DE10228303A1

DE10228303A1 - Verbrennungsmotor mit gegenüberliegenden Primär- und Sekundärkolben

Info

Publication number: DE10228303A1
Application number: DE2002128303
Authority: DE
Inventors: Scott B Fiveland
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2003-03-20
Also published as: JP2003097305A

Abstract

Ein Verbrennungsmotor, insbesondere für die Anwendung in einer Arbeitsmaschine geeignet, ist mit einer Ventilabdeckung an einem Ende versehen. Ein Primärkolben ist in hin und her bewegbarer Weise innerhalb des Verbrennungszylinders angeordnet. Eine Ventilabdeckung am Ende des Verbrennungszylinders weist einen Sekundärzylinder in Verbindung mit dem Verbrennungszylinder auf. Ein Sekundärkolben ist hin und her beweglich innerhalb des Sekundärzylinders angeordnet. Eine Betätigungsvorrichtung ist mit dem Sekundärkolben gekoppelt, um die Position des Sekundärkolbens abhängig von der Position des Primärkolbens zu steuern. Die Betätigung des Sekundärkolbens steuert indirekt die Zündsequenz der Brennstoff- und Luftmischung innerhalb des Verbrennungszylinders, gestattet, dass das Verdichtungsverhältnis gesteigert wird, verringert die Verbrennungstemperaturen und somit die NOx-Produktion bis zu einem äquivalenten Verhältnis von ungefähr 0,4 und verringert die Rußbildung und verringert Fehlzündungen.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Kolbenanordnungen in Verbrennungsmotoren.

Technischer Hintergrund

Ein Verbrennungsmotor verbrennt eine Mischung aus Brennstoff und Luft innerhalb eines oder mehrerer Verbrennungszylinder und wandelt die Energie vom Verbrennungsprozess in mechanische Ausgabeenergie um. Im Fall eines Motors mit Kurbelwelle sind einer oder mehrere Kolben in schwenkbarer Weise mit der Kurbelwelle verbunden und treiben die Kurbelwelle an. Im Fall eines Freikolbenmotors ist jeder Kolben unabhängig in einem entsprechen dem Verbrennungszylinder verschiebbar und ist mit einer sich axial erstreckenden Welle gekoppelt.

Neuere Untersuchungen bei einer Verbrennung mit homogener Ladungskompressionszündung (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) sehen vielversprechend aus, jedoch sind verschiedene Probleme mit dem HCCI-Verbrennungskonzept verbunden. Die meisten kommen von der Tatsache, dass das HCCI-Konzept zwei Aspekte der Verbrennungssteuerung aufgibt: der Zündzeitpunkt wird nicht gesteuert, und zwar weder indirekt durch Brennstoffeinspritzung in einem direkt einspritzenden Diesel-Motor (D.I.) oder direkt durch den Funken des funkengezündeten Motors (S.I.). Weiterhin wird die Wärmeabgaberate nicht durch die Brennstoffeinspritzrate bei einem direkt gezündeten Motor gesteuert, oder durch eine begrenzte turbulente Flammenfortpflanzung bei einem funkengezündeten Motor. Als eine Folge ist die Steuerung des Zündereignisses ein sehr gut bekanntes Problem bei höheren Lasten bei HCCI-Motoren.

