DE19916853A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) in dem ein mit einer Kurbelwelle (10) verbundener erster Kolben (3, 53, 37, 73) geführt ist, und ein Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, bei dem durch rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei in einem zuvor in einem Verdichtungstakt verdichteten Frischgas eine zumindest teilweise Verdampfung eines in dem Frischgas enthaltenen oder in dieses eingeführten Brennstoffs durchgeführt, anschließend seine Verbrennung eingeleitet und mit dem dadurch erzeugten Druck der Verbrennungsgase der Kolben in einem Arbeitstakt beaufschlagt wird und nach Durchführung des Arbeitstaktes die Abgase aus dem Zylinderraum ausschiebt. DOLLAR A Um eine hohe Leistung und gute Abgaswerte zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten das hierbei verdichtete Frischgas zyklisch jeweils in mindestens zwei Verbrennungskammern (11) gedrück wird, in denen nach ihrem Verschließen gegenüber dem ersten Zylinderraum die zumindest teilweise Verdampfung durchgeführt und die Verbrennung eingeleitet wird und nachfolgend die Verbrennungskammer zu einem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung des Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandieren, Verbrennungsgasen beaufschlagt wird und in einem ersten Zylinderraum in einem ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren einer Brenn
kraftmaschine, bei dem durch rasche Verbrennung eines Brenn
stoff-Luft-Gemisches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt
wird, wobei durch rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemi
sches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei eine
Verbrennung eines Gemisches eines in einem Verdichtungstakt ver
dichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften
Brennstoffs eingeleitet und mit dem dadurch erzeugten Druck der
Verbrennungsgase der Kolben in einem Arbeitstakt beaufschlagt
wird, und nach Durchführung des Arbeitstaktes die Abgase aus dem
Zylinderraum ausgeschoben werden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Brennkraftmaschine
mit einem ersten Zylinder, in dem ein mit einer Kurbelwelle ver
bundener erster Kolben verschiebbar geführt ist, und ein zwi
schen dem ersten Kolben und dem ersten Zylinder gebildeter er
ster Zylinderraum in einem Ansaugtakt bei seiner Vergrößerung
über einen Frischgaseinlaß mit Frischgas beaufschlagbar ist,
wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas bei
Verkleinerung des ersten Zylinderraums komprimierbar ist.
Bei bekannten Verbrennungsmotoren mit Innenverbrennung sind die
jeweils auf einen Zylinder bezogenen Verbrennungskammern (z. B.
vom Typ Ricardo, Perkins, Herkules, Deutz, ACO u. a.) stationär
im Zylinderkopf, Motorblock und oder im Motorkolben angeordnet.
In der EP-A-0 074 174 ist ein theoretisch gebliebener Vorschlag
offenbart, der eine rotierende Vorverbrennungskammer vorsieht,
in der eine Teilmenge eines fetten Gemisches verbrannt werden
soll, die dann als Anzünder eines mageren Gemisches in der übli
chen Verbrennungskammer dienen soll.
Allen Ausführungsformen gemeinsam ist der konstruktions- und
verfahrensbedingt enge Zeitraum für die Verdampfung des Brenn
stoffs und für seine Verbrennung. Nachteilig ist ferner, daß die
Verbrennung in einem variablen Volumen durchgeführt wird und ca.
-15° vor bis +35° nach dem oberen Totpunkt erfolgen muß. Hier
aus resultieren unvollständige Kraftstoffverbrennung und schäd
liche Abgase. Bei Kraftstoffen, die für ihre Gemischvorbereitung
(Diesel) oder für ihre Verbrennung (Alkohol) mehr Zeit erfor
dern, ergibt sich zusätzlich eine Begrenzung der maximal mögli
chen Drehzahl. Die verfügbare Verbrennungszeit liegt in einer
Größenordnung von etwa 0,001 s. Erzwungene Kompromisse wie z. B.
eine Vergrößerung des Luftüberschusses oder aber die Inkaufnahme
einer unvollständigen Verbrennung führen zur Senkung des Wir
kungsgrades sowie zu einer Erhöhung der Schadstoffemission. Bei
den bekannten Arbeitsverfahren würde eine Senkung des Luftüber
schusses zu einer unvollständigen Verbrennung, zu weiteren Ener
gieverlusten sowie zu einem erhöhten Schadstoffausstoß führen.
Eine Vergrößerung des theoretischen Wirkungsgrades durch Senkung
der Abgastemperatur ist nur mit erhöhtem apparativem Aufwand
möglich.
Zur Verlängerung der Gemischvorbereitungs- und Verbrennungszeit
kann der Kraftstoff bereits im Vergaser oder - bei indirekter
Kraftstoffinjektion - im Ansaugkanal mit Luft vermischt werden,
wodurch die Probleme jedoch nur begrenzt verringert werden kön
nen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber herkömmli
chen Arbeitsverfahren und Brennkraftmaschinen Verbesserungen zu
erreichen und insbesondere hohe Leistungen, einen hohen
Wirkungsgrad und vorzugsweise gute Abgaswerte zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Arbeitsverfahren
gelöst, indem in einem ersten Zylinderraum in aufeinanderfolgen
den Verdichtungstakten Frischgas verdichtet und jeweils in eine
von mindestens zwei Verbrennungskammern gedrückt wird, in der
nach ihrem Verschließen gegenüber dem ersten Zylinderraum die
Verbrennung eingeleitet wird, nachfolgend die Verbrennungskammer
zu einem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kol
ben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung des Arbeitstak
tes mit aus der Verbrennungskammer expandierendens Verbrennungs
gasen beaufschlagt wird, und in dem ersten Zylinderraum in einem
nachfolgenden Verdichtungstakt eine weitere Verbrennungskammer
von dem ersten Zylinder mit Frischgas befüllt wird.
Bei der eingangs genannten Brennkraftmaschine wird diese Aufgabe
gelöst, indem mindestens zwei außerhalb des ersten Zylinderrau
mes angeordnete voneinander getrennte Verbrennungskammern vor
gesehen sind, in die in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten
jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum verdichtetes
Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen
zündbar ist, und jede der Verbrennungskammern jeweils nach Been
digung eines Verdichtungstakts in einem Arbeitstakt mit einem
zweiten Zylinderraum verbindbar ist, der zwischen einem zweiten
Zylinder und einem mit der Kurbelwelle verbundenen zweiten Kol
ben gebildet ist, wobei der zweite Kolben durch komprimiertes,
mit Brennstoff versehenes und gezündetes Frischgas derartig ver
schiebbar ist, daß der zweite Zylinderraum vergrößerbar ist, und
in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgas durch
den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum herausstoßbar
ist.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß der Ansaug- und Kom
pressionstakt von dem Arbeits- und Ausstoßtakt räumlich getrennt
und in zwei verschiedenen Zylindern durchgeführt werden. Diesen
beiden Zylindern sind mindestens zwei Verbrennungskammern
zwischengeschaltet, in die das vom ersten Zylinder komprimierte
Frischgas im Kompressionstakt bzw. gegen Ende des Kompressions
takts nacheinander bzw. in zyklischer Reihenfolge eingegeben
wird. Die Verbrennungskammern werden vorteilhafterweise gegen
Ende des Kompressionstakts, beispielsweise am oberen Totpunkt
des ersten Kolbens nach dem Kompressionstakt zu dem ersten Zy
linderraum hin verschlossen. Da die Verbrennung nicht im zur
Verdichtung verwendeten ersten Zylinderraum eingeleitet wird,
besitzt der Motor keine Neigung zu einer Zündung des kompri
mierten Frischgasgemisches vor dem oberen Totpunkt des ersten
Kolbens und damit einer verfrühten Hochdruckbildung.
