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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 1 138 927 A2 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Mehrzahl von Brennräumen und insbesondere einen ersten Brennraum sowie einen zweiten Brennraum aufweist, wobei der erste Brennraum von dem zweiten Brennraum verschieden ist. Jedem Brennraum der Brennkraftmaschine ist jeweils wenigstens eine Einlassöffnung zugeordnet, durch welche dem Brennraum Frischmasse aus einem Frischmassepfad zuführbar ist. Außerdem ist jedem Brennraum wenigstens eine Auslassöffnung zugeordnet, durch welche Abgas aus dem Brennraum in einen Abgaspfad abführbar ist. Es ist zusätzlich jedem Brennraum eine Abgasüberströmöffnung zugeordnet, aus welcher Abgas in einen Abgassammelkanal geleitet wird, wobei alle Brennräume der Brennkraftmaschine mit demselben Abgassammelkanal verbunden sind. Der Abgassammelkanal ist seinerseits über ein Abgasrückführungsventil mit dem Frischmassepfad verbunden, sodass Abgas aus den Brennräumen in den Frischmassepfad zurückführbar ist, um eine Abgasrückführung für die Brennkraftmaschine zu verwirklichen. Allgemein sind Hochdruck-Abgasrückführungen einerseits und Niederdruck-Abgasrückführungen andererseits bekannt, wobei eine Hochdruck-Abgasrückführung typischerweise von einem Bereich des Abgaspfads stromaufwärts einer Hochdruck-Abgasturbine in einen Bereich des Frischmassepfads stromabwärts eines Hochdruck-Frischmasseverdichters erfolgt, wobei eine Niederdruck-Abgasrückführung Abgas typischerweise stromabwärts einer ersten, entlang des Abgaspfad angeordneten Abgasturbine entnommen und dem Frischmassepfad stromaufwärts eines letzten Frischmasseverdichters zugeführt wird. Nachteilig bei diesen Ausgestaltungen ist insbesondere, dass die an den entsprechenden Entnahme- und Zuführstellen für das rückgeführte Abgas herrschenden Druckniveaus für eine möglichst effiziente Abgasrückführung nicht oder nicht in allen Betriebspunkten optimal sind. Bei einer Niederdruck-Abgasrückführung kommt hinzu, dass ein Frischmasseverdichter mit Abgas beaufschlagt wird, sodass er verschmutzen kann.
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Die Patentschrift
DE 60 2004 001 648 T2 betrifft eine fremdgezündete Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren einzelne Zylinder aufeinanderfolgende Verbrennungszyklen mit spezifischen Phasenverzögerungen durchlaufen. Besonderes Ziel der
DE 60 2004 001 648 T2 ist es, eine Steuervorrichtung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bereitzustellen, wobei die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Motor zwischen einem normalen Betriebsmodus und einem speziellen Betriebsmodus umschalten kann und eine Verschlechterung der Emissionswerte während dieses Betriebsmoduswechsels verhindert wird.
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Die Patentschrift
DE 198 49 914 C1 betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, die je Zylinder mindestens einen Einlasskanal und ein Einlassventil, einen Auslasskanal und ein Auslassventil und mindestens ein separat betätigbares Zusatzventil besitzt, das im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet und mit dem eine Gasströmung in einer Leitung steuerbar ist. Insbesondere ist es Ziel der
DE 198 49 914 C1 , dass die Leitung von dem Zusatzventil eines ersten Zylinders mit mindestens einem zweiten Zylinder unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und mit dem Zusatzventil eine Gasströmung vom ersten Zylinder in den zweiten Zylinder in eine Druckluftanlage und/oder in eine Turbine steuerbar ist.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 063 377 A1 betrifft einen Zweitakt-Dieselmotor mit mehreren in einer Reihe nebeneinander angeordneten Zylindern, die bei jedem Arbeitstakt mit Ladeluft und Brennstoff beaufschlagt werden und denen eine Rezirkulationseinrichtung zur Rezirkulation von taktweise aus dem Arbeitsraum entnehmbaren Verbrennungsprodukten zugeordnet ist, wobei jeder Zylinder einen mittels eines zugeordneten Auslassventils steuerbaren Rezirkulationsauslass aufweist, der bereits vor der Öffnung des Abgasauslasses geöffnet und zumindest noch vor der Aufsteuerung der Lufteinlassschlitze des Zylinders geschlossen wird. Dabei lässt sich die NOx-Reduktion über alle Zylinder dadurch verbessern und steigern, dass die Rezirkulationseinrichtung eine für alle Zylinder gemeinsame Rezirkulationsleitung aufweist, die stromaufwärts von der Verteilung der Ladeluft auf die Zylinder in die Ladeluftbereitstellungseinrichtung einmündet und ein der Einmündung vorgeordnetes Rückschlagventil enthält.
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Weiterhin offenbart die JP H05- 5 466 A eine Abgasrückführöffnung, wodurch Abgas aus einem Bereich eines Rotationskolbenmotors, welcher Abgas enthält, in einen Bereich des Rotationskolbenmotors weitergeleitet werden kann, wobei in diesem Bereich des Rotationskolbenmotors eine Gemischaufbereitung stattfindet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die derart weitergebildet ist, dass die Abgasüberströmöffnung des wenigstens einen ersten Brennraums über einen öffenbaren und schließbaren Abgasüberströmpfad strömungstechnisch mit der Abgasüberströmöffnung des wenigstens einen zweiten Brennraums verbunden ist, wobei der Abgasüberströmpfad strömungstechnisch von dem Abgaspfad und von den Frischmassepfad getrennt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Rückführung von Abgas direkt aus dem ersten Brennraum in den zweiten Brennraum - und gegebenenfalls umgekehrt - wobei bevorzugt keine Abgasentnahme aus dem Abgaspfad und keine Abgaszufuhr in den Frischmassepfad stattfindet. Dabei kann der Abgasüberströmpfad in günstiger Weise dann geöffnet werden, wenn besonders geeignete Druckverhältnisse zur Überführung des Abgases direkt von dem ersten Brennraum in den zweiten Brennraum - und gegebenenfalls umgekehrt - vorliegen, sodass das Spülverhalten der Abgasrückführung optimiert werden kann. Weiterhin besteht bevorzugt keine Gefahr der Verschmutzung eines Verdichters im Frischmassepfad, da der Frischmassepfad nicht mit rückgeführtem Abgas beaufschlagt wird.
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Es ist möglich, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine genau eine Einlassöffnung und/oder genau eine Auslassöffnung zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Einlassöffnungen, insbesondere jeweils zwei Einlassöffnungen, zugeordnet sind, wobei die Einlassöffnungen eines Brennraums mit dem Frischmassepfad strömungstechnisch verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass jedem Brennraum der Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Auslassöffnungen insbesondere zwei Auslassöffnungen, zugeordnet sind, wobei die Auslassöffnungen jedes Brennraums mit dem Abgaspfad strömungstechnisch verbunden sind. Bevorzugt ist/sind jeder Einlassöffnung ein Einlassventil und/oder jeder Auslassöffnung ein Auslassventil zugeordnet.