Gegenwärtig beruht das HCCI-Verbrennungsprinzip für Erdgas auf der Begünstigung von einer Zündung durch erhöhte Einlasssammelleitungstemperaturen. Die Simulation der Arbeit bzw. des Betriebes hat gezeigt, dass die Einspritzzeitsteuerung sehr empfindlich für Sammelleitungstemperaturen ist. Anders gesagt können kleine Störungen der Ladungstemperatur auf Grund von Veränderungen der Wärmeübertragung, der Turbulenz usw., verursachen, dass der Zündzeitpunkt um bis zu zehn Grad Kurbelwellenwinkel moduliert.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungszylinder versehen, der ein Kopfende besitzt. Ein Primärkolben ist hin und her beweglich in dem Verbrennungszylinder angeordnet. Ein Zylinderkopf am Kopfende des Verbrennungszylinders sieht einen Sekundärzylinder in Verbindung mit dem Verbrennungszylinder vor. Ein Sekundärkolben ist hin und her beweglich in dem Sekundärzylinder angeordnet. Eine Betätigungsvorrichtung ist mit dem Sekundärkolben zur Steuerung der Position des Sekundärkolbens gekoppelt, und zwar abhängig von der Position des Primärkolbens.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors vorgesehen, und zwar mit den Schritten der Hin- und Herbewegung eines Primärkolbens innerhalb eines Verbrennungszylinders mit einem Kopfende; und der Hin- und Herbewegung eines Sekundärkolbens innerhalb eines zweiten Zylinders in Verbindung mit dem Verbrennungszylinder benachbart zum Kopfende, wobei die Schritte der Hin- und Herbewegung so ausgeführt werden, dass der Sekundärkolben eine Position innerhalb des Sekundärzylinders hat, die von einer Position des Primärkolbens in dem Verbrennungszylinder abhängt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise bruchstückhafte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors der vorliegenden Erfindung in einer Arbeitsmaschine;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht aufgenommen entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer nockenbetätigungsvorrichtung, die mit dem Sekundärkolben gekoppelt ist; und

