompressors geschlossen und
    • – anschließend das Einlassventil des Kompressors geöffnet wird,
    • – wobei die Betätigung der Einlass- und Auslassventile der beiden Arbeitszylinder um 360°KW versetzt erfolgt.
  • Die Steuerung der Auslassventile der Arbeitszylinder kann dabei mit konventionellen, insbesondere aus dem Stand der Technik bekannten Ventilsteuerzeiten erfolgen.
  • In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßer Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Arbeitszylinder jeweils (mindestens) zwei Einlass- und (mindestens) zwei Auslassventile aufweisen, wodurch in bekannter Weise der Gaswechsel in den Arbeitszylindern verbessert werden kann. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Einlass- und Auslassventile der Arbeitszylinder derart angeordnet sind, dass diese von zwei sogenannten „gemischten Nockenwellen” angesteuert werden, d. h. es ist ein Ventiltrieb mit zwei Nockenwellen vorgesehen, von denen jede mindestens ein Einlass- und ein Auslassventil jedes der Arbeitszylinder steuert.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eignet sich besonders bevorzugt für die Realisierung einer – vorzugsweise direkteinspritzenden – Diesel-Brennkraftmaschine, die insbesondere als Einstiegsmotorisierung für Personenkraftfahrzeuge oder für beliebige Arten von Industriemotoren zum Einsatz kommen kann. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für die Realisierung einer – vorzugsweise direkteinspritzenden – Otto-Brennkraftmaschine.
  • Da die Belastungen des Kompressorkolbens in der Regel deutlich geringer als diejenigen der Arbeitskolben sein werden, können folgende vorteilhafte konstruktive Ausgestaltungen vorgenommen werden, um die Reibungsverluste bei der Bewegung des Kompressorkolbens in dem Kompressorzylinder und oder die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zu senken:
    • – Die Anzahl und/oder Vorspannung von vorzugsweise vorgesehenen Kolbenringen kann geringer gewählt werden.
    • – Die Höhe, die Kontur und das Material der Kolbenringe kann abweichend von der-/demjenigen der Arbeitszylinder gewählt werden.
    • – Der Stoßspalt und/oder die Feuersteghöhe kann abweichend von demjenigen/derjenigen der Arbeitskolben gewählt werden.
    • – Das Kolbenmaterial und die Kolbenkontur kann abweichend von dem-/derjenigen der Arbeitskolben gewählt werden; vorzugsweise ohne Mulde und mit einem flachen Kolbenspiegel.
    • – Auf Kolbenkühldüsen und Kolbenkühlkanäle kann verzichtet werden.
    • – Der Kolbenbolzendurchmesser kann geringer, das Bolzen- und Lagermaterial abweichend (im Vergleich zu den Arbeitskolben) gewählt werden; das Lager kann ein höheres Spiel aufweisen.
    • – Der Pleuel kann z. B. durch einen schlankeren Schaft und/oder geringere Wandstärken als bei den Pleuel der Arbeitszylinder mit einem reduzierten Gewicht (im Vergleich zu den Pleueln der Arbeitskolben) ausgebildet werden.
    • – Das den Pleuel des Kompressorkolbens tragende Kurbelwellenlager kann kürzer und mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet werden; ein höheres Lagerspiel kann zugelassen werden; abweichende Materialpaarungen (jeweils im Vergleich zu den Pleueln der Arbeitskolben) können zulässig sein.
    • – Es können weichere Ventilfedern für die dem Kompressorzylinder zugeordneten Einlass- und/oder Auslassventile (im Vergleich zu den Ventilen der Arbeitszylinder) vorgesehen werden;
    • – Der Ventilhub kann von demjenigen der Einlass- und/Auslassventile der Arbeitszylinder abweichend vorgesehen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
  • 1: ein Systemschaubild für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
  • 2: die Kolben-Kurbelwellen-Anordnung der Brennkraftmaschine gemäß 1;
  • 3: eine erste Ausführungsform zur Anordnung der Einlass- und Auslassventile bei der Brennkraftmaschine gemäß 1;
  • 4: eine zweite Ausführungsform zur Anordnung der Einlass- und Auslassventile bei der Brennkraftmaschine gemäß 1; und
  • 5: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine gemäß 1.
