DE102011107225A1

DE102011107225A1 - Internal combustion engine e.g. diesel engine for motor vehicle, has compressor cylinder that is arranged in series with working cylinders in crankcase

Info

Publication number: DE102011107225A1
Application number: DE102011107225A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott; Dr. Groenendijk Axel; Jürgen Endeward
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-17

Abstract

The internal combustion engine has a crankcase (10) that is equipped with two working cylinders (16,18). The working pistons (20,22) are arranged in the working cylinders, and are moved between a top dead center and lower dead center in a crankshaft. The movement of the working pistons are transmitted to the crankshaft. The movements of the working pistons is set opposite to a compressor piston (26) in a compressor cylinder (24). The compressor cylinder is arranged in series with working cylinders in crankcase.

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.The invention relates to an internal combustion engine with a crankcase, in which two working cylinders are formed, wherein in each of the working cylinder in each case a working piston cyclically between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) is moved, wherein the movement of the working piston on a crankshaft is transmitted, wherein the crankshaft absorber mass cyclically, the movements of the working piston is moved in opposite directions, wherein the absorber mass is provided as a piston designed as a piston compressor, which supplies the working cylinders compressed fresh air.

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.Such an internal combustion engine is from the DE 31 20 190 A1 known. Therein a 2-cylinder in-line internal combustion engine is disclosed, in which the cyclically moving in the two working cylinders working piston are driven in phase by a crankshaft. The crankshaft simultaneously drives a damper mass, which is provided to compensate for the mass forces generated by the in-phase driven piston. Moves moved the connecting rod, with which the absorber mass is driven cyclically offset by 180 ° to the connecting rods, with which the two working pistons, to the crankshaft, resulting in the always opposite direction of the movements of the absorber mass on the one hand and the working piston on the other , In the internal combustion engine according to the DE 31 20 190 A1 At the same time, the absorber mass serves as the piston of a piston pump via which compressed air is supplied to the working cylinders and thus acts as the compressor of the internal combustion engine.

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.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved generic internal combustion engine. In particular, an internal combustion engine, as is known from the DE 31 20 190 A1 is known to be cheaper to produce.

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.This object is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are the subject of the dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.

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.The invention is based on the idea to reduce the cost of the realization of a generic internal combustion engine characterized in that is used for the inventive 2-cylinder in-line internal combustion engine on the crankcase of a 3-cylinder in-line engine, so that in particular if For an engine range, both 2- and 3-cylinder in-line internal combustion engines are anticipated, by the use of common parts, a cost reduction can be achieved.

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.The 2-cylinder internal combustion engine according to the invention is thus realized in the crankcase of a 3-cylinder in-line internal combustion engine, wherein one of the (working) cylinder of the crankcase is converted as a cylinder of a piston pump, which supplies the two remaining working cylinders compressed fresh air as a compressor. In this case, for an improved compensation of the mass forces which are generated by the cyclically moving within the working cylinder working piston, it is preferably provided to use the middle of the three cylinders arranged in series of the crankcase for the formation of the compressor.

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.The invention accordingly an internal combustion engine with a crankcase, in which two working cylinders are formed, wherein in each of the working cylinder each a working piston cyclically between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) is moved, wherein the movement of the working piston a crankshaft is transmitted, wherein a damping mass is cyclically moved by the crankshaft, the movements of the working piston, wherein the absorber mass is provided as a compressor piston of a compressor designed as a piston pump which supplies the working cylinders compressed fresh air, wherein the compressor piston arranged in a compressor cylinder of the crankcase is arranged in series with the working cylinders.

Als Anordnung „in Reihe” wird dabei eine entlang einer Geraden zueinander ausgerichtete, parallele Anordnung der Zylinder verstanden.The arrangement "in series" is understood to mean a parallel arrangement of the cylinders aligned along a straight line.

