DE2952198A1 - Vorrichtung zur erhoehung des wirkungsgrades bei otto- oder diesel-verbrennungsmotoren und mit dieser vorrichtung versehener otto- oder diesel-verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei Otto- oder Diesel-Verbrennungsmotoren und einen mit dieser Vorrichtung versehenen Otto- oder Diesel-Verbrennungsmotor .

Bekanntlich nimmt bei Otto- oder Dieselverbrennungsmotoren der spezifische Verbrauch bei Abnahme der Leistungsabgabe gegenüber der möglichen Höchstleistungsabgabe des Motors beträchtlich zu.

Es ist ebenfalls bekannt, daß im Stadtverkehr, wo eine niedrigere Leistung benutzt wird, mit der größeren Menge an unverbrannten Gasen zusammenhängende Verunreinigungsprobleme auftreten.

Aus diesen bekannten Tatsachen ergibt sich die Notwendigkeit, um den spezifischen Verbrauch und die Verunreinigung zu verringern, den Motor nach Möglichkeit bei seiner Höchstdrehzahl anzuwenden, was bei normalem Betrieb natürlich nur sehr selten vorkommt.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, sind schon von Anfang an zahlreihe Versuchsarbeiten mit Verbrennungsmotoren durchgeführt worden. Die letzten diesbezüglichen Arbeiten, die aufgrund des gegenwärtigen Standes der Technik bekannt sind, entsprechen im wesentlichen den nachstehenden Richtlinien.

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Die erste Richtlinie besteht in der Anwendung von zwei verschiedenen Motoren in ein und demselben Fahrzeug. Wenn das Fahrzeug eine niedrige Leistung verlangt, wird nur der eine der beiden Motoren benutzt, während der andere stillsteht und von der Kraftübertragung ausgeschlossen bleibt. Werden höhere Leistungswerte verlangt, so werden beide Motoren zusammen angeschlossen. Eine Weiterentwicklung dieser Lösung besteht in den sogenannten "Modularmotoren", bei denen ein oder mehrere Kolben je nach der erforderlichen Motorleistung ausgeschlossen und abgestellt, d.h. vom Antrieb getrennt, werden.

Sämtliche, nach diesem Prinzip hergestellten Vorrichtungen sind jedenfalls dadurch gekennzeichnet, daß die nicht arbeitenden Kolben abgestellt und daher vom restlichen Antrieb getrennt werden, was den unbestreitbaren Vorteil mit sich bringt, daß die nicht arbeitenden Zylinder keine Energie aufbrauchen.

Diese Lösung weist daher unbezweifelbare Vorteile vom Gesichtspunkt des Wirkungsgrades auf, ist jedoch konstruktiv verwikkelter und teurer in der Ausführung, weil zwei gesonderte Motoren oder komplizierte Systeme verwendet werden müssen, um bei "Modularmotoren" einen oder mehrere Zylinder vom Antrieb zu trennen. Außerdem läßt sich diese Lösung nicht leicht an Motoren herkömmlicher Bauart anwenden,weil wesentliche Konstruktionsänderungen erforderlich sind, die nur mit beträchtlichen technischen Schwierigkeiten und Aufwand ausführbar sind.

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Die zweite Richtlinie nach dem heutigen Stand der Technik besteht darin, daß bei verringerter Leistung die Verbrennung von einem oder mehreren Zylindern aufgehoben wird, und zwar ohne die Bewegung der Kolben vom Motorantrieb zu trennen. Ein solches Ergebnis läßt sich durch bekannte konstruktionsmäßige Maßnahmen durchführen, wobei sowohl die Ein- als auch die Auslaßventile der nicht arbeitenden Zylinder geschlossen bleiben.

Eine weitere Möglichkeit, die konstruktionsmäßig weniger kompliziert ist als die vorhergehende, besteht darin, daß die Zufuhr von Kraftstoff zu den nicht arbeitenden Zylindern gesperrt wird, ohne die Funktion der entsprechenden Ventile abzuändern.

Beide Lösungen führen zu sehr bescheidenen Verbesserungen des Wirkungsgrades, da die nicht arbeitenden Zylinder, die von den anderen Zylindern im Kurbeltrieb mitgenommen werden, wegen der inneren Reibung und wegen der Pumpenwirkung viel Energie aufbrauchen. Außerdem treten im Motor beträchtliche Wärmegefälle zwischen den arbeitenden und den nicht arbeitenden Zylindern auf, die einen sehr unterschiedlichen Verschleiß der Zylinder mit unterschiedlichen Funktionen verursacht.