  • Die 1 zeigt in einem Systemschaubild schematisch die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Diese umfasst ein Kurbelgehäuse 10, in dem insgesamt drei (gleich große) Zylinder in Reihe angeordnet sind. In jedem dieser Zylinder ist jeweils ein Kolben beweglich angeordnet, der über ein Pleuel 12 von einer Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) angetrieben wird (vgl. 2).
  • Die beiden äußeren Zylinder der Brennkraftmaschine sind als Arbeitszylinder 16, 18 vorgesehen, d. h. diese verrichten durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem zwischen einem Abschnitt des jeweiligen Zylinders (bzw. einer darin angeordneten Laufbuchse), einem von einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) ausgebildeten Brennraumdach und der Oberseite des dazugehörigen (Arbeits-)Kolbens 20, 22 ausgebildeten Brennraum Arbeit an der Kurbelwelle. Wie bei 2-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschinen üblich, ist der Antrieb der beiden Arbeitskolben 20, 22 der Arbeitszylinder 16, 18 gleichphasig, d. h. diese werden von der Kurbelwelle 14 stets parallel zueinander geführt.
  • Der in dem mittleren (Kompressor-)Zylinder 24 des Kurbelgehäuses 10 geführte (Kompressor) Kolben 26 dient zum Einen als Tilgermasse, durch den die von den beiden Arbeitskolben 20, 22 erzeugten Massenkräfte ausgeglichen werden sollen. Hierzu wird der Kompressorkolben 26 mit einem Phasenunterschied von 180°KW (Kurbelwellenwinkel) zu den beiden Arbeitskolben 20, 22 angetrieben, d. h. bei einer Aufwärtsbewegung der beiden Arbeitskolben 20, 22 erfolgt eine Abwärtsbewegung des als Tilgermasse vorgesehenen Kompressorkolbens 26 bzw. bei einer Abwärtsbewegung der beiden Arbeitskolben 20, 22 erfolgt eine Aufwärtsbewegung des Kompressorkolbens 26.
  • Erfindungsgemäß hat der in dem Kompressorzylinder 24 geführte Kolben zum Anderen noch die Funktion eines Kompressors, durch den Frischluft verdichtet und dann zum gegebenen Zeitpunkt jeweils einem der Arbeitszylinder zugeführt wird.
  • Dabei ist gemäß 5 folgende Steuerung der jeweils mit zwei Einlass- 28, 30, (EV1); 32, 34, (EV2) und zwei Auslassventilen 36, 38, (AV1); 40, 42, (AV2) versehenen Arbeitszylinder 16, 18 sowie des mit zwei Auslass- 44 (AV1), 46 (AV2) und einem oder zwei (dann gleichzeitig angesteuerten) Einlassventilen 48 (EV) ausgestatteten (vgl. 3 und 4) Kompressorzylinders 24 vorgesehen. Dabei zeigt 5 die Erhebung der einzelnen Einlass- und Auslassventile (auf der Vertikalachse) über dem Kurbelwellenwinkel (auf der Horizontalachse) der Kurbelwelle 14, von der die Einlass- und Auslassventile über einen nicht dargestellten Ventiltrieb, der zwei Nockenwellen umfasst, angetrieben werden.
  • Im unteren Totpunkt (UT) der beiden Arbeitskolben, die in dem Diagramm gemäß 5, oben, als 0°KW definiert ist, öffnen die beiden Auslassventile 36, 40 eines ersten (16) der beiden Arbeitszylinder (AV1/1, AV2/1). Zu diesem Zeitpunkt ist ein zweites 34 der Einlassventile des zweiten Arbeitszylinders 18 (EV2/2) voll geöffnet und beginnt zu schließen, was bei ungefähr 45°KW abgeschlossen ist. Im Bereich des oberen Totpunkts (OT) der beiden Arbeitskolben 20, 22 sind die Auslassventile 36, 40 des ersten Arbeitszylinders 16 (AV1/1, AV2/1) wieder geschlossen. Gleichzeitig oder kurz vorher beginnt das Öffnen eines ersten Einlassventils 28 des ersten Arbeitszylinders 16 (EV1/1), der bei ungefähr 300°KW wieder geschlossen ist. Gleichzeitig beginnt das Öffnen des zweiten Einlassventils 32 des ersten Arbeitszylinders 16 (EV2/1), das bei ungefähr 405°KW abgeschlossen ist. Bereits zuvor, im Bereich UT, d. h. bei 360°KW, beginnt das Öffnen der beiden Auslassventile 38, 42 des zweiten Arbeitszylinders 18 (AV1/2, AV2/2), das im Bereich OT der Arbeitskolben 20, 22, d. h. bei 540°KW beendet ist. Kurz zuvor beginnt das Öffnen des ersten Einlassventils 30 des zweiten Arbeitszylinders 18 (EV1/2), das bei ungefähr 660°KW abgeschlossen ist. Daraufhin öffnet das zweite Einlassventil 34 des zweiten Arbeitszylinders 18 (EV2/2), das beim Erreichen des unteren Totpunkts der beiden Arbeitskolben 20, 22, d. h. bei 720°KW, voll geöffnet ist. Daraufhin beginnt der zuvor beschriebene und in der 5 oben dargestellte Zyklus erneut.
