DE19631290A1 - Vorrichtung zur Aufladung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufladung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit wenigstens zwei Ventilen pro Zylinder.

Die wirkungsvollste Maßnahme zur Steigerung der hubraumspezifischen Motorlei­ stung eines Verbrennungsmotors ist die Aufladung. Bisher werden für die Aufladung vorzugsweise Abgasturbolader oder mechanisch vom Motor angetriebene Kompres­ soren oder der sogenannte Comprexlader® verwendet, bei dem Druckwellen aus den instationären Strömungsvorgängen im Gaswechselsystem des Verbrennungsmotors zur Aufladung genutzt werden. Diese bekannten Aufladevorrichtungen haben jede für sich spezifische Nachteile, von denen für den Abgasturbolader das sogenannte Lader­ loch bei Beschleunigung, für mechanisch angetriebene Lader der nachteilige Ver­ brauch von Wellenleistung und für Komprexlader der Nachteil zu nennen ist, daß der Druckwellenprozeß erst bei heißem Abgas funktioniert, ein zusätzliches Bypaßventil notwendig ist, über das bei Kaltstart der Motor direkt Luft ansaugen kann und eine Drosselung der Frischluft oder des Abgases, z. B. für Abgasnachbehandlung sich mit der Aufrechterhaltung der Druckwellenprozesse nur schwer vereinbaren läßt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Aufladung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors zu schaffen, die mit vertretbarem Bauauf­ wand einesteils eine merkliche Steigerung der hubraumspezifischen Motorleistung erbringt, andererseits elastischen Drehmomentenverlauf zeitigt und zusätzlich die absolute Emissionsmenge toxischer Abgase verringert. Darüber hinaus soll geringes Geräuschniveau eingehalten werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe von einer Vorrichtung mit den Merkma­ len des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Prinzip der Erfindung beruht darauf, daß die Abgasenergie eines Motorzylinders direkt dazu verwendet wird, um einen anderen Zylinder aufzuladen. Die Energieüber­ tragung erfolgt direkt vom Abgas an die Frischluft. Die Druckübertragung erfolgt un­ mittelbar und dadurch mit hohem Wirkungsgrad. Wirkungsgradeinbußen durch die Einschaltung von Maschinenkomponenten, wie Verdichter oder Turbinen oder me­ chanischen Ladern fallen weg. Durch Öffnung einer Verbindung zwischen dem Zy­ linder und dem Laderaum am Ende des Arbeitstaktes expandiert das auszuschiebende Abgas in den Laderaum und verdichtet dabei die dort zunächst unter Normaldruck befindliche Frischluftmenge. Durch gleichzeitige oder geringfügig nacheilende Ver­ bindung des Laderaums mit einem ansaugenden Zylinder wird die Frischluft aus dem Laderaum unter dem erhöhten aus dem Arbeitszylinder zur Verfügung stehenden Abgasdruck in den Ansaugzylinder geschoben. Der Grad der Aufladung kann in Grenzen durch die Wahl der Steuerzeitpunkte von Abgassteuerorgan und Frischluft­ steuerorgan gewählt werden. Vorteilhaft ist es, wenn Mittel zur Betätigung der Steu­ erorgane vorgesehen sind, die ein im wesentlichen gleichzeitiges Freigeben des Durchgangs zwischen den beiden Zylindern und dem Laderaum einstellen, wobei ein geringfügiges Nacheilen des Frischluftsteuerorgans gegenüber dem Abgassteuer­ organ einstellbar ist.