Um diesen Nachteilen wenigstens z.T. abzuhelfen, wurden Versuche mit Motoren durchgeführt, bei denen die Abgase der arbeitenden Zylinder zur Saugleitung der nicht arbeitenden Zylinder geführt und von hier aus durch die Einlaßventile angesaugt werden, die wie im normalen Verfahren arbeiten. Die Gas-

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expansion kann so in den nicht arbeitenden Zylindern gewissermaßen weitergehen, um einen Leistungsanteil zurückzugewinnen und Temperaturen sowie Verschleiß auszugleichen. Die so zustande gebrachte Abgasrückführung durch die Einlaßventile der nicht arbeitenden Zylinder bietet zwar den Vorteil der beträchtlich einfachen Bauweise, weist jedoch große Grenzen und Nachteile auf. Die Verbindungsleitungen zwischen dem Auslaß der arbeitenden Zylinder und dem Einlaß der nicht arbeitenden Zylinder sind nämlich ziemlich lang und beeinträchtigen mit dem dadurch entstehenden toten Raum die durch das Gas weiter erhältliche Expansionsarbeit.

Außerdem ist es wegen der unveränderten Einstellung der Ein- und Auslaßnocken der nicht arbeitenden Zylinder unmöglich, die Gasexpansion in diesen Zylindern bis zum Höchstmaß zu vervollständigen und daher die ganze Arbeitsmenge zurückzugewinnen, die sich zurückgewinnen ließe.Um diese Grenzen zu überwinden, schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, die eine Verbesserung der bisher bekannten Vorrichtungen darstellt, die erzielbaren Vorteile optimal gestaltet und gleichzeitig den Nachteilen der oben beschriebenen Vorrichtungen abhilft.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausführung einer mit Ottobzw. Diesel-Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern, insbesondere mit vier Zylindern, anwendbaren Vorrichtung, die weder große konstruktionsmäßige Schwierigkeiten mit sich

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bringt, noch wesentliche Änderungen der herkömmlichen Motorbauart verlangt und gleichzeitig die Anwendung des Motors mit zwei unterschiedlichen Betriebsarten ermöglicht, die nachstehend näher beschrieben werden, von denen die eine dem herkömmlichen Betrieb entspricht, während die andere, bei beträchtlicher niedriger Leistungsabgabe als die Höchstleistungsabgabe, höhere Wirkungsgrade und daher einen verringerten spezifischen Verbrauch gegenüber denjenigen erreicht, die sich im Vergleich bei herkömmlichen Motoren sowie bei den ähnlichen, bekannten Vorrichtungen erzielen lassen, wobei insbesondere die Verluste der nicht arbeitenden Zylinder verringert werden.

Gegenüber den bekannten Vorrichtungen ist ein weiteres Ziel der Erfindung die Verbesserung der Motoreigenschaften vom Gesichtspunkt der unverbrannten Gase aus und mehr Gleichmäßigkeit bei der Verteilung der inneren Motortemperaturen sowie beim Verschleiß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie es bei wirtschaftlichen Betriebsbedingungen ermöglicht, daß die Abgase der Zylinder, in denen die normale Verbrennung anfängt und stattfindet, beim Austritt aus den Auslaßventilen der betreffenden Zylinder zweckmäßig zu einer Nebehleitung abgeleitet werden und von hier aus, durch die ständig offenen Auslaßventile der Zylinder, in denen keine Verbrennung anfängt, in diese Zylinder eindringen, um hier

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ihre Expansion zu vervollständigen und bis zu einem Volumen zu arbeiten, das etwa doppelt so groß wie das ursprüngliche Volumen ist, und daß schließlich die Abgase beim Hub nach oben zum o.T. (oberen Totpunkt der betreffenden Zylinderkolben) zur oben erwähnten Nebenleitung zurückgeschickt und von hier zu den Auspuffkrümmerη geführt werden.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm des theoretischen Ottoverfahrens eines Verbrennungsmotors mit der durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbaren Änderung,

Fig. 2 ein Diagramm des theoretischen Dieselverfahrens eines Verbrennungsmotors mit der durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbaren Änderung,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung nach einer zur Zylinderachse normalen Ebene eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Viertakt-Vierzylinder-Verbrennungsmotors ,

Fig. 3a ähnlich wie Fig. 3, die Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

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Fig. 4 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach der Linie y-y von Fig. 3a und