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung von Volumenprofilen, die mit der Bewegung der Primär- und Sekundärkolben assoziiert sind.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 und 2 ist dort ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt, der in eine Arbeitsmaschine vorgesehen ist, wie beispielsweise einem Straßenfahrzeug, einem Geländefahrzeug, einem Traktor, einen Bagger oder ähnlichem. Die Arbeitsmaschine weist einen Rahmen 12 auf, der den Verbrennungsmotor 10 trägt, wie schematisch von der gestrichelten Linie 14 gezeigt. Der Verbrennungsmotor 10 ist als kompressionsgezündeter Motor in dem gezeigten Ausführungsbeispiel angenommen und weist im allgemeinen einen Zylinderkopf 16 auf, einen Primärkolben 18, eine Ventilabdeckung 20, einen Sekundärkolben 22 und eine Betätigungsvorrichtung 24.
Der Zylinderkopf 16 definiert einen oder mehrere Verbrennungszylinder 26 und definiert typischerweise eine Vielzahl von Verbrennungszylindern, von denen nur einer für die vereinfachten Zwecke der Zeichnungen gezeigt ist. Der Verbrennungszylinder 26 weist ein Ende 28 auf, mit dem die Ventilabdeckung 20 gekoppelt ist. Der Zylinderkopf 16 ist typischerweise indirekt mit dem Rahmen 12 über Motorbefestigungen oder ähnliches verbunden, wie von der gestrichelten Linie 14 gezeigt.
Der Primärkolben 18 ist hin und her beweglich innerhalb des Verbrennungszylinders 26 angeordnet und ist bewegbar zwischen einer oberen Totpunktposition benachbart zur Ventilabdeckung 20 (wie in Fig. 1 gezeigt) und einer unteren Totpunktposition am gegenüberliegenden Ende des Verbrennungszylinders 26. Der Primärkolben 18 weist eine Stange 30 auf, die damit an einer Seite gegenüberliegend zur Ventilabdeckung 20 gekoppelt ist. Im Falle eines Kurbelwellenmotors ist die Stange 30 schwenkbar mit dem Primärkolben 18 gekoppelt. Im Fall eines Freikolbenmotors ist die Stange 30 typischerweise starr mit dem Primärkolben 18 gekoppelt.
Der Primärkolben 18 weist auch eine Krone 32 mit einer vordefinierten Kontur auf, die bei der Vermischung der Brennstoff- und Luftmischung hilft, die in dem Verbrennungszylinder 26 eingespritzt wird. Die spezielle Kontur der Krone 32 kann abhängig von der speziellen Anwendung variieren. Der Primärkolben 18 weist auch eine oder mehrere ringförmige Kolbenringnuten 34 innerhalb seines Aussenumfangs auf, die jeweils einen jeweiligen Kolbenring 36 tragen können. Die Kolbenringe 36 verhindern das Vorbeiblasen von Verbrennungsnebenprodukten während des Verbrennungszyklus, wie bekannt ist. Der Primärkolben 18 kann auch ohne Kolbenringnuten 34 und Kolbenring 36 konfiguriert sein, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung.
Die Ventilabdeckung 20 ist mit dem Zylinderkopf 16 am Ende 28 gekoppelt, wie oben beschrieben. Die Ventilabdeckung bzw. der Ventildeckel 20 bedeckt typischerweise eine Vielzahl von Verbrennungszylindern 26, es ist jedoch gezeigt, dass er nur einen einzigen Verbrennungszylinder 26 in Fig. 1 abdeckt, und zwar zu Vereinfachungszwecken. Die Ventilabdeckung 20 weist einen Sekundärzylinder 38 auf, der in Verbindung mit dem Verbrennungszylinder 26 ist. Die Ventilabdeckung 20 weist auch ein Paar von Einlassanschlüssen 40 und Auslassanschlüssen 42 auf, in denen hin und her beweglich ein entsprechendes Paar von Einlassventilen 44 und Auslassventilen 46 angeordnet ist. Die Einlassventile 44 und die Auslassventile 46 werden in bekannter Weise während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 betätigt, wenn sich der Primärkolben 18 zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition und umgekehrt hin und her bewegt.
Der Sekundärzylinder 38 hat eine im allgemeinen zylindrische Form in dem gezeigten Ausführungsbeispiel und ist vorzugsweise im allgemeinen konzentrisch mit dem Verbrennungszylinder 26 und dem Primärkolben 18 positioniert. Es ist jedoch auch möglich, den Sekundärzylinder 38 relativ zur Längsachse des Primärkolbens 18 versetzt zu positionieren, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung. Trotzdem ist der Sekundärzylinder 38 benachbart zum Ende 28 des Verbrennungszylinders 26 so positioniert, um das dynamische Verhalten des Strömungsmittels und die chemische Reaktivität der Mischung aus Brennstoff und Luft während des Verbrennungsprozesses zu beeinflussen, wenn der Primärkolben 18 nahe der oberen Totpunktposition ist, wie in Fig. 1 gezeigt.