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Jedem Brennraum der Brennkraftmaschine ist bevorzugt genau eine Abgasüberströmöffnung zugeordnet, wobei diese mit dem ihr jeweils zugeordneten Abgasüberströmpfad strömungstechnisch verbunden ist.
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Unter einem Frischmassepfad wird insbesondere ein Pfad verstanden, entlang dem einem Brennraum der Brennkraftmaschine eine Frischladung oder Frischmasse zugeführt wird, wobei es sich hierbei um Verbrennungsluft oder ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch handeln kann.
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Dass der Abgasüberströmpfad strömungstechnisch von dem Abgaspfad einerseits und von dem Frischmassepfad andererseits getrennt ist, bedeutet insbesondere, dass der Abgasüberströmpfad - außerhalb der Brennräume - keine Fluidverbindung zu dem Abgaspfad einerseits und zu dem Frischmassepfad andererseits aufweist. Dem steht nicht entgegen, dass der Abgasüberströmpfad selbst sowohl in den ersten Brennraum als auch in den zweiten Brennraum mündet, wobei auch der Abgaspfad und der Frischmassepfad in den ersten Brennraum und in den zweiten Brennraum münden. Außerhalb des Brennraums besteht aber keinerlei strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgaspfad und dem Abgasüberströmpfad, sowie zwischen dem Frischmassepfad und dem Abgasüberströmpfad.
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Bevorzugt besteht auch keine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgaspfad einerseits und dem Frischmassepfad andererseits außerhalb der Brennräume. Da die Abgasrückführung bei der hier vorgeschlagenen Brennkraftmaschine bevorzugt ausschließlich über die Abgasüberströmöffnungen sowie den diesen zugeordneten Abgasüberströmpfad verwirklicht wird, kann eine strömungstechnische Trennung des Abgaspfads einerseits und des Frischmassepfads andererseits voneinander verwirklicht werden. Dies hat sowohl Vorteile im Hinblick auf die Druckniveaus in dem Abgaspfad einerseits und dem Frischmassepfad andererseits, als auch auf den Schutz des Frischmassepfads vor Verschmutzung.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Brennraum und der zweite Brennraum in Hinblick auf eine Zündfolge der Brennkraftmaschine derart relativ zueinander phasenverschoben sind, dass ein Arbeitstakt des ersten Brennraums zumindest teilweise mit einem Ansaugtakt und/oder einem Verdichtungstakt des zweiten Brennraums zeitlich überlappt. Dies ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine Entnahme von Abgas aus dem ersten Brennraum, wenn dieser in dem Arbeitstakt angeordnet ist, und zugleich eine Zufuhr des entnommenen Abgases in den zweiten Brennraum, wenn dieser in dem Ansaugtakt und/oder in dem Verdichtungstakt angeordnet ist. Es können so besonders günstige Druckverhältnisse für eine effiziente Abgasrückführung bereitgestellt werden.
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Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Viertaktmotor ausgebildet, wobei sie - in für sich genommen bekannter Weise - für jeden Brennraum einen Ansaugtakt, in dem dem Brennraum Frischmasse aus dem Frischmassepfad zugeführt wird, einen Verdichtungstakt, in dem die Frischmasse in dem Brennraum verdichtet wird, einen Arbeitstakt, der auch als Expansionstakt bezeichnet wird, in welchem eine Verbrennung in dem Brennraum stattfindet und ein in dem Brennraum beweglich angeordneter Kolben durch den Druck der heißen Verbrennungsgase in Richtung auf einen unteren Totpunkt hin verlagert wird, und einen Ausschiebetakt aufweist, in welchem Abgas über die wenigstens eine Auslassöffnung, insbesondere über das dieser zugeordnete Auslassventil, in den Abgaspfad ausgeschoben wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der als Viertaktmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine der erste Brennraum und der zweite Brennraum in Hinblick auf die Zündfolge der Brennkraftmaschine relativ zueinander um einen halben Arbeitszyklus phasenverschoben sind. Ein halber Arbeitszyklus beträgt bei einem Viertaktmotor gerade 360° Kurbelwellenwinkel. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der zweite Brennraum in einem Ansaugtakt angeordnet ist, wenn der erste Brennraum in seinem Arbeitstakt angeordnet ist - und umgekehrt.
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Besonders vorteilhaft ist eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Brennräumen um 360° Kurbelwellenwinkel, d.h. um einen halben Arbeitszyklus eines Viertaktmotors, deswegen, weil in diesem Fall nicht nur der erste Brennraum dem zweiten Brennraum Abgas über den Abgasüberströmpfad spenden kann, sondern umgekehrt auch der zweite Brennraum dem ersten Brennraum, da nämlich auch der erste Brennraum im Ansaugtakt angeordnet ist, wenn der zweite Brennraum in seinem Expansionstakt angeordnet ist. Bei Phasenverschiebungen der beiden Brennräume, die von 360° abweichen, ist diese Reziprozität dagegen typischerweise nicht mehr erfüllt, sodass die Spendereigenschaft eines Brennraum bezüglich eines weiteren Brennraums mit der Empfängereigenschaft nicht mehr bezüglich desselben weiteren Brennraums zusammenfällt, sodass der erste Brennraum beispielsweise über einen ersten Abgasüberströmpfad mit dem zweiten Brennraum verbunden ist, um diesem Abgas zu spenden, wobei er über einen zweiten Abgasüberströmpfad mit einem dritten Brennraum verbunden ist, um von diesem Abgas zu empfangen.
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Es ist auch möglich, dass die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 45°, vorzugsweise mindestens 60°, vorzugsweise mindestens 90°, vorzugsweise mindestens 120°, vorzugsweise mindestens 180° Kurbelwellenwinkel beträgt. Auch in diesem Fall ist es noch möglich, dem ersten Brennraum im Arbeitstakt Abgas zu entnehmen, und dieses dem zweiten Brennraum bei einer geeigneten Druckdifferenz im Verdichtungstakt zuzuführen.
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Bei einer hohen Anzahl an Brennräumen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei mehr als 12 Brennräumen, und/oder bei einer unregelmäßigen Taktung, insbesondere bei ungleichen Zündzeitpunkt-Abständen zwischen den einzelnen Brennräumen, ist es jedoch auch möglich noch kleinere Phasenverschiebungen zu realisieren.
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Eine geeignete Druckdifferenz ist insbesondere dann gegeben, wenn das Druckniveau im ersten Brennraum höher ist als das Druckniveau im zweiten Brennraum. Vorzugsweise ist die Druckdifferenz zwischen dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum größer als der strömungstechnische Widerstand des Abgasüberströmpfads. Besonders bevorzugt übersteigt die Druckdifferenz den Widerstand des Abgasüberströmpfads derart, dass in den zweiten Brennraum eine Menge an Abgas überführt werden kann, die zur Reduzierung von Schadstoffemission, insbesondere der Stickoxidemissionen, und/oder zur Optimierung des Brennstoffverbrauchs geeignet ist.
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Entsprechend ist eine geeignete Phasenverschiebung zwischen dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum insbesondere dann gegeben, wenn diese Phasenverschiebung eine geeignete Druckdifferenz zwischen dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum ermöglicht.