Das erfindungsgemäße Prinzip, die Abgasenergie eines Motorzylinders unmittelbar zur Aufladung eines anderen Motorzylinders mit Frischluft zu verwenden, läßt sich auch bei solchen Motoren, bei denen aufgrund der Zylinderzahl solche Zylinder, de­ ren Arbeitstakte "Ausschieben" und "Ansaugen" zusammenfallen, nicht vorhanden sind, anwenden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe bei Mehrzylinderverbrennungsmotoren, deren Zylinderzahl kein ganzzahliges Vielfaches von Vier beträgt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Auslaßkanal jedes Zylinders an einen Laderaum angeschlos­ sen ist, dessen Volumen wesentlich größer ist als das Hubvolumen eines Zylinders, wobei zwischen dem Laderaum und dem Auslaßkanal des Zylinders ein Abgassteuer­ organ angeordnet ist, welches eine Verbindung zwischen Zylinder und Laderaum und/oder zwischen dem Laderaum und einem Abgaskanal freigibt und daß der Ein­ laßkanal jedes Zylinders an einen Frischluftsammelraum angeschlossen ist, in den aus den Laderäumen über Rückschlagventile Frischluft förderbar ist, wobei jeder Lade­ raum über ein entfernt vom Abgassteuerorgan angeordnetes Frischluftsteuerorgan an einen Frischluftkanal anschließbar ist.

Durch die zusätzliche Anordnung eines Frischluftsammelraums, in den aus den La­ deräumen verdichtete Frischluft gefördert wird, kann aus diesen je nach unterschied­ licher Sequenz der auftretenden Ansaugtakte verdichtete Frischluft entnommen und in den ansaugenden Zylinder gefördert werden. Eine Gleichzeitigkeit vom Auspufftakt eines Zylinders mit dem Ansaugtakt eines anderen Zylinders ist nicht mehr erforder­ lich. Die im Frischluftsammelraum aufgrund der intermittierenden Aufladung bzw. Entladung mit Frischluft auftretenden Druckschwankungen lassen sich dadurch ge­ ring halten, daß der Frischluftsammelraum ausreichend groß dimensioniert wird.

An der Berührungsfront zwischen Abgas und Frischluft im Laderaum wird sich, wenn keine Trennmittel vorgesehen sind, ein Mischgebiet zwischen Abgas und Frischluft einstellen. Der Laderaum ist so groß zu wählen, daß dieses Mischgebiet mit Sicherheit nicht den aufzuladenden Zylinder bzw. den Frischluftsammelraum erreicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Laderaum als Zylinder ausgebildet ist und durch einen fliegenden Kolben in einen Abgas- und einen Frischluftteilraum unterteilt ist. Ein solcher fliegender Kolben kann sehr leicht gebaut sein und vermeidet dann mit Sicherheit eine Mischung von Abgas und Frischluft.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Abgassteuer­ organ ein federbelastetes Ventil ist, dessen Federkraft in Schließstellung so gewählt ist, daß es bei Erreichen eines festgelegten Überdruckes im Laderaum bzw. Auslaßka­ nal öffnet. Durch diese Ausgestaltung wird des Abgassteuerorgan gleichzeitig als La­ dedruckbegrenzungsventil genutzt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Frischluftsteuerorgan als Rück­ schlagklappe ausgebildet sein, die ein Rückströmen in den Frischluftkanal aus­ schließt.

Alternativ zu einem federbelasteten Ventil oder einer Rückschlagklappe sind die Steuerorgane vorzugsweise als Drehschieber ausgebildet. Bei der Wahl von Dreh­ schiebern als Steuerorgane ist man bezüglich der Steuerzeiten und im Hinblick auf die Möglichkeit, Überschneidungen von Abgassteuerorgan und Frischluftsteuerorgan zu erzielen, variabler.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Ausführung mit Drehschieber besteht darin, daß der Drehschieber selbst einen Spülkanal aufweist, der eine kurzzeitige Verbindung zwischen dem Auslaßkanal des Zylinders und dem Abgaskanal herstellt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit die Zylinderbrennräume mit Frischluft zu spülen.