Der Sekundärkolben 22 ist hin und her beweglich innerhalb des Sekundärzylinders 38 angeordnet und ist bewegbar zwischen einer oberen Totpunktposition benachbart zum Ende 28 des Verbrennungszylinders 26 (wie in Fig. 1 gezeigt) und einer unteren Totpunktposition am entgegengesetzten Ende des Sekundärzylinders 38. Der Sekundärkolben 22 weist eine Krone bzw. einem Mantel 48 mit einer vordefinierten Kontur auf, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Krone 48 im allgemeinen flach, kann jedoch eine gekrümmte Oberfläche oder eine zusammengesetzte Krümmung haben, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung. Der Sekundärkolben 22 weist ein Paar von Kolbenringnuten 50 auf, die jeweils ein Paar von Kolbenringen 52 tragen. Die Kolbenringe 52 sind so konfiguriert, dass sie ein Vorbeiblasen von Verbrennungsprodukten während der Verbrennung der Mischung aus Brennstoff und Luft innerhalb des Verbrennungszylinders 26 verhindern. Eine Stange 54 ist mit dem Sekundärkolben 22 gekoppelt und ist direkt oder indirekt mit einer Betätigungsvorrichtung 24 gekoppelt, wie von der Linie 56 gezeigt. Der Sekundärkolben 22 wird innerhalb des Sekundärzylinders 38 hin und her bewegt, um den Verbrennungszeitpunkt der Brennstoff- und Luftmischung innerhalb des Verbrennungszylinders 26 zu beeinflussen, wenn sich der Primärkolben 18 zwischen einem Kompressionshub und einem Rückhub innerhalb des Verbrennungszylinders 26 bewegt.
Die Betätigungsvorrichtung 24 steuert die hin und her laufende Position des Sekundärkolbens 22 abhängig von einer Position des Primärkolbens 18. Die Betätigungsvorrichtung 24 kann als Nockenbetätigungsvorrichtung, als hydraulische Betätigungsvorrichtung oder als elektrische Bestätigungsvorrichtung konfiguriert sein, und zwar abhängig von der speziellen Anwendung. Wenn sie hier als Nockenbetätigungsvorrichtung (wie im allgemeinen in Fig. 3 gezeigt) konfiguriert ist, weist die Betätigungsvorrichtung 24 eine Nocke 24A mit einem flachen Nocken Profil 24B auf, welches bewirkt, dass der Sekundärkolben 22 an der oberen Totpunktposition bleibt, um dadurch an der oberen Totpunktposition für eine vorbestimmte Zeitperiode zu "hängen". Die Nocke 24A wird drehbar um eine Welle 58 angetrieben, vorzugsweise durch eine Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Nockenwelle, die mit dem Primärkolben 18 assoziiert ist, um die Nocke 24A abhängig von der Bewegung des Primärkolben des 18 zu drehen.
Wie oben gezeigt, kann die Betätigungsvorrichtung 24 auch als hydraulische Betätigungsvorrichtung konfiguriert sein. Wenn sie als hydraulische Betätigungsvorrichtung konfiguriert ist, wirkt die Welle 54 somit als Stößelwelle zur Hin- und Herbewegung des Sekundärkolbens 22 zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition. Wenn sie als hydraulische Betätigungsvorrichtung konfiguriert ist, wird klar sein, dass der Sekundärkolben 20 auf oder über irgendeine erwünschte Stelle innerhalb des Sekundärzylinders 38 bewegt werden kann. Somit kann die obere Totpunktposition und die untere Totpunktposition des Sekundärkolbens 22 variieren. Durch Variieren der oberen Totpunktposition des Sekundärkolbens 22 kann das effektive Verdichtungsverhältnis des Primärkolbens 18 und der Verbrennungskammer 26 genauso variieren.
In dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel haben der Sekundärkolben 22 und der Sekundärzylinder 38 jeweils eine im allgemeinen zylindrische Form (d. h. eine im allgemeinen kreisförmige Querschnittsform). Abhängig von der speziellen Anwendung jedoch kann es auch möglich sein, den Sekundärkolben 22 und den Sekundärzylinder 38 mit einer anderen Querschnittsform zu konfigurieren, während man immer noch eine effektive Hin- und Herbewegung des Sekundärkolbens in den Sekundärzylinder gestattet.