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Besonders bevorzugt wird allerdings ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der erste Brennraum und der zweite Brennraum in Hinblick auf die Zündfolge der Brennkraftmaschine derart relativ zueinander phasenverschoben sind, dass ein Arbeitstakt des ersten Brennraums zumindest teilweise mit dem Ansaugtakt des zweiten Brennraums zeitlich überlappt, wobei insbesondere Abgas aus dem Arbeitstakt des ersten Brennraums dem zweiten Brennraum in dessen Ansaugtakt zugeführt wird. Dabei verwirklichen sich besonders günstige Druckverhältnisse für die Abgasrückführung in den über den Abgasüberströmpfad miteinander verbundenen Brennräumen.
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Die hier angesprochene Phasenverschiebung zwischen den Brennräumen bedeutet insbesondere, dass der Abgasüberströmpfad zwischen solchen Brennräumen vorgesehen ist, welche die entsprechende Phasenverschiebung zueinander aufweisen. Dagegen ist bevorzugt zwischen Brennräumen, welche keine entsprechende Phasenverschiebung zueinander aufweisen, kein Abgasüberströmpfad ausgebildet. Es sind also nur solche Brennräume miteinander direkt über einen Abgasüberströmpfad verbunden, welche eine entsprechende, geeignete Phasenverschiebung zueinander aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Brennraum über den Abgasüberströmpfad ausschließlich mit dem zweiten Brennraum strömungstechnisch verbunden ist. Der erste Brennraum und der zweite Brennraum sind in diesem Fall einander paarweise zugeordnet. Dies ist insbesondere möglich, wenn der erste Brennraum und der zweite Brennraum um 360° Kurbelwellenwinkel relativ zueinander mit Blick auf die Zündfolge der Brennkraftmaschine phasenverschoben sind, wobei die beiden Brennräume einander wechselseitig Abgas spenden können.
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Besonders bevorzugt ist jeder Brennraum der Brennkraftmaschine paarweise genau einem und nur einem anderen Brennraum der Brennkraftmaschine über einen separaten Abgasüberströmpfad zugeordnet. Dabei weist die Brennkraftmaschine bevorzugt eine gerade Anzahl von Brennräumen auf, sodass die paarweise Zuordnung der Brennräume für alle Brennräume möglich ist.
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In diesem Zusammenhang wird insbesondere eine Brennkraftmaschine bevorzugt, welche mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei Brennräume aufweist, vorzugsweise vier Brennräume, vorzugsweise sechs Brennräume, vorzugsweise acht Brennräume, vorzugsweise 12 Brennräume, vorzugsweise 16 Brennräume, vorzugsweise 18 Brennräume, vorzugsweise 20 Brennräume, vorzugsweise 24 Brennräume.
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Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Brennraum über den Abgasüberströmpfad mit wenigstens einem dritten Brennraum der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbunden ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der erste Brennraum und der zweite Brennraum, die über den Abgasüberströmpfad miteinander verbunden sind, nicht um 360° Kurbelwellenwinkel zueinander phasenverschoben sind, sodass der erste Brennraum dem zweiten Brennraum Abgas spendet, allerdings selbst Abgas von dem dritten Brennraum empfängt.
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Eine strömungstechnische Verbindung mit wenigstens einem dritten Brennraum ist aber auch dann möglich, wenn mehrere Brennräume der Brennkraftmaschine in Hinblick auf die Zündfolge phasengleich oder nahezu phasengleich sind, also insbesondere zu gleichen oder nahezu gleichen Zeiten - ausgedrückt in Grad Kurbelwellenwinkel - befeuert werden. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass der dritte Brennraum der Brennkraftmaschine in Hinblick auf die Zündfolge phasengleich oder nahezu phasengleich mit dem ersten Brennraum ist. Es kann dann zu einem gleichen Zeitpunkt phasengleich angeordneten Brennräumen Abgas entnommen und wenigstens einem weiteren, relativ zu diesen Brennräumen phasenverschobenen Brennraum zugeführt werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der erste Brennraum über den Abgasüberströmpfad mit wenigstens einem vierten Brennraum der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbunden ist, wobei dieser vierte Brennraum vorzugsweise in Hinblick auf die Zündfolge der Brennkraftmaschine phasengleich oder nahezu phasengleich mit dem zweiten Brennraum ist. Es ist also möglich, aus wenigstens einem Brennraum entnommenes Abgas einer Mehrzahl phasengleich oder nahezu phasengleich angeordneter Brennräume über den Abgasüberströmpfad zuzuführen.
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Insbesondere ist es möglich, dass mehrere phasengleiche Spenderzylinder mit mehreren, phasengleichen Empfängerzylindern über einen Abgasüberströmpfad, der in diesem Fall verzweigt ausgebildet ist, verbunden sind. Vorzugsweise sind dabei gleich viele Spenderzylinder wie Empfängerzylinder vorgesehen und über den Abgasüberströmpfad miteinander verbunden.
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Wesentlich ist, dass der Abgasüberströmpfad jeweils ausschließlich solche Brennräume miteinander verbindet, die entweder phasengleich zueinander angeordnet sind, oder eine für die unmittelbare Abgasrückführung zwischen den Brennräumen geeignete Phasenverschiebung relativ zueinander aufweisen. Dagegen weist der Abgasüberströmpfad zu anderen Brennräumen, welche diese Bedingungen nicht erfüllen, keine strömungstechnische Verbindung auf. Dies bedeutet wiederum, dass eine Brennkraftmaschine, welche mehr als zwei Brennräume aufweist, bevorzugt mehr als einen Abgasüberströmpfad aufweist, wobei verschiedene, bezüglich ihrer Phasenverschiebung zueinander passende Brennräume über verschiedene Abgasüberströmpfade jeweils miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, um den Abgasüberströmpfad zu öffnen, wenn einer der Brennräume, ausgewählt aus dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum, in dem Arbeitstakt angeordnet ist, wobei zugleich der andere Brennraum der Brennräume, ausgewählt aus dem zweiten Brennraum und dem ersten Brennraum, in dem Ansaugtakt und/oder in dem Verdichtungstakt angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, um den Abgasüberströmpfad ansonsten zu verschließen. Der Abgasüberströmpfad wird also nur dann geöffnet, wenn in dem ersten Brennraum einerseits und in dem zweiten Brennraum andererseits geeignete Druckverhältnisse für eine Überführung von Abgas aus dem ersten Brennraum in den zweiten Brennraum - oder umgekehrt - vorliegen. In anderen Zuständen der Brennkraftmaschine bleibt der Abgasüberströmpfad, welcher den ersten Brennraum mit dem zweiten Brennraum verbindet, geschlossen. Besonders bevorzugt wird der Abgasüberströmpfad genau dann und vorzugsweise nur dann geöffnet, wenn sich der erste Brennraum in dem Arbeitstakt befindet, wobei zugleich der zweite Brennraum in dem Ansaugtakt angeordnet ist - und/oder umgekehrt.