Fig. 5 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an einen normalen Verbrennungsmotor angebracht, um davon ein Bestandteil zu werden und zu ermöglichen, daß der betreffende Motor abwechselnd mit zwei unterschiedlichen Betriebsarten läuft. Die erste wird nachstehend "normaler" Betrieb und die zweite "wirtschaftlicher" Betrieb genannt. Die Anwendung der einen oder der anderen Betriebsart wird entweder dem Ermessen des Fahrzeugfahrers überlassen, der sie je nach dem Verkehr und den von ihm gewünschten Fahrbedingungen einschaltet, oder durch hochentwickelte Einrichtungen automatisch gewählt. In diesem Fall wird die eine oder die andere Betriebsart durch ein Steueraggregat automatisch ausgewählt, das die verschiedenen Fahr- und Betriebskenngrößen des Fahrzeuges verarbeitet. Bei "normalem" Betrieb herrschen die üblichen und bekannten Betriebsgedingungen der gewöhnlichen Otto- und Dieselmotoren. Ein Vorteil der Erfindung besteht daher darin, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den gegenwärtigen Motorbauarten leicht anwenden läßt, die unwesentlich abgeändert werden müssen, um die Bedingungen des "wirtschaftlichen" Betriebes zu erhalten.

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Der "wirtschaftliche" Betrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß während desselben zwei oder mehr Zylinder, die bei "normalem" Betrieb ordnungsgemäß auf herkömmliche Weise arbeiten, dagegen zusammen benutzt werden, um die in den. anderen, arbeitenden Zylindern,die auf herkömmliche Weise arbeiten, begonnene Gasexpansion zu vervollständigen, wobei die Gase aus den Auslaßventilen der arbeitenden Zylinder austreten und in die Zylinder eindringen, wo sie durch die Auslaßventile derselben ire Expansion vervollständigen, und dabei den kürzesten Weg zurücklegen, um dann durch die gleichen, stets offenen Auslaßventile der Expansionszylinder zur Auspuffleitung zurückgetrieben zu werden. Mit anderen Worten: Im Fall eines Vierzylindermotors arbeiten beim "wirtschaftlichen" Betrieb zwei Zylinder auf herkömmliche Weise weiter, während die anderen zwei Zylinder dazu benutzt werden, um die Expansion der abwechselnd von den beiden Zylindern, in denen die Verbrennung stattfindet, kommenden Gase zu verlängern. Während des Taktes findet daher eine Überführung der Gase von den Zylindern, wo die Verbrennung anfängt, die wie im 'normalen" Betrieb benutzt werden, zu den Zylindern, die in diesem Fall nicht zum "normalen" Betrieb, sondern lediglich zur Verlängerung der Expansion der Gase dienen, die sie enthalten. Da bei Vierzylinder-Motoren als Expansionszylinder die beiden Zylinder gewählt werden, deren Kolben sich symmetrisch bewegen, d.h. sich gleichzeitig am o.T. befinden, während von den beiden Zylindern, in denen die Verbrennung anfängt, und die sich ebenfalls symmetrisch bewegen, sich

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immer nur ein Zylinder im Auslaßtakt befindet, kann folglich eine Expansion bis zu einem Volumen stattfinden, das doppelt so groß ist, wie das im herkömmlichen Verfahren erzielbare Volumen, und daher eine Nutzarbeit leisten.

Die obigen Angaben sind in den Fig. 1 und 2 schaubildlich dargestellt, die die theoretischen Otto- bzw. Dieselverfahren mit durchgehenden Linien zeigen.

Es wird nachstehend darauf verzichtet, die bekannten Unterschiede zwischen den beiden wirklichen Verfahren, wie sie im Motor stattfinden, und den hier der Einfachheit halber dargestellten Verfahren zu erläutern, da es sich übrigens um Unterschiede handelt, die weder das Wesentliche der Ausgestaltung noch die Arbeitsweise der Vorrichtung verändern.

Das theoretische Ottoverfahren (Fig. 1) besteht bekanntlich aus einer adiabatischen Verdichtung DA, aus der Gleichraumverbrennung AB und aus der adiabatischen Expansion BC. Bei den herkömmlichen Motoren kann angenommen werden, daß an der Stelle C aufgrund der öffnung des entsprechenden Ventils und des gleichzeitigen Hub des Kolbens zum o.T. der Gleichraumauslaß beginnt. Da erfindungsgemäß während des "wirtschaftlichen" Betriebes beim öffnen des Ventils bei C das Gas nicht zum Auspuff, sondern in die Expansionszylinder, die im betreffenden Fall zwei sind, getrieben wird, kann mit guter Annäherung davon ausgegangen werden, daß das Verfahren

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in der Tat nach den gestrichelten Linien C, C, E, F, D vor sich geht und daher die dem gestrichelten Bereich C, E,F,D entsprechende größere Expansionsarbeit verwertet.

