DE19654710A1 - Method for generating physical power with reciprocating piston internal combustion engines - Google Patents
Method for generating physical power with reciprocating piston internal combustion enginesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von physikalischer Leistung mit Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ff., sowie vier möglichen Ausführungen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß den Patentansprüchen 12-15, ff.The invention relates to a method for generating physical power Reciprocating internal combustion engines according to the preamble of claim 1, ff., and four possible versions of reciprocating internal combustion engines according to the Claims 12-15, ff.
Derartige Verfahren sind allgemein bekannt und werden bei sogenannten Viertakt- und Zweitaktmotoren mit verschiedenen Brennkraftstoffen (Benzin, Diesel, biologi schen Kraftstoffen, Gasen, Wasserstoff usw.) betrieben. Vier sogenannte Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) werden dabei durch Reversierzyklen eines Kolbens ausgeführt, wobei die Kurbelwelle zwei Umdrehungen (720°) bei dem sogenannten Viertaktverfahren für einen Arbeitstakt durchführt, und eine Umdre hung (360°) bei dem sogenannten Zweitaktverfahren.Such methods are generally known and are used in so-called four-stroke and two-stroke engines with different fuels (petrol, diesel, biologi fuels, gases, hydrogen, etc.). Four so-called bars (Suction, compression, working, ejecting) through reversing cycles a piston, the crankshaft two rotations (720 °) at the performs so-called four-stroke processes for one work cycle, and one revolution hung (360 °) in the so-called two-stroke process.
Bei dem Viertaktverfahren erfolgt während dieser zwei Umdrehungen eine Zündung des im Brennraum befindlichen Gemischs, wobei die Zündung den Arbeitstakt einlei tet. Üblicherweise öffnet bei diesem bekannten Verfahren das Auslaßventil am Ende des Arbeitstaktes und schließt kurz nach Beginn des Ansaugtaktes, so daß das Aus laßventil während des gesamten Ausstoßtaktes geöffnet ist. Das Einlaßventil öffnet gegen Ende des Ausstoßtaktes und schließt kurz nach Beginn des Verdich tungstaktes, so daß das Einlaßventil während des gesamten Ansaugtaktes geöffnet ist. Die Zündung des Gemisches erfolgt kurz vor dem Ende des Verdichtungstaktes.In the four-stroke process, ignition occurs during these two revolutions of the mixture in the combustion chamber, with the ignition initiating the work cycle tet. In this known method, the outlet valve usually opens at the end of the work cycle and closes shortly after the start of the intake cycle, so that the off let valve is open during the entire exhaust stroke. The inlet valve opens towards the end of the exhaust stroke and closes shortly after the start of compression tion stroke, so that the inlet valve is open during the entire intake stroke is. The mixture is ignited shortly before the end of the compression stroke.
Dieses Viertaktverfahren besitzt den Vorteil, daß über den gesamten Drehzahlbe reich die Zylinderfüllung durch die Wahl der Steuerzeiten, das heißt der Öffnungs- und der Schließzeitpunkte der Ventile, im Füllungsgrad beeinflußt werden kann. Sie ist aber direkt abhängig vom Hubvolumen des Kolbens. Durch die Nutzung nur jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung zur Arbeitserzeugung ist jedoch die Leistungsdichte eines Viertaktmotors gering.This four-stroke process has the advantage that over the entire speed range the cylinder filling through the choice of timing, i.e. the opening and the closing times of the valves, can be influenced in the degree of filling. she but is directly dependent on the stroke volume of the piston. By using just everyone second crankshaft revolution to generate work, however, is the power density of a four-stroke engine low.
Bei dem Zweitaktverfahren erfolgt während jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Arbeitstakt, somit ist auch die Leistungsdichte höher als beim Viertaktverfahren. Beim allgemein bekannten Zweitaktverfahren wird das Gemisch durch den sich nach oben bewegenden Kolben in den sich unterhalb des Kolbens befindlichen Kurbelwel lenraum angesaugt und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens vorverdichtet. Bei dieser Abwärtsbewegung des Kolbens wird der Auslaßkanal in der Zylinderwand freigegeben, wodurch das, sich noch unter hohem Druck befindliche, Abgas in ein Auspuffsystem entweicht. Gleichzeitig gelangt, durch die Abwärtsbewegung des Kolbens in dem Kurbelwellenraum vorverdichtetes, Gemisch durch sogenannte Überstromkanäle in den Zylinderraum und treibt Restgase aus diesem Zylinderraum. Obwohl das allgemein bekannte Zweitaktverfahren den großen Vorteil besitzt, daß jeder Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt zugeordnet ist, wird das Zweitaktver fahren heute im Kraftfahrzeugbau wegen seines schlechten Abgasverhaltens nicht mehr häufig verwendet. Ein wesentlicher Nachteil, welcher zum schlechten Abgas verhalten führt, ist die Tatsache, daß zum Beispiel wegen der Durchströmung des Kurbelwellengehäuses dem Kraftstoff Öl beigesetzt werden muß, um für eine Schmierung im Bereich der Kurbelwelle und auch des Zylinders zu sorgen, und daß beim Gaswechsel unverbrannte Frischgasanteile in das Auspuffsystem abgegeben werden, wodurch der Zweitaktmotor sein schlechtes Abgasverhalten erhält.In the two-stroke process, the crankshaft occurs during each revolution Working cycle, so the power density is higher than with the four-stroke process. In the generally known two-stroke process, the mixture is characterized by the piston moving upwards in the crankshaft located below the piston sucked in and pre-compressed as the piston moves down. At this downward movement of the piston becomes the outlet channel in the cylinder wall released, whereby the still under high pressure exhaust gas in one Exhaust system escapes. At the same time, through the downward movement of the Piston pre-compressed in the crankshaft chamber, mixture by so-called Overflow channels in the cylinder space and drives residual gases from this cylinder space. Although the well-known two-stroke process has the great advantage that a work cycle is assigned to each crankshaft revolution, the two-cycle ver do not drive today in motor vehicle construction because of its poor exhaust behavior used more often. A major disadvantage, which leads to bad exhaust behavior leads to the fact that, for example, because of the flow through the Crankshaft housing the fuel must be buried in order for a To provide lubrication in the area of the crankshaft and also of the cylinder, and that When the gas is changed, unburned fresh gas is released into the exhaust system , which gives the two-stroke engine its poor exhaust behavior.
Bei den beiden beschriebenen und allgemein bekannten Verfahren erfolgt das Ansau gen von Frischluft durch die Kolbenbewegung. Bei dem sogenannten Viertaktver fahren durch die Abwärtsbewegung des Kolbens, durch Kanäle mit zeitlich gesteuer ten Ventilen, direkt in den Zylinderraum, bei dem sogenannten Zweitaktverfahren durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens, durch Kanäle mit zeitlichen Steuerungs systemen (Kolbenunterkante, Drehschieber, Membrane, usw.) in den Kurbelwellen raum.In the two described and generally known methods, the suction takes place fresh air due to the piston movement. With the so-called four-stroke ver drive through the downward movement of the piston, through channels with time control ten valves, directly into the cylinder chamber, using the so-called two-stroke process through the upward movement of the piston, through channels with time control systems (lower piston edge, rotary valve, membrane, etc.) in the crankshafts room.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen von physikalischer Leistung mit Hubkolben- Brennkraftmaschinen zu schaffen, welches eine hohe Leistungsdichte und je nach Auslegung auch ein gutes Abgasverhalten aufweist.It is therefore the object of the present invention, a generic Method for generating physical power with reciprocating To create internal combustion engines, which has a high power density and depending on Design also has a good exhaust behavior.
Eine weitere Aufgabe ist es, Hubkolben-Brennkraftmaschinen zu schaffen, die nach einem derartigen Verfahren arbeiten.Another job is to create reciprocating internal combustion engines that work according to such a procedure.