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Die Öffnung des Abgasüberströmpfads kann mechanisch zwangsgesteuert, beispielweise mittels einer Nockenwelle oder dergleichen, erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um den Abgasüberströmpfad zu öffnen und zu schließen, wobei die Steuereinrichtung insbesondere als elektronische, elektromechanische und/oder hydraulische Vorrichtung ausgebildet und mit einer Ventileinrichtung wirkverbunden sein kann, die eingerichtet und angeordnet ist, um den Abgasüberströmpfad zu öffnen und zu schließen. Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung als Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, oder dass die Funktionalität der Steuereinrichtung in ein Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert ist. Es ist aber auch möglich, dass eine separate Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Abgasüberströmpfads vorgesehen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine eine Ventileinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um den Abgasüberströmpfad in einem ersten Funktionszustand zu öffnen und in einem zweiten Funktionszustand zu schließen. Es ist möglich, dass die Ventileinrichtung nur ein Ventil aufweist, das beispielsweise an einem Ende des Abgasüberströmpfads oder zentral in dem Abgasüberströmpfad angeordnet sein kann, oder dass die Ventileinrichtung eine Drosseleinrichtung, beispielsweise eine Klappe oder dergleichen, aufweist, die in dem Abgasüberströmpfad derart angeordnet ist, dass der Abgasüberströmpfad mittels der Drosseleinrichtung geöffnet und geschlossen werden kann.
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Bevorzugt weist die Ventileinrichtung allerdings ein erstes Abgasüberströmventil auf, über welches der Abgasüberströmpfad in den ersten Brennraum übergeht, wobei die Ventileinrichtung ein zweites Abgasüberströmventil aufweist, über welches der Abgasüberströmpfad in den zweiten Brennraum übergeht. Dabei sind die Abgasüberströmventile bevorzugt eingerichtet, um die ihnen jeweils zugeordneten Abgasüberströmöffnungen zu öffnen und zu schließen. Die Abgasüberströmventile können dabei insbesondere ausgestaltet sein, wie das der wenigstens einen Einlassöffnung zugeordnete Einlassventil und/oder das der wenigstens einen Auslassöffnung zugeordnete Auslassventil, wobei sie in entsprechender Weise an den ihnen jeweils zugeordneten Abgasüberströmöffnungen angeordnet sind, um diese zu öffnen und zu schließen. Insbesondere ist es möglich, dass die Abgasüberströmventile in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert sind.
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Es ist möglich, dass das Abgasüberströmventil des ersten Brennraums gleichzeitig mit dem Abgasüberströmventil des zweiten Brennraums angesteuert wird, um Abgas aus dem ersten Brennraum über den Abgasüberströmpfad in den zweiten Brennraum zu leiten - oder umgekehrt. Es ist aber auch möglich, die den verschiedenen Brennräumen jeweils zugeordneten Abgasüberströmventile zeitversetzt zueinander zu öffnen, insbesondere um strömungsdynamische Bedingungen in den Brennräumen und/oder in dem Abgasüberströmpfad zu berücksichtigen, insbesondere wenn dies zu einer effizienteren Überführung des Abgases aus dem ersten Brennraum in den zweiten Brennraum - und gegebenenfalls umgekehrt - beiträgt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung eingerichtet ist, um eine Abgasrückführrate in dem Abgasüberströmpfad variabel einzustellen. Dies ist in besonders einfacher Weise möglich, wenn die Ventileinrichtung eine in dem Abgasüberströmpfad angeordnete Drosseleinrichtung aufweist, beispielsweise nach Art einer Abgasrückführklappe, wobei eine solche Drosseleinrichtung zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Abgasüberströmventilen vorgesehen sein kann. Die Einstellung der Abgasrückführrate kann aber auch mit Hilfe von wenigstens einem der Abgasüberströmventile erfolgen, insbesondere indem diesem ein variabler Ventiltrieb, vorzugsweise ein vollvariabler Ventiltrieb, zugeordnet ist. Besonders bevorzugt ist sowohl dem ersten Abgasüberströmventil des ersten Brennraums als auch dem zweiten Abgasüberströmventil des zweiten Brennraums jeweils ein variabler Ventiltrieb, insbesondere ein voll variabler Ventiltrieb, zugeordnet. Über verschiedene Steuerzeiten und/oder Hubkurven für die Abgasüberströmventile kann dann die Abgasrückführrate flexibel eingestellt werden. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mit der Ventileinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist, um die Ventileinrichtung betriebspunktabhängig, d.h. insbesondere abhängig von einem Lastpunkt der Brennkraftmaschine, variabel anzusteuern, um eine bestimmte, betriebspunktabhängige Abgasrückführrate einzustellen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, dass entlang des Abgasüberströmpfads ein Abgaskühler angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, dem Empfängerzylinder gekühltes Abgas aus dem Spenderzylinder zuzuführen. Unter einem Abgaskühler wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die geeignet ist, um das entlang des Abgasüberströmpfads geführte Abgas zu kühlen. Eine solche Kühlung kann sich in besonders einfacher Weise daraus ergeben, dass der Abgasüberströmpfad innerhalb des Zylinderkopfes verläuft, wobei das rückgeführte Abgas durch ein vorzugsweise ebenfalls den Zylinderkopf durchsetzendes Kühlmittel der Brennkraftmaschine gekühlt wird. Es ist aber auch möglich, dass dem Abgasüberströmpfad ein separater, eigens zur Abgaskühlung eingerichteter Abgasrückführungskühler zugeordnet ist. In diesem Fall verläuft der Abgasüberströmpfad bevorzugt außerhalb des Zylinderkopfes und durch den Abgasrückführungskühler, oder der Abgasrückführungskühler ist in dem Abgasüberströmpfad angeordnet.
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Auch allgemein zeigt sich, dass der Abgasüberströmpfad bevorzugt entweder innerhalb des Zylinderkopfes, oder außerhalb des Zylinderkopfes - insbesondere in einer eigens vorgesehenen Verrohrung - verläuft.
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Es ist auch möglich, dass die Abgasüberströmöffnungen des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums jeweils seitlich in einer Brennraumwandung ausgebildet sind, wobei sie in einem - bezüglich der Hubbewegung eines in dem jeweiligen Brennraum verlagerbaren Kolbens - jeweils in einem unteren, dem unteren Totpunkt zugewandten Bereich angeordnet sind, wobei eine Oberkante der jeweiligen Abgasüberströmöffnung als Steuerkante für das Öffnen und Schließen der Abgasüberströmöffnung wirkt, wenn der Kolben die Oberkante passiert.