Die Strecke C-C ist auf ein gewisses Druckgefälle für das Volumen der Nebenleitung zurückzuführen, das nachstehend erläutert wird. Folglich ist auch die Nutzarbeit größer.

Da außerdem beim "wirtschaftlichen" Betrieb die eigentliche Verbrennung in nur zwei Zylindern anfängt, können diese auch dann arbeiten, wenn die vom Motor abgegebene Gesamtleistung nicht hoch ist, und zwar in sehr der Höchstleistung nahen Einheitsleistungsbedingungen, was einem dem höchsten sehr nahen Wirkungsgrad entspricht. Dadurch lassen sich sämtliche mit dem Stand der Technik entsprechende Systeme erzielbaren Vorteile erzielen und die damit zusanunenhängenden Nachteile werden auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Die gleichen Betrachtungen gelten für das theoretische Dieselverfahren (Fig. 2), bei dem die adiabatische Expansion BC nach der nachstehend beschriebenen Erfindung bis zum Punkt E verlängert wird, wobei der gestrichelte Bereich C, E,F,D als Nutzarbeit gewonnen wird.

Als die Erfindung überhaupt nicht einschränkendes Beispiel ist in Fig. 3 ein Viertakt-Vierzylinder-Ottomotor herkömmlicher Bauart schematisch dargestellt, der mit der Vorrich-

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tung ausgerüstet ist, die in der Lage ist, die oben genannten Bedingungen zu schaffen.

Aus der nachstehenden Beschreibung geht klar hervor, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die gewöhnlichen, gegenwärtig benutzten Verbrennungsmotoren nur sehr kleine konzept- und konstruktionsmäßig äußerst einfache Änderungen verlangt.

Entsprechend Fig. 3 ist mit 18 der Zylinderblock eines Vierzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotors herkömmlicher Bauart, mit 1, 2, 3, 4 die Zylinder des Motors, mit 5, 6, 7, 8 die Auspuffleitungen der vier oben erwähnten Zylinder, mit 9, 10, 11, 12 die Einlaßventile der genannten vier Zylinder, mit 13, 14, 15, 16 die Auslaßventile der genannten vier Zylinder und mit 20 das Gehäuse der am herkömmlichen Motor angeschlossenen erfindungsgemäßen Vorrichtung bezeichnet. In dem Gehäuse 20 sind folgende Elemente angeordnet:

Eine Nebenleitung 21, die den Auspuffkrümmer der vier Zylinder verbindet. Erfindungsgemäß kann die Leitung 21 sehr in der Nähe der Auslässe der Zylinder 1, 2, 3, 4 angeordnet werden und daher sehr wenig Raum beanspruchen, was eine beträchtliche Beschränkung von totem Raum bedeutet. 22 und 23 bezeichnen bewegliche Blenden _t die an den Enden der Leitung 21 an den Stellen 24 und 25 angelenkt sind. Die Blenden können um die Bolzen 24 bzw. 25 geschwenkt und beide in

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den Stellungen 22' und 23' für den "normalen" Betrieb des Motors sowie in den Stellungen 22" und 23" für den "wirtschaftlichen" Betrieb des Motors stabilisiert werden.

Drehventile 26, 27 sind gemäß Fig. 3a an den Schnittstellen der Leitung 21 mit den Auspuffleitungen 6 und 7 der Zylinder 2 und 3 angeordnet. Die Ventile können z.B. eine zylindrische Form mit zur Ebene von Fig. 3 rechtwinkliger Achse sowie zu ihrer Achse rechtwinklige Bohrungen 28 und 29 aufweisen. Selbstverständlich können die Ventile jede andere Form oder konstruktionsmäßige Lösung aufweisen, die ebenso zweckdienlich ist, z.B. zweckmäßig betätigte Pilzventile. Die Ventile 26 und 27 werden gemäß dem dargestellten Beispiel so betätigt, daß sie mit einer Geschwindigkeit umlaufen, die der Hälfte der Geschwindigkeit der Motorkurbelwelle und daher der ganzen Beschwindigkeit der Nockenwelle entspricht. Unabhängig von ihrer Ausführungsform müssen die Ventile jedenfalls bei jeder Umdrehung der Motorkurbelwelle einmal öffnen und schließen. Die Ventile 26 und 27 müssen so eingestellt sein, daß sie mittels ihrer Bohrungen 28 und 29 den Austritt der Abgase durch die Leitungen 6 und 7 erlauben, wenn die Auslaßventile 14 und 15 im normalen Motorbetrieb offen sind.