Eine Weiterbildung erfährt die Erfindung dadurch, daß bei einer Ausführungsform mit Drehschiebern Einlaß- und Auslaßkanal des Zylinders miteinander in Verbindung stehen und die Ventile gleichsinnig betätigt werden. Bei einem solcherart aufgelade­ nen Verbrennungsmotor arbeiten beide Ventile jeweils zusammen als Einlaß- oder zusammen als Auslaßventile und die Drehschieber steuern die Zufuhr von Frischluft bzw. Abfuhr von Abgas. Die Ventile übernehmen dabei also nur noch die Hochdruck­ abdichtung des Zylinders, während die Drehschieber die Ladungswechselsteuerung und die Aufladung - beides bei relativ niedrigem Druckniveau - übernehmen. Die Vorteile, ein- und dasselbe Ventil - hier beide Ventile - eines Zylinders sowohl als Einlaß- als auch als Auslaßventil zu benutzen sind bekannt und liegen vor allem in der geringeren thermischen Belastung der Ventile und in der Freiheit der geometrischen Gestaltung bei gleichzeitig ausreichend großen Gasquerschnitten. Die Verwendung von Drehschiebern und Ventilen führt im wesentlichen zu den selben Vorteilen, die ein Vierventilmotor gegenüber einem Zweiventilmotor aufweist, allerdings mit gerin­ gerem baulichen Aufwand, insbesondere in der hier vorgestellten Kombination, bei der die Drehschieber auch noch die Funktion von Abgassteuerorgan und Frischluft­ steuerorgan für eine Aufladung erfüllen.

Wenn man von einem vorhandenen Motor in herkömmlicher Zweiventilausführung ausgeht die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung mit Abgassteuerorgan und Frisch­ luftsteuerorgan einsetzen will und gleichzeitig erhöhte Gasquerschnitte, wie beim Vierventilmotor erreichen will, ist zusätzlich zum Abgassteuerorgan und zum Frisch­ luftsteuerorgan ein den Einlaßkanal und den Auslaßkanal jedes Zylinders steuernder Drehschieber vorzusehen und es sind die Ventile gleichsinnig zu betätigen.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 das Schema eines Vierzylinderverbrennungsmotors mit einer erfin­ dungsgemäßen Aufladevorrichtung,

Fig. 2 eine ebenfalls schematisierte Darstellung von Zylinder 1 und Zylinder 2 des Verbrennungsmotors nach Fig. 1 mit der erfindungsgemäßen Gaszu- und -abführung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch Zylinder 1 und die zugehörigen Gasführungen des in den Fig. 1 und 2 schematisiert gezeigten Motors mit einem fe­ derbelasteten Ventil als Abgassteuerorgan,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, jedoch mit einem Drehschieber als Abgassteuerorgan,

Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, bei der Einlaß- und Auslaßkanal jedes Zylinders miteinander verbunden sind und die Ventile gleichsin­ nig betätigt werden,

Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend Fig. 3 oder Fig. 4 durch eine Motor­ ausführungsform, bei der zusätzlich zum Abgassteuerorgan und Frischluftsteuerorgan ein Drehschieber und gleichsinnig betätigte Ven­ tile zur Anwendung kommen,

Fig. 7 einen Schnitt entsprechend der Linie VII-VII aus Fig. 6 vereinfacht,

Fig. 8 ein Schema einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung mit Frisch­ luftsammelraum für Motoren mit einer Zylinderzahl, die kein ganzzah­ liges Vielfaches von Vier ist entsprechend dem in Fig. 1 für einen Vierzylindermotor gezeigten Schema,

Fig. 9 eine schematisierte Darstellung von Zylinder 1 und 2 des Verbren­ nungsmotors nach Fig. 8 mit der erfindungsgemäßen Gaszu- und -ab­ führung,

Fig. 10 eine Anordnung zur Verstellung des Volumens des Laderaums einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, schematisiert und

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in einem Querschnitt entsprechend dem nach Fig. 3.

Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Verbrennungsmotor sei ein Vierzylinderreihen­ motor mit den Zylindern 1, 2, 3 und 4 mit Zündabständen von 180° Kurbelwinkel und der Zündfolge 1-3-4-2. Jeweils zwei Zylinder, deren Arbeitstakte Ausschieben und Ansaugen zusammenfallen sind über einen Laderaum miteinander verbunden. Die Laderäume sind schematisch als Verbindungslinien 15, 25, 35 und 45 dargestellt. Im weiteren bezieht sich die Beschreibung auf die Zylinder 1, 2 und den Aufladeraum 15, gilt aber analog auch für die anderen Zylinder und Aufladeräume. Der Laderaum für die Zylinder 1 und 2 ist mit 15 bezeichnet. Das Volumen des Laderaums 15 soll wesentlich größer sein als das Hubvolumen (V_H) eines der Zylinder 1 oder 2. Zwi­ schen dem Laderaum 15 und dem Auslaßkanal des ersten ausschiebenden Zylinders 1 ist ein Abgassteuerorgan 19 angeordnet, welches eine Verbindung zwischen dem Zylinder 1 und dem Laderaum 15 und/oder zwischen dem Laderaum 15 und einem Abgaskanal 10 freigibt. Zwischen dem Laderaum 15 und dem Einlaßkanal des Zylin­ ders 2 ist ein Frischluftsteuerorgan 26 angeordnet, welches eine Verbindung zwischen dem Zylinder 2 und dem Laderaum 15 und/oder zwischen dem Laderaum 15 und einem Frischluftkanal 28 freigibt.