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Überstreicht der Kolben dabei die Oberkante der Abgasüberströmöffnung in Richtung des unteren Totpunkts, wird die Abgasüberströmöffnung geöffnet. Überstreicht der Kolben die Abgasüberströmöffnung und zuletzt die Oberkante in Richtung des oberen Totpunkts, wird die Abgasüberströmöffnung wieder geschlossen. Diese Ausgestaltung der Abgasüberströmöffnung sowie der entsprechende Mechanismus, um sie zu öffnen und zu schließen, sind besonders einfach und störungsunanfällig. Als besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung der Abgasüberströmöffnung dann, wenn der erste Brennraum dem zweiten Brennraum eineindeutig im Sinne eines reziproken Spender/Empfänger-Verhältnisses zugeordnet ist, sodass Abgas aus dem ersten Brennraum als Spenderzylinder dem zweiten Brennraum als Empfängerzylinder zugeführt wird, wobei umgekehrt - um einen halben Arbeitszyklus hierzu phasenverschoben - Abgas des zweiten Brennraums als Spenderzylinder dem ersten Brennraum als Empfängerzylinder zugeführt wird. Dabei sind die Brennräume einander insbesondere paarweise eineindeutig zugeordnet, wobei sie mit keinem anderen Brennraum über den Abgasüberströmpfad verbunden sind. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass die Oberkanten der Abgasüberströmöffnungen in den beiden einander zugeordneten Brennräumen in gleicher Höhe - in Richtung der Hubbewegung des Kolbens ausgehend von dem unteren Totpunkt gemessen - angeordnet sind, sodass sich gleiche Steuerzeiten für das Öffnen der einander zugeordneten Abgasüberströmöffnungen ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Zweitaktmotor ausgebildet ist, wobei ein erster Takt den Ansaugtakt und den Verdichtungstakt aufweist, und ein zweiter Takt den Arbeitstakt und einen Ausschiebetakt aufweist. Die Brennkraftmaschine kann also als Zweitaktmotor ausgebildet sein, wobei in dem ersten Takt, während ein in dem Brennraum beweglich angeordneter Kolben in Richtung eines oberen Totpunkts hin verlagert wird, Frischmasse in den Brennraum eingeführt und verdichtet wird, und wobei in dem zweiten Takt eine Verbrennung in dem Brennraum stattfindet, sodass Arbeit an dem Kolben verrichtet wird, wodurch dieser in Richtung seines unteren Totpunkts hin verlagert wird, und Abgas ausgestoßen wird. Der erste Takt weist somit den Ansaugtakt und den Verdichtungstakt auf und der zweite Takt weist den Arbeitstakt, der auch als Expansionstakt bezeichnet wird, und den Ausschiebetakt auf. Das grundsätzliche Prinzip eines solchen Zweitaktmotors ist bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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Vorteilhafterweise ist bei einer als Zweitaktmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine der erste Brennraum im Hinblick auf die Zündfolge um einen halben Arbeitszyklus zu dem zweiten Brennraum phasenverschoben. Ein halber Arbeitszyklus eines Zweitaktmotors beträgt 180° Kurbelwellenwinkel.
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Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Kreiskolbenmotor ausgebildet ist, der wenigstens eine Kolbenkammer aufweist, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine in der wenigstens einen Kolbenkammer ein Kolben rotiert, der mit einer Wandung der wenigstens einen Kolbenkammer zumindest zwei, vorzugsweise drei mit dem Kolben rotierende Brennräume ausbildet, wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung und die Abgasüberströmöffnung des ersten Brennraums und die Abgasüberströmöffnung des zweiten Brennraums jeweils an festen Positionen in der Wandung der wenigstens einen Kolbenkammer angeordnet sind, und wobei die über den Abgasüberströmpfad miteinander verbundenen ersten und zweiten Brennräume in verschiedenen Kolbenkammern oder in derselben Kolbenkammer, ausgewählt aus der wenigstens einen Kolbenkammer, angeordnet sind. Die Einlassöffnung, die Auslassöffnung und/oder die Abgasüberströmöffnungen weisen vorzugsweise jeweils eine Steuerkante, besonders bevorzugt zwei in Rotationsrichtung aufeinander folgende Steuerkanten auf, die - ähnlich der oben erwähnten Steuerkante - zusammen mit dem hier rotierenden Kolben zum Öffnen und Schließen der jeweiligen Öffnung eingerichtet sind. Im Unterschied zu der oben erwähnten Steuerkante öffnet sich eine dieser Öffnungen für den ersten Brennraum, wenn eine in Rotationsrichtung vorauseilende Kolbenwandung des ersten Brennraums eine vordere Steuerkante passiert. Rotiert der erste Brennraum weiter, passiert die vorauseilende Kolbenwandung eine hintere Steuerkante, sodass die Öffnung maximal geöffnet ist. Wenn die nacheilende Kolbenwandung des ersten Brennraums die vordere Steuerkante der Öffnung passiert, beginnt sich die Öffnung zu schließen. Passiert die nacheilende Kolbenwandung auch die hintere Steuerkante, ist die Öffnung für die erste Brennkammer geschlossen. Analog wird die Öffnung für den zweiten Brennraum und alle weiteren Brennräume der Kolbenkammer geöffnet und geschlossen. Es ist aber auch möglich, dass im Bereich der jeweiligen Öffnung zusätzlich Ventile, insbesondere ein Einlassventil, ein Auslassventil und/oder für jede der Abgasüberströmöffnungen jeweils ein Abgasüberströmventil angeordnet sind. Es ist also möglich, dass die Brennkraftmaschine als Kreiskolbenmotor ausgebildet ist, wobei ein in einer Kolbenkammer rotierender Kolben gemeinsam mit einer Wandung der Kolbenkammer zumindest zwei, vorzugsweise drei räumlich voneinander getrennte, mit dem Kolben rotierende Bereiche in der Kolbenkammer ausbildet. Jeder rotierende Bereich entspricht einem Brennraum und durchläuft nacheinander einen Ansaugschritt, der dem Ansaugtakt entspricht, einen Verdichtungsschritt, der dem Verdichtungstakt entspricht, einen Arbeitsschritt, der dem Arbeitstakt bzw. Expansionstakt entspricht, und einen Ausschiebeschritt, der dem Ausschiebetakt entspricht. Analog zu der vorhergehenden Beschreibung ist - in einer Momentaufnahme - einem ersten Brennraum wenigstens eine Einlassöffnung, wenigstens eine Auslassöffnung und wenigstens eine Abgasüberströmöffnung zugeordnet, wobei die Abgasüberströmöffnung über einen Abgasüberströmpfad mit einer Abgasüberströmöffnung eines zweiten Brennraums strömungstechnisch verbunden ist und von einem Abgaspfad und einem Frischmassepfad getrennt ist. Aufgrund der räumlichen Gestaltung eines Kreiskolbenmotors, insbesondere aufgrund der festen Positionen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung relativ zu der Wandung der Kolbenkammer und der Bewegung der Brennräume innerhalb der Kolbenkammer, kann allen Brennräumen einer Kolbenkammer vorzugsweise dieselbe Einlassöffnung und dieselbe Auslassöffnung zugeordnet sein. Wichtig ist lediglich, dass der Abgasüberströmpfad die - relativ zu der Wandung der Kolbenkammer stationär angeordnete - Abgasüberströmöffnung eines momentanen ersten Brennraums mit der - relativ zu der Wandung der Kolbenkammer stationär angeordnete - Abgasüberströmöffnung eines zweiten Brennraums verbindet und - sofern geeignete Druckverhältnisse in dem ersten Brennraum und dem zweiten Brennraum vorliegen - öffenbar ist, um Abgas aus dem ersten Brennraum in den zweiten Brennraum zu überführen. Der Kolbenkammer sind zumindest zwei Abgasüberströmöffnungen zugeordnet, also eine erste Abgasüberströmöffnung und eine zweite Abgasüberströmöffnung, wobei vorgesehen ist, dass einem Brennraum in dessen Ansaug- und/oder Verdichtungsschritt nur die erste Abgasüberströmöffnungen und im Arbeitsschritt nur die zweite Abgasüberströmöffnung zugänglich ist. Vorzugsweise ist jedem Brennraum einer Kolbenkammer in dessen Ansaug- und/oder Verdichtungsschritt die erste Abgasüberströmöffnung und in dessen Arbeitsschritt die zweite Abgasüberströmöffnung zugänglich. Die erste Abgasüberströmöffnung führt dem Brennraum damit Abgas zu, und die zweite Abgasüberströmöffnung führt Abgas aus dem Brennraum ab. Somit kann jeder Brennraum in seinem Ansaugschritt und/oder Verdichtungsschritt Abgas empfangen, und in seinem Arbeitsschritt Abgas spenden. Der Abgasüberströmpfad kann die erste Abgasüberströmöffnung einer ersten Kolbenkammer mit der zweiten Abgasüberströmöffnung der ersten Kolbenkammer oder mit der zweiten Abgasüberströmöffnung einer zweiten Kolbenkammer strömungstechnisch verbinden. Der Abgasüberströmpfad kann also auch zwei verschiedene Kolbenkammern miteinander verbinden, wobei in diesem Fall bevorzugt ein zweiter Abgasüberströmpfad vorgesehen ist, der dann die beiden verschiedenen Kolbenkammern quasi in umgekehrter Richtung verbindet, sodass die Kolbenkammern einander wechselseitig Abgas spenden können. Die dem Abgasüberströmpfad zugeordneten Brennräume sind also in derselben Kolbenkammer oder in verschiedenen Kolbenkammern angeordnet.