Industrielle Anwendbarkeit

Während des Gebrauches wird der Primärkolben 18 innerhalb der Brennkammer 26 zwischen einer unteren Totpunktposition und einer oberen Totpunktposition hin- und herbewegt, wie in Fig. 1 gezeigt, und auch umgekehrt. Wenn sich der Primärkolben 18 von der unteren Totpunktposition zur oberen Totpunktposition bewegt, werden die Einlassventile 44 betätigt, um Verbrennungsluft und/oder eine Mischung aus Luft und Brennstoff in den Verbrennungszylinder 26 zu ziehen. Eine getrennte (nicht gezeigte) Brennstoffeinspritzvorrichtung kann auch vorgesehen werden. Wenn der Primärkolben 18 auf oder nahe der oberen Totpunktposition ist, und vorzugsweise kurz vor der oberen Totpunktposition ist, wird der Sekundärkolben 22 genauso betätigt und zur oberen Totpunktposition benachbart zum Kopfende 28 des Verbrennungszylinders 26 bewegt. Dies bewirkt in wirkungsvoller Weise eine schnelle Verringerung der Volumengröße der Brennkammer innerhalb des Verbrennungszylinders 26 zwischen dem Primärkolben 18 und der Ventilabdeckung 20. Im Falle der Kompressionszündung wird ausreichend Energie auf die Brennstoff- und Luftmischung innerhalb des Verbrennungszylinders 26 aufgeprägt, um zu bewirken, dass die Brennstoff- und Luftmischung verbrennt. Der Sekundärkolben 22 wird vorzugsweise an der oberen Totpunktposition für eine vorbestimmte Zeitperiode gehalten, um das Volumen der Brennkammer innerhalb des Verbrennungszylinders 26 auf einem Minimum zu halten. Wenn die Betätigungsvorrichtung 24 als Nockenbetätigungsvorrichtung aufgebaut ist, wird dies durch ein flaches Nockenprofil 24B der Nocke 24A erreicht. Wenn sie als hydraulische Betätigungsvorrichtung konfiguriert ist, wird der Sekundärkolben 22 einfach auf der oberen Totpunktposition gehalten, und zwar durch Aufbringen eines ausreichenden Hydraulikdruckes auf die Stange 54.
Nach der Verbrennung wird der Primärkolben 18 von der oberen Totpunktposition zu unteren Totpunktposition bewegt. Der Sekundärkolben 22 wird gleichzeitig zu seiner unteren Totpunktposition bewegt, um in wirkungsvoller Weise die Volumenfläche bzw. das Volumengebiet der Brennkammer innerhalb des Verbrennungszylinders 26 zu steigern. Im Falle einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung 24 kann die untere Totpunktposition des Sekundärkolbens 22 auch variiert werden, um wiederum das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 10 zu variieren. Das Verfahren wiederholt sich für jeden Zyklus des Primärkolbens 18 zwischen der oberen Totpunktposition und der unteren Totpunktposition und umgekehrt. Der Sekundärkolben kann auf die untere Totpunktposition bewegt werden und dann am Platz gehalten werden, um das Verdichtungsverhältnis zwischen den Zyklen zu verändern.
Wenn der Primärkolben 18 sich zur unteren Totpunktposition bewegt, werden die Auslassventile 46 betätigt, um zu gestatten, das Abgas aus der Brennkammer innerhalb des Verbrennungszylinders 26 austritt.
Mit Bezug auf Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Volumenprofile des Verbrennungszylinders 26, des Sekundärzylinders 38 und eines Überlagerungs- bzw. Superpositionsvolumens gezeigt, das von dem Sekundärkolben verursacht wird. Wie es offensichtlich ist, tritt eine schnelle Veränderung des Volumens der Brennkammer innerhalb des Verbrennungszylinders 26 benachbart zur Krone 32 des Primärkolbens 18 auf, wenn der Sekundärkolben 22 betätigt wird und zur oberen Totpunktposition hin bewegt wird. Durch Variieren der Zeitsteuerung des Sekundärkolbens 22 ist es möglich, genauso den Zeitpunkt zu variieren, während dem die Verbrennungssequenz innerhalb des Verbrennungszylinders 26 auftritt. Vorzugsweise wird der Sekundärkolben 22 so betätigt, dass die Verbrennung der Mischung aus Brennstoff und Luft geringfügig nach der oberen Totpunktposition des Primärkolbens 18 auftritt, wie durch die geringfügige Verschiebung der kombinierten Spur genau nach dem Kurbelwellenwinkel von 0° (d. h. genau nach der oberen Totpunktposition des Primärkolbens 18 angezeigt), wie in Fig. 4 gezeigt. Somit ist es möglich, indirekt die Verbrennungssequenz der Mischung aus Brennstoff und Luft innerhalb des Verbrennungszylinders 26 unter Verwendung des Sekundärkolbens 22 zu steuern.