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.In a preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention can be provided that the working cylinders operate according to the known 4-stroke method, d. H. four consecutive strokes of each working piston in the associated working cylinder, the four strokes suction, compression, work, ejection effect, the crankshaft (KW) for the implementation of these four bars a total of two revolutions of the KW (720 ° CA) and performs the of the a cycle performed with respect to those performed by the second working cylinder are out of phase by 360 ° KW.

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.At the same time, it is preferably provided that the compressor operates according to the 2-stroke method, ie preferably draws filtered fresh air at each (down) stroke and at each (up) stroke compressed fresh air (alternately) one of the two working cylinder supplies. Thereby can be supplied with only one acting as a compressor piston pump whose piston is driven by the same crankshaft as the two working cylinders, both cylinders (alternately) with the compressed fresh air.

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.

In a further preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention can be provided that the compressor cylinder at least one inlet valve and at least one, preferably two exhaust valves are assigned, wherein the two working cylinders are each assigned at least two inlet and at least one outlet valve. This embodiment of the internal combustion engine according to the invention makes it possible to realize or operate the internal combustion engine in a method in which a valve train of the internal combustion engine controls the intake and exhaust valves of the working and compressor cylinders such that

A first inlet valve of the two working cylinders opens at approx. OT (the two working pistons),
- closes this first intake valve at about 120 ° CA after TDC (the two working pistons),
Simultaneously opening a second inlet valve of the two working cylinders,
At the same time or slightly earlier, ie at about 110 ° CA to 120 ° CA after TDC (of the two working pistons), the exhaust valve of the compressor located in the compression stroke opens,
- About 45 ° CA to UT (the two working pistons) the second inlet valve of the two working cylinders and the exhaust valve of the compressor closed and
- then the inlet valve of the compressor is opened,
- Wherein the actuation of the intake and exhaust valves of the two cylinders is offset by 360 ° KW.

Die Steuerung der Auslassventile der Arbeitszylinder kann dabei mit konventionellen, insbesondere aus dem Stand der Technik bekannten Ventilsteuerzeiten erfolgen.The control of the exhaust valves of the working cylinder can be done with conventional valve timing known in particular from the prior art.

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.In a further preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention it can be provided that the working cylinders each have (at least) two inlet and (at least) two outlet valves, whereby the gas exchange in the working cylinders can be improved in a known manner. Particularly preferably, it can be provided that the intake and exhaust valves of the working cylinder are arranged such that they are controlled by two so-called "mixed camshafts", d. H. there is provided a valve train with two camshafts, each of which controls at least one intake and one exhaust valve of each of the power cylinders.

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.The internal combustion engine according to the invention is particularly preferably for the realization of a - preferably direct-injection - diesel internal combustion engine, which can be used in particular as entry-level engine for passenger vehicles or for any types of industrial engines. However, the invention is also suitable for the realization of a - preferably direct injection - Otto internal combustion engine.

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.

Since the loads of the compressor piston will generally be significantly lower than those of the working piston, the following advantageous structural embodiments can be made to reduce the friction losses during the movement of the compressor piston in the compressor cylinder and or the manufacturing cost of the internal combustion engine according to the invention:

- The number and / or bias of preferably provided piston rings can be chosen smaller.
- The height, the contour and the material of the piston rings can be chosen differently from that of the working cylinder.
- The impact gap and / or the Feuersteghöhe can be chosen differently from that / those of the working piston.
- The piston material and the piston contour can be chosen differently from that / of the working piston; preferably without a trough and with a flat piston mirror.
- On piston cooling nozzles and piston cooling channels can be omitted.
- The piston pin diameter can be lower, the bolt and bearing material deviating (compared to the working piston) can be selected; the bearing can have a higher clearance.
- The connecting rod can z. B. by a slimmer shaft and / or smaller wall thicknesses than in the connecting rod of the working cylinder with a reduced weight (compared to the connecting rods of the working piston) are formed.
- The crankshaft bearing supporting the connecting rod of the compressor piston can be made shorter and with a smaller diameter; a higher bearing clearance can be allowed; Deviating material combinations (in each case in comparison to the connecting rods of the working pistons) may be permissible.
Softer valve springs may be provided for the intake and / or exhaust valves associated with the compressor cylinder (as compared to the valves of the power cylinders);
The valve lift may be deviated from that of the intake and / or exhaust valves of the working cylinders.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. In the drawings shows:

1: ein Systemschaubild für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; 1 : a system diagram for an internal combustion engine according to the invention;

2: die Kolben-Kurbelwellen-Anordnung der Brennkraftmaschine gemäß 1; 2 : the piston-crankshaft assembly of the internal combustion engine according to 1 ;

3: eine erste Ausführungsform zur Anordnung der Einlass- und Auslassventile bei der Brennkraftmaschine gemäß 1; 3 A first embodiment for arranging the intake and exhaust valves in the internal combustion engine according to 1 ;

4: eine zweite Ausführungsform zur Anordnung der Einlass- und Auslassventile bei der Brennkraftmaschine gemäß 1; und 4 a second embodiment for arranging the intake and exhaust valves in the internal combustion engine according to 1 ; and

5: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine gemäß 1. 5 FIG. 4 is a diagram illustrating the valve timing of the intake and exhaust valves of the internal combustion engine according to FIG 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).The 1 shows in a system diagram schematically the essential components of an internal combustion engine according to the invention. This includes a crankcase 10 in which a total of three (equal size) cylinders are arranged in series. In each of these cylinders, a piston is movably arranged in each case, which via a connecting rod 12 from a crankshaft 14 the internal combustion engine cyclically between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) is driven (see. 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.The two outer cylinders of the internal combustion engine are working cylinders 16 . 18 provided, ie they perform by the combustion of a fuel-air mixture in a between a portion of the respective cylinder (or a bushing disposed therein), one of a cylinder head (not shown) formed combustion chamber roof and the top of the associated (working) piston 20 . 22 trained combustion chamber work on the crankshaft. As usual with 2-cylinder in-line engines, the drive of the two working pistons 20 . 22 the working cylinder 16 . 18 in phase, ie these are from the crankshaft 14 always guided parallel to each other.

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.The one in the middle (compressor) cylinder 24 of the crankcase 10 guided (compressor) pistons 26 serves as a damping mass, through which the of the two working pistons 20 . 22 generated mass forces are to be compensated. For this purpose, the compressor piston 26 with a phase difference of 180 ° KW (crankshaft angle) to the two working pistons 20 . 22 driven, ie at an upward movement of the two working pistons 20 . 22 there is a downward movement of the compressor piston provided as the absorber mass 26 or in a downward movement of the two working pistons 20 . 22 an upward movement of the compressor piston takes place 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.According to the invention in the compressor cylinder 24 guided piston on the other nor the function of a compressor, compressed by the fresh air and then at the given time in each case one of the working cylinder is supplied.

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.It is according to 5 following control of each with two inlet 28 . 30 , (EV1); 32 . 34 , (EV2) and two exhaust valves 36 . 38 , (AV1); 40 . 42 , (AV2) provided working cylinder 16 . 18 and the one with two outlet 44 (AV1), 46 (AV2) and one or two (then simultaneously controlled) intake valves 48 (EV) equipped (cf. 3 and 4 ) Compressor cylinder 24 intended. It shows 5 the elevation of the individual intake and exhaust valves (on the vertical axis) above the crankshaft angle (on the horizontal axis) of the crankshaft 14 of which the intake and exhaust valves are driven via a not shown valvetrain comprising two camshafts.