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Sowohl bei einem Zweitaktmotor als auch bei einem Kreiskolbenmotor kann eine Ventilfunktion für den Abgasüberströmpfad durch Steuerkanten der Abgasüberströmöffnungen im Zusammenwirken mit einem Kolben bereitgestellt werden, wie dies zuvor für den Viertaktmotor erläutert wurde. Zusätzlich oder alternativ ist jeder Abgasüberströmöffnung ein Abgasüberströmventil zugeordnet. Somit ist die Steuerung und/oder Regelung einer zu überführenden Abgasmenge verbessert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und
- 2 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Betriebsweise der Brennkraftmaschine gemäß 1.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die eine Mehrzahl von Brennräumen 3 aufweist, nämlich genau vier Brennräume 3, die zum Zwecke ihrer Unterscheidung in 1 von oben nach unten mit römischen Zahlen durchnummeriert sind, so dass die Brennkraftmaschine 1 insbesondere die voneinander verschiedenen Brennräume I, II, III und IV aufweist. Jedem der Brennräume 3 ist jeweils wenigstens eine Einlassöffnung 5, hier jeweils zwei Einlassöffnungen 5, sowie wenigstens eine Auslassöffnung 6, hier jeweils zwei Auslassöffnungen 6, zugeordnet. Jeder Einlassöffnung 5 ist hier vorzugsweise ein Einlassventil 7 und jeder Auslassöffnung 6 vorzugsweise ein Auslassventil 8 zugeordnet. Dabei ist den Brennräumen 3 durch die Einlassöffnungen 5 Frischmasse aus einem Frischmassepfad 9 zuführbar, wobei über die Auslassöffnungen 6 Abgas aus den Brennräumen 3 in einen Abgaspfad 11 abführbar ist.
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Jeder Brennraum 3 weist außerdem eine Abgasüberströmöffnung 13 auf. Dabei ist hier eine erste Abgasüberströmöffnung 13.1 eines ersten Brennraums 3.1, nämlich des Brennraums I, mit einer zweiten Abgasüberströmöffnung 13.2 eines zweiten Brennraums 3.2, nämlich des Brennraums IV, über einen ersten öffenbaren und schließbaren Abgasüberströmpfad 15.1 verbunden. Außerdem ist eine dritte Abgasüberströmöffnung 13.3 eines dritten Brennraums 3.3, nämlich des Brennraums II, mit einer vierten Abgasüberströmöffnung 13.4 eines vierten Brennraums 3.4, nämlich des Brennraums III, über einen zweiten öffenbaren und schließbaren Abgasüberströmpfad 15.2 verbunden. Die Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2 sind strömungstechnisch sowohl von dem Abgaspfad 11 als auch von dem Frischmassepfad 9 - außerhalb der Brennräume 3 - getrennt, weisen also - abgesehen von den Innenräumen der Brennräume 3 - keine Fluidverbindung zu dem Frischmassepfad 9 und zu dem Abgaspfad 11 auf.
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Darüber hinaus zeigt sich, dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2 strömungstechnisch voneinander getrennt sind, also keine strömungstechnische Verbindung zueinander aufweisen.
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Der erste Brennraum 3.1 und der zweite Brennraum 3.2 sind in Hinblick auf eine Zündfolge der Brennkraftmaschine 1 derart relativ zueinander phasenverschoben, dass ein Arbeitstakt des ersten Brennraums 3.1 zumindest teilweise mit einem Ansaugtakt und/oder einem Verdichtungstakt des zweiten Brennraums 3.2 zeitlich überlappt. Insbesondere ist die hier dargestellte Brennkraftmaschine 1 als Viertaktmotor ausgebildet, wobei der erste Brennraum 3.1 und der zweite Brennraum 3.2 in Hinblick auf die Zündfolge der Brennkraftmaschine 1 relativ zueinander um einen halben Arbeitszyklus, d.h. um 360° Kurbelwellenwinkel, phasenverschoben sind.
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Die Zündfolge der hier dargestellten Brennkraftmaschine 1 ist insbesondere dergestalt festgelegt, dass zunächst der Brennraum 1 zündet, wobei danach der Brennraum III zündet, wobei nach diesem der Brennraum IV zündet, wobei nach diesem der Brennraum II zündet. Wie für sich genommen bekannt, setzt sich die Zündfolge dann periodisch - erneut beginnend mit dem Brennraum I - fort. Die Zündzeitpunkte der direkt nacheinander zündenden Brennräume 3 sind dabei jeweils um ein Viertel eines Arbeitszykluses relativ zueinander phasenverschoben, d.h. um 180° Kurbelwellenwinkel. Daraus ergibt sich, dass die Zündzeitpunkte der Brennräume I und IV in der zuvor beschriebenen Zündfolge gerade um 360° Kurbelwellenwinkel zueinander phasenverschoben sind, wobei dies in gleicher Weise auch für die Brennräume II und III gilt. Dabei ist insbesondere der erste Brennraum 3.1, also der Brennraum I, genau dann in seinem Arbeitstakt angeordnet, wenn der zweite Brennraum 3.2, d.h. der Brennraum IV, in seinem Ansaugtakt angeordnet ist. Umgekehrt ist der erste Brennraum 3.1, also der Brennraum I, in seinem Ansaugtakt angeordnet, wenn der zweite Brennraum 3.2, also der Brennraum IV, in seinem Arbeitstakt angeordnet ist. Das gleiche gilt analog für den dritten Brennraum 3.3, also den Brennraum II, und den vierten Brennraum 3.4, d.h. den Brennraum III, in Bezug zueinander.
