DE3007746A1

DE3007746A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3007746A1
Application number: DE19803007746
Authority: DE
Inventors: Benno Campione Lugano Kaltenegger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1981-09-17
Also published as: GB2071210A; FR2477224A1

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler 11973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

Dr. H.-K. Werner, Köln

28.2.1980 Sch/Sd

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

Benno Kaltenegger, Via Rase 2a, Campione, Lugano (Italien)

Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Arbeitszylindern im Viertakt mit Ein- und Auslaßventil und mit einer Vorrichtung zum Aufladen der Arbeitszylinder mit Brenngas-Luft-Gemisch.

Zur Erzielung einer Leistungssteigerung sind Brennkraftmaschinen mit einer Aufladevorrichtung zur Erhöhung der Leistungssteigerung der Arbeitszylinder in verschiedenen Ausführungen bekannt. Im allgemeinen handelt es sich um eine Turbo-Aufladung, bei der ein Turbinenrad im Ansaugsystem, das durch ein zweites Turbinenrad im Auspuffsystem angetrieben wird, zusätzliche