  • Im unteren Teil des Diagramms der 5 sind die entsprechenden Steuerzeiten der Einlass- 48 und Auslassventile 44, 46 des Kompressors dargestellt. Im oberen Totpunkt (OT) des Kompressorkolbens 26 (den dieser gleichzeitig erreicht, wenn die beiden Arbeitszylinder ihren unteren Totpunkt (UT) erreichen) ist ein zweites Auslassventil 46 des Kompressorzylinders 24 (AV2/K) voll geöffnet, wobei dieses bis ca. 45°KW geschlossen wird. Daraufhin wird das oder werden die Einlassventil(e) 48 des Kompressorzylinders 24 (EV/K) geöffnet, was im Bereich UT des Kompressorkolbens 26 abgeschlossen ist. Dadurch kann von dem Kompressor Frischluft in den Kompressorzylinder 24 gesaugt werden. Diese Frischluft wird daraufhin in dem Kompressorzylinder 24 bei geschlossenen Einlass- 48 und Auslassventilen 44, 46 verdichtet und dann im Bereich um 300°KW ein erstes 44 der Auslassventile des Kompressorzylinders (AV1/K) geöffnet. Dadurch wird die in dem Kompressorzylinder 24 verdichtete Luft dem ersten Arbeitszylinder 16 der Brennkraftmaschine zugeführt, dessen zweites Einlassventil 32 (EV2/1) (ungefähr) gleichzeitig geöffnet ist. Das Öffnen des ersten Auslassventils 44 des Kompressorzylinders (AV1/K) ist bei ungefähr 405°KW abgeschlossen. Ungefähr dann beginnt ein erneutes Öffnen des bzw. der Einlassventile 48 (EV/K), wodurch erneut Frischluft in den Kompressorzylinder 24 gesaugt wird. Dieses Öffnen des bzw. der Einlassventile 48 (EV/K) ist wiederum im Bereich UT (540°KW) des Kompressorkolbens 26 beendet. Daraufhin beginnt erneut ein Verdichten der in dem Kompressorzylinder 24 enthaltenen Frischluft durch eine Aufwärtsbewegung (Richtung OT) des Kompressorkolbens 26 in dem Kompressorzylinder 24 bei geschlossenen Einlass- 48 und Auslassventilen 44, 46. Im Bereich um ca. 660°KW öffnet daraufhin ein zweites Auslassventil 42 des Kompressorzylinders 24 (AV2/K), wodurch die in dem Kompressorzylinder 24 verdichtete Frischluft dem zweiten Arbeitszylinder 18 zugeführt wird, dessen zweites Einlassventil 34 (EV2/2) (ungefähr) gleichzeitig mit dem zweiten Auslassventil 46 des Kompressorzylinders 24 (AV2/K) öffnet.