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.In bottom dead center (UT) of the two working pistons, which in the diagram according to 5 , above, defined as 0 ° CA, open the two exhaust valves 36 . 40 a first ( 16 ) of the two working cylinders (AV1 / 1, AV2 / 1). At this time is a second 34 the intake valves of the second working cylinder 18 (EV2 / 2) fully open and begins to close, which is completed at approximately 45 ° CA. In the area of top dead center (TDC) of the two working pistons 20 . 22 are the exhaust valves 36 . 40 of the first working cylinder 16 (AV1 / 1, AV2 / 1) closed again. At the same time or shortly before, the opening of a first intake valve begins 28 of the first working cylinder 16 (EV1 / 1), which is closed again at about 300 ° KW. At the same time, the opening of the second intake valve begins 32 of the first working cylinder 16 (EV2 / 1), which is completed at about 405 ° KW. Already before, in the area UT, ie at 360 ° KW, the opening of the two exhaust valves begins 38 . 42 of the second working cylinder 18 (AV1 / 2, AV2 / 2), which is in the range OT of the working piston 20 . 22 , ie ended at 540 ° KW. Shortly before, the opening of the first intake valve begins 30 of the second working cylinder 18 (EV1 / 2) completed at about 660 ° KW. The second inlet valve then opens 34 of the second working cylinder 18 (EV2 / 2), when reaching the bottom dead center of the two working pistons 20 . 22 , ie at 720 ° CA, fully open. Then begins the previously described and in the 5 cycle shown above again.

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.In the lower part of the diagram of the 5 are the corresponding tax times of the admission 48 and exhaust valves 44 . 46 represented the compressor. At top dead center (TDC) of the compressor piston 26 (this is achieved simultaneously when the two cylinders reach their bottom dead center (UT)) is a second exhaust valve 46 of the compressor cylinder 24 (AV2 / K) fully open, where this is closed to about 45 ° KW. Then the or the inlet valve (s) will be 48 of the compressor cylinder 24 (EV / K) opened, which is in the area UT of the compressor piston 26 is completed. This allows fresh air from the compressor into the compressor cylinder 24 be sucked. This fresh air is then in the compressor cylinder 24 with closed admission 48 and exhaust valves 44 . 46 compressed and then in the range around 300 ° KW a first 44 the exhaust valves of the compressor cylinder (AV1 / K) open. This will cause the in the compressor cylinder 24 compressed air the first working cylinder 16 supplied to the internal combustion engine, the second inlet valve 32 (EV2 / 1) (approximately) is open at the same time. Opening the first exhaust valve 44 of the compressor cylinder (AV1 / K) is completed at approximately 405 ° CA. Approximately then, reopening of the intake valve (s) begins 48 (EV / K), which again fresh air into the compressor cylinder 24 is sucked. This opening of the inlet valves 48 (EV / K) is again in the range UT (540 ° CA) of the compressor piston 26 completed. Thereafter, a compression of the compressor cylinder begins again 24 contained fresh air by an upward movement (direction TDC) of the compressor piston 26 in the compressor cylinder 24 with closed admission 48 and exhaust valves 44 . 46 , In the area around 660 ° KW then opens a second exhaust valve 42 of the compressor cylinder 24 (AV2 / K), causing the in the compressor cylinder 24 compressed fresh air to the second working cylinder 18 is supplied, the second inlet valve 34 (EV2 / 2) (approximately) simultaneously with the second exhaust valve 46 of the compressor cylinder 24 (AV2 / K) opens.

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.The 3 and 4 show two alternatives to the arrangement of the four intake and exhaust valves of the working cylinder 16 . 18 and the three or four intake and exhaust valves of the compressor cylinder 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.In the embodiment according to 3 are all intake valves 28 . 32 ; 30 . 34 ; 48 (EV, EV1, EV2) and all exhaust valves 36 . 40 ; 38 . 42 ; 44 . 46 (AV1, AV2) of the working 16 . 18 and compressor cylinder 24 arranged in a row. In this embodiment, it may be provided that a total of two camshafts are provided, one of which is an exhaust valves 36 . 40 ; 38 . 42 ;, 44 46 (AV1, AV2) and the other old intake valves 28 . 32 ; 30 . 34 ; 48 (EV, EV1, EV2). The camshafts rotate with compared to the crankshaft 14 half rotational speed. For the operation of the inlet 28 . 32 ; 30 . 34 and exhaust valves 36 . 40 ; 38 . 42 , the working cylinder 16 . 18 in each case a cam is provided on the respective camshaft, whereby the operation of the working cylinder is realized in a 4-stroke process. For the operation of the inlet 48 and exhaust valves 44 . 46 of the compressor cylinder 24 On the other hand, in each case two, offset by 180 ° provided on the camshaft cam provided, whereby it is achieved that the compressor - despite the drive of the compressor piston 26 through the same (crankshaft) shaft 14 like the working pistons 20 . 22 - operates in a 2-stroke process, ie compressed and ejected fresh air on each upstroke and sucks fresh air on each downstroke.