Anhand der Fig. 2, in der die Zylinder 1 und 2 mit den zugehörigen Gasführungen noch einmal schematisch dargestellt sind, wird die Arbeitsweise der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung erklärt.

Zu Beginn eines Arbeitsspieles sei der Laderaum 15 mit Frischluft gefüllt. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunkts am Ende des Arbeitstaktes des Zylinders 1 öffnet das Auslaßventil 11 des Zylinders 1 bei geschlossenem Einlaßventil 12, so daß Abgas unter erhöhtem Druck durch den Auslaßkanal 13 strömt und im nachfolgenden durch den Kolben des Zylinders 1 ausgeschoben wird. Ein Ausschieben erfolgt jedoch nicht unmittelbar in den Abgaskanal 10 sondern es wird über das Abgassteuerorgan 19 eine Verbindung des Auslaßkanals mit dem Laderaum 15 hergestellt, so daß das Abgas aus dem Zylinder 1 in den Laderaum 15 strömt. In der schematischen Darstellung nach Fig. 2 ist der Laderaum 15 als Zylinder ausgebildet und durch einen fliegenden Kol­ ben 50 in einen Abgasteilraum 15 _A und einen Frischluftteilraum 15 _F unterteilt. Der fliegende Kolben 15 ist in einer mittleren Stellung gezeigt, in der bereits Abgas durch den Auslaßkanal 13 über das Abgassteuerorgan 19 in den Laderaum 15 eingeströmt ist und dadurch Frischluft aus dem in der Zeichnung linken Teil des Laderaums 15 nach rechts verdrängt hat. Dieses Ausschieben von Frischluft aus dem Laderaum 15 ist durch entsprechendes Öffnen gleichzeitig oder mit geringer Phasenverschiebung des Frischluftsteuerorgans 26 bezüglich des Abgassteuerorgans 19 und, was Voraus­ setzung für die Kombination von Zylinder 1 und Zylinder 2 ist, durch das Öffnen des Einlaßventils 22 vom Zylinder 2 möglich, so daß gleichzeitig mit dem Ausschieben von Abgas aus dem Zylinder 1 in den Laderaum 15 ein Laden der Frischluft vom Laderaum 15 durch den Einlaßkanal 24 in den Zylinder 2 erfolgt. Der Ladedruck für den Zylinder 2 entspricht also dem Abgasdruck von Zylinder 1 nach Öffnen des Aus­ laßventils 11. Die Anordnung des fliegenden Kolbens 50 könnte unterbleiben, wobei dann an der Grenzfläche zwischen Frischluft und Abgas im Laderaum 15 ein Misch­ gebiet entsteht und der Laderaum 15 so groß gewählt sein muß, daß dieses Misch­ gebiet beim Aufladevorgang nicht das Frischluftsteuerorgan 26 erreicht.