Die erste Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß während jedem Reversierzyklus, durch die Ausnutzung von Schwin gungsvorgängen im Auspuffsystem und nicht durch Aufladung der Frischga se oder durch die ansaugende Hubbewegung des Kolbens (außer seiner zeitli chen Steuerfunktion bei dem Öffnen und Schließen von evtl. vorhandenen Ein- und Auslaßkanälen), ein Gaswechsel im Zylinderraum bewirkt wird und daß dadurch bei jedem Reversierzyklus des Kolbens eine Zündung des Gemisches erfolgen kann.The first object is according to the characterizing part of claim 1 solved that during each reversing cycle, by using Schwin processes in the exhaust system and not by charging the fresh gas se or by the suction stroke movement of the piston (except for its time Chen control function when opening and closing any existing inputs and Exhaust channels), a gas change in the cylinder space is caused and that each reversing cycle of the piston can ignite the mixture.
Durch die erfindungsgemäße Art des Gaswechsels im Zylinderraum, die bei jedem Reversierzyklus des Kolbens, das heißt bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, statt finden kann und durch das Zünden des dadurch in den Zylinderraum gelangten Frischgases bei jedem Reversierzyklus des Kolbens, werden die allgemein bekannten sogenannten Zwei- und Viertaktverfahren abgeändert.Due to the type of gas exchange according to the invention in the cylinder space, which in each Reverse cycle of the piston, i.e. every revolution of the crankshaft can find and by igniting the resulting in the cylinder space Fresh gas at every piston reversal cycle becomes the well known so-called two- and four-stroke procedures changed.
Es erfolgt bei jeder Kurbelwellenumdrehung ein Gaswechsel, ohne Ausnutzung der ansaugenden Hubwirkung des Kolbens (Ansaugen in den Zylinderraum durch den Zylinderkopf beim Viertaktverfahren, Ansaugen in den Kurbelwellenraum unterhalb des Kolbens beim Zweitaktverfahren), und/oder ohne alleinige Aus nutzung einer Aufladung nur durch Ausnutzung der Schwingungsvorgänge in einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem), das von Zweitaktmotoren im Rennsport her bekannt ist.There is a gas change with every crankshaft revolution, without utilization the suction stroke effect of the piston (suction into the cylinder space through the cylinder head in the four-stroke process, suction into the crankshaft chamber below the piston in the two-stroke process), and / or without sole off use of a charge only by utilizing the vibration processes in an appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system) that by Two-stroke engines are known in racing.
In Verbindung mit variablen Steuerzeiten der entsprechenden Steuervorrichtungen (Kanäle oder Ventile) erfolgt durch das Verfahren bei jeder Kurbelwellenumdrehung ein Frischgaswechsel und ein Arbeitstakt. Damit wird eine Leistungsdichte erreicht, die der des Zweitakt Verfahrens entspricht, jedoch, je nach Auslegung der durch das Verfahren möglichen Hubkolben-Brennkraftmaschinen (es ist keine Durchströmung des Kurbelgehäuseraumes mehr nötig), nicht dessen Nachteile aufweist.In connection with variable control times of the corresponding control devices (Channels or valves) is carried out by the process with every crankshaft revolution a fresh gas change and a work cycle. This achieves a power density which corresponds to that of the two - stroke procedure, however, depending on the interpretation of the by the Procedure possible reciprocating piston internal combustion engines (there is no flow of the crankcase space more necessary), does not have its disadvantages.
Der Erfindung liegen die Erkenntnisse des Erfinders gemäß der Offenlegungsschrift DE 44 46 057 A1 und der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 96/19650 jeweils vom 27. Juni 1996 , insbesondere der Patentanspruch 19 zugrunde. Diese Erkenntnisse des Erfinders führten zu der erfindungsgemäßen Verknüpfung von Merkmalen des Viertaktverfahrens mit Merkmalen des Zweitaktverfahrens, da auf grund dieser Erkenntnisse des Anmelders ein Gaswechsel auch ohne die ansaugende Hubwirkung des Kolbens (außer seiner zeitlichen Steuerfunktion bei dem Öffnen und Schließen von evtl. vorhandenen Ein- und Auslaßkanälen), möglich ist. Nur durch Ausnutzung der Schwingungen eines entsprechend ausgelegten Auspuffsystems das, nachstehend beschrieben, von Zweitaktmotoren im Rennsport als Resonanzaus puffsystem bekannt ist, kann der Gaswechsel bei sogenannten Hubkolben- Brennkraftmaschinen aller Art herbeigeführt werden.The inventions are the knowledge of the inventor according to the published patent application DE 44 46 057 A1 and the international publication number WO 96/19650 from June 27, 1996, in particular based on claim 19. This Findings of the inventor led to the linking of Features of the four-stroke process with features of the two-stroke process, because on on the basis of this knowledge of the applicant a gas change even without the suction Lifting action of the piston (apart from its time control function when opening and Closing any inlet and outlet channels) is possible. Only by Exploitation of the vibrations of an appropriately designed exhaust system that described below, from two-stroke motors in racing as a resonance puff system is known, the gas change in so-called reciprocating Internal combustion engines of all kinds are brought about.
Bei einem Resonanzauspuffsystem werden die durch die jeweilige Anzahl der Ver brennungen frequenten Druckwellen, die aus dem Zylinderraum nach der Verbren nung durch den Auslaßkanal austreten, durch die Formgebung desselben mit Diffuso ren, Konen, Gegenkonen und Endrohrdüse in frequente Unterdruckwellen (Ansaugen) und frequente Gegendruckwellen (Aufladung der durch die Unterdruck welle in das Resonanzauspuffsystem angesaugten Frischgase) umgewandelt.In a resonance exhaust system, the number of Ver Burning frequency pressure waves coming from the cylinder space after burning exit through the outlet duct, by shaping the same with a diffuser Ren, cones, counter cones and tailpipe nozzle in frequent vacuum waves (Suction) and frequent back pressure waves (charging by the negative pressure wave into the resonance exhaust system.
Die dabei entstehenden Unterdruckwellen sind stark genug, um auch einen Gaswech sel alleine anzuregen, und die Gegendruckwellen sind stark genug, um einen Aufla dungseffekt zu erzielen. The resulting vacuum waves are strong enough to change gas selenium alone, and the counter pressure waves are strong enough to effect.
So kann z. B. ein, ursprünglich für den Betrieb nach dem sogenannten Viertaktver fahren ausgelegter Motor, bei entsprechender Änderung der Steuerzeiten der Ventile in Verbindung mit einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanz auspuffsystem) bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle einen Arbeitstakt durchführen, also auf die arbeitsweise des Zweitaktverfahrens umgebaut werden.So z. B. a, originally for operation according to the so-called four-stroke drive designed engine, with a corresponding change in the valve timing in conjunction with an appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system) perform one working cycle with every revolution of the crankshaft, So be converted to the mode of operation of the two-stroke process.
Ebenfalls kann z. B. bei einem, für den Betrieb nach dem sogenannten Zweitaktver fahren ausgelegten Motor, bei entsprechender Änderung der Kanalführungen und Steuerzeiten der Kanäle, in Verbindung mit einem entsprechend ausgelegten Aus puffsystem (Resonanzauspuffsystem), bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Ar beitstakt erfolgen, ohne dabei die Frischgase vorher durch den Kurbelwellenraum zu leiten.Also z. B. in one, for operation according to the so-called two-stroke drive designed motor, with a corresponding change in the channel guides and Control times of the channels in connection with an appropriately designed off puff system (resonance exhaust system), one ar with every revolution of the crankshaft beitstakt take place without the fresh gases through the crankshaft chamber beforehand conduct.