Soll der Motor in "normalem" Betrieb arbeiten, so wird folgender Zustand eingeleitet: Die Einlaßventile 9, 10, 11 und 12 werden von der entsprechenden Nockenwelle nach dem Bewegungsgesetz und der für den Motorbetrieb unter normalen Bedingungen vorgesehenen Einstellung ordnungsgemäß betätigt.

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Die Auslaßventile 13,14,15 und 16 werden von der entsprechenden Nockenwelle ebenfalls nach dem Bewegungsgesetz und der für den normalen Betrieb vorgesehenen Einstellung betätigt. Die statischen, beweglichen Blenden 22 und 23 werden um die Bolzen 24 und 25 in die stabile Stellung 22" und 23' geschwenkt, so daß die aus den Zylindern 1 und 4 austretenden Gase in die entsprechenden Auspuffleitungen 5 und 8 abgelenkt werden. Die Drehventile 26 und 27 können nach Belieben entweder mit der oben angegebenen Einstellung drehen, d.h. so, daß die Gase bei Zylindern 2 und 3 in Auslaßtakt durch die Leitungen 6 bzw. 7 fließen können, oder in der Stellung gemäß Fig. 3 blockiert sein.

Bei diesen Bedingungen arbeitet der Motor normal und insbesondere werden die Abgase durch die Leitungen 5,6,7 und 8 ordnungsgemäß ausgestoßen.

Damit der Motor im sogenannten "wirtschaftlichen" Betrieb arbeitet, genügt es, die beweglichen Blenden 22 und 23 um ihre Bolzen 24 und 25 in die Stellungen 22" und 23" zu schwenken. Die Abgase der Zylinder 1 und 4 werden somit in den Krümmer 21 und nicht wie vorangehend ausgeführt in die Auspuffleitungen 5 und 8 abgelenkt. Die Drehventile 26 und werden, wenn sie vorher beim Normalbetrieb in der Stellung gemäß Fig. 3 blockiert waren, mit einer Geschwindigkeit in Umlauf gesetzt, die der Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle und daher der ganzen Geschwindigkeit der Nockenwelle

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oder Wellen entspricht. Die Ventile 26 und 27 müssen dabei so eingestellt werden,daß sich die zu den Drehachsen der Ventile rechtwinkligen Bohrungen 28 und 29 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung befinden, und zwar in beiden Fällen, wo im "normalen" Betrieb die Auslaßventile 14 bzw. 15 offen wären, während die Zylinder 2 und 3 im Auslaßtakt zum o.T. steigen. Somit können die aus den Zylindern 2 und 3 austretenden Abgase durch die Bohrungen 28 und 29 in die Leitungen 6 bzw. 7 fließen. Die Einlaßventile 9 und 12 der Zylinder 1 und 4 werden nach dem Bewegungsgesetz und der Einstellung betätigt, die für den normalen Motorbetrieb vorgesehen sind. Dagegen müssen die Einlaßventile 10 und 11 der Zylinder 2 und 3 durch eine geeignete, nach dem heutigen Stand der Technik bekannte Einrichtung von der Nockenwellenbewegung getrennt und ständig geschlossen gehalten werden. Dazu kann man auch einfach die Einlaßleitungen der Zylinder 2 und 3 schließen.

Die Auslaßventile 13 und 16 der Zylinder 1 und 4 werden durch die entsprechende Nockenwelle nach dem Bewegungsgesetz und der Einstellung betätigt, die für den normalen Motorbetrieb vorgesehen sind. Dagegen müssen die Auslaßventile 14 und 15 der Zylinder 1 und 4 durch eine geeignete, bekannte Einrichtung von der Bewegung der Nockenwelle getrennt und ständig offen gehalten werden.

Beim sogenannten "wirtschaftlichen" Betrieb arbeiten die

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Zylinder 1 und 4 ordnungsgemäß als antreibende Zylinder, und zwar genauso, wie es für den "normalen" Betrieb vorgesehen ist. Desgleichen arbeiten auch die Einlaßventile 9 und 12 sowie die Auslaßventile 13 und 16 der Zylinder 1 und 4 ganz wie üblich.

Die Zylinder 2 und 3 werden dagegen zur Verlängerung der Expansion der Verbrennungsgase vor ihrem Ausstoß in die Außenluft verwertet. Nun wird der Motorbetrieb unter den sogenannten "wirtschaftlichen" Bedingungen beschrieben.