Der Ladevorgang erstreckt sich über die Zeit, in der die Kurbelwelle 180° Kurbelwin­ kel überstreicht. Danach wird das Abgassteuerorgan 19 des Zylinders 1 und das Frischluftsteuerorgan 26 des Zylinders 2 umgestellt und zwar so, daß am Abgassteu­ erorgan 19 eine Verbindung zwischen dem Laderaum 15, insbesondere dem Abgas­ teilraum 15 _A und dem Abgaskanal 10 besteht und eine Verbindung zwischen dem Frischluftkanal 28 und dem Frischluftteilraum 15 _F des Laderaums 15. Das noch unter Ladedruck stehende Abgas im Abgasteilraum 15 _A entspannt sich und strömt in den Abgaskanal 10. Gleichzeitig läuft eine Verdünnungswelle mit Schallgeschwindigkeit durch den Laderaum. Sobald diese Verdünnungswelle am Frischluftsteuerorgan 26 ankommt, wird dieses so umgestellt, daß eine Verbindung zwischen Frischluftkanal 28 und Laderaum 15 besteht. Durch den erzeugten Druckabfall wird Frischluft aus dem Frischluftkanal 28 in den Laderaum 15 eingesaugt. Sobald der Laderaum 15 mit Frischluft gefüllt ist, schließt das Abgassteuerorgan 19 und das Frischluftsteuerorgan 26 den Laderaum 15 ab, was durch entsprechende Stellung der in Fig. 2 angedeuteten Drehschieber erfolgt. Die Füllung des Zylinders 1 mit Frischluft erfolgt über den Laderaum 35 und das zum Zylinder 1 gehörige Frischluftsteuerorgan 16 sowie den Einlaßkanal 14 und das Einlaßventil 12, während für den Zylinder 2 das Abgassteuer­ organ 29 und ein entsprechender Laderaum 25 vorgesehen ist, der mit Zylinder 4 (vergl. Fig. 1) zusammenwirkt. Mit 20 ist ein entsprechender Abgaskanal für den Zylinder 2 bezeichnet.

Da der Ladedruck (abgesehen von Trägheits- und Resonanzeffekten) nicht höher sein kann als der Druck im ausschiebenden Zylinder am Ende der Verdichtung im Lade­ raum ist es auch nur bedingt möglich, den Raum zwischen Auslaßventil 11 und Ab­ gassteuerorgan 19, im gezeichneten Ausführungsbeispiel einem Drehschieber, zu spü­ len. Um sicher ein Wiederansaugen von Abgas zu vermeiden, kann in dem Abgas­ steuerorgan 19, wenn es als Drehschieber ausgebildet ist, ein Spülkanal 197 vorgese­ hen sein, mit dem während des Ausschiebevorgangs eine Verbindung zwischen dem Auslaßkanal 13 und dem Abgaskanal 10 hergestellt wird. Bei Überschneidung der Öffnungszeiten von Einlaßventil 12 und Auslaßventil 11 wird beim Aufladen des Zylinders 1 mit Frischluft dann eine Spülung des Auslaßkanals 13 über den Spülkanal 197 stattfinden.

In dem Motorquerschnitt gemäß Fig. 3 ist die in den Fig. 1 und 2 schematisch gezeigte Aufladeanordnung beispielhaft mit üblichen Konstruktionselementen dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 versehen. Als Frischluftsteuerorgan 16 für den Zylinder 1 ist eine Rückschlagklappe vorgese­ hen, die ein Rückströmen von Frischluft in den Frischluftkanal 18 ausschließt. Das Abgassteuerorgan ist im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 als federbelaste­ tes Ventil 191 ausgebildet, dessen Federkraft in Schließstellung so gewählt sein soll, daß bei Erreichen eines festgelegten Überdruckes im Laderaum 15 bzw. im Auslaß­ kanal 13 das Ventil öffnet und den Durchgang zum Abgaskanal 10 freigibt. Insoweit erfüllt dieses Ventil 191 gleichzeitig die Funktion des Abgassteuerorgangs 19 und die eines Ladedruckbegrenzungsventils. Die Ventilfeder ist mit 192, der zur Betätigung vorgesehene Kipphebel mit 193 und eine entsprechende Nockenwelle mit 194 be­ zeichnet. Anstelle des über eine Nockenwelle gesteuerten und betätigten Ventils kann eine elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Betätigung für das Ventil 191 vorgesehen sein, was dann den mechanischen Bauaufwand entsprechend verrin­ gert.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Abgassteuerorgan als Dreh­ schieber ausgebildet. Ansonsten entspricht die Anordnung der in Fig. 3 gezeigten. Der Drehschieber ist mit einem Spülkanal 197 versehen, der so angebracht ist, daß bei geschlossenem Drehschieber, d. h. also bei unterbrochener Verbindung zwischen Abgaskanal 10 und Laderaum 15 als auch unterbrochener Verbindung zwischen Aus­ laßkanal 13 und Laderaum 15 eine direkte Verbindung zwischen Auslaßkanal 13 und Abgaskanal 10 besteht.