Ebenfalls sind Ausführungen von neuen Motoren möglich, deren Auslaß durch Kanä le mit Ventilen in dem Zylinderkopf erfolgt, und deren Einlaß durch Kanäle in der Zylinderwand erfolgt oder deren Auslaß durch Kanäle in der Zylinderwand erfolgt und deren Einlaß durch Kanäle mit Ventilen im Zylinderkopf erfolgt.Versions of new engines are also possible, the outlet of which through Kanä le with valves in the cylinder head, and their inlet through channels in the Cylinder wall takes place or its outlet takes place through channels in the cylinder wall and their inlet is through channels with valves in the cylinder head.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt einerseits den Vorteil, daß jeder Kurbelwel lenumdrehung ein Arbeitstakt zugeordnet ist, so daß die Leistungsdichte beim erfin dungsgemäßen Verfahren der des Zweitaktverfahrens entspricht, ohne daß jedoch andererseits das Gemisch durch einen Kurbelwellenraum gelenkt werden muß, denn der Kurbelwellenraum ist - wie beim Viertaktverfahren - vom Zylinderraum getrennt und wird nicht vom Gemisch durchströmt.The method according to the invention has the advantage on the one hand that each crankshaft lenumrehung a work cycle is assigned, so that the power density when invented The method according to the invention corresponds to that of the two-stroke method, but without on the other hand, the mixture must be directed through a crankshaft chamber, because As with the four-stroke process, the crankshaft chamber is separated from the cylinder chamber and is not flowed through by the mixture.
Durch eine entsprechende Auslegung der Kanalführungen und Steuerungssysteme sowie Steuerungszeiten und Kraftstoffzuteilungen, ist es bei diesem Verfahren z. B. möglich, das Abgasverhalten von den dadurch möglichen Hubkolben-Brennkraftma schinen erheblich zu verbessern. By appropriately designing the channel guides and control systems as well as control times and fuel allocations, it is z. B. possible, the exhaust gas behavior of the possible piston internal combustion engine seem to improve significantly.
Es sind bisher zwar schon Patentansprüche für Hubkolben-Brennkraftmaschinen er teilt worden, die bei jeder Kurbelwellenumdrehung einen Arbeitstakt durchführen wie Beispielsweise US-Patent 4,162,662 (Jean Melchior), US-Patent 5,140,958 (Kobayashi et al. / Toyota) und DE-Patente 40 12 491 A1, 40 12 471 A1, 40 12 474 A1 (Dr. Krüger / Volkswagen), oder EP-A-0 459 848 (Jean Melchior et al.) und andere, diese nutzen jedoch nicht die Schwingungsvorgänge in einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) zum Gaswechsel, sondern versuchen, z. B. durch Aufladung der Frischgase auf einen höheren Druck als den normalen Umgebungsdruck, eine Spülung des Zylinderraumes zu erzeugen.So far, there are claims for reciprocating internal combustion engines has been divided, which perform a work cycle with each crankshaft revolution such as U.S. Patent 4,162,662 (Jean Melchior), U.S. Patent 5,140,958 (Kobayashi et al. / Toyota) and DE patents 40 12 491 A1, 40 12 471 A1, 40 12 474 A1 (Dr. Krüger / Volkswagen), or EP-A-0 459 848 (Jean Melchior et al.) and others, but these do not use the vibration processes in one appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system) for gas exchange, but try z. B. by charging the fresh gases to a higher pressure than the normal ambient pressure to produce a flushing of the cylinder space.
Es wird nicht beschrieben, wie bei diesen Hubkolben-Brennkraftmaschinen die Takte Ausstoßen und Ansaugen erfolgen, sondern nur wie die Spülung des Zylinderraumes durch eine Aufladung verläuft.It is not described how the clocks in these reciprocating piston internal combustion engines Ejection and suction take place, but only like the flushing of the cylinder space runs through a charge.
Durch Aufladung alleine wird kein Schwingungsvorgang an sich erzeugt, der aber für eine optimale Füllung notwendig ist.Charging alone does not create an oscillation process per se, but it is for an optimal filling is necessary.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kraftstoff dem Frischgas vor dessen Einströmen in den Zylinderraum zugeführt, was beispielsweise durch eine Einlaßka naleinspritzung erfolgen kann, deren Einspritzstrahl auf den oder die Ventilteller ge richtet ist. Bei Einlaßkanälen in der Zylinderwand muß der Einspritzstrahl auf den Zylinderinnenraum gerichtet sein.In the method according to the invention, the fuel is the fresh gas before it Inflow into the cylinder chamber supplied, for example, through an inlet port naleinjection can take place, the injection jet on the valve plate or ge is aimed. With inlet ducts in the cylinder wall, the injection jet must hit the Cylinder interior to be directed.
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform wird der Kraftstoff dem Frischgas nach dessen Einströmen in den Zylinderraum zugeführt, was beispielsweise durch ein Einspritzventil erfolgen kann, das an der Zylinderwand angebracht ist und in die vor verdichtete Luft einspritzt.In another preferred embodiment, the fuel is the fresh gas after its inflow into the cylinder chamber, which is done, for example, by a Injector can be made, which is attached to the cylinder wall and in the front injected compressed air.
In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kraftstoff dem Frischgas nach dessen Einströmen in eine mit dem Zylinderraum ver bundene Vorkammer zugeführt.In a third embodiment of the method according to the invention, the Fuel the fresh gas after it flows into a ver with the cylinder space bound antechamber fed.
Die Zuführung des Kraftstoff zum Frischgas erfolgt vorzugsweise durch zumindest ein Einspritzventil. The fuel is preferably supplied to the fresh gas by at least an injector.
Das Frischgas kann gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens zusätzlich druckbeaufschlagt in den Zylinderraum ein strömen, wobei die Druckerhöhung des Frischgases beispielsweise in einem mechanischen Lader oder in einem Abgasturbolader erfolgen kann.The fresh gas can, according to a further embodiment of the invention driving additionally pressurized flow into the cylinder space, the Pressure increase of the fresh gas, for example in a mechanical charger or in an exhaust gas turbocharger.
Vorzugsweise erfolgt die Zündung des Gemisches durch zumindest eine Fremd zündeinrichtung, wie beispielsweise bei einem Ottomotor.The mixture is preferably ignited by at least one third party ignition device, such as in a gasoline engine.
Die Zündung des Gemisches kann aber auch durch die Verdichtung des Gemisches als Selbstzündung erfolgen, wie dies beispielsweise bei einem Dieselmotor der Fall ist.The ignition of the mixture can also be achieved by compressing the mixture as auto-ignition, as is the case for example with a diesel engine is.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens öffnet der Auslaß (Ventil im Zylinder kopf oder Kanal in der Zylinderwand) zeitlich vor dem Einlaß (Ventil im Zylinder kopf oder Kanal in der Zylinderwand) und schließt zeitlich vor dem Einlaß, so daß während einer vorgegebenen Zeitspanne sowohl der Auslaß als auch der Einlaß ge öffnet sind.According to one embodiment of the method, the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) before the inlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) and closes in time before the inlet, so that both the outlet and the inlet ge during a predetermined period of time opens.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens öffnet der Auslaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) zeitlich vor dem Einlaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) und schließt zeitlich nach dem Einlaß, so daß während einer vorgegebenen Zeitspanne der Auslaß deutlich länger als der Einlaß geöffnet sind.According to a further embodiment of the method, the outlet (valve in the Cylinder head or channel in the cylinder wall) before the inlet (valve in the Cylinder head or channel in the cylinder wall) and closes after the intake, so that the outlet is significantly longer than the outlet during a predetermined period of time Are open.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens öffnet der Auslaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) zeitlich veränderbar durch ein Steuer system vor dem Öffnen des Einlasses (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zy linderwand), der ebenfalls durch ein Steuersystem in seiner Gesamtöffnungszeit va riabel steuerbar ist, und schließt, zeitlich veränderbar durch ein Steuersystem vor, während oder nach dem Schließen des Einlasses, so daß während einer veränderba ren Zeitspanne sowohl der Auslaß als auch der Einlaß geöffnet sind. According to a preferred embodiment of the method, the outlet (valve in the Cylinder head or channel in the cylinder wall) can be changed over time by a control system before opening the inlet (valve in the cylinder head or channel in the cy linderwand), which is also controlled by a tax system in its total opening time riabel is controllable and closes, changeable over time by a control system, during or after closing the inlet so that during a changeable Ren time span, both the outlet and the inlet are open.