In den von den beiden Zylinderräumen getrennten Verbrennungskam
mern kann anschließend je nach gewünschter Verdampfungszeit und
Zündzeit zunächst zu einem gewählten Zeitpunkt Brennstoff zuge
führt werden, beispielsweise durch eine Einspritzdüse, und nach
einer gewünschten Verdampfungszeit die Zündung durch eine Zünd
kerze eingeleitet werden. Da der Brennstoff in die bereits ent
leerte heiße Verbrennungskammer eingespritzt wird, werden eine
gute Verdampfung bzw. Gemischaufbereitung und Verteilung des
Brennstoffs in dem Frischgas erreicht, wie es beispielsweise bei
einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit einer Einspritzung
vor dem oberen Totpunkt in der Regel nicht erreicht wird. Die
Zündung mittels einer Zündkerze kann in einem gewünschten Zeit
abstand vor der Öffnung der Verbrennungskammer zu dem am Anfang
des Arbeitstakts sich befindenden zweiten Zylinderraum erfolgen,
so daß die Verbrennung bereits vollständig oder in einem er
wünschten Umfang eingesetzt hat, bevor das Gas in den zweiten
Zylinderraum gelangt. Dabei kann die Zündung an einer geeigneten
Stelle in der Verbrennungskammer ausgelöst werden, so daß die
Verbrennungsgase sich in geeigneter Weise in den zweiten Zylin
derraum hinein ausbreiteten. Vorteilhafterweise breitet sich die
Flammenfront entgegen der Ausbreitungsrichtung der in dem zwei
ten Zylinderraum strömenden Verbrennungsgase aus.
Eine Zündung ist auch zu einem Zeitpunkt möglich, in dem der
Verbrennungsraum bereits zum zweiten Zylinderraum hin offen ist.
Grundsätzlich ist es möglich, daß der erste Zylinder und der
zweite Zylinder mit unterschiedlichen Hubräumen ausgebildet wer
den, so daß eine Optimierung des Kompressions- und Arbeitstaktes
möglich ist. Es ist jedoch auch eine Ausbildung mit gleichen
Hubräumen möglich. Vorteilhafterweise entsprechen die Zylinder
räume den Hubräumen, so daß der erste Zylinder praktisch einen
vernachlässigbaren Verdichtungsraum aufweist und das komprimier
te Gas vollständig in die Verbrennungskammer abgegeben wird. Da
der erste Zylinderraum bzw. Kompressionsraum anschließend wieder
Frischgas bzw. Luft aufnimmt, stören die Luftreste nicht. Die in
dem Luftresten gespeicherte Kompressionsarbeit kann im Ansaug
takt wieder genutzt werden. Indem der zweite Zylinderraum vor
teilhafterweise seinem Hubraum im wesentlichen entspricht und
ein vernachlässigbarer Verdichtungsraum in dem zweiten Zylinder
raum im oberen Totpunkt des zweiten Kolbens verbleibt, können
die Abgase im oberen Totpunkt des zweiten Kolbens fast vollstän
dig an einen Auspuffkanal abgegeben werden. Die Abgasreste füh
ren nicht zu Arbeitsverluste, da die in ihnen gespeicherte Ar
beit beim nachfolgenden Arbeitstakt wieder genutzt wird.
Die Verbrennungskammer kann vorteilhafterweise in einem drehbar
gelagerten Körper angeordnet sein, der in Synchronisation mit
der Kurbelwelle und somit dem ersten Zylinder und zweiten Zylin
der angetrieben wird. Somit kann eine gute Abstimmung der Takt
zyklen der Zylinder mit dem Verbrennungsraum erreicht werden. Es
sind bei einem Ottomotor vorteilhafterweise genau zwei Verbren
nungskammern und bei einem Dieselmotor vier Verbrennungskammern
vorgesehen, die gleichwertig abwechselnd Frischgas aufnehmen und
die Verbrennung einleiten. Der drehbar gelagerte Körper kann
insbesondere eine Verbrennungswelle sein, die beispielsweise
einen kreisförmigen Querschnitt hat und vorteilhafterweise par
allel zur Kurbelwelle gelagert ist. Somit kann sie in ihrer ra
dialen Richtung Frischgas von dem ersten Zylinder an dessem obe
ren Auslass aufnehmen und in ihrer radialen Richtung gezündetes
Frischgas in den zweiten Zylinderraum abgeben. Die Verbrennungs
welle mit kreisförmigem Querschnitt ragt hierzu entsprechend in
die Zylinder mit einem Abschnitt, beispielsweise einem 90°-Seg
ment ihres kreisförmigen Querschnitts, hinein, so daß sie bei
Öffnung einer Verbrennungskammer Gase über eine große Grenzflä
che aufnehmen bzw. abgeben kann. Der Kolben ist an diese Form
des in den Zylinder hineinragenden Abschnitts der Verbrennungs
welle vorteilhafterweise angepaßt, um im oberen Totpunkt den
Zylinderraum zumindest weitgehend zu verschließen.
Die beiden Zylinder können in axialer Richtung der Verbrennungs
welle voneinander getrennt sein, so daß ein einfacher Transport
des Frischgases von dem ersten Zylinderraum zu dem zweiten Zy
linderraum über die Verbrennungswelle möglich ist. Die Verbren
nungswelle kann beispielsweise zwei Verbrennungskammern aufwei
sen und mit einer Untersetzung von 2 : 1 zu der Kurbelwelle ge
dreht werden, vorzugsweise direkt von ihr angetrieben werden.
Somit können die zwei Verbrennungskammern abwechselnd mit kom
primiertem Frischgas gefüllt werden, Brennstoff aufnehmen und
nach der Zündung an den zweiten Zylinderraum abgeben. Die Größe
der Verbrennungsräume kann an die gewünschte Verdichtung ange
paßt werden. Bei Dieselmotoren können auch mehr als zwei Ver
brennungskammern, beispielsweise vier Verbrennungskammern ausge
bildet werden und eine Untersetzung von 4 : 1 vorgenommen werden,
so daß mehr Zeit zum Verdampfen verbleibt.
Die Einspritzdüse und gegebenenfalls eine Zündvorrichtung können
am Umfang der Verbrennungswelle derartig angeordnet werden, daß
die Verbrennungskammern der Verbrennungswelle zu einem gewünsch
ten Zeitpunkt zu der Einspritzdüse bzw. Zündvorrichtung hin mit
einer Öffnung freigelegt sind. Bei einer zylinderförmigen Ver
brennungsquelle erfolgt dabei die Einspritzung vorteilhafterwei
se direkt in radialer Richtung bzw. überwiegend radialer Rich
tung der Verbrennungswelle, so daß eine gute Verteilung des
Brennstoffs in der sich in axialer Richtung der Verbrennungswel
le erstreckenden Verbrennungskammer erreicht werden kann.
Die Verbrennungswelle kann insbesondere als Verbrennungsdreh
schieber ausgebildet sein, der aufgrund seiner Förderwirkung das
verdichtete Frischgas vom ersten Zylinderraum zum zweiten Zylin
derraum befördert.
Für die Zuführung von Frischgas zu dem ersten Zylinderraum
und/oder gegebenenfalls auch die Entladung des Abgases von dem
zweiten Zylinderraum kann ein Ansaugdrehschieber vorgesehen wer
den, der vorteilhafterweise parallel zu der Verbrennungswelle
angeordnet ist. Er kann beispielsweise ebenfalls mit einem Ab
schnitt, z. B. einem 90°-Segment seines kreisförmigen Quer
schnitts in die beiden Zylinder hineinragen und somit über eine
große Verbindungsfläche zu den Zylinderräumen eine gute Zufüh
rung von Frischgas und gegebenenfalls Entladung des Abgases
erreichen.
Der Abgaskanal kann dabei jedoch auch in der Verbrennungswelle,
vorteilhafterweise in ihrer radialen Mitte, ausgebildet werden.
Vorteilhafterweise werden lediglich ein Ansaugkanal und ein Ab
gaskanal ausgebildet, um die Querschnitte dieser Kanäle nicht zu
klein auszubilden und somit den Strömungswiderstand gering zu
halten. In diesem Fall dreht sich der Ansaugdrehschieber vor
teilhafterweise ohne Untersetzung zu der Kurbelwelle, um seine
Frischgaszufuhröffnung und gegebenenfalls Abgasaufnahmeöffnung
taktgenau zu den Zylinderräumen hin zu öffnen.