Wenn im Zylinder 1, am Ende des Verfahrens, das unter normalen Bedingungen stattfindet, der Auslaßtakt mit dem Hub des Kolbens vom u.T. (unteren Totpunkt) zum o.T. (oberen Totpunkt) und dem öffnen des Auslaßventils 13 anfängt, werden die Abgase von der beweglichen Blende 22, die sich in der stabilen Stellung 22" befindet, in die Nebenleitung abgelenkt. Hier finden die Gase beide Drehventile 26 und so geschwenkt, daß die Bohrungen 28 und 29 zu der in Fig. dargestellten Stellung rechtwinklig liegen und daher der Durchgang zu den Leitungen 6 und 7 geschlossen ist. So können die Abgase weder durch die Leitungen 6 und 7 noch durch die Leitung 8 austreten, weil sich auch die Blende 23 in der Stellung 23" befindet. Gleichfalls können die Abgase des Zylinders 1 nicht in den Zylinder 4 eindringen, weil sich dieser im Verdichtungstakt befindet und daher sein Auslaßventil 16 geschlossen ist. Die Abgase finden dagegen die

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die Auslaßventile 14 und 15 ständig offen und können somit in die Zylinder 2 und 3 eindringen, sich dort ausdehnen und den gleichzeitigen Hub ihrer Kolben nach unten erleichtern, weil die Schubfläche letzterer Kolben doppelt so groß wie die Schubfläche im Zylinder 1 ist, der die Gase ausstößt, wobei die Einlaßventile 10, 11 ständig geschlossen sind. Die Abgase aus Zylinder 1 können daher in den Zylindern 2 und ihre Expansion vervollständigen, bis die Kolben dieser Zylinder den u.T. erreicht haben. Am Ende der Expansion ist daher das Nutzvolumen doppelt so groß wie das anfängliche Volumen in Zylinder 1. Sobald die Kolben der Zylinder 2 und 3 den Hub zum o.T. zusammen anfangen, werden die Abgase durch die Ventile 14 und 15, die ständig offen, während die Ventile 10 und 11 ständig geschlossen sind, zum Nebenkrümmer 21 getrieben. Hier finden sie den Weg zum Zylinder 1, wobei das Auslaßventil 13 sich inzwischen geschlossen hat, zum Zylinder 4, wobei das Auslaßventil 16 immer noch geschlossen ist, weil sich der Zylinder 4 im Expansionstakt befindet, und zu den Auspuffkrümmern 5 und 8, wobei die beweglichen Blenden 22 und 23 sich in Stellung 22" und 23" befinden, geschlossen. Dafür finden sie durch die Bohrungen 28 und 29 der Drehventile 26 und 27, die inzwischen um 90° in die Stellung gemäß Fig. 3 geschwenkt worden sind, Zugang zu den Auspuffkrümmern 6 und 7, durch die sie nach außen ausgestoßen werden.

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Die Dynamik der in Zylinder 4 entstehenden Abgase ist genau die gleiche der Abgase von Zylinder 1 und wird daher nur kurz geschildert. Beim öffnen des Auslaßventils 16 finden die Abgase aus Zylinder 4 den Zugang zu den Krümmern 5,6,7 und 8 sowie zu dem Zylinder 1 geschlossen. Dafür sind die Ventile 14 und 15 offen und durch diese dringen die Abgase in die Zylinder 2 und 3 ein und vervollständigen ihre Expansion.

Sobald die Kolben der Zylinder 2 und 3 ihren Hub beginnen, werden die Abgase durch die Ventile 14 und 15 in den Nebenkrümmer 21 getrieben, wo sie durch die Öffnungen 28 und 29 der Drehventile 26 und 27 freien Zugang zu den Krümmern 6 und 7 finden, durch die sie nach außen ausgestoßen werden. Bei dem übrigens überhaupt nich einschränkenden geführten Beispiel erfolgt also die Gasbewegung, bei "normalem" Betrieb, durch die Einlaßventile 9, 10, 11 und 12, durch die Auslaßventile 13,14,15 und 16 und durch die entsprechenden Auspuffleitungen 5,6,7 und 8. Beim "wirtschaftlichen" Betrieb tritt dagegen das Gemisch nur in die Einlaßventile 9 und 12 ein, während die Abgase durch die Ventile 13 und 16, mit normalem» einsinnigem Fluß, in den Nebenkrümmer 21 und durch die Ventile 14 und 15 in die Zylinder 2 und 3 eindringen, um anschließend durch dieselben Ventile wieder zum Nebenkrümmer 21 und dann durch die Hilfsventile 26 und 2 7, die Bohrungen 28 und 29 zu den Auspuffleitungen 6 und 7 gelangen, aus welchen sie austreten. Beim "wirtschaftlichen" Betrieb fließt das Expansionsgas in beiden Richtungen durch die Aus-

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laßventile 14 und 15 der Zylinder 2 und 3 und diese Ventile werden daher auf nicht herkömmliche Weise benutzt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß der Nebenkrümmer 21 den Auslaßventilen 13,14,15 und 16 so nahe wie möglich liegen und, soweit es sich mit der Notwendigkeit vereinbaren läßt, die Bewegung der Abgase optimal zu gestalten, so wenig Platz wie möglich in Anspruch nehmen muß.