Die zweite, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch vier mögli che Ausführungen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen, die nach einem der vorher beschriebenen Verfahren arbeiten, mit zumindest einem von einem Zylinderkopf an dem einen Ende geschlossenen Zylinder, in welchem ein axial bewegbarer Kolben eingesetzt ist, einem an seinem einen Ende mit dem Kolben schwenkbar verbundenen Pleuel, dessen anderes Ende drehbar auf einer Kurbelwelle gelagert ist, zumindest einem Einlaßkanal und -ventil im Zylinderkopf oder einem Einlaßkanal in der Zylin derwand und zumindest einem Auslaßkanal und -ventil im Zylinderkopf oder einem Auslaßkanal in der Zylinderwand, und, falls nicht nur Kanäle in der Zylinderwand für den Ein- und Auslaß alleine verwendet werden, zumindest einer das Einlaß- und/oder das Auslaßventil in eine Öffnungs- und Schließbewegung beaufschlagenden Steuer welle, die mit der Kurbelwelle über eine Antriebseinrichtung in Antriebsverbindung steht, welche Hubkolben-Brennkraftmaschinen dadurch gekennzeichnet sind, daß der Auslaßkanal mit einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) in Verbindung steht, das die Abgasdruckwellen in Unter druck- und Gegendruckschwingungen umwandelt.The second object on which the invention is based is achieved by four possible Che designs of reciprocating internal combustion engines, according to one of the previous described methods work with at least one of a cylinder head the one end closed cylinder, in which an axially movable piston is inserted, one pivotally connected at one end to the piston Connecting rod, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft, at least an intake port and valve in the cylinder head or an intake port in the Zylin derwand and at least one exhaust port and valve in the cylinder head or one Exhaust channel in the cylinder wall, and, if not only channels in the cylinder wall for the inlet and outlet are used alone, at least one the inlet and / or the exhaust valve in an opening and closing movement control shaft connected to the crankshaft via a drive device in drive connection stands, which reciprocating internal combustion engines are characterized in that the Exhaust duct with an appropriately designed exhaust system (Resonance exhaust system) is connected, that the exhaust pressure waves in sub converts pressure and back pressure vibrations.
Falls nicht nur Kanäle in der Zylinderwand alleine verwendet werden (deren Öff nungs und Schließzeitpunkte durch den Kolben und/oder zeitliche Steuerungssyste me geregelt werden), wird eine das Einlaßventil und/oder das Auslaßventil beauf schlagende Nockenwelle mit der Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben, so daß je dem Reversierzyklus des Kolbens, also jeder Umdrehung der Kurbelwelle, ein Öff nungs- und Schließvorgang des Einlaßventils und/oder des Auslaßventils zugeordnet sind. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei jeder Kurbelwellenumdrehung, in Ver bindung mit der Auslegung der Steuerzeiten der Ventile, ein Gaswechsel, durch das entsprechend ausgelegte Auspuffsystem das Resonanzschwingungen erzeugt, im Zy linderraum erfolgen kann.If not only channels in the cylinder wall are used alone (their opening Opening and closing times by the piston and / or timing control system me are regulated), the inlet valve and / or the outlet valve is actuated beating camshaft driven at the speed of the crankshaft, so that ever the reversing cycle of the piston, i.e. every revolution of the crankshaft, an opening Assignment and closing operation of the intake valve and / or the exhaust valve assigned are. This ensures that with every crankshaft revolution, in Ver binding with the interpretation of the valve timing, a gas change through which appropriately designed exhaust system that generates resonance vibrations, in the Zy linderraum can be done.
Bei allen Ausbildungen ist ein Auspuffsystem mit dem Auslaßkanal verbunden, das als Resonanzauspuffsystem ausgelegt ist und die Abgasdruckwellen in Unterdruck- und Gegendruckschwingungen umwandelt. In all designs, an exhaust system is connected to the exhaust duct, which is designed as a resonance exhaust system and the exhaust pressure waves in vacuum and converted back pressure vibrations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. In diesen ist folgendes zu sehen:
Die Fig. 1A-1D zeigen die vier möglichen Ausführungen der erfindungsgemäßen
Hubkolben-Brennkraftmaschinen, die als Einzylindermotor mit zwei obenliegenden
Nockenwellen für das Auslaß- und das Einlaßventil im Zylinderkopf in der Fig. 1A,
die als Einzylindermotor mit einer obenliegenden Nockenwelle für das Auslaßventil
im Zylinderkopf und einem Einlaßkanal in der Zylinderwand in der Fig. 1B,
die als Einzylindermotor mit einer obenliegenden Nockenwelle für das Einlaßventil
im Zylinderkopf und einem Auslaßkanal in der Zylinderwand in der Fig. 1C,
und die als Einzylindermotor mit einem Auslaßkanal in der Zylinderwand und einem
Einlaßkanal in der Zylinderwand in der Fig. 1D,
in Verbindung mit dem notwendigen Resonanzauspuffsystem dargestellt sind.The invention is explained in more detail below using an example with reference to the drawings. The following can be seen in these:
Figs. 1A-1D show the four possible types of reciprocating internal combustion engines according to the invention, as a single-cylinder engine with dual overhead camshafts for the outlet and inlet valve in the cylinder head in Fig. 1A
which as a single-cylinder engine with an overhead camshaft for the exhaust valve in the cylinder head and an intake port in the cylinder wall in Fig. 1B,
which as a single-cylinder engine with an overhead camshaft for the intake valve in the cylinder head and an exhaust port in the cylinder wall in Fig. 1C,
and as a single-cylinder engine with an outlet duct in the cylinder wall and an inlet duct in the cylinder wall in FIG. 1D,
are shown in connection with the necessary resonance exhaust system.
Es sind jedoch auch Einzylindermotoren denkbar, die mehrere Ventile im Zylinder kopf und/oder Kanäle in der Zylinderwand auf der Einlaß- und/oder Auslaßseite ha ben.However, single-cylinder engines are also conceivable that have several valves in the cylinder head and / or channels in the cylinder wall on the inlet and / or outlet side ha ben.
Es sind auch Mehrzylindermotoren in den gängigen Zylinderanordnungen (beispielsweise Reihenmotor, V-Motor, Boxermotor, Sternmotor u. a.) denkbar.There are also multi-cylinder engines in the usual cylinder arrangements (For example in-line engine, V-engine, boxer engine, radial engine, etc.) conceivable.
Die Fig. 2A-2C zeigen Diagramme der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile im Zylinderkopf und/oder der Kanäle in der Zylinderwand in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel. FIGS. 2A-2C are diagrams of the opening and closing times of the valves in the cylinder head and / or the channels in the cylinder wall in dependence on the crank angle.
Im Zylinder 1 ist ein Kolben 2 axial verschiebbar angeordnet. Der Zylinder 1 ist an seinem oberen Ende mit einem Zylinderkopf 3 verbunden, wobei zwischen dem Zy linder 1 und dem Zylinderkopf 3 eine Zylinderkopfdichtung 13 angeordnet ist. Im Zylinderkopf 3 ist ein koaxial zum Zylinder angeordneter Zylinderkopfraum 15 aus gebildet, der im wesentlichen kontinuierlich in den vom Zylinder 1 umschlossenen Zy linderraum 16 übergeht.A piston 2 is arranged axially displaceably in the cylinder 1 . The cylinder 1 is connected at its upper end with a cylinder head 3, wherein between the Zy relieving 1 and the cylinder head 3, a cylinder head gasket 13 is arranged. In the cylinder head 3 , a cylinder head space 15 arranged coaxially to the cylinder is formed, which merges essentially continuously into the cylinder space 16 enclosed by the cylinder 1 .