  • Die 3 und 4 zeigen zwei Alternativen zur Anordnung der jeweils vier Einlass- und Auslassventile der Arbeitszylinder 16, 18 sowie der drei oder vier Einlass- und Auslassventile des Kompressorzylinders 14.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 3 sind sämtliche Einlassventile 28, 32; 30, 34; 48 (EV, EV1, EV2) und sämtliche Auslassventile 36, 40; 38, 42; 44, 46 (AV1, AV2) der Arbeits- 16, 18 und Kompressorzylinder 24 in einer Reihe angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass insgesamt zwei Nockenwellen vorgesehen sind, von denen eine eine Auslassventile 36, 40; 38, 42;, 44 46 (AV1, AV2) und die andere alte Einlassventile 28, 32; 30, 34; 48 (EV, EV1, EV2) ansteuert. Die Nockenwellen rotieren mit im Vergleich zur Kurbelwelle 14 halber Rotationsgeschwindigkeit. Für die Betätigung der Einlass- 28, 32; 30, 34 und Auslassventile 36, 40; 38, 42, der Arbeitszylinder 16, 18 ist jeweils ein Nocken auf der jeweiligen Nockenwelle vorgesehen, wodurch der Betrieb der Arbeitszylinder in einem 4-Takt-Verfahren realisiert wird. Für die Betätigung der Einlass- 48 und Auslassventile 44, 46 des Kompressorzylinders 24 sind dagegen jeweils zwei, um 180° versetzt an den Nockenwellen angeordnete Nocken vorgesehen, wodurch erreicht wird, dass der Kompressor – trotz Antriebs des Kompressorkolbens 26 durch dieselbe (Kurbel-)Welle 14 wie die Arbeitskolben 20, 22 – in einem 2-Takt-Verfahren arbeitet, d. h. bei jedem Aufwärtshub Frischluft verdichtet und ausstößt und bei jedem Abwärtshub Frischluft ansaugt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß der 4 sind die Ventile des ersten Arbeitszylinders 16 um 90° (im Uhrzeigersinn um die jeweilige Längsachse der Arbeitszylinder) verdreht angeordnet, während bei dem zweiten Arbeitszylinder 18 die Position des ersten Auslassventils 38 und des zweiten Einlassventils 34 vertauscht wurde. Eine solche Ventilanordnung kann mit sogenannten „gemischten Nockenwellen” angesteuert werden, bei denen jede der beiden Nockenwellen jeweils ein Einlass- 28; 30 bzw. 32; 34 und ein Auslassventil 36; 38 bzw. 40; 42 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 ansteuert. Ein Vorteil, der sich aus dieser Ventilanordnung ergeben kann, ist, liegt in möglichst kurzen Wege zwischen den beiden Auslassventilen 44, 46 des Kompressorzylinders 24 und den diesen jeweils zugeordneten (d. h. mit diesen verbundenen) zweiten Einlassventilen 32, 34 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 (Reduzierung des Totvolumens).
  • Aus den in der 5 dargestellten Ventilsteuerzeiten ergibt sich, dass vorgesehen ist, den Arbeitszylindern 16, 18 der Brennkraftmaschine nicht ausschließlich von dem Kompressor vorverdichtete Frischluft zuzuführen. Vielmehr ist zusätzlich vorgesehen, nicht-vorverdichtete Frischluft beim Öffnen des jeweils ersten Einlassventils 28, 30 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 anzusaugen.
  • Sowohl das oder die Einlassventile 48 des Kompressorzylinders 24 als auch die beiden ersten Einlassventile 28, 30 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 sind mit derselben Frischluftzufuhr verbunden, in die ein Luftfilter 50 integriert sein kann. Das über die insgesamt vier Auslassventile 36, 40; 38, 42 der beiden Arbeitszylinder 16, 18 ausgestoßene Abgas wird einem Oxidationskatalysator 52 und optional einem Dieselpartikelfilter 54 zugeführt und dann in die Atmosphäre entlassen bzw. teilweise im Rahmen einer Niederdruck-Abgasrückführung der Frischluftzufuhr zugeführt (optional). Diese Niederdruck-Abgasrückführung kann über ein Regelventil 56 schaltbar ausgebildet sein und einen Kühler 58 integrieren. Weiterhin kann vorgesehen sein, einen Teilstrom des Abgases, noch bevor dieses über den Oxidationskatalysator 52 geführt wird, abzuzweigen und einer (optionalen) Hochdruck-Abgasrückführung zuzuführen. Auch diese Hochdruck-Abgasrückführung kann über ein Regelventil 60 schaltbar sein und einen Kühler 62 für das Abgas umfassen. Zusätzlich kann ein Bypass 64 vorgesehen sein, um diesen Kühler zu umgehen. Auch dieser Kühlerbypass kann (über dasselbe Regelventil 60) schaltbar ausgebildet sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Kurbelgehäuse