Je nach Formgebung der Verbrennungswelle und gegebenenfalls des
Ansaugschiebers können diese gleichsinnig oder gegensinnig zu
der Kurbelwelle angetrieben werden. Je nach Winkelversatz zwi
schen der Frischgasaufnahmeöffnung und der Expansionsöffnung zur
Abgabe des gezündeten komprimierten Frischgases aus der Verbren
nungswelle können die Kolben der beiden Zylinder ohne oder mit
beliebigen Hubzupfenversatz bzw. Kurbelwinkeldifferenz z. B. 90°,
180°, 270° zueinander gedreht werden. Weiterhin können Verbren
nungsmoderatoren eingesetzt werden oder Katalysatoren für die
Verbrennung, wie z. B. ein Nickeleinsatz für ein Gemisch von
Naphtha mit Wasser oder Keramikeinsätze für flammenlose Verbren
nung in der Verbrennungskammer verwendet werden, ohne hierbei
die Zylinderräume zu beeinflussen. In die Verbrennungskammer
kann beispielsweise Wasser eingespritzt werden, um die Abgastem
peraturen zu senken, ohne hierbei einen erheblichen Druckverlust
zu verursachen.
Wenn die Verbrennungswelle als Drehschieber ausgebildet ist,
können die Verbindungskanäle zu den mehreren Verbrennungskammern
insbesondere schraubenförmig über den Umfang des Drehschiebers
ausgebildet und somit auch axial zueinander benachbart sein, um
die Förderwirkung zu erhöhen.
Der Drehschieber ist vorteilhafterweise von einem stationären
Drehschiebergehäuse abdichtend umschlossen, das Anschlußöffnun
gen zu den beiden Zylinderräumen aufweist.
Durch die Verwendung eines Drehschiebers, dessen Verbrennungs
kammern nur in bestimmten Stellungen mit der Auslaßöffnung des
ersten Zylinderraums sowie der Einlaßöffnung des zweiten Zylin
derraums verbunden sind, kann auf die Ausbildung von Ventilen
für diese Einlaß-/Auslaßsteuerung verzichtet werden, so daß die
Herstellungskosten gesenkt werden können. Indem auch die Frisch
luftzufuhr zu dem ersten Zylinderraum sowie der Abgasauslaß
durch diesen oder einen weiteren Drehschieber erfolgen, kann auf
die Verwendung von Ventilen zur Einlaß- und Auslaßsteuerung der
beiden Zylinder vollständig verzichtet werden, so daß auch keine
Nockenwelle für diese Ventile notwendig ist. Somit sind ledig
lich der bzw. die Drehschieber von der Kurbelwelle anzutreiben,
nicht jedoch eine Nockenwelle mit entsprechenden, in die Zylin
derräume hineinragenden Ventilen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeich
nungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftma
schine gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2a-d Schnittansichten durch den ersten und zweiten
Zylinder der Ausführungsform von Fig. 1 in 45°-
Stellung der Kurbelwelle;
Fig. 3a-d entsprechende Schnittansichten in 135°-Stellung
der Kurbelwelle;
Fig. 4a-d entsprechende Schnittdarstellungen in 225°-
Stellung der Kurbelwelle;
Fig. 5a-d entsprechende Schnittdarstellungen in 315°-Stel
lung der Kurbelwelle;
Fig. 6a-d Darstellung der beiden Verbrennungskammern der
ersten Ausführungsform;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine der
ersten Ausführungsform;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines V-Motors mit zwei
Anordnungen der ersten Ausstellungsform mit je
zwei Zylindern;
Fig. 9a, b eine Schnittdarstellung durch den ersten Zylinder
einer Brennkraftmaschine einer zweiten Ausfüh
rungsform der Erfindung in einer Stellung von 0°
der Kurbelwelle;
Fig. 9c, d Schnittdarstellungen durch den zweiten Zylinder
in der 0°-Stellung;
Fig. 10a-d Schnittdarstellungen der 90°-Stellung des ersten
und des zweiten Zylinders;
Fig. 11a-d Schnittdarstellungen der 180°-Stellung des ersten
und zweiten Zylinders;
Fig. 12a-d Schnittdarstellungen der 270°-Stellung des ersten
und zweiten Zylinders;
Fig. 13 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
zweiten Ausführungsform;
Fig. 14a-d Darstellungen der Verbrennungskammern der zweiten
Ausführungsform; a, b: perspektivisch, c, b: per
spektivisch, c: Seitenansicht, Schnittansicht, d:
Draufsicht, Schnittansicht;
Fig. 15a-d bis 18a-d Schnittdarstellungen jeweils des ersten
und zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine
einer dritten Ausführungsform in Stellungen der
Kurbelwelle von 0°,90°, 180°, 270°;
Fig. 19 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
dritten Ausführungsform;
Fig. 20a-d Darstellungen der Verbrennungskammern der dritten
Ausführungsform;
Fig. 21a-d bis 24a-d Schnittdarstellungen des ersten und
zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer
vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 25 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
vierten Ausführungsform;
Fig. 26a-d Darstellungen der Verbrennungskammer der vierten
Ausführungsform;
Fig. 27a-d bis 30a-d Schnittdarstellungen des ersten und
zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer
fünften Ausführungsform in Stellungen der Kurbel
welle von 0°, 90°, 180°, 270°;
Fig. 31 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
fünften Ausführungsform;
Fig. 32a-d Darstellungen der Verbrennungskammern der fünften
Ausführungsform;
Fig. 33a-d und 34a-d Schnittdarstellungen des ersten und
zweiten Zylinders einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung in Kurbelwinkelstellungen von 0°
und 180°;
Fig. 35 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
sechsten Ausführungsform;
Fig. 36a, b perspektivische Darstellungen der Steuerwelle der
sechsten Ausführungsform.
Eine Brennkraftmaschine weist gemäß Fig. 1 mindestens einen
ersten und einen zweiten Zylinder auf, wobei in der Figur ledig
lich der erste Zylinder 1 angedeutet ist, der als Kompressions
zylinder dient. In dem als Kompressionszylinder dienenden ersten
Zylinder 1 ist in bekannter Weise ein erster Kolben 3 verschieb
bar gelagert. Im Arbeitszylinder 2 ist entsprechend ein zweiter
Kolben 4 gelagert. Die beiden Kolben sind über Pleuelstangen 15,
16 an einer in Fig. 1 nicht gezeigten Kurbelwelle 10 gelagert.
Die oberhalb der beiden Kolben 3, 4 mit den jeweiligen Zylindern
gebildeten Zylinderräume sind über Ventile mit Zuführungen ver
bunden.
Erfindungsgemäß ist oberhalb der beiden Zylinder ein Verbren
nungsdrehschieber 9 drehbar im Zylinderkopf 21 gelagert und
weist als Aussparungen ausgebildete Verbrennungskammern auf, die
detaillierter in Fig. 6a-d gezeigt sind und mit Bezug auf die
Fig. 2-5 näher erläutert werden.
In den Fig. 2a-d ist die Anordnung der Arbeitszylinder und
des Verbrennungsdrehschiebers 9 in einer ersten 45°-Stellung
der Kurbelwelle 10 gezeigt. Der Kompressionszylinder 1 befindet
sich im Ansaugtakt, so daß der erste Kolben 3 durch die gezeigte
Drehung der Kurbelwelle 10 nach unten befördert wird und
Frischluft über Frischluftzufuhrleitungen 7 und geöffnete Ein
laßventile 11, 12 in den sich vergrößernden ersten Zylinderraum
5 strömt. Hierzu werden die Einlaßventile 11, 12 in bekannter
Weise über Nockenwellen 171, 172 gesteuert, die gemäß Fig. 1
über z. B. einen Keilriemen 173 mit der Kurbelwelle 10 verbunden
sind. Gemäß Fig. 2c, 2d befindet sich der Arbeitszylinder 2 im
Arbeitstakt, wobei gemäß dem in Fig. 2d gezeigten schwarzen
Pfeil Verbrennungsgase, d. h. verbranntes Frischgas-Brennstoff-
Gemisch aus der ersten Verbrennungskammer 9a des Verbrennungs
drehschiebers 9 durch eine Expansionsöffnung 40 in den zweiten
Zylinderraum 6 abgegeben wird. Die Ausgabeventile 13, 14 sind
dabei gemäß Fig. 2d geschlossen. Somit können die Verbrennungs
gase aus der zweiten Verbrennungskammmer 9b in den zweiten Zy
linderraum 6 gelangen und den zweiten Kolben 4 nach unten drüc
ken.
Der Verbrennungsdrehschieber 9 dreht sich gegenüber der Kurbel
welle mit einer Untersetzung von 2 : 1. Bei dieser Ausführungsform
stimmen die Drehrichtungen der Kurbelwelle 10 und des Verbren
nungsdrehschiebers 9 überein und entsprechen weiterhin den Dreh
richtungen der Nockenwellen 171, 172. Die Kolben 3, 4 und die
Innenwände der Zylinder 1, 2 sind derartig geformt, daß der Zy
linderraum zumindest fast vollständig durch den Hubraum gebildet
wird und lediglich ein vernachlässigbarer Restbereich als Ver
dichtungsraum verbleibt, da die verdichtete Luft erfindungsgemäß
in die Verbrennungskammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 ge
drückt werden soll. Die Kolben 3, 4 können dabei vorteilhafter
weise keilförmig zulaufen und die Zylinder entsprechend an ihrer
Oberseite in einer keilförmigen Stumpfbohrung auslaufen, die ge
mäß den Zeichnungen beispielsweise in dem Zylinderkopf ausgebil
det werden kann, so daß in dem Kurbelgehäuse des Motors ledig
lich die zylinderförmigen Zylinderlaufbahnen ausgebildet werden
müssen. Dabei können in bekannter Weise auch Zylinderlaufbuchsen
beispielsweise in Zylinderblöcken aus Aluminium-Legierungen ein
gesetzt werden.
Gemäß Fig. 3a-d befindet sich die Kurbelwelle 10 in einer ge
genüber den Fig. 2a-d um 90° weitergedrehten Stellung, die
entsprechend als 135°-Stellung bezeichnet wird. Der erste Zylin
der 1 befindet sich noch im Ansaugtakt, so daß weiterhin keine
Verbindung des ersten Zylinderraums 5 zu einer der Verbrennungs
kammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 freigegeben ist. Ent
sprechend Fig. 3b ist die erste Verbrennungskammer 9a des Ver
brennungsdrehschiebers 9 in dieser um gegenüber Fig. 2b um 45°
weitergedrehten Stellung weiterhin gegenüber dem ersten Zylin
derraum 5 abgeschlossen. Gemäß Fig. 3c, d befindet sich der
zweite Zylinder 2 gegen Ende des Arbeitstaktes, so daß der zwei
te Kolben 4 weiterhin nach unten gedrückt wird. Dabei wird die
Expansionsöffnung 40 der ersten Verbrennungskammer 9a jedoch
allmählich verschlossen und ist in Fig. 3d bereits zur Hälfte
verschlossen.
Die Fig. 4a d zeigen eine 225°-Stellung der Kubelwelle,
bei der die in der ersten Verbrennungskammer 9a nach dem Ar
beitstakt verbliebenen Abgasreste über eine Ausgabeöffnung 42
der ersten Verbrennungskammer 9a an einen Auspuffkanal 41 ab
gegeben werden. Im ersten Zylinder 1 setzt dabei gerade der
Verdichtungstakt bzw. Kompressionstakt ein, bei dem der erste
Kolben 3 nach oben bewegt wird und das zuvor im Ansaugtakt der
Fig. 2, 3 angesaugte Frischgas verdichtet. Die Einlaßventi
le 11, 12 sind dabei entsprechend verschlossen. Weiterhin ist
der erste Zylinderraum 5 auch gegenüber den beiden Kammern des
Verbrennungsdrehschiebers 9 verschlossen.
Der zweite Zylinder 2 befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem
die Abgase gemäß den schwarzen Pfeilen über die geöffneten
Auslaßventile 13, 14 in einen Auspuffkanal 43 abgegeben wer
den. In der zweiten Verbrennungskammer 9b wird von der Zünd
kerze 18 gerade die Zündung eingeleitet.
In der 315°-Stellung der Fig. 5a-5d befindet sich der erste
Zylinder 1 gegen Ende des Verdichtungstakts, bei dem die ver
dichtete Luft gemäß dem schwarzen Pfeil über eine Einlaßöff
nung 44 in die erste Verbrennungskammer 9a gedrückt wird. Die
Einlaßventile 11, 12 sind dabei weiterhin verschlossen.
Gemäß Fig. 5c, d befindet sich der Arbeitszylinder 2 in der
Endphase des Ausstoßtaktes, so daß die Auslaßventile 13, 14
weiterhin geöffnet sind, und keine Verbindung des zweiten Zy
linderraums 6 zu einer der Verbrennungskammern des Drehschie
bers geöffnet ist.
Die anschließende, nicht mehr gezeigte, um 90° gedrehte Stel
lung der Kurbelwelle entspricht wiederum den in Fig. 2a-d
gezeigten Anordnungen, wobei der Verbrennungsdrehschieber 9
aufgrund seiner Untersetzung lediglich eine 180°-Drehung
durchgeführt hat und somit gegenüber Fig. 2a-d die Verbren
nungskammern 9a und b vertauscht sind. Da diese Verbrennungs
kammern 9a und 9b jedoch gleich ausgebildet sind, schließt
sich ein gleicher Zyklus an.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer V-Anordnung von zwei er
findsgemäßen Einheiten. Weiterhin sind auch Reihenmotoren oder
Boxermotoren möglich.
Während in der ersten Ausführungsform noch Einlaß- und Auslaß
ventile verwendet werden, die entsprechend über Nockenwellen
171, 172 gesteuert werden, kann in den nächsten Ausführungs
formen auf derartige Ventile und Nockenwellen verzichtet wer
den. In der in den Fig. 9-14 gezeigten zweiten Ausfüh
rungsform wird neben einem Verbrennungsdrehschieber 39 zusätz
lich ein Ansaugdrehschieber 29 verwendet, der einen Ansaugka
nal 24 und einen Abgaskanal 27 aufweist, durch die Frischgas
bzw. Abgas in der axialen Richtung des Ansaugdrehschiebers bei
dessen Drehung gefördert werden. Der Verbrennungsdrehschieber
39 und der Ansaugdrehschieber 29 drehen sich gegenüber der
Kurbelwelle 10 in entgegengesetzter Drehrichtung. Der Verbren
nungsdrehschieber 39 weist dabei in seiner Drehgeschwindigkeit
ein Untersetzungsverhältnis vom 2 : 1 gegenüber der Kurbelwelle
auf, während der Ansaugdrehschieber 29 sich mit gleicher Dreh
zahl wie die Kurbelwelle 10 dreht, wie aus den Fig. 9-12
ersichtlich ist. Bei Fig. 9a, b in der 0°-Stellung der Kur
belwelle befindet sich der in den Figuren gezeigte Kompres
sionszylinder 51 mit Kompressorkolben 53 am Anfang des Ansaug
takts, bei dem durch eine Ansaugöffnung 26 des Ansaugdreh
schiebers 29 Frischgas in axialer Richtung des Ansaugdreh
schiebers durch seinen Ansaugkanal 24 in den Zylinderraum
151 strömt. Der in Fig. 9c, d gezeigte, dahinterliegende Ar
beitszylinder 52 mit Arbeitskolben 54 befindet sich im Ar
beitstakt, wobei verbranntes Brennstoff-Luft-Gemisch von der
zweiten Verbrennungskammer 140b in dem zweiten Zylinderraum
152 drängt und den Arbeitskolben nach unten drückt.
In Fig. 10 ist die 90°-Stellung der Kurbelwelle und des An
saugdrehschiebers bei entsprechender 45°-Stellung der Verbren
nungswelle 39 gezeigt. Der Kompressionszylinder 51 befindet
sich weiterhin im Ansaugtakt, bei dem die Ansaugöffnung 26
gegenüber dem Zylinderraum 151 des Kompressionszylinders nun
mehr voll geöffnet ist. Der Arbeitszylinder befindet sich
gleichzeitig gegen Ende des Arbeitstakts (unterer Totpunkt).
In Fig. 10b werden nachfolgend Abgasreste von der Kammer 140b
an den Abgasauslaßkanal 57 abgegeben. In Fig. 10b wird gerade
Brennstoff von der Einspritzdüse in die Kammer 140a einge
spritzt.
Gemäß Fig. 11 liegt eine 180°-Stellung der Kurbelwelle und
des Ansaugdrehschiebers sowie eine 90°-Stellung der Verbren
nungswelle 39 vor. Während der Kompressionszylinder nunmehr
gegen Ende des Ansaugtakts ist und die Ansaugöffnung 26 nun
mehr gerade verschlossen wird, befindet sich der Arbeitszylin
der bereits im Ausstoßtakt, bei dem die Abgase von dem sich
nach oben bewegenden Kolben 54 durch eine Ausspuffkanalöffnung
155 in den Auspuffkanal 27 des Ansaugdrehschiebers 29 gedrückt
und in axialer Richtung des Ansaugdrehschiebers 29 wegbeför
dert werden.
Gemäß Fig. 12 (270°-Stellung) befinden sich der Kompressions
zylinder im Verdichtungstakt, bei dem sein Zylinderraum gegen
über dem Ansaugdrehschieber verschlossen ist. Die Verbren
nungskammer 140b wird zu dem ersten Zylinderraum 151 hin ge
öffnet, so daß sie Frischgas von dem ersten Zylinderraum 151
aufnehmen kann. Der Arbeitszylinder befindet sich am Ende (OT)
des Ausstoßtakts und Anfang des Arbeitstakts am oberen Tot
punkt. Die Öffnung zum Abgaskanal 27 wird nunmehr verschlos
sen, und eine Verbrennungskammer mit verdichtetem, mit Brenn
stoff versehenem und gezündetem Gas der Verbrennungskammer
140a zu dem Zylinderraum des Arbeitszylinders geöffnet. Die
nachfolgende 360°-Stellung entspricht der 0°-Stellung der
Fig. 9, wobei die Verbrennungskammern vertauscht sind.
Fig. 13, 14 zeigen eine Draufsicht auf den Motor und Darstel
lung der Verbrennungskammern 140a, b.
Die Fig. 15 bis 20 zeigen eine dritte Ausführungsform, bei
der ebenfalls auf Ventile verzichtet werden kann, indem ein
Ansaugdrehschieber 19 verwendet wird, der in seinem Inneren
einen Ansaugkanal 23 aufweist und über eine Ansaugöffnung 20
Frischluft an den Zylinderraum des Kompressionszylinders abge
ben kann. Auch hier dreht sich der Ansaugschieber 19 entgegen
gesetzt zur Kurbelwelle und mit gleicher Drehzahl wie diese.
Die Verbrennungswelle 30 dreht sich gleichsinnig mit der Kur
belwelle mit einem Untersetzungsverhältnis von 2 : 1. Bei dieser
dritten Ausführungsform ist ein Abgaskanal 31 im Inneren der
Verbrennungswelle 30, vorzugsweise konzentrisch in der Mitte
gemäß Fig. 15 angeordnet. Die Verbrennungskammern 33a, 33b
sind entsprechend konzentrisch um den Abgaskanal 31 herum aus
gebildet. Die Kolbenstellungen des Kompressionskolbens und Ar
beitskolbens sind wie in der zweiten Ausführungsform um 90°
versetzt. Die Ausbildung der Verbrennungskammern ist neben der
Radialschnittdarstellung der Fig. 15 beispielsweise auch aus
der perspektivischen Ansicht der Fig. 20 ersichtlich, in der
lediglich die Verbrennungskammern 33a, 33b gezeigt sind. In
den Verdichtungstakten erfolgt der Einlaß von verdichteter
Frischluft durch Verdichtungsöffnungen 35a, 35b, die jeweils
zum Zylinderraum des Kompressionszylinders freigegeben werden.
In den Verbrennungskammern wird dem verdichteten Frischgas
über eine für beide Verbrennungskammern verwendete Einspritz
düse 127 Brennstoff zugeführt und von einer Zündkerze 28 ge
zündet. Kurz nach der Zündung oder bereits während der Zündung
wird die Verbrennungskammer über Expansionsöffnungen 34a, 34b
gegenüber dem am Anfang des Arbeitstakts befindlichen Zylin
derraum des Arbeitszylinders freigegeben. Im Ausstoßtakt wer
den die Abgase über den Auslaß 32a, b und den Abgaskanal 31
ausgegeben.
Dementsprechend befindet sich bei der in Fig. 15 gezeigten
0°-Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugdrehschiebers 19
sowie der 0°-Stellung der Verbrennungswelle der Kompressions
zylinder 61 am oberen Totpunkt und beginnt nach dem gerade
beendeten Verdichtungstakt in der Verbrennungskammer 35b nun
mehr einen Ansaugtakt, indem der Kolben 36 des Kompressions
zylinders 61 nach unten bewegt wird und somit den Zylinderraum
136 freigibt; gleichzeitig wird die Einlaßöffnung 20 des An
saugdrehschiebers 19 zum ersten Zylinderraum hin gedreht, so
daß der Ansaugkanal 23 zum Zylinderraum hin offen ist. Der in
Fig. 15c, d gezeigte Arbeitskolben 37 des Arbeitszylinders 62
befindet sich im Arbeitstakt, in der die erste Verbrennungs
kammer 33a über die Expansionsöffnung 34a mit dem Zylinderraum
des Arbeitszylinders verbunden ist. In dieser Stellung ist die
Expansionsöffnung 34a vollständig freigegeben, und der Ar
beitskolben befindet sich im halben Hub.
In der in Fig. 16 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle und
des Ansaugdrehschiebers sowie entsprechend der 45°-Stellung
der Verbrennungswelle befindet sich der Kompressionszylinder
61 in mittlerer Stellung, d. h. mittlerem Hub, des Ansaugtakts.
Die Ansaugöffnung 20 ist vollständig zum Zylinderraum des Kom
pressionszylinders 61 hin offen. Der Arbeitskolben befindet
sich im unteren Totpunkt am Ende des Arbeitstakts, bei dem die
Verbrennungskammern gegenüber dem Zylinderraum des Arbeitszy
linders verschlossen sind. In Fig. 16b werden von der Kammer
33a nachfolgend Abgasreste an einen Abgaskanal abgegeben.
In der in Fig. 17 gezeigten 180°-Stellung befindet sich der
Kompressionszylinder 61 im unteren Totpunkt am Anfang der Ver
dichtung, wobei die Ansaugöffnung 20 gerade geschlossen worden
ist. Der Arbeitszylinder befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem
durch die Auslaßöffnung 32a der Verbrennungswelle 30 das Abgas
in den Abgaskanal 31 befördert wird. In Fig. 17d wird gleich
zeitig von der Zündkerze 28 in Kammer 33b gezündet und von der
Einspritzdüse 127 in Kammer 33a eingespritzt.
Fig. 18 zeigt die 270°-Stellung der Kurbelwelle und des An
saugschiebers sowie entsprechend eine 135°-Stellung der Ver
brennungswelle. Der Kompressionszylinder befindet sich im Ver
dichtungstakt, bei dem die Verdichtungsöffnung 35a der zweiten
Verbrennungskammer 33a gegenüber dem Zylinderraum des Kompres
sionszylinders vollständig geöffnet ist, so daß verdichtetes
Frischgas in die erste Verbrennungskammer einströmen kann. Der
Arbeitskolben befindet sich am oberen Totpunkt am Ende des
Ausstoßtakts und entsprechend am Anfang des nachfolgenden
Arbeitstakts, wobei die Auslaßöffnung in der Verbrennungswelle
zur Aufnahme der Abgase verschlossen ist; nunmehr wird die Ex
pansionsöffnung der Verbrennungskammer 33b zum Arbeitsraum hin
geöffnet, um das entzündete Brenngasgemisch an den Zylinder
raum des Arbeitszylinders abzugeben. In dieser Stellung ist
der Zylinderraum des Arbeitszylinders zumindest nahezu voll
ständig geschlossen. Anschließend wird eine 360°-Stellung
eingenommen, die der 0°-Stellung der Fig. 15 entspricht, wo
bei die Verbrennungskammern demgegenüber vertauscht sind. In
Fig. 20 wird der Verlauf der Verbrennungskammern 33a, 33b
gezeigt. Die Schnittansicht entlang der Linie A', A aus Fig. 20c,
die in Fig. 20b gezeigt ist, entspricht einem Schnitt
durch den ersten Zylinder, die in Fig. 20a gezeigte Schnitt
ansicht entlang der Linie B', B entspricht einem Schnitt durch
den Arbeitszylinder.
Auch bei dieser Ausführungsform ist die Form des Kolbens an
die Zylinderform angepaßt, so daß im oberen Totpunkt der Zy
linderraum oder weit überwiegend verschwindet. Hierzu ist der
Kolben in vorteilhafter Weise gemäß den Figuren mit Aussparun
gen versehen, die den entsprechenden Abschnitten der zylinder
förmigen Verbrennungswelle 30 und des zylinderförmigen Ansaug
drehschiebers 19 entsprechen.
Die Fig. 21 bis 26 zeigen eine vierte Ausführungsform der
Erfindung. Hierbei wird ebenfalls wiederum neben einer Ver
brennungswelle zusätzlich ein Ansaugdrehschieber verwendet.
Dieser Motor kann in vorteilhafter Weise als Dieselmotor ver
wendet werden.
Diese vierte Ausführungsform ähnelt vom Aufbau der zweiten
Ausführungsform der Fig. 9 bis 13. Eine Verbrennungswelle
162 weist allerdings vier Verbrennungskammern 85a, b, c, d auf,
die in 90°-Segmenten der zylinderförmigen Verbrennungswelle
162 angeordnet sind. Die Verbrennungswelle dreht sich entspre
chend mit einem Viertel der Drehzahl der Kurbelwelle 10 und
vorteilhafterweise entsprechend den Figuren im entgegengesetz
ten Drehsinn wie diese. Durch die Ausbildung von vier statt
zwei Kammern kann der Zeitraum, der nach der Dieseleinsprit
zung zur Verdampfung/Gemischbildung des Diesel-Luftgemisches
zur Verfügung steht, erhöht werden, da jede Verbrennungskammer
erst in jedem vierten Arbeitstakt zum Zylinderraum des Ar
beitszylinders 72 hin geöffnet wird. Die Einspritzung erfolgt
durch die Einspritzdüse 170, die Zündung durch die Zündkerze
17. Die Luftzufuhr und Abgasentladung erfolgen analog Fig. 6
über einen Ansaugdrehschieber 63 mit Frischluftkanal 76 und
Frischluftzuführöffnung 78 sowie Abgaskanal 75 mit Abgasöff
nung 77. Der Ansaugdrehschieber 63 dreht sich mit gleicher
Drehzahl wie die Kurbelwelle 10. In Fig. 21 ist der erste
Kolben 73 am oberen Totpunkt nach einem Kompressionstakt und
vor dem Ansaugtakt, wobei die Frischluftzufuhröffnung 78 des
Frischluftkanals 76 nunmehr zum ersten Zylinderraum hin geöff
net wird. Der Arbeitszylinder befindet sich im Arbeitstakt,
bei dem aus der Verbrennungskammer 85d gezündetes, expandie
rendes, verbranntes Gas in den zweiten Zylinderraum 79 strömt
und den Arbeitskolben 74 nach unten drückt. In der in Fig. 22
gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle befindet sich der Kom
pressionszylinder 71 im Ansaugtakt, bei dem Frischluft über
den Frischluftkanal 76 und die Frischluftzufuhr 78 in den er
sten Zylinderraum 178 angesaugt wird. Der Arbeitskolben 74
befindet sich im unteren Totpunkt beim Übergang vom Arbeits
takt in den Ausstoßtakt, wobei nachfolgend die Abgasöffnung 77
zum zweiten Zylinderraum 79 hin freigegeben wird.
In der 180°-Kurbelwellenstellung der Fig. 23 befindet sich
der Kompressionskolben 73 am unteren Totpunkt beim Übergang
vom Ansaugtakt zum Kompressionstakt. Die Frischluftzufuhröff
nung 78 ist nunmehr gegenüber dem ersten Zylinderraum ver
schlossen, und nachfolgend wird die Verbrennungskammer 85a zum
ersten Zylinderraum hin geöffnet werden. Der Arbeitskolben
befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem das Abgas über die Ab
gasöffnung 77 in den Abgaskanal 75 durch den Arbeitskolben 74
ausgestoßen wird. In Fig. 23b wird Kammer 85d entlastet und
in Kammer 85c gezündet.
In der 270°-Kurbelwellenstellung der Fig. 24 befindet sich
der Kompressionszylinder 72 im Kompressionstakt, bei dem der
Kompressionskolben 73 Frischluft in die Verbrennungskammer 85a
drückt, die nunmehr gegenüber dem ersten Zylinderraum 178 ge
öffnet ist. Der Arbeitskolben 74 des Arbeitszylinders 72 be
findet sich am oberen Totpunkt nach dem Ausstoßtakt und vor
dem Arbeitstakt, so daß die Verbrennungskammer 85c im folgen
den gegenüber dem zweiten Zylinderraum geöffnet werden wird
und die Abgasöffnung 77 des Abgaskanals 75 gerade geschlossen
wird.
Der erste Kolben bzw. Kompressionskolben 73 folgt bei dieser
Ausführungsform dem zweiten Kolben bzw. Arbeitskolben 74 mit
90° Kurbelwellendifferenz.
Die Fig. 27 bis 32 beschreiben eine fünfte Ausführungsform,
die der ersten Ausführungsform entspricht, wobei allerdings
zwei Verbrennungskammern 89a, b in der Verbrennungswelle vor
gesehen sind. Die Verbrennungswelle läuft mit einer Unterset
zung von 2 : 1 gegenüber der Kurbelwelle, so daß gegenüber der
ersten Ausführungsform eine doppelte Zeit für die Verdampfung
des Brennstoffs in den Verbrennungskammer verbleibt. Im Unter
schied zur ersten Ausführungsform folgt der zweite Kolben dem
ersten Kolben mit 180° Kurbelwinkeldifferenz. Die Verbren
nungskammern 89a, b sind entsprechend schraubenförmig verdreht,
wie beispielsweise aus den Fig. 32a-d ersichtlich ist. In
der 0°-Stellung der Fig. 27 befindet sich der erste Kolben 3
im oberen Totpunkt nach einem Kompressionstakt und vor dem
nächsten Ansaugtakt. Die zweite Verbrennungskammer 89b ist
gerade mit komprimierten Frischgas gefüllt worden. Der Ar
beitskolben 4 befindet sich im unteren Totpunkt nach einem
Arbeitstakt und vor dem Ausstoßtakt. Die erste Verbrennungs
kammer 89a wird gerade gegenüber dem zweiten Zylinderraum 6
geschlossen.
Bei der in Fig. 28 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle
befindet sich der erste Zylinder 1 im Ansaugtakt, bei dem
Frischgas über Einlaßventile 11, 12 in den ersten Zylinderraum
5 zugeführt wird. Die erste Verbrennungskammer 89a gibt einen
Teil der in ihr befindlichen Abgasreste über eine Abgasleitung
141 ab. Der zweite Zylinder 2 befindet sich im Ausstoßtakt,
bei dem Abgas über die Auslaßventile 13, 14 abgegeben wird.
In der 180°-Stellung der Kurbelwelle der Fig. 29 befindet
sich der erste Kolben 3 am unteren Totpunkt, so daß nach dem
Aussaugtakt nunmehr der Verdichtungstankt beginnen wird. Der
zweite Kolben 4 befindet sich am oberen Totpunkt, so daß an
schließend der Arbeitstakt anfangen wird, bei dem heiße Ver
brennungsgase aus der zweiten Verbrennungskammer 89b in den
zweiten Zylinderraum strömen werden, wie aus den Fig. 30c,
30d der 270°-Stellung ersichtlich ist.
Bei den ersten fünf Ausführungsformen wird vorteilhafterweise
nach dem Ausstoßtakt nach dem Verschließen der Verbrennungs
kammer gegenüber dem zweiten Zylinderraum zunächst das in der
Verbrennungskammer verbleibende Abgas zumindest teilweise an
eine Abgasleitung abgeben. Danach wird der Brennstoff, insbe
sondere Benzin oder Diesel in die Verbrennungskammer einge
spritzt und verdampft in der noch heißen Verbrennungskammer
zumindest teilweise. Beim nachfolgenden Kompressionstakt wird
Frischgas in die mit Brennstoff und Brennstoffdämpfen gefüllte
Verbrennungskammer gedrückt. Bis zu der nachfolgenden Zündung
ist dann der Brennstoff vorteilhafterweise vollständig ver
dampft. Gegebenenfalls kann auf die Abgasleitung zum weiteren
Entleeren der verschlossenen Verbrennungskammer verzichtet
werden.
Die Fig. 33 bis 36 zeigen eine sechste Ausführungsform, die
eine weitere Abwandlung gegenüber der ersten Ausführungsform
darstellt. Gleiche Bezugszeichen stehen für gegenüber der er
sten Ausführungsform unveränderte Komponenten. Bei dieser Aus
führungsform dient die Steuerwelle 93 dazu, komprimiertes
Frischgas von dem Kompressionszylinder 1 zu den Verbrennungs
kammern 183, 184 zu leiten und nach der Einspritzung von
Brennstoff, vorzugsweise Diesel, durch Einspritzdüsen 117 in
die Verbrennungskammern 183, 184 diese jeweils zu dem zweiten
Zylinderraum 6 des Arbeitszylinders 2 zu öffnen. Somit sind
die Verbrennungskammern 183, 184 bei dieser sechsten Ausfüh
rungsform gegenüber den Zylindern fest und die Steuerwelle 93
dient lediglich zur gezielten Verbindung zwischen den Zylin
dern und den Verbrennungskammern. Die Zündung erfolgt durch in
die Verbrennungskammern ragende Zündkerzen 118.
Die Steuerwelle dreht sich vorteilhafterweise gleichsinnig wie
die Kurbelwelle mit einer Untersetzung von 2 : 1; die Zylinder
1, 2 laufen im gleichen Kurbelwinkel, wie bei der ersten Aus
führungsform bereits beschrieben.
Somit stellt gemäß Fig. 34a, b die Steuerwelle im Verdich
tungstakt abwechselnd eine Verbindung des Kompressionszylin
ders 1 mit einer der beiden Verbrennungskammern 183, 184 her;
gleichzeitig befindet sich gemäß den Fig. 34c, d der
Arbeitszylinder 2 im Ausstoßtakt. In Fig. 33a, b befindet sich
der Kompressionszylinder 1 im Ansaugtakt, während der Arbeits
zylinder 2 im Arbeitstakt und mit dem Verbrennungsraum 183
verbunden ist. Die Fig. 36a, b zeigen die Ausbildung der
Steuerwelle in diesen beiden Stellungen. Durchgangsöffnungen
94, 95, 96, 97 in der Steuerwelle 93 verlaufen beispielsweise in
ovaler Form entlang des Querschnitts der Steuerwelle. Die Fig. 36a, b
zeigen Beispiele für den Verlauf der Durchgangs
öffnungen 94, 95, 96, 97. Sie sind als konkave Aussparungen in
der zylinderförmigen Steuerwelle 93 ausgebildet, wobei der
Bogen der Aussparungen vorteilhafterweise eine Kreisbogenform
aufweist.
Die Durchgangsöffnungen 94, 95, 96, 97 der Steuerwelle 93 wer
den dabei an die Anschlußöffnungen 185, 186, 187, 188 der Ver
brennungskammern 183, 184 angeschlossen.
Vorteilhafterweise wird ständig ein erster Zylinder als Kom
pressionszylinder verwendet, dessen Kolben und/oder Pleuel
stange beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein kön
nen, so daß sie zum einem kostengünstig herstellbar sind und
zum anderen leicht sind.
Claims (39)
1. Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, bei dem durch
rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Kol
ben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei eine Verbren
nung eines Gemisches eines in einem Verdichtungstakt ver
dichteten Frischgases und eines zumindest teilweise ver
dampften Brennstoffs eingeleitet und mit dem dadurch er
zeugten Druck der Verbrennungsgase der Kolben in einem Ar
beitstakt beaufschlagt wird, und nach Durchführung des Ar
beitstaktes die Abgase aus dem Zylinderraum ausgeschoben
werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Zylin
derraum in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten Frisch
gas verdichtet und jeweils in eine von mindestens zwei Ver
brennungskammern gedrückt wird, in der nach ihrem Ver
schließen gegenüber dem ersten Zylinderraum die Verbrennung
eingeleitet wird, nachfolgend die Verbrennungskammer zu
einem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter
Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung des
Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandieren
dens Verbrennungsgasen beaufschlagt wird, und in dem ersten
Zylinderraum in einem nachfolgenden Verdichtungstakt eine
weitere Verbrennungskammer von dem ersten Zylinder mit
Frischgas befüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach
dem Arbeitstakt die jeweilige Verbrennungskammer gegenüber
dem zweiten Zylinderraum geschlossen wird, nachfolgend
Brennstoff in die Verbrennungskammer eingefüllt wird, und
in einem nachfolgenden Verdichtungstakt Frischgas in die
mit zumindest teilweise verdampftem Brennstoff gefüllte
Verbrennungskammer gefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Verschließen einer Verbrennungskammer gegen
über dem zweiten Zylinderraum zunächst Abgasreste, die sich
in der Verbrennungskammer befinden, zumindest teilweise von
der Verbrennungskammer an eine Abgasleitung abgegeben wer
den.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Verbrennungskammern in einer synchronen
Bewegung nacheinander jeweils zum ersten Zylinderraum und
zum zweiten Zylinderraum geöffnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Bewegung mit kontinuierlicher Geschwindigkeit er
folgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Bewegung eine Rotation ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß syn
chron mit den beiden Verbrennungskammern ein den Zylinder
raum zeitweise mit einer Ansaugleitung verbindender Einlaß
anschluß sowie ein den Zylinderraum zeitweise mit einer
Auspuffleitung verbindender Auslaßanschluß rotieren, wobei
während der jeweiligen Ansaug- bzw. Auspuffverbindung die
beiden Verbrennungskammern gegenüber dem Zylinderraum ge
schlossen gehalten werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Verbrennungskammern vorgesehen sind, die mit einer
Umdrehungszahl rotieren, die eine Hälfte der Umdrehungszahl
der den Kolben antreibenden Kurbelwelle beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß vier Verbrennungskammern vorgesehen sind,
die mit einer Umdrehungszahl rotieren, die ein Viertel der
Umdrehungszahl der Kurbelwelle beträgt.
10. Brennkraftmaschine, insbesondere zum Durchführen eines Ver
fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem ersten
Zylinder (1, 51, 61, 71), in dem ein mit einer Kurbelwelle
(10) verbundener erster Kolben (3, 53, 37, 73) geführt ist,
und ein zwischen dem ersten Kolben (3, 53, 37, 73) und dem
ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) gebildeter erster Zylinderraum
(5, 151, 36, 65) in einem Ansaugtakt bei seiner Vergrößerung
mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfol
genden Verdichtungstakt das Frischgas bei Verkleinerung des
ersten Zylinderraums (5, 151, 36, 65) komprimierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei außerhalb des ersten Zylinderraumes ange ordnete voneinander getrennte Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d, 183, 184) vorgesehen sind, in die in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten jeweils nacheinan der von dem ersten Zylinderraum (5, 151, 36, 65) verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ih nen zündbar ist, und
jede der Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, 183, 184) jeweils nach Beendigung eines Verdichtungstakts in einem Arbeitstakt mit einem zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66) verbindbar ist, der zwischen einem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72) und einem mit der Kurbelwelle (10) verbundenen zweiten Kolben (4, 54, 64, 74) gebildet ist, wobei der zweite Kolben durch komprimiertes, mit Brennstoff versehenes und gezündetes Frischgas derartig verschiebbar ist, daß der zweite Zylinderraum vergrößerbar ist, und in einem dem Ar beitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgas durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum herausstoßbar ist.
mindestens zwei außerhalb des ersten Zylinderraumes ange ordnete voneinander getrennte Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d, 183, 184) vorgesehen sind, in die in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten jeweils nacheinan der von dem ersten Zylinderraum (5, 151, 36, 65) verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ih nen zündbar ist, und
jede der Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, 183, 184) jeweils nach Beendigung eines Verdichtungstakts in einem Arbeitstakt mit einem zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66) verbindbar ist, der zwischen einem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72) und einem mit der Kurbelwelle (10) verbundenen zweiten Kolben (4, 54, 64, 74) gebildet ist, wobei der zweite Kolben durch komprimiertes, mit Brennstoff versehenes und gezündetes Frischgas derartig verschiebbar ist, daß der zweite Zylinderraum vergrößerbar ist, und in einem dem Ar beitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgas durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum herausstoßbar ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbrennungskammern in einem drehbar gelager
ten Körper (9, 39, 30,162) angeordnet sind.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß die Drehachse des Körpers (9, 39, 30,162) parallel
zur Kurbelwelle verläuft.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der drehbar gelagerte Körper eine Ver
brennungswelle ist, die vorzugsweise einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbrennungswelle (9, 39, 30, 162) mit jeweils
einem Abschnitt in den ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) und
den zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72) hineinragt, wobei die
Querschnitte der Abschnitte vorzugsweise jeweils ein 90°-
Segment des kreisförmigen Querschnitts der Verbrennungswel
le einnehmen, daß einen Winkelbereich von bis zu 90° ein
nimmt.
15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Kolben jeweils eine Aussparung zur An
lage an den jeweiligen Abschnitt der Verbrennungswelle bzw.
des Verbrennungswellengehäuses aufweisen.
16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Verbrennungskam
mern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d) in der Verbrennungswelle
(9, 39, 30,162) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet
sind und vorzugsweise symmetrisch zur Drehachse der Ver
brennungswelle angeordnet sind.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle in Synchro
nisation mit der Kurbelwelle, vorzugsweise durch die Kur
belwelle selbst, antreibbar ist.
18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbrennungswelle genau zwei Verbrennungskam
mern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d) aufweist, mit halber
Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle (10) antreibbar ist, und
vorzugsweise ein Ottomotor ist.
19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle genau vier
Verbrennungskammern (85a, b, c, d) aufweist, mit einem Vier
tel der Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle antreibbar ist,
und vorzugsweise ein Dieselmotor ist.
20. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 19, da
durch gekennzeichnet, daß eine Einspritzdüse (17) für
Brennstoff, vorzugsweise auch eine Zündkerze (18), an einem
die Verbrennungswelle (9, 39, 30,162) umgebenden Gehäuse,
vorzugsweise dem Zylinderkopf, angeordnet ist bzw. sind.
21. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 20, da
durch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle ein Ver
brennungsdrehschieber (9, 39, 30, 162) ist, und der erste Zy
linder (1, 51, 61, 71) von dem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72)
in axialer Richtung des Verbrennungsdrehschiebers beabstan
det ist, und durch den Verbrennungsdrehschieber verdichte
tes Frischgas von dem ersten Zylinder zu dem zweiten Zylin
der beförderbar ist.
22. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß ein Ansaugdrehschieber (19, 29, 63)
vorgesehen ist, der vorzugsweise parallel zu der Verbren
nungswelle (39, 30, 64) angeordnet ist, und Frischgas zu dem
ersten Zylinder (51, 61, 71) in seiner axialen Richtung be
förderbar ist.
23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich
net, daß der Ansaugdrehschieber (19, 29, 63) mit gleicher
Drehzahl dreht wie die Kurbelwelle (10) und vorzugsweise
von ihr antreibbar ist.
24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 22 oder 23, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem Ansaugdrehschieber ein Abgaskanal
(27, 61) ausgebildet ist, der im Ausstoßtakt zumindest zeit
weise zu dem zweiten Zylinderraum (56, 66) hin offen ist.
25. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24, da
durch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer nach dem
Kompressionstakt zum ersten Zylinderraum (5, 151, 36, 65) hin
geschlossen ist, nachfolgend Brennstoff einspritzbar und
selbstätig oder durch eine Zündeinrichtung zündbar ist, und
anschließend der Verbrennungsraum (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b)
zum zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66) hin offen ist.
26. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 25, da
durch gekennzeichnet, daß der Hubraum des ersten Zylinders
(1, 51, 61, 71) und/oder des zweiten Zylinders (2, 52, 62, 72)
zumindest weitgehend dem jeweiligen Zylinderraum ent
spricht.
27. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, da
durch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (3, 53, 37, 73) und
der zweite Kolben (4, 54, 64, 74) in gleicher Kurbelwinkel
stellung angeordnet sind und zum einen der Arbeitstakt und
Ansaugtakt und zum anderen der Ausstoßtakt und Kompres
sionstakt gleichzeitig durchführbar sind.
28. Brennkraftmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich
net, daß am ersten Zylinder (1) Einlaßventile (11, 12) für
Frischgas und/oder am zweiten Zylinder (2) Auslaßventile
(13, 14) zur Abgabe des Abgases an eine Auspuffleitung vor
gesehen sind.
29. Brennkraftmaschine nach Anspruch 27 oder 28, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verbrennungswelle gleichsinnig mit
der Kurbelwelle drehbar ist.
30. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 28, da
durch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) gegensinnig
zur Verbrennungswelle (39) und dem Ansaugdrehschieber (29)
drehbar ist.
31. Brennkraftmaschine nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Kolben (53) dem zweiten Kolben (54) mit
einem Kurbelwinkelversatz von 90°, 180° oder 270° folgt.
32. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 26, da
durch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) und die Ver
brennungswelle (30) zueinander gleichsinnig, und gegensin
nig zu einem Ansaugdrehschieber (19) drehbar sind.
33. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 26, da
durch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) gegensinnig
zur Verbrennungswelle (162) und dem Ansaugdrehschieber (63)
dreht und der zweite Kolben (74) dem ersten Kolben (73) mit
einem Winkelversatz von 90°, 180° oder 270° folgt.
34. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbrennungskammern (183, 184) im Verhältnis zu
dem ersten Zylinder (1) und zweiten Zylinder (2) ortsfest
angeordnet sind und über eine Steuereinrichtung (93) mit
dem ersten Zylinder (1) und zweiten Zylinder (2) verbindbar
sind.
35. Brennkraftmaschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeich
net, daß die Steuereinrichtung (93) in Synchronisation mit
der Kurbelwelle (10) antreibbar ist.
36. Brennkraftmaschine nach Anspruch 34 oder 35, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen drehbar gela
gerten Körper (93) mit mindestens einer Durchgangsöffnung
(94, 95, 96, 97) von den Zylinderräumen (5, 6) zu den Ver
brennungskammern (183, 184) aufweist.
37. Brennkraftmaschine nach Anspruch 36, dadurch gekennzeich
net, daß der drehbar gelagerte Körper eine Steuerwelle (93)
ist, die parallel zur der Kurbelwelle (10) angeordnet ist
und vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
38. Brennkraftmaschine nach Anspruch 37, dadurch gekennzeich
net, daß durch die Steuerwelle (93) abwechselnd zwei von
einander getrennte Verbrennungskammern (183, 184) mit dem
ersten Zylinderraum und zweiten Zylinderraum verbindbar
sind.
39. Brennkraftmaschine nach Anspruch 38, dadurch gekennzeich
net, daß die Steuerwelle eine kreisförmigen Querschnitt mit
einer bogenförmigen Aussparung (94, 95, 96, 97) für die Durch
gangsöffnung aufweist.
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Date | Code | Title | Description |
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Owner name: DIRO KONSTRUKTIONS GMBH & CO. KG, 38471 RUEHEN, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
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