Der Kolben 2 ist auf bekannte Art und Weise über ein Pleuel 5 mit einer Kurbelwelle 4 verbunden, die in einem Kurbelwellenraum unterhalb des Zylinders 1 drehbar gela gert ist. Das Pleuel 5 ist mit seinem einen oberen Ende am Kolben 2 schwenkbar ge lagert und mit seinem anderen unteren Ende an der Kurbelwelle 4 drehbar gelagert. Auf diese Art wird eine vertikale Reversierbewegung des Kolbens 2 auf allgemein bekannte Weise in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 4 umgesetzt.The piston 2 is connected in a known manner via a connecting rod 5 to a crankshaft 4 which is rotatably supported in a crankshaft space below the cylinder 1 . The connecting rod 5 is pivotally supported with its upper end on the piston 2 and rotatably supported on the crankshaft 4 with its other lower end. In this way, a vertical reversing movement of the piston 2 is converted into a rotary movement of the crankshaft 4 in a generally known manner.
In den Fig. 1A und 1C ist im Zylinderkopf 3 ist ein Einlaßkanal 12 mit einer vor angestellten Einlaßmembran 17 vorgesehen, der in den Zylinderkopfraum 15 mündet. Die Mündung des Einlaßkanals 12 in den Zylinderkopfraum 15 ist von einem Einlaß ventil 6 (Fig. 1A, 1C) verschlossen. Das Einlaßventil 6 (Fig. 1A, 1C) wird auf bekannte Weise von einer sich drehenden Einlaßnockenwelle 8 zum Öffnen und Schließen der Mündung des Einlaßkanals 12 in den Zylinderkopfraum 15 beauf schlagt. Übliche Ventilrückholmechanismen, die in der schematischen Darstellung der Fig. 1A, 1C nicht gezeigt sind, spannen das Einlaßventil 6 in dessen Schließ stellung vor.In FIGS. 1A and 1C is in the cylinder head 3, an intake port is provided with an inlet 12 in front employed membrane 17 which opens into the cylinder head chamber 15. The mouth of the intake port 12 in the cylinder head space 15 is closed by an intake valve 6 ( Fig. 1A, 1C). The intake valve 6 ( Fig. 1A, 1C) is struck in a known manner by a rotating intake camshaft 8 for opening and closing the mouth of the intake port 12 into the cylinder head space 15 . Conventional valve return mechanisms, which are not shown in the schematic representation of FIGS. 1A, 1C, tension the inlet valve 6 in its closed position.
In den Fig. 1B und 1D ist im Zylinder 1 ein Einlaßkanal 19 mit einer vorange stellten Einlaßmembran 17 vorgesehen, der in den Zylinderraum 16 mündet. Die Mündung des Einlaßkanals 19 in den Zylinderraum 16 wird durch den reversierenden Kolben in Verbindung mit einem variablen zeitlichen Steuersystem 21 geöffnet und geschlossen (Fig. 1B, 1D).In FIGS. 1B and 1D, an inlet channel with an inlet diaphragm 17 vorange set 19 is provided in the cylinder 1, which opens into the cylinder chamber 16. The opening of the inlet channel 19 into the cylinder space 16 is opened and closed by the reversing piston in connection with a variable time control system 21 ( FIGS. 1B, 1D).
Weiterhin im Zylinderkopf 3 ist ein Auslaßkanal 14 (Fig. 1A, 1B) vorgesehen, der gegenüber der Mündung des Einlaßkanals 12 in den Zylinderkopfraum 15 (Fig. 1A) aus diesem herausführt oder der oberhalb der Mündung des Einlaßkanals 19 durch die Zylinderwand in den Zylinderraum 16 (Fig. 1B) aus dem Zylinderkopf raum 15 herausführt. Die Mündung des Auslaßkanals 14 ist von einem Auslaßventil 7 (Fig. 1A, 1B) verschlossen, welches von einer Auslaßnockenwelle 9 zum Öff nen und Schließen beaufschlagt wird, wobei auch das Auslaßventil 7 (Fig. 1A, 1B) von einem bekannten Ventilrückholmechanismus in der Schließstellung gehalten wird.Furthermore, in the cylinder head 3 there is an outlet duct 14 (FIGS . 1A, 1B) which leads out of the cylinder head chamber 15 ( FIG. 1A) opposite the mouth of the inlet duct 12 or which leads above the mouth of the inlet duct 19 through the cylinder wall into the cylinder chamber 16 ( Fig. 1B) leads out of the cylinder head space 15 . The mouth of the exhaust passage 14 is closed by an exhaust valve 7 ( Fig. 1A, 1B), which is acted upon by an exhaust camshaft 9 for opening and closing, the exhaust valve 7 ( Fig. 1A, 1B) by a known valve return mechanism in the Is held in the closed position.
Die Mündung des Auslaßkanals 25 (Fig. 1C, 1D) aus dem Zylinderraum 16 wird durch den reversierenden Kolben in Verbindung mit einem variablen zeitlichen Steu ersystem geöffnet und geschlossen (Fig. 1C, 1D).The mouth of the outlet duct 25 (Fig. 1C, 1D) from the cylinder chamber 16 is opened ersystem by the reversing piston in connection with a variable time STEU and closed (Fig. 1C, 1D).
Die in den Fig. 1A-1D dargestellten Anordnungen der Einlaßkanäle (12 und 19) und der Auslaßkanäle (14 und 25) sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, da die, durch die Abgasdruckwelle in Verbindung mit der Auslegung des Resonanzauspuffsystems mit Diffusor (26), Konus (27), Ge genkonus (28) und Endrohrdüse (29) entstehenden, Unter- und Gegendruckwellen einen schnellen Gaswechsel ermöglichen.The arrangements of the inlet ducts ( 12 and 19 ) and the outlet ducts ( 14 and 25 ) shown in FIGS . 1A-1D are particularly advantageous for carrying out the method according to the invention, since the exhaust gas pressure wave combined with the design of the resonance exhaust system with diffuser ( 26 ), cone ( 27 ), Ge conical ( 28 ) and tailpipe nozzle ( 29 ) arising, negative and counter pressure waves allow a quick gas change.
Im Zylinderkopf ist im wesentlichen im Bereich der Zylinderachse eine Zündkerze 10 vorgesehen, sowie seitlich versetzt dazu ein Einspritzventil 11. Die Zündkerze 10 und das Einspritzventil 11 funktionieren auf dem Fachmann bekannte Weise und können auch anderweitig angeordnet sein. Beispielsweise kann das Einspritzventil 11 auch im Saugrohr (Einlaßkanal 12 und 19) vorgesehen sein; es kann aber auch an der Zylinderwand und/oder dem Zylinderkopf angeordnet sein. Außerdem können mehre re Zündkerzen und/oder Einspritzventile in einer jeweiligen Anordnung vorgesehen sein.A spark plug 10 is provided in the cylinder head, essentially in the region of the cylinder axis, and an injection valve 11 is laterally offset from it. The spark plug 10 and the injection valve 11 function in a manner known to the person skilled in the art and can also be arranged in another way. For example, the injection valve 11 can also be provided in the intake manifold (inlet channels 12 and 19 ); but it can also be arranged on the cylinder wall and / or the cylinder head. In addition, multiple spark plugs and / or injection valves can be provided in a respective arrangement.