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).In the embodiment according to the 4 are the valves of the first working cylinder 16 rotated by 90 ° (clockwise about the respective longitudinal axis of the working cylinder), while at the second working cylinder 18 the position of the first exhaust valve 38 and the second intake valve 34 was swapped. Such a valve arrangement can be actuated by so-called "mixed camshafts", in which each of the two camshafts has an intake valve in each case. 28 ; 30 respectively. 32 ; 34 and an exhaust valve 36 ; 38 respectively. 40 ; 42 the two working cylinders 16 . 18 controls. An advantage that can result from this valve arrangement is located in the shortest possible paths between the two exhaust valves 44 . 46 of the compressor cylinder 24 and their respective associated (ie connected to) second inlet valves 32 . 34 the two working cylinders 16 . 18 (Reduction of the dead volume).

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.From the in the 5 valve timing shown results that is provided to the working cylinders 16 . 18 the engine not exclusively supplied by the compressor pre-compressed fresh air. Rather, it is additionally provided, non-pre-compressed fresh air when opening the respective first inlet valve 28 . 30 the two working cylinders 16 . 18 to suck.

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.Both the intake valve (s) 48 of the compressor cylinder 24 as well as the first two intake valves 28 . 30 the two working cylinders 16 . 18 are connected to the same fresh air supply, into which an air filter 50 can be integrated. That's about the four exhaust valves 36 . 40 ; 38 . 42 the two working cylinders 16 . 18 discharged exhaust gas becomes an oxidation catalyst 52 and optionally a diesel particulate filter 54 fed and then discharged into the atmosphere or partially supplied in the context of a low-pressure exhaust gas recirculation of the fresh air supply (optional). This low-pressure exhaust gas recirculation can via a control valve 56 be formed switchable and a cooler 58 integrate. Furthermore, it can be provided, a partial flow of the exhaust gas, even before this over the oxidation catalyst 52 is guided, branch off and supply to an (optional) high-pressure exhaust gas recirculation. Also, this high-pressure exhaust gas recirculation can via a control valve 60 be switchable and a cooler 62 for the exhaust gas. In addition, a bypass 64 be provided to bypass this cooler. This cooler bypass can also (via the same control valve 60 ) be formed switchable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Kurbelgehäusecrankcase
1212: Pleuelpleuel
1414: Kurbelwellecrankshaft
1616: erster Arbeitszylinderfirst working cylinder
1818: zweiter Arbeitszylindersecond working cylinder
2020: Arbeitskolben des ersten ArbeitszylindersWorking piston of the first working cylinder
2222: Arbeitskolben des zweiten ArbeitszylindersWorking piston of the second working cylinder
2424: Kompressorzylindercompressor cylinder
2626: Kompressorkolbencompressor piston
2828: erstes Einlassventil des ersten Arbeitszylindersfirst inlet valve of the first working cylinder
3030: erstes Einlassventil des zweiten Arbeitszylindersfirst inlet valve of the second working cylinder
3232: zweites Einlassventil des ersten Arbeitszylinderssecond intake valve of the first working cylinder
3434: zweites Einlassventil des zweiten Arbeitszylinderssecond inlet valve of the second working cylinder
3636: erstes Auslassventil des ersten Arbeitszylindersfirst exhaust valve of the first working cylinder
3838: erstes Auslassventil des zweiten Arbeitszylindersfirst exhaust valve of the second working cylinder
4040: zweites Auslassventil des ersten Arbeitszylinderssecond exhaust valve of the first working cylinder
4242: zweites Auslassventil des zweiten Arbeitszylinderssecond exhaust valve of the second working cylinder
4444: erstes Auslassventil des Kompressorzylindersfirst exhaust valve of the compressor cylinder
4646: zweites Auslassventil des Kompressorzylinderssecond exhaust valve of the compressor cylinder
4848: Einlassventil(e) des KompressorzylindersInlet valve (s) of the compressor cylinder
5050: Luftfilterair filter
5252: Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
5454: Dieselpartikelfilterdiesel particulate Filter
5656: Regelventilcontrol valve
5858: Kühlercooler
6060: Regelventilcontrol valve
6262: Kühlercooler
6464: Bypassbypass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3120190 A1 [0002, 0002, 0003]