Die in Fig. 5 gezeigte schematische Darstellung unterscheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, daß für jeden Zylinder der Einlaßkanal und der Auslaßkanal miteinander in Verbindung stehen. Die für jeden Zylinder vorgesehenen zwei Ventile werden gleich­ sinnig betätigt, d. h. sie arbeiten jeweils beide als Einlaß- und beide als Auslaßventile. Die Funktion der Ventile ist damit auf die Hochdruckabdichtung des Zylinders beim Kompressions- und Arbeitstakt beschränkt, während der Gaswechsel durch die für die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung vorgesehenen Drehschieber gesteuert wird. Für den Zylinder 1 arbeiten die Ventile 11 und 12 gleichzeitig als Ein- bzw. Auslaß­ ventil. Dadurch erreicht man Ventilöffnungsquerschnitte, die einem vergleichbaren Vierventilmotor entsprechen. Die Strömungsquerschnitte an den Drehschiebern 16 bzw. 19 können größer als die entsprechenden Ventilquerschnitte gewählt werden, um Ladungswechselverluste weitgehend zu vermeiden. Eine Einstellung bzw. Variation der Steuerzeiten der Drehschieber kann dadurch erreicht werden, daß entsprechende Steuerhülsen für die Drehschieber vorgesehen sind, durch deren Verdrehung Zeit­ punkt und Öffnungsdauer der Steuerschlitze variierbar sind.

Bei der in Fig. 5 schematisch gezeigten Ausführungsform ist für den Laderaum 15 im Bereich des Frischluftsteuerorgans 26 ein Ladeluftkühler 80 vorgesehen, der der im Laderaumabschnitt 15 _F verdichteten Frischluft Wärme entzieht. Im Laderaumab­ schnitt 15 _A im Bereich des Abgassteuerorgans 19 ist eine Isolierung 110 für den Lade­ raum 15 vorgesehen, die gegen Wärmeverlust schützen soll. Diese beiden zusätzli­ chen Ausgestaltungen sind nur beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 5 gezeigt, können aber bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen zur Anwendung kom­ men.

Der Teilquerschnitt durch einen Motor nach Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, die nach dem in Fig. 5 dargestellten Arbeitsprinzip arbeitet, wobei zusätzlich zu Abgass­ teuerorgan und Frischluftsteuerorgan ein Drehschieber 6 vorgesehen ist, der den Gas­ wechsel zum Zylinder 1 steuert. Das Abgassteuerorgan ist, wie in Fig. 3 dargestellt und beschrieben, als federbelastetes Ventil 191 ausgebildet, während das Frischluft­ steuerorgan eine Rückschlagklappe 161 ist, die ein Rückströmen in den Frischluftka­ nal 18 ausschließt. Die in Fig. 6 gezeigte konstruktive Anordnung kann so ausgebildet sein, daß der Einlaßkanal 14 und der Auslaßkanal 13 des Zylinders 3 wie bei üblichen Motoren getrennte Kanäle sind, wobei dann der Drehschieber 6 mit nebeneinander an­ geordneten Schlitzteilen 6a und 6b zur Steuerung der Kanäle 13, 14 ausgebildet sein muß. Auslaßkanal 13 und Einlaßkanal 14 dienen bei dieser Ausführungsform jeweils beiden Funktionen, nämlich dem Frischlufteinlaß und dem Abgasauslaß. Zum bes­ seren Verständnis ist in Fig. 7 ein Schnitt entsprechend VII-VII aus Fig. 6 vereinfacht dargestellt, wobei durch die eingezeichneten Pfeile die Sequenz der Gassteuerung dargestellt ist, in der ein Spülen der Kanäle und des Zylinders mit Frischluft über einen gesonderten Spülkanal 67 des Drehschiebers 6 erfolgt. Das Spülgas wird dabei über einen mit dem Abgaskanal 10 in Verbindung stehenden Spülkanal 101 geführt.