Die oben beschriebene, erfindungsgemäße Vorrichtung bietet also folgende Vorteile: Anwendung des Motors in "normalem" Betrieb nach der bekannten Technik und bei niedriger Leistungsabgabe, Übergang, von Hand oder automatisch, vom "normalen" zum "wirtschaftlichen" Betrieb. In diesem Fall werden die Zylinder 1 und 4 auf herkömmliche Weise benutzt, jedoch mit der spezifischen Höchstleistung sehr nahen Leistungswerten und die Zylinder 2 und 3 zur Erhöhung der Nutzarbeit des in dieselben eintretenden und aus denselben nur durch die Auslaßventile 14 und 15 austretenden Gases verwertet, wodurch der durch die Reibung bedingte Leistungsabfall ausgeglichen wird und die Temperaturverteilung sowie der Zylinderverschleiß angepaßt werden. Dank der verlängerten Expansion wird der Anteil an unverbrannten Gasen verringert.

Mit anderen Worten: Beim "wirtschaftlichen" Betrieb ist für die Zylinder 1 und 4 eine doppelte spezifische Leistung erforderlich, weil die beiden Zylinder die gleiche Leistung abgeben, die im Normalbetrieb von vier Zylindern angegeben

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wird; das bedeutet, daß die beiden aktiven Zylinder mit einem optimalen Wirkungsgrad arbeiten, wenn eine Leistung erforderlich ist, die der Hälfte der Höchstleistung entspricht. Außerdem ist der Motorbetrieb ausgeglichener, weil sich den beiden aktiven Takten, ein Takt je 360° Kurbelwellendrehung, die beiden gegenüber den vorhergehenden um 180° versetzten Expansionstakte hinzufügen. Außerdem bringt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine besonderen konstruktionsmäßigen Schwierigkeiten mit sich und kann daher ohne wesentliche Änderungen an handelsübliche Verbrennungsmotoren angebracht werden.

Stets mit Bezug auf Fig. 3, 3a besteht die Betätigungseinrichtung der Drehventile 26 und 27 gemäß einer der möglichen Ausführungsformen aus der Welle 30, die zum Beispiel durch einen Zahnriemen von einer der Nockenwellen oder von einem anderen, mit gleicher Geschwindigkeit drehenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Motorelement angetrieben wird und ihrerseits durch Kegelräderpaarungen 31 und 32 die Ventile 27 und 28 antreibt.

Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht, nach der Ebene y-y von Fig. 3a, derselben Einrichtung, in der die Welle 30, die durch den Kegeltrieb 31 und 32 das Drehventil 26 antreibt, der obere Drehbolzen 33 und der untere Drehbolzen 34 des Ventils 26, die Leitung 21 und die Auslaßventile 14 des Zylinders 2 dargestellt sind.

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Fig. 5 ist die andere, auspuffseitige Seitenansicht der Einrichtung. Wie gesagt, ist es für den "wirtschaftlichen" Betrieb erforderlich, daß die Einlaßventile 10 und 11 oder die Einlaßleitungen der Zylinder 2 und 3 ständig geschlossen bleiben.

Dies läßt sich durch Anwendung von bekannten Einrichtungen leicht erzielen, die hier weder beschrieben noch dargestellt werden, da sie nicht erfindungseigen sind.

Das gleiche gilt für die Einrichtungen, die erforderlich sind, um die Auslaßventile 14,15 der Zylinder 2 und 3 während des "wirtschaftlichen" Betriebes ständig offen zu halten.

Wie aus der sich auf die Zeichnung beispielsweise beziehenden Beschreibung hervorgeht, läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Verbrennungsmotoren herkömmlicher Bauart ohne wesentliche Konstruktionsänderungen anwenden. Zum Beispiel kann der Hersteller für den gleichen Motor die herkömmliche Ausführung und wahlweise die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete Ausführung anbieten.

Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Vierzylinder-Motoren eine optimale Gestaltung der Gasexpansion, weil der tote Raum auf ein Mindestmaß verringert und der Hub der Kolben nach unten in den nicht arbeitenden Zylindern für eine nützliche Arbeit verwertet wird. Weiterhin

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werden Temperatur und Verschleiß der Zylinder im Motor auf ein Höchstmaß ausgeglichen.