    12
    Pleuel
    14
    Kurbelwelle
    16
    erster Arbeitszylinder
    18
    zweiter Arbeitszylinder
    20
    Arbeitskolben des ersten Arbeitszylinders
    22
    Arbeitskolben des zweiten Arbeitszylinders
    24
    Kompressorzylinder
    26
    Kompressorkolben
    28
    erstes Einlassventil des ersten Arbeitszylinders
    30
    erstes Einlassventil des zweiten Arbeitszylinders
    32
    zweites Einlassventil des ersten Arbeitszylinders
    34
    zweites Einlassventil des zweiten Arbeitszylinders
    36
    erstes Auslassventil des ersten Arbeitszylinders
    38
    erstes Auslassventil des zweiten Arbeitszylinders
    40
    zweites Auslassventil des ersten Arbeitszylinders
    42
    zweites Auslassventil des zweiten Arbeitszylinders
    44
    erstes Auslassventil des Kompressorzylinders
    46
    zweites Auslassventil des Kompressorzylinders
    48
    Einlassventil(e) des Kompressorzylinders
    50
    Luftfilter
    52
    Oxidationskatalysator
    54
    Dieselpartikelfilter
    56
    Regelventil
    58
    Kühler
    60
    Regelventil
    62
    Kühler
    64
    Bypass
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3120190 A1 [0002, 0002, 0003]

Claims (7)

  1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse (10), in dem zwei Arbeitszylinder (16, 18) ausgebildet sind, wobei in jedem der Arbeitszylinder (16, 18) jeweils ein Arbeitskolben (20, 22) zyklisch zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt wird, wobei die Bewegung der Arbeitskolben (20, 22) auf eine Kurbelwelle (14) übertragen wird, wobei von der Kurbelwelle (14) eine Tilgermasse zyklisch, den Bewegungen der Arbeitskolben (20, 22) entgegengesetzt bewegt wird, wobei die Tilgermasse als Kompressorkolben (26) eines als Kolbenpumpe arbeitenden Kompressors vorgesehen ist, der den Arbeitszylindern (16, 18) verdichtete Frischluft zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressorkolben (26) in einem Kompressorzylinder (24) des Kurbelgehäuses (10) angeordnet ist, der mit den Arbeitszylindern (20, 22) in Reihe angeordnet ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (16, 18) nach dem 4-Takt-Verfahren arbeiten, während der Kompressor nach dem 2-Takt-Verfahren arbeitet.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kompressorzylinder (24) mindestens ein Einlassventil (48) und mindestens ein Auslassventil (44, 46) und den beiden Arbeitszylindern (16, 18) mindestens zwei Einlassventile (28, 32; 30, 34) und mindestens ein Auslassventil (36, 40; 38, 42) zugeordnet sind.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Ventiltrieb, der die Einlass- (28, 32; 30, 34; 48) und Auslassventile (36, 40; 38, 42; 44, 46) der Arbeits- (16, 18) und Kompressorzylinder (24) derart steuert, dass – ein erstes Einlassventil (28, 30) der beiden Arbeitszylinder (16, 18) bei ca. OT öffnet, – dieses erste Einlassventil (28, 30) bei ca. 120°KW nach OT schließt und – gleichzeitig ein zweites Einlassventil (32, 34) der beiden Arbeitszylinder (16, 18) öffnet, – bei ca. 110°KW bis 120°KW nach OT das Auslassventil (44, 46) des sich im Kompressionshub befindlichen Kompressorzylinders (24) öffnet, – ca. 45°KW nach UT das zweite Einlassventil (32, 34) der beiden Arbeitszylinder (16, 18) sowie das Auslassventil (44, 46) des Kompressorzylinders (24) geschlossen und – anschließend das Einlassventil (48) des Kompressorzylinders (24) geöffnet wird, wobei die Betätigung der Einlass- und Auslassventile des ersten Arbeitszylinder (16) um 360°KW versetzt zu dem zweiten Arbeitszylinder (18) erfolgt.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (16, 18) jeweils mindestens zwei Einlass- (28, 32; 30, 34) und zwei Auslassventile (36, 40; 38, 42) aufweisen.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Ventiltrieb mit zwei Nockenwellen, von denen jede mindestens ein Einlass- (28, 32; 30, 34) und ein Auslassventil (36, 40; 38, 42) jedes der Arbeitszylinder (16, 18) steuert.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach dem Dieselprinzip betreibbar ist.
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