Der in Fig. 8 schematisch gezeigte Verbrennungsmotor sei ein Drei- oder Sechszylin­ derreihenmotor mit den gezeigten Zylindern 1, 2 und 3. Wie üblich, betragen die Zündabstände 120° Kurbelwinkel, so daß eine direkte Zuordnung von Ansaugtakt eines Zylinders und Ausschiebetakt eines anderen Zylinders nicht möglich ist. Bei dieser Motorenart ist deshalb ein Frischluftsammelraum vorgesehen, in den aus den Laderäumen 15, 25, 35 über Rückschlagventile 162, 262, 362 Frischluft gefördert wird, sobald in einem der Laderäume 15, 25, 35 ein höherer Druck herrscht als in dem Frischluftsammelraum 90. Das ist jeweils dann der Fall, wenn einer der Zylinder Abgas in den betreffenden Laderaum ausschiebt. Das Arbeitsprinzip ändert sich ge­ genüber dem zu Fig. 1 betriebenen lediglich insoweit als zwischen die Aufladeräume und die Frischluftansaugkanäle 14, 24, 34 der Zylinder der Frischluftsammelraum 90 zwischengeschaltet ist. Die übrigen Funktionselemente, also insbesondere die Ab­ gassteuerorgane 19, 29, 39 und die Frischluftsteuerorgane 16, 26, 36 erfüllen dieselbe Funktion, wie für die Anordnung nach Fig. 1 erklärt. Auch die weitere Ausgestaltung dieser grundlegenden Ausführungsform nach Fig. 8 entsprechend den Darstellungen in den Fig. 3 bis 7 sind bei dieser Motorenbauart möglich.

In der Darstellung nach Fig. 9 ist lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit der Frischluftsammelraum 90 doppelt dargestellt, in der praktischen Ausführung ist je­ doch nur ein Frischluftsammelraum 90 vorhanden.

Schließlich ist in der schematischen Darstellung nach Fig. 9 noch ein Spülgebläse 400 vorgesehen, welches zur Erhöhung des Druckes im Frischluftkanal 28 dient.

Fig. 10 zeigt schematisiert die Möglichkeit, das Volumen des Laderaums 15, 25 zu verstellen, so daß je nach Bedarf größeres oder geringeres Volumen einstellbar ist.

Eine solche Möglichkeit ist, wie dargestellt, durch eine U-förmige Gestaltung des Laderaums möglich, wobei das U mittels einer Verstelleinrichtung 50 in Richtung des gezeigten Doppelpfeils auf Grundrohren 155 verschoben wird.

Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder 1 entsprechend der Fig. 3, wobei in den Laderaum 15 ein fliegender Kolben 501 eingesetzt ist, der mit einem Element zur Energiespeicherung gekoppelt ist. Bei diesem Element zur Energiespeicherung kann es sich um eine mechanische Feder 502 handeln oder um eine Gasfeder, die dadurch entsteht, daß der fliegende Kolben 501 als Stufenkolben ausgebildet ist und der klei­ nere Kolbenquerschnitt in einem geschlossenen Zylinderraum 70 arbeitet. Sowohl die mechanische Feder als auch die Gasfeder im Fall des Stufenkolbens sind dazu geeig­ net, kurzzeitig Abgasdruckenergie zu speichern, um sie während der nachfolgenden Sequenz beim Ausstoßen von Abgas und beim Ansaugen von Frischluft über das Rückschlagventil 161 wieder freizusetzen.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Aufladung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit wenigstens zwei Ventilen pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei solche Zylinder (1, 2), deren Arbeitstakte "Ausschieben" und "Ansau­ gen" zusammenfallen, über einen Laderaum (15) verbindbar sind, dessen Volumen wesentlich größer ist als das Hubvolumen (V_H) eines Zylinders, wobei zwischen dem Laderaum (15) und dem Auslaßkanal (13) des ersten (ausschiebenden) Zylinders (1) ein Abgassteuerorgan (19) angeordnet ist, wel­ ches eine Verbindung zwischen Zylinder (1) und Laderaum (15) und/oder zwi­ schen dem Laderaum (15) und einem Abgaskanal (10) freigibt und wobei zwischen dem Laderaum (15) und dem Einlaßkanal (24) des zweiten (ansau­ genden) Zylinders (2) und entfernt vom Abgassteuerorgan ein Frischluftsteu­ erorgan (26) angeordnet ist, welches eine Verbindung zwischen Zylinder (2) und Laderaum (15) und/oder zwischen Laderaum (15) und einem Frischluftka­ nal (28) freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Betäti­ gung der Steuerorgane (19, 26) vorgesehen sind, die ein im wesentlichen gleichzeitiges Freigeben des Durchgangs zwischen den beiden Zylindern und dem Laderaum einstellen, wobei ein geringfügiges Nacheilen des Frischluft­ steuerorgans (26) gegenüber dem Abgassteuerorgan (19) einstellbar ist.