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Es ist daher möglich, dem ersten Brennraum 3.1 in seinem Arbeitstakt Abgas über die erste Abgasüberströmöffnung 13.1 zu entnehmen, und dieses Abgas dem zweiten Brennraum 3.2 über den ersten Abgasüberströmpfad 15.1 und die zweite Abgasüberströmöffnung 13.2 in dessen Ansaugtakt zuzuführen, und umgekehrt. Auf diese Weise kann eine direkte Abgasrückführung zwischen dem ersten Brennraum 3.1 und dem zweiten Brennraum 3.2 verwirklicht werden, ohne dass es einer Rückführung des Abgases über den Abgaspfad 11 einerseits und den Frischmassepfad 9 andererseits bedarf. Zugleich können besonders günstige Druckverhältnisse für die Abgasrückführung zwischen den Brennräumen 3 verwirklicht werden. Das gleiche gilt analog für die Brennräume II und III, also für den dritten Brennraum 3.3 und den vierten Brennraum 3.4, welche über die dritte Abgasüberströmöffnung 13.3, den zweiten Abgasüberströmpfad 15.2 und die vierte Abgasüberströmöffnung 13.4 miteinander verbunden sind.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt sich, dass der erste Brennraum 3.1 über den ersten Abgasüberströmpfad 15.1 ausschließlich mit dem zweiten Brennraum 3.2 strömungstechnisch verbunden ist. In gleicher Weise ist der dritte Brennraum 3.3 über den zweiten Abgasüberströmpfad 15.2 ausschließlich mit dem vierten Brennraum 3.4 strömungstechnisch verbunden. Die Brennräume 3 sind einander also paarweise zugeordnet, hier der Brennraum I dem Brennraum IV einerseits, und der Brennraum II dem Brennraum III andererseits.
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Alternativ ist es auch möglich, dass beispielsweise der erste Brennraum 3.1 zusätzlich mit wenigstens einem weiteren Brennraum verbunden ist, der in Hinblick auf die Zündfolge phasengleich oder annähernd phasengleich mit dem ersten Brennraum 3.1 ist. Dies ist insbesondere möglich bei einer Brennkraftmaschine 1, bei der vorgesehen ist, dass bestimmte Brennräume 3 zeitgleich zünden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass beispielsweise der erste Brennraum 3.1 mit wenigstens noch einem anderen Brennraum der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist, der in Hinblick auf die Zündfolge phasengleich oder annähernd phasengleich mit dem zweiten Brennraum 3.2 ist. Es ist dann insbesondere möglich, Abgas aus phasengleichen oder annähernd phasengleichen Spenderzylindern phasengleichen oder annähernd phasengleichen Empfängerzylindern über einen gemeinsamen Abgasüberströmpfad zuzuführen. Grundsätzlich ist es möglich, nur geringfügig phasenverschobene Spenderzylinder und/oder Empfängerzylinder zusammenzufassen und über einen gemeinsamen Abgasüberströmpfad zu verbinden, solange die jeweiligen Spenderzylinder einerseits und die Empfängerzylinder andererseits relativ zueinander ein für die Abgasrückführung geeignetes Druckgefälle aufweisen.
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Die in 1 dargestellte, ausschließlich paarweise Zuordnung von Brennräumen 3 sowie deren Phasenverschiebung um einen halben Arbeitszyklus gewährleistet allerdings in besonders vorteilhafter Weise, dass dieselben Brennräume 3 eines Paares von Brennräumen 3 einander reziprok Abgas spenden sowie voneinander empfangen können. Während also der erste Brennraum 3.1 beispielsweise in seinem Arbeitstakt als Spenderzylinder wirkt, wobei der zweite Brennraum 3.2 in seinem Ansaugtakt als Empfängerzylinder wird, kann umgekehrt der zweite Brennraum 3.2 in seinem Arbeitstakt als Spenderzylinder wirken, wobei zugleich der erste Brennraum 3.1 in seinem Ansaugtakt als Empfängerzylinder wirkt.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt eingerichtet, um den ersten Abgasüberströmpfad 15.1 zu öffnen, wenn der erste Brennraum 3.1 in seinem Arbeitstakt angeordnet ist, wobei zugleich der zweite Brennraum 3.2 in seinem Ansaugtakt angeordnet ist - und umgekehrt -, wobei die Brennkraftmaschine 1 weiter eingerichtet ist, um den ersten Abgasüberströmpfad 15.1 ansonsten zu verschließen. Die strömungstechnische Verbindung des ersten Brennraums 3.1 mit dem zweiten Brennraum 3.2 wird also nur dann hergestellt, wenn diese in für die Abgasrückführung geeigneten Funktionszuständen bei geeigneten Druckverhältnissen - in reziproker Weise - angeordnet sind, wobei im Übrigen die Brennräume 3.1, 3.2 nicht direkt miteinander über den ersten Abgasüberströmpfad 15.1 fluidverbunden sind. Das gleiche gilt in analoger Weise für den dritten Brennraum 3.3 und den vierten Brennraum 3.4, sowie für den zweiten Abgasüberströmpfad 15.2
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Die Öffnung der Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2 kann grundsätzlich durch eine mechanische Zwangssteuerung, beispielsweise über eine Nockenwelle, oder auch elektronisch, elektromechanisch und/oder hydraulisch mittels einer hierfür geeignet eingerichteten Steuereinrichtung erfolgen.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist insbesondere eine Ventileinrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um die Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2 in einem ersten Funktionszustand zu öffnen und in einem zweiten Funktionszustand zu schließen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ventileinrichtung 17 ein erstes Abgasüberströmventil 19.1 aufweist, über das der erste Abgasüberströmpfad 15.1 in den ersten Brennraum 3.1 übergeht, wobei die Ventileinrichtung 17 außerdem ein zweites Abgasüberströmventil 19.2 aufweist, über welches der erste Abgasüberströmpfad 15.1 in den zweiten Brennraum 3.2 übergeht. In entsprechender Weise weist die Ventileinrichtung 17 ein drittes Abgasüberströmventil 19.3 auf, über welches der zweite Abgasüberströmpfad 15.2 in den dritten Brennraum 3.3 übergeht, wobei sie weiterhin ein viertes Abgasüberströmventil 19.4 aufweist, über welches der zweite Abgasüberströmpfad 15.2 in den vierten Brennraum 3.4 übergeht. Die Abgasüberströmventile 19 sind dabei eingerichtet, um die Abgasüberströmöffnungen 13 zu öffnen und zu schließen. Insbesondere sind die Abgasüberströmventile 19 bevorzugt in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 integriert und besonders bevorzugt ausgestaltet wie die Einlassventile 7 und die Auslassventile 8. Über eine geeignete zeitliche Ansteuerung der Abgasüberströmventile 19 kann dann die Abgasrückführung direkt zwischen den Brennräumen 3 unter Umgehung des Abgaspfads 11 und des Frischmassepfads 9 bei geeigneten Druckverhältnissen erfolgen.