Wird die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine als Selbstzünder ausgelegt, so kann die Zündkerze entfallen und bei Bedarf durch eine Glühkerze ersetzt werden. Bei einem Selbstzünder (Dieselmotor) kann zusätzlich im Zylinderkopf eine Vorkammer vorgesehen sein, die mit dem Zylinderkopfraum 15 in Verbindung steht und in wel che das Einspritzventil mündet. Grundsätzlich kann das Einspritzventil 11 aber auch bei einem Selbstzünder-Motor direkt in den Zylinderkopfraum 15 münden.If the internal combustion engine according to the invention is designed as a self-igniter, the spark plug can be omitted and replaced by a glow plug if necessary. In the case of a compression-ignition engine (diesel engine), a prechamber can also be provided in the cylinder head, which is connected to the cylinder head space 15 and into which the injection valve opens. Basically, the injection valve 11 can also open directly into the cylinder head space 15 in a compression-ignition engine.
Gemäß den Fig. 1A-1C ist die Kurbelwelle 4 mit einem strichpunktiert gezeich neten Antriebsrad 20 versehen, und die Nockenwellen 8 und/oder 9 sind jeweils mit einem entsprechenden Antriebsrad 22 und/oder 24 versehen. Die Antriebsräder 20, 22 und/oder 24 sind über ein umlaufendes Antriebsmittel 18 oder über Zahnräder miteinander verbunden. Die Antriebsräder 20, 22 und/oder 24 können beispielsweise Kettenritzel oder Zahnriemenräder sein, wobei das umlaufende Antriebsmittel 18 von einer Antriebskette oder einem Zahnriemen gebildet werden. Der Durchmesser der Antriebsräder 20, 22 und/oder 24 ist im wesentlichen identisch, so daß die jeweilige Drehzahl der Nockenwellen 8 und/oder 9 der der Kurbelwelle 4 entspricht.Referring to FIGS. 1A-1C, the crankshaft 4 is provided with a dash-dot line Drawn Neten drive gear 20 and the camshaft 8 and / or 9 are each provided 24 with a corresponding drive wheel 22 and / or. The drive wheels 20 , 22 and / or 24 are connected to one another via a rotating drive means 18 or via gear wheels. The drive wheels 20 , 22 and / or 24 can be chain sprockets or toothed belt wheels, for example, the rotating drive means 18 being formed by a drive chain or a toothed belt. The diameter of the drive wheels 20 , 22 and / or 24 is essentially identical, so that the respective speed of the camshafts 8 and / or 9 corresponds to that of the crankshaft 4 .
Es sind aber auch andere Kraftübertragungsmechanismen zwischen der Kurbelwelle 4 und den Nockenwellen 8 und/oder 9 denkbar, wie beispielsweise ein Königswellen getriebe oder andere Übertragungsmechanismen.But there are also other power transmission mechanisms between the crankshaft 4 and the camshafts 8 and / or 9 conceivable, such as a vertical shaft gear or other transmission mechanisms.
Fig. 2A zeigt einen Kreis, der eine Umdrehung der Kurbelwelle schematisch wieder gibt, wobei die Drehrichtung dem Uhrzeigersinn entspricht (Pfeil x). Auf dem Kreis sind der obere Totpunkt OT, in welchem der Kolben seine oberste Stellung einnimmt und der untere Totpunkt UT, in dem der Kolben seine unterste Stellung einnimmt, eingezeichnet. Fig. 2A shows a circle, which gives a rotation of the crankshaft schematically, wherein the direction of rotation corresponds to the clockwise direction (arrow x). The top dead center OT, in which the piston assumes its uppermost position and the bottom dead center UT, in which the piston assumes its lowest position, are drawn on the circle.
Der Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils 7 oder des aus dem Zylinderraum füh renden Auslaßkanals 25 ist mit AO bezeichnet und liegt bevorzugt im Bereich zwi schen 110 Grad und 65 Grad, vorzugsweise zwischen 95 Grad und 65 Grad, weiter vorzugsweise zwischen 80 Grad und 65 Grad vor dem unteren Totpunkt UT.The time of opening the exhaust valve 7 or the exhaust duct 25 leading from the cylinder space is designated AO and is preferably in the range between 110 degrees and 65 degrees, preferably between 95 degrees and 65 degrees, more preferably between 80 degrees and 65 degrees bottom dead center UT.
Der Zeitpunkt des Öffnens des Einlaßventils 6 oder des in den Zylinderraum mün denden Einlaßkanals 19 ist mit EO bezeichnet und liegt zeitlich nach dem Öffnungs zeitpunkt AO des Auslaßventils 7 oder Auslaßkanals 25, vorzugsweise zwischen 75 Grad vor dem unteren Totpunkt UT und dem unteren Totpunkt UT selbst.The time of opening of the inlet valve 6 or of the inlet channel 19 ending in the cylinder space is designated EO and is after the opening time AO of the outlet valve 7 or outlet channel 25 , preferably between 75 degrees before bottom dead center UT and bottom dead center UT itself .
Der Zeitpunkt des Schließens des Auslaßventils 7 oder des aus dem Zylinderraum führenden Auslaßkanals 25 ist mit AS bezeichnet und liegt bevorzugt im Bereich zwischen dem unteren Totpunkt UT und etwa 110 Grad nach dem unteren Totpunkt UT, vorzugsweise bei 5 Grad bis 95 Grad nach dem unteren Totpunkt UT.The point in time at which the exhaust valve 7 or the exhaust port 25 leading from the cylinder chamber is closed is designated AS and is preferably in the range between bottom dead center UT and about 110 degrees after bottom dead center UT, preferably 5 degrees to 95 degrees after bottom dead center Subtitles
Der Zeitpunkt des Schließens des Einlaßventils 6 oder des in den Zylinderraum füh renden Einlaßkanals 19 ist mit ES bezeichnet und liegt bevorzugt im Bereich zwi schen dem unteren Totpunkt UT und etwa 100 Grad nach dem unteren Totpunkt UT, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 Grad und 75 Grad nach dem unteren Totpunkt UT.The time of closing the inlet valve 6 or the inlet channel 19 leading into the cylinder space is designated ES and is preferably in the range between the bottom dead center UT and about 100 degrees after the bottom dead center UT, preferably in the range between 30 degrees and 75 degrees after bottom dead center UT.
Die in Verbindung mit Fig. 2A angegebenen Winkelbereiche gelten auch für die nachfolgenden Beispiele der Fig. 2B und 2C, wobei dort lediglich die Verhältnis se der Öffnungs- und Schließzeitpunkte (AO, EO, ES, AS) zueinander abgeändert sind. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Lage des Öffnungszeitpunktes und/oder des Schließzeitpunktes jeweils bezüglich des unteren Totpunktes UT asymmetrisch liegt.The angular ranges given in connection with FIG. 2A also apply to the following examples of FIGS. 2B and 2C, only the ratio se of the opening and closing times (AO, EO, ES, AS) to one another being changed there. It is advantageous if the position of the opening time and / or the closing time is asymmetrical with respect to the bottom dead center UT.
In Fig. 2B entsprechen die Öffnungszeitpunkte AO und EO den in Verbindung mit Fig. 2A beschriebenen Öffnungszeitpunkten; der Schließzeitpunkt AS liegt jedoch zeitlich nach dem Schließzeitpunkt ES. Bei dieser Anordnung kommt die in Verbin dung mit dem Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) entstehende Gegendruckwel le mit ihrem Aufladeeffekt leistungserhöhend zur Geltung.In FIG. 2B, the opening times AO and EO correspond to the opening times described in connection with FIG. 2A; however, the closing time AS is later than the closing time ES. With this arrangement, the counterpressure wave that arises in connection with the exhaust system (resonance exhaust system), with its supercharging effect, increases its performance.