3. Vorrichtung zur Aufladung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit wenigstens zwei Ventilen pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ laßkanal (13, 23, . . .) jedes Zylinders (1, 2, . . .) an einen Laderaum (15, 25, . . .) angeschlossen ist, dessen Volumen wesentlich größer ist als das Hubvolumen (V_H) eines Zylinders, wobei zwischen dem Laderaum (15, 25, . . .) und dem Auslaßkanal (13, 23, . . .) des Zylinders (1, 2, . . .) ein Abgassteuerorgan (19, 29, . . .) angeordnet ist, welches eine Verbindung zwischen Zylinder (1, 2, . . .) und Laderaum (15, 25, . . .) und/oder zwischen dem Laderaum (15, 25, . . .) und einem Abgaskanal (10, 20, . . .) freigibt und daß der Einlaßkanal (14, 24, . . .) jedes Zylinders (1, 2, . . .) an einen Frischluftsammelraum (90) angeschlossen ist, in den aus den Laderäumen (15, 25, . . .) über Rückschlagventile (162, 262, . . .), Frischluft förderbar ist, wobei jeder Laderaum (15, 25, . . .) über ein entfernt vom Abgassteuerorgan (19, 29, . . .) angeordnetes Frischluftsteueror­ gan (16, 26, . . .) an einen Frischluftkanal (18, 28, . . .) anschließbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laderaum (15) als Zylinder ausgebildet ist und durch einen fliegenden Kolben (50) in einen Abgas- und einen Frischluftteilraum (15 _A und 15 _F) unterteilt ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassteuerorgan (19) ein federbelastetes Ventil (191) ist, dessen Federkraft in Schließstellung so gewählt ist, daß es bei Erreichen eines festgelegten Über­ druckes im Laderaum (15) bzw. Auslaßkanal (13) öffnet.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischluftsteuerorgan (16, 26) eine solche Rückschlagklappe (161) ist, die ein Rückströmen in den Frischluftkanal (18, 28) ausschließt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane (16, 19, 26, 29) als Drehschieber ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als Abgas­ steuerorgan dienende Drehschieber (19) einen Spülkanal (197) aufweist, der eine kurzzeitige Verbindung zwischen dem Auslaßkanal (13) des Zylinders und dem Abgaskanal (10) herstellt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß­ kanal (14) und der Auslaßkanal (13) miteinander in Verbindung stehen und die Ventile (11, 12) gleichsinnig betätigt werden.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich zum Abgassteuerorgan (191) und zum Frischluftsteuerorgan (161) ein den Einlaßkanal (14) und den Auslaßkanal (13) jedes Zylinders (1) steuernder Drehschieber (6) vorgesehen ist und die Ventile (11, 12) gleichsinnig betätigt werden.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den Laderaum (15) im Bereich des Frischluftsteuerorganes (16, 26) ein Lade­ luftkühler (80) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den Laderaum (15) im Bereich des Abgassteuerorganes (19) eine Isolierung (110) gegen Wärmeverlust vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mit­ tel (50) zur Verstellung des Volumens des Laderaumes (15, 25, . . .) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frischluftbeladung des Laderaumes (15, 25, . . .) bzw. des Frischluftkanals (18, 28, . . .) ein Spülgebläse (400) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der fliegende Kolben mit einem Element zur Energiespeicherung (Feder 502) gekoppelt ist.