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Sekundärkolben vor, der hin und her beweglich innerhalb eines zweiten Zylinders auf oder nahe einer oberen Totpunktposition eines Primärkolbens in einem Verbrennungszylinders angeordnet ist. Die Hin- und Herbewegung des Sekundärkolbens wird so gesteuert, dass indirekt die Zündungssequenz der Mischung von Brennstoff und Luft innerhalb des Verbrennungszylinders 26 gesteuert wird. Es ist somit möglich, Einspritzereigenisse auf einem Zeitpunkt geringfügig nach der oberen Totpunktposition des Primärkolbens 18 zubewegen. Das Zylinderventil kann während des Zyklus oder zwischen den Zyklen verändert werden. Durch Steuerung der Position des Sekundärkolbens 22 kann darüber hinaus das Verdichtungsverhältnis gesteigert werden, und zwar nur dadurch begrenzt, was an der oberen Totpunktposition durch den Sekundärkolben 22 eingerichtet werden kann. Die Einlasstemperaturen werden geringfügig verringert, da der Sekundärkolben 22 die entflammbaren Zustände bzw. Verbrennungsbedingungen direkt nach der oberen Totpunktposition des Primärkolbens 18 begünstigt. Die Leistung, die eine lineare Veränderung des volumetrischen Wirkungsgrades ist, wird somit verbessert. Es ist auch möglich, eine magerere Mischung aus Brennstoff und Luft zu verwenden, die wiederum die Verbrennungstemperatur innerhalb des Verbrennungszylinders 26 verringert. Somit wird die NOx-Produktion auf äquivalente Verhältnisse in der Größenordnung von 0,4 verringert. Niedrigere Temperaturen haben auch ein hohes effektives spezifisches Wärmeverhältnis mit verbessertem thermischen Wirkungsgrad zur Folge. Die magerere vorgemischte Verbrennung bewirkt weiter eine geringere Rußbildung. Das Volumenprofil, das mit der Bewegung des Sekundärkolbens 22 assoziiert ist, verhindert, das Zustände die Schwelle von 1100°K überschreiten, die typisch für Methan-Brennstoff ist, und zwar vor dem oberen Todpunkt. Durch Übereinanderlage des Volumenprofils des Sekundärkolbens mit dem Volumenprofil des Primärkolbens, so dass der Sekundärkolben 22 auf der oberen Totpunktposition für eine vorbestimmte flache Haltezeit bleibt, bleibt die Mischung aus Brennstoff und Luft längere Zeit in der Steuerung der Zündung, was verringerte Fehlzündungen zur Folge hat.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Verbrennungsmotor, der Folgendes aufweist:
einen Verbrennungszylinder mit einem Ende;
einen Primärkolben, der hin und her beweglich innerhalb des Verbrennungszylinders angeordnet ist;
eine Ventilabdeckung auf dem Ende des Verbrennungszylinders, wobei der Zylinderkopf einen Sekundärzylinder in Verbindung mit dem Verbrennungszylinder aufweist;
einen Sekundärkolben, der hin und her beweglich innerhalb des Sekundärzylinders angeordnet ist; und
eine Betätigungsvorrichtung, die mit dem Sekundärkolben gekoppelt ist, um eine Position des Sekundärkolbens abhängig von einer Position des Primärkolbens zu steuern.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Betätigungsvorrichtung entweder eine Nockenbetätigungsvorrichtung oder eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung oder eine hydraulische Betätigungsvorrichtung aufweist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die Betätigungsvorrichtung eine Nockenbetätigungsvorrichtung mit einem flachen Nockenprofil aufweist.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Sekundärkolben eine im allgemeinen zylindrische Form aufweist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei der Sekundärkolben mindestens eine Kolbenringnut und mindestens einen Kolbenring aufweist, der jeweils in der erwähnten Kolbenringnut getragen wird.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Zylinderkopf mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil aufweist.