In Fig. 2C ist eine besondere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar gestellt, wobei die Öffnungszeitpunkte AO und EO durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar sind, daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AO und EO unterschiedlich gestaltet werden kann, aber immer AO vor EO liegt; die Schließzeitpunkte AS und ES sind ebenfalls durch variable Steuersysteme derart zu einander zeitlich veränderbar, daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AS und ES un terschiedlich gestaltet werden kann, wobei AS sowohl vor, im wesentlichen zeit gleich oder nach ES liegen kann. Bei dieser Anordnung kommen die in Verbindung mit dem Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) entstehenden Unterdruck- und Gegendruckwellen mit ihren Sog- und Aufladeeffekten leistungserhöhend zur Gel tung.In Fig. 2C, a special embodiment of the method according to the invention is shown, the opening times AO and EO being variable with respect to one another by variable control systems such that the crankshaft angle between AO and EO can be designed differently, but is always AO before EO; the closing times AS and ES can also be changed with respect to one another by means of variable control systems in such a way that the crankshaft angle between AS and ES can be designed differently, wherein AS can be either before, essentially at the same time or after ES. With this arrangement, the vacuum and counter-pressure waves that arise in connection with the exhaust system (resonance exhaust system), with their suction and charging effects, increase performance.
11
Zylinder
cylinder
22nd
Kolben
piston
33rd
Zylinderkopf
Cylinder head
44th
Kurbelwelle
crankshaft
55
Pleuel
Connecting rod
66
Einlaßventil
Inlet valve
77
Auslaßventil
Exhaust valve
88th
Einlaßnockenwelle
Intake camshaft
99
Auslaßnockenwelle
Exhaust camshaft
1010th
Zündkerze
spark plug
1111
Einspritzventil
Injector
1212th
Einlaßkanal Zylinderkopf
Inlet port cylinder head
1313
Zylinderkopfdichtung
Cylinder head gasket
1414
Auslaßkanal Zylinderkopf
Exhaust port cylinder head
1515
Zylinderkopfraum
Cylinder head space
1616
Zylinderraum
Cylinder space
1717th
Einlaßmembrane
Inlet membrane
1818th
Antriebsmittel
Drive means
1919th
Einlaßkanal Zylinderwand
Inlet duct cylinder wall
2020th
Antriebsrad
drive wheel
2121
Zeitliches Steuersystem Einlaßkanal Zylin
derwand
Timing control system intake duct cylinder wall
2222
Antriebsrad
drive wheel
2323
Zeitliches Steuersystem Auslaßkanal Zylin
derwand
Timing control system exhaust duct cylinder wall
2424th
Antriebsrad
drive wheel
2525th
Auslaßkanal Zylinderwand
Exhaust duct cylinder wall
2626
Diffusor des Resonanzauspuffsystems
Diffuser of the resonance exhaust system
2727
Konus des Resonanzauspuffsystems
Cone of the resonance exhaust system
2828
Gegenkonus des Resonanzauspuffsystems
Counter cone of the resonance exhaust system
2929
Endrohrdüse des Resonanzauspuffsystems
Tail pipe nozzle of the resonance exhaust system
Claims (15)
bei welchem ein Gemisch aus Frischgas und Kraftstoff von einem sich in einer ersten Richtung bewegenden Kolben (2) verdichtet und gezündet wird;
bei welchem das gezündete Gemisch verbrennt und dabei den Kolben (2) in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgasdruckwelle durch Kanäle mit zeitlichen Steuerungssystemen in ein so genanntes Resonanzauspuffsystem mit Diffusor (26), Konus (27), Gegenkonus (28) und Endrohrdüse (29) bekannter Art und Ausbildung ausströmt,
daß durch diese entsprechende Formgebung die Abgasdruckwelle zur Erzeugung von drehzahlfrequenten Druckwellen ausnutzt wird,
daß eine erste Unterdruckwelle, die durch den Übergang von Diffusor (26) zu Konus (27) beim Durchströmen der Abgasdruckwelle entsteht, den Zylinderraum entleert, daß nun durch Kanäle mit zeitlichen Steuerungssystemen Frischgas weiterhin durch diese Unterdruckwelle in den Zylinderraum ansaugt werden kann,
daß die, durch den Übergang von Gegenkonus (28) zu Endrohrdüse (29) beim Durchströmen der Abgasdruckwelle entstehende, Gegendruckwelle einen Aufla dungseffekt der im Resonanzauspuffsystem befindlichen Frischgase erzielt, so daß während eines jeden Reversierzyklus des Kolbens im Bereich des unteren Tot punktes ein Gaswechsel im Zylinderraum (16) bewirkt wird, ohne eine Aufladung der Frischgase, ohne die Hubwirkung des Kolbens durch einen Leertakt, wie bei dem allgemein bekannten Viertaktmotor, oder ohne das Einströmen in einen Kurbelwel lenraum unterhalb des Kolbens wie bei dem allgemein bekannten Zweitaktmotor, zu benötigen. 1. Method for generating physical power in a reciprocating piston internal combustion engine, in which in at least one piston-cylinder unit a piston ( 2 ) reverses in a cylinder ( 1 ) and the reversing movement via a connecting rod ( 5 ) to a crankshaft ( 4 ) transmits,
in which a mixture of fresh gas and fuel is compressed and ignited by a piston ( 2 ) moving in a first direction;
in which the ignited mixture burns and thereby moves the piston ( 2 ) in a second direction opposite to the first direction, characterized in that
that the exhaust gas pressure wave flows out through channels with timing systems into a so-called resonance exhaust system with diffuser ( 26 ), cone ( 27 ), counter-cone ( 28 ) and tailpipe nozzle ( 29 ) of known type and design,
that the exhaust gas pressure wave is used for generating speed-frequency pressure waves by this corresponding shaping,
that a first vacuum wave, which arises due to the transition from diffuser ( 26 ) to cone ( 27 ) when flowing through the exhaust gas pressure wave, empties the cylinder space, so that fresh gas can continue to be drawn into the cylinder space through this vacuum wave through channels with timing systems,
that, by the transition from the cone ( 28 ) to the tailpipe nozzle ( 29 ) when flowing through the exhaust gas pressure wave, the counter pressure wave achieves a charging effect of the fresh gases in the resonance exhaust system, so that during each reversing cycle of the piston in the area of the bottom dead center a gas change in Cylinder chamber ( 16 ) is effected without a charge of the fresh gases, without the lifting action of the piston by an idle cycle, as in the well-known four-stroke engine, or without flowing into a crankshaft lenraum below the piston as in the well-known two-stroke engine.
daß der Zeitpunkt der Öffnung des Auslasses (AO) vor demjenigen des Einlasses (EO) liegt und
daß der Zeitpunkt der Schließung des Auslasses (AS) vor demjenigen des Einlasses (ES) liegt, so
daß während einer vorgegebenen Zeitspanne, sowohl der Auslaßkanal als auch der Einlaßkanal geöffnet sind.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
the opening of the outlet (AO) is earlier than that of the inlet (EO) and
that the time of closing the outlet (AS) is earlier than that of the inlet (ES), so
that both the outlet channel and the inlet channel are open for a predetermined period of time.
daß der Zeitpunkt der Öffnung des Auslasses (AO) vor demjenigen des Einlasses (EO) liegt und
daß der Zeitpunkt der Schließung des Auslasses (AS) nach demjenigen des Einlasses (ES) liegt, so
daß die gesamte Öffnungszeit des Auslaßkanals länger als die gesamte Öffnungszeit des Einlaßkanals ist.10. The method according to any one of claims 1-8, characterized in
the opening of the outlet (AO) is earlier than that of the inlet (EO) and
that the time of closing the outlet (AS) is after that of the inlet (ES), so
that the total opening time of the exhaust port is longer than the total opening time of the intake port.