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Die Ventileinrichtung 17 ist bevorzugt eingerichtet, um eine Abgasrückführrate in dem ersten Abgasüberströmpfad 15.1 und/oder in dem zweiten Abgasüberströmpfad 15.2 variabel einzustellen. Um dies zu erreichen, ist den Abgasüberströmventilen 19 bevorzugt jeweils ein variabler Ventiltrieb, besonders bevorzugt ein vollvariabler Ventiltrieb, zugeordnet, sodass die Abgasrückführrate insbesondere über variable Ansteuerzeiten und/oder variable Ventilhübe der Abgasüberströmventile 19 eingestellt werden kann.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt entlang der Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2 ein Abgaskühler 21 angeordnet, der hier gestrichelt angedeutet ist. Dabei kann es sich um eine separate Einrichtung zum Kühlen des zurückgeführten Abgases handeln. Es ist aber auch möglich, dass das rückgeführte Abgas durch ein Kühlmittel, welches ohnehin zum Kühlen der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen ist und insbesondere den Zylinderkopf durchsetzt, gekühlt wird, insbesondere wenn die Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2 in dem Zylinderkopf verlaufen.
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Anhand von 1 zeigt sich auch noch, dass der Frischmassepfad 9 vorzugsweise aufgeladen ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine zweistufige Aufladung mit einem Hochdruck-Abgasturbolader 23 und einem Niederdruck-Abgasturbolader 25 vorgesehen. Eine solche zweistufige Aufladung ist für sich genommen bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird. Es zeigt sich aber anhand der Darstellung des Abgaspfads 11 einerseits und des Frischmassepfads 9 andererseits, dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 bevorzugt weder eine Hochdruck-Abgasrückführung noch eine Niederdruck-Abgasrückführung unter strömungstechnischer Verbindung des Abgaspfads 11 mit dem Frischmassepfad 9 vorgesehen ist; vielmehr wird das Abgas ausschließlich direkt über die Abgasüberströmpfade 15.1, 15.2, welche die ihnen zugeordneten Brennräume 3 unmittelbar unter Umgehung des Abgaspfads 11 und des Frischmassepfads 9 verbinden, bereitgestellt.
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2 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung des Betriebs des Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1. Dabei ist bei a) eine schematische Auftragung der logarithmischen Brennraumdrücke log p für die verschiedenen Brennräume I, II, III und IV über die Kurbelwellenwinkelskala in °KW aufgetragen. Dabei stellt eine erste durchgezogene Kurve K1 den logarithmischen Druckverlauf log p in dem ersten Brennraum 3.1, mithin in dem Brennraum I, dar, wobei eine zweite, gepunktete Kurve K2 den logarithmischen Druckverlauf log p in dem zweiten Brennraum 3.2, d.h. in dem Brennraum IV, darstellt. Eine dritte, fein gestrichelte Kurve K3 stellt den logarithmischen Druckverlauf log p in dem dritten Brennraum 3.3, d.h. in dem Brennraum II, dar, wobei eine vierte, grob gestrichelte Kurve K4 den logarithmischen Druckverlauf log p in dem vierten Brennraum 3.4, d.h. in dem Brennraum III, darstellt. Aus dieser Darstellung wird die Zündfolge der Brennräume 3 deutlich, die in der Reihenfolge I-III-IV-II zünden. Es ist weiterhin aus dem Diagramm ablesbar, dass sich der zweite Brennraum 3.2, das heißt der Brennraum IV, zwischen 180 °KW und 360 °KW in dem Ansaugtakt befindet, während zugleich der erste Brennraum 3.1, das heißt der Brennraum I, in dem Arbeits- oder Expansionstakt angeordnet ist. Umgekehrt ist der erste Brennraum 3.1 zwischen 540 °KW und 720 °KW im Ansaugtakt angeordnet, während zugleich der zweite Brennraum 3.2 in seinem Arbeits- oder Expansionstakt angeordnet ist. Der erste Brennraum 3.1 und der zweite Brennraum 3.2, mithin die Brennräume I und IV, können sich daher gegenseitig über die ersten und zweiten Abgasüberströmöffnungen 13.1, 13.2 sowie den ersten Abgasüberströmpfad 15.1 Abgas spenden. Gleiches gilt analog - wie ebenfalls aus dem Diagramm erkennbar - für den dritten Brennraum 3.3, also den Brennraum II, und den vierten Brennraum 3.4, also den Brennraum III.
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Bei b) ist eine beispielhafte, diagrammatische Darstellung von Ventilhubkurven VH und damit der Ansteuerung für die verschiedenen, dem ersten Brennraum 3.1, also dem Brennraum I, zugeordneten Ventile - aufgetragen gegen den Kurbelwellenwinkel in °KW - dargestellt. Eine fünfte, durchgezogene Kurve K5 stellt dabei den Ventilhub VH für das erste Abgasüberströmventil 19.1 des ersten Brennraums 3.1 dar. Eine sechste, gestrichelte Kurve K6 stellt den Ventilhub VH für die Auslassventile 8 des ersten Brennraums 3.1 dar; und eine siebte, strichpunktierte Kurve K7 stellt schließlich den Ventilhub VH für die Einlassventile 7 des ersten Brennraums 3.1 dar.
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Dabei zeigt sich, dass das erste Abgasüberströmventil 19.1 vorzugsweise am Ende des Expansionstakts des ersten Brennraums 3.1 geöffnet wird, bevor die diesem Brennraum 3.1 zugeordneten Auslassventile 8 geöffnet werden. Zugleich wird vorzugsweise auch das zweite Abgasüberströmventil 19.2 des zweiten Brennraums 3.2 geöffnet, sodass Abgas von dem ersten Brennraum 3.1 in den zweiten Brennraum 3.2 überströmen kann. Es ist aber möglich, dass die Ventilhubkurven des ersten Abgasüberströmventils 19.1 und des zweiten Abgasüberströmventils 19.2 zeitlich zumindest geringfügig auseinanderfallen, insbesondere um Strömungseffekte zwischen den Brennräumen 3.1, 3.2 entlang des ersten Abgasüberströmpfads 15.1 zu berücksichtigen.
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Weiterhin können bevorzugt die Steuerzeiten und auch die Ventilhübe für die Abgasüberströmventile 19 verändert werden, wodurch insbesondere eine Abgasrückführrate eingestellt werden kann.
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Die hier beispielhaft anhand des ersten Abgasüberströmventils 19.1 bzw. des ersten Brennraums 3.1 erläuterte Vorgehensweise trifft vorzugsweise analog auf alle Abgasüberströmventile 19 sowie alle Brennräume 3 zu.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit der hier vorgeschlagenen Brennkraftmaschine 1 eine besonders effiziente, direkte Abgasrückführung unter Umgehung des Abgaspfads 11 und des Frischmassepfads 9 möglich ist, wobei für die Abgasrückführung besonders günstige Druckverhältnisse in den Brennräumen 3 genutzt werden können.