Claims

Internal combustion engine with a crankcase ( 10 ), in which two working cylinders ( 16 . 18 ) are formed, wherein in each of the working cylinder ( 16 . 18 ) each a working piston ( 20 . 22 ) is cyclically moved between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (TDC), wherein the movement of the working pistons ( 20 . 22 ) on a crankshaft ( 14 ) is transferred, whereby from the crankshaft ( 14 ) a damping mass cyclically, the movements of the working piston ( 20 . 22 ), wherein the absorber mass as a compressor piston ( 26 ) is provided a working as a piston pump compressor, the working cylinders ( 16 . 18 ) supplies compressed fresh air, characterized in that the compressor piston ( 26 ) in a compressor cylinder ( 24 ) of the crankcase ( 10 ) arranged with the working cylinders ( 20 . 22 ) is arranged in series.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the working cylinders ( 16 . 18 ) operate on the 4-stroke process while the compressor operates on the 2-stroke process.

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the compressor cylinder ( 24 ) at least one inlet valve ( 48 ) and at least one outlet valve ( 44 . 46 ) and the two working cylinders ( 16 . 18 ) at least two inlet valves ( 28 . 32 ; 30 . 34 ) and at least one outlet valve ( 36 . 40 ; 38 . 42 ) assigned.

Internal combustion engine according to claim 3, characterized by a valvetrain which controls the intake ( 28 . 32 ; 30 . 34 ; 48 ) and exhaust valves ( 36 . 40 ; 38 . 42 ; 44 . 46 ) of labor ( 16 . 18 ) and compressor cylinders ( 24 ) such that - a first inlet valve ( 28 . 30 ) of the two working cylinders ( 16 . 18 ) opens at about OT, - this first inlet valve ( 28 . 30 ) closes at about 120 ° CA after TDC and - at the same time a second inlet valve ( 32 . 34 ) of the two working cylinders ( 16 . 18 ) opens, - at about 110 ° CA to 120 ° CA after TDC the exhaust valve ( 44 . 46 ) of the compression cylinder located in the compression stroke ( 24 ) opens, - approx. 45 ° KW to UT the second inlet valve ( 32 . 34 ) of the two working cylinders ( 16 . 18 ) as well as the outlet valve ( 44 . 46 ) of the compressor cylinder ( 24 ) and then the inlet valve ( 48 ) of the compressor cylinder ( 24 ), wherein the actuation of the intake and exhaust valves of the first working cylinder ( 16 ) by 360 ° KW offset to the second working cylinder ( 18 ) he follows.

Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the working cylinders ( 16 . 18 ) at least two inlet ( 28 . 32 ; 30 . 34 ) and two exhaust valves ( 36 . 40 ; 38 . 42 ) exhibit.

Internal combustion engine according to claim 5, characterized by a valve train with two camshafts, each of which has at least one inlet ( 28 . 32 ; 30 . 34 ) and an outlet valve ( 36 . 40 ; 38 . 42 ) each of the working cylinders ( 16 . 18 ) controls.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that it can be operated according to the diesel principle.