daß der Zeitpunkt der Öffnung des Auslasses (AO) und demjenigen des Einlasses (EO) durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar sind, daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AO und EO über den gesamten Drehzahlbe reich unterschiedlich gestaltet werden kann, aber immer AO vor EO liegt und
daß die Schließzeitpunkte AS und ES ebenfalls durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar sind, so
daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AS und ES über den gesamten Drehzahlbe reich unterschiedlich gestaltet werden kann, wobei AS über diesen Drehzahlbereich sowohl vor als auch nach ES liegen kann.11. The method according to any one of claims 1-8, characterized in
that the time of the opening of the outlet (AO) and that of the inlet (EO) can be varied with respect to one another by variable control systems in such a way that the crankshaft angle between AO and EO can be varied over the entire speed range, but is always AO before EO and
that the closing times AS and ES can also be changed with respect to one another by variable control systems, so
that the crankshaft angle between AS and ES can be designed richly differently over the entire speed range, with AS over this speed range both before and after ES.
bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (12) mit einer vorangestell ten Einlaßmembran (17) und zumindest einem Einlaßventil (6) in den im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) einströmen kann;
bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumin dest einen Auslaßkanal (14) und zumindest ein Auslaßventil (7), die im Zylinderkopf (3) vorgesehen sind ausströmen kann;
bei welcher das Einlaß- und das Auslaßventil (6; 7) durch zumindest eine, die Öff nungs- und Schließbewegung beaufschlagene Steuerwelle (8; 9), vorzugsweise einer Nockenwelle gesteuert werden, die mit der Kurbelwelle (4) über eine Antriebsein richtung (18, 20, 22, 24) in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und
daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 stattfinden kann.12. reciprocating piston internal combustion engine, working according to a method of claims 1-11, with at least one of a cylinder head ( 3 ) at one end closed cylinder ( 1 ), in which an axially movable piston ( 2 ) is used; a connecting rod ( 5 ) pivotally connected to the piston ( 2 ) at its first end, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft ( 4 );
in which fresh gas can flow through at least one inlet channel ( 12 ) with a preceding inlet membrane ( 17 ) and at least one inlet valve ( 6 ) into the cylinder space ( 16 ) formed in the cylinder ( 1 );
in which the exhaust gas pressure wave resulting from the combustion can flow out through at least one exhaust port ( 14 ) and at least one exhaust valve ( 7 ) provided in the cylinder head ( 3 );
in which the inlet and outlet valves ( 6 ; 7 ) are controlled by at least one control shaft ( 8 ; 9 ) acting on the opening and closing movement, preferably a camshaft, which is connected to the crankshaft ( 4 ) via a drive device ( 18 , 20 , 22 , 24 ) is in drive connection, characterized in that
that the outlet duct is connected to a so-called resonance exhaust system of known type and design and
that thereby the gas exchange can take place according to one of the method of claims 1 to 11.
bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (19), der mit einer voran gestellten Einlaßmembran (17) und einem zeitlich variablen Steuersystem (21) durch die Zylinderwand in den Zylinderraum (16) mündet, in den, im Zylinder (1) gebilde ten Zylinderraum (16) einströmen kann;
bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumin dest einen Auslaßkanal (14) und zumindest ein Auslaßventil (7), die im Zylinderkopf (3) vorgesehen sind ausströmen kann;
bei welcher das Auslaßventil (7) durch zumindest eine, die Öffnungs- und Schließ bewegung beaufschlagene Steuerwelle (9), vorzugsweise einer Nockenwelle gesteu ert wird, die mit der Kurbelwelle (4) über eine Antriebseinrichtung (18, 20, 24) in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und
daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 stattfinden kann.13. Reciprocating internal combustion engine, working according to a method of claims 1-11, with at least one of a cylinder head ( 3 ) at one end closed cylinder ( 1 ), in which an axially movable piston ( 2 ) is used; a connecting rod ( 5 ) pivotally connected to the piston ( 2 ) at its first end, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft ( 4 );
in which fresh gas through at least one inlet channel ( 19 ), which opens with a preceding inlet membrane ( 17 ) and a time-variable control system ( 21 ) through the cylinder wall into the cylinder chamber ( 16 ), into the cylinder chamber ( 1 ) formed th cylinder chamber ( 16 ) can flow in;
in which the exhaust gas pressure wave resulting from the combustion can flow out through at least one exhaust port ( 14 ) and at least one exhaust valve ( 7 ) provided in the cylinder head ( 3 );
in which the exhaust valve ( 7 ) by at least one, the opening and closing movement acted on control shaft ( 9 ), preferably a camshaft is steered, which is in drive connection with the crankshaft ( 4 ) via a drive device ( 18 , 20 , 24 ) , characterized,
that the outlet duct is connected to a so-called resonance exhaust system of known type and design and
that thereby the gas exchange can take place according to one of the method of claims 1 to 11.
bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (12) mit einer vorangestell ten Einlaßmembran (17) und zumindest einem Einlaßventil (6) in den im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) einströmen kann;
bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumin dest einen Auslaßkanal (25) in Verbindung mit einem zeitlich variablen Steuersystem (23) durch die Zylinderwand aus dem, im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) aus strömen kann;
bei welcher das Einlaßventil (6) durch zumindest eine, die Öffnungs- und Schließbe wegung beaufschlagene Steuerwelle (8), vorzugsweise einer Nockenwelle gesteuert wird, die mit der Kurbelwelle (4) über eine Antriebseinrichtung (18, 20, 22) in An triebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und
daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 stattfinden kann.14. reciprocating piston internal combustion engine, working according to a method of claims 1-11, with at least one of a cylinder head ( 3 ) at one end closed cylinder ( 1 ), in which an axially movable piston ( 2 ) is used; a connecting rod ( 5 ) pivotally connected to the piston ( 2 ) at its first end, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft ( 4 );
in which fresh gas can flow through at least one inlet channel ( 12 ) with a preceding inlet membrane ( 17 ) and at least one inlet valve ( 6 ) into the cylinder space ( 16 ) formed in the cylinder ( 1 );
in which the exhaust gas pressure wave resulting from the combustion can flow through at least one outlet channel ( 25 ) in connection with a time-variable control system ( 23 ) through the cylinder wall from the cylinder space ( 16 ) formed in the cylinder ( 1 );
in which the inlet valve ( 6 ) is controlled by at least one, the opening and closing movement movement control shaft ( 8 ), preferably a camshaft, which is in drive connection with the crankshaft ( 4 ) via a drive device ( 18 , 20 , 22 ) , characterized,
that the outlet duct is connected to a so-called resonance exhaust system of known type and design and
that thereby the gas exchange can take place according to one of the method of claims 1 to 11.
bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (19), der mit einer voran gestellten Einlaßmembran (17) und einem zeitlich variablen Steuersystem (21) durch die Zylinderwand in den Zylinderraum (16) mündet, in den, im Zylinder (1) gebilde ten Zylinderraum (16) einströmen kann;
bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumin dest einen Auslaßkanal (25) in Verbindung mit einem zeitlich variablen Steuersystem (23) durch die Zylinderwand aus dem im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) ausströmen kann; dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und
daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 stattfinden kann.15. reciprocating piston internal combustion engine, working according to a method of claims 1-11, with at least one of a cylinder head ( 3 ) at one end closed cylinder ( 1 ), in which an axially movable piston ( 2 ) is used; a connecting rod ( 5 ) pivotally connected to the piston ( 2 ) at its first end, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft ( 4 );
in which fresh gas through at least one inlet channel ( 19 ), which opens with a preceding inlet membrane ( 17 ) and a time-variable control system ( 21 ) through the cylinder wall into the cylinder chamber ( 16 ), into the cylinder chamber ( 1 ) formed th cylinder chamber ( 16 ) can flow in;
in which the exhaust gas pressure wave resulting from the combustion can flow out of the cylinder space ( 16 ) formed in the cylinder ( 1 ) through at least one outlet channel ( 25 ) in connection with a time-variable control system ( 23 ) through the cylinder wall; characterized,
that the outlet duct is connected to a so-called resonance exhaust system of known type and design and
that thereby the gas exchange can take place according to one of the method of claims 1 to 11.
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