7. Arbeitsmaschine, die Folgendes aufweist:
einen Rahmen; und
einen Verbrennungsmotor, der von dem Rahmen getragen wird, wobei der Verbrennungsmotor Folgendes aufweist:
einen Verbrennungszylinder;
einen Primärkolben, der hin und her beweglich innerhalb des Verbrennungszylinders angeordnet ist;
einen Zylinderkopf an einem Ende des Verbrennungszylinders, wobei der Zylinderkopf einen Sekundärzylinder in Verbindung mit dem Primärzylinder aufweist;
einen Sekundärkolben, der hin und her beweglich innerhalb des Sekundärzylinders angeordnet ist; und
eine Betätigungsvorrichtung, die mit dem Sekundärkolben gekoppelt ist, um eine Position des Sekundärkolbens abhängig von einer Position des Primärkolbens zu steuern.

8. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, wobei die Betätigungsvorrichtung entweder eine Nockenbetätigungsvorrichtung oder eine hydraulische Betätigungsvorrichtung aufweist.

9. Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, wobei die Betätigungsvorrichtung eine Nockenbetätigungsvorrichtung mit einem flachen Nockenprofil aufweist.

10. Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, das folgende Schritte aufweist:
Hin- und Herbewegung eines Primärkolbens innerhalb eines Verbrennungszylinders mit einem Ende; und
Hin- und Herbewegung eines Sekundärkolbens innerhalb eines Sekundärzylinders in Verbindung mit dem Verbrennungszylinder benachbart zu dem Ende, wobei der Schritt des Hin- und Herbewegens so ausgeführt wird, dass der Sekundärkolben eine Position innerhalb des Sekundärzylinders hat, die von einer Position des Primärkolbens innerhalb des Verbrennungszylinders abhängig ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Hin- und Herbewegung des Primärkolbens die Bewegung des Primärkolbens auf eine obere Totpunktposition innerhalb des Verbrennungszylinders aufweist, und die Verbrennung einer Mischung aus Brennstoff und Luft innerhalb des Verbrennungszylinders wenn der Primärkolben auf oder nahe der oberen Totpunktposition ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt der Hin- und Herbewegung des Sekundärkolbens die Bewegung des Sekundärkolbens auf eine obere Totpunktposition innerhalb des Sekundärzylinders einschließt, wenn der Primärkolben auf oder nahe der entsprechenden oberen Totpunktposition ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Unterschritt der Verbrennung auftritt, wenn der Primärkolben geringfügig nach der entsprechenden oberen Totpunktposition ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Unterschritt der Verbrennung in die Verbrennung der Brennstoff- und Luftmischung auf einer Temperatur unter 1700°K aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Unterschritt der Verbrennung die Verbrennung der Brennstoff- und Luftmischung auf einer Temperatur unter 1100°K aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Unterschritt der Verbrennung die Verbrennung der Brennstoff- und Luftmischung durch Verdichtungszündung bzw. Kompressionszündung aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Hin- und Herbewegung des Sekundärkolbens mit einer Nockenbetätigungsvorrichtung ausgeführt wird, die mit dem Sekundärkolben gekoppelt ist und ein flaches Nockenprofil besitzt, das mit einer oberen Totpunktposition des Sekundärkolbens assoziiert ist.

18. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Hin- und Herbewegung des Sekundärkolbens mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung ausgeführt wird, die mit dem Sekundärkolben gekoppelt ist, wobei die hydraulische Betätigungsvorrichtung den Primärkolben und den Verbrennungszylinder mit einem variablen Kompression- bzw. Verdichtungsverhältnis versieht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, das den Unterschritt des Haltens des Sekundärkolbens auf der erwähnten oberen Totpunktposition einschließt, wenn der Primärkolben auf oder nahe einer entsprechenden oberen Totpunktposition ist.

20. Verfahren nach Anspruch 10, das den Schritt aufweist, eine Ventilabdeckung an dem Ende vorzusehen, wobei die Ventilabdeckung den Sekundärzylinder mit einschließt.