Die Erhöhung der Expansionsdauer während der Verbrennung führt außerdem zu günstigen Auswirkungen vom Gesichtspunkt der Anwensenheit von unverbrannten Gasen aus.

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Claims (6)

1. Patentansprüche:

   Vorrichtung für Otto- oder Diesel-Verbrennungsmotoren zur Anwendung des Motors sowohl im bekannten, normalen Betrieb, bei dem die Gasverbrennung in sämtlichen Zylindern anfängt, als auch in einem besonderen, "wirtschaftlich" genannten Betrieb, bei dem die Verbrennung nicht mehr in allen Zylindern des Motors, sondern nur in einem oder mehreren derselben anfängt, während wenigstens zwei oder mehr Zylinder zur Vervollständigung der Expansion benutzt werden, die in dem Zylinder oder in den Zylindern begonnen hat, wo die Verbrennung anfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Leitung (21) , in die die von den Auslaßventilen (13) und (16) der Zylinder (1) und (4), in denen das normale Verbrennungsverfahren anfängt und stattfindet,

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   herkommenden Gase durch bewegliche, in die stabilen Stellungen (22") und (23") schwenkbare Blenden (22) und (23) geleitet werden und wenigstens ein Ventil (26) bzw. (27), das mit einer der Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle entsprechenden Geschwindigkeit dreht und mit einer Bohrung (28) oder (29) versehen ist, um den gleichzeitigen Auslaß der Gase in die Auspuffleitungen (6) und (7) zu gestatten sowie - abwechselnd und gleichzeitig mit dem Absperren dieses Auslasses - Mittel zum Blockieren der Einlaßventile (10,11) der nicht arbeitenden Zylinder (2,3) in geschlossener Stellung und/oder zum Schließen der Einlaßleitungen der Zylinder (2,3) sowie geeignete Mittel, um die Auslaßventile (14,15) der nicht arbeitenden Zylinder (2,3)in ständig offener Stellung zu halten, aufweist, damit die abwechselnd von den Zylindern (1,4), in denen die normale Verbrennung anfängt und stattfindet, herkommenden Abgase beim Austritt aus den entsprechenden Auslaßventilen (13,16) durch die Blenden (22, 23) in die Leitung (21) abgelenkt werden und von hier aus - da sie die Zugänge zu den Auspuffleitungen (6,7) durch die Drehventile (26,27) geschlossen vorfinden durch die ständig offenen Ventile (14,15) in die Zylinder (2,3) eindringen, wo sie sich ausdehnen und bis zu einem Volumen Nutzarbeit leisten, das etwa doppelt so groß wie dasjenige der Zylinder ist, aus denen sie kommen, und anschließend durch den gleichzeitigen

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   Hub nach oben der Kolben der Zylinder (2,3) stets durch die Auslaßventile (14,15) in die Leitung (21) getrieben werden, von der sie durch die Bohrungen (28,29) der Drehventile (26,27), die in Auslaßstellung eingestellt sind, aus den Auspuff leitungen (6,7) austreten, wobei der Zweck des Ganzen die Verbesserung des gesamten Wirkungsgrades des Motors und daher seines spezifischen Verbrauches durch Ausnützung der ganzen spezifischen Leistung der arbeitenden Zylinder und durch Verbesserung der nützlichen Expansion der Gase, wenn der Motor mit einer Leistungsabgabe läuft, die beträchtlich niedriger als seine Höchstleistung ist, sowie die Verminderung der unverbrannten Gase ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei Ventile (26,27) aufweist, die jegliche Form und Anordnung aufweisen können, aber jedenfalls dazu geeignet sind, das öffnen bzw. das Schließen des Zuganges der Abgase zu den Auspuffleitungen (6,7) bei jeder vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle zu bewirken.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich an Viertakt-Otto- oder Dieselmotoren mit vier oder mehr Zylindern anbringen läßt.

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4. 4. Mehrzylinder-Viertakt-Otto- oder Dieselmotor, an dem eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung und Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der übergang von "normalem" auf "wirtschaftlichen" Betrieb und umgekehrt nach Belieben vom Fahrer oder von einem automatischen Steueraggregat schaltbar ist, das die Fahrparameter verarbeitet.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, zur Anordnung an einem Sechszylinder-Otto- oder Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder, in denen die normale Verbrennung beim "wirtschaftlichen" Betrieb anfängt, zwei und im aktiven Verfahren um 360° versetzt sind, während die zur Expansion des Gemisches benutzten Zylinder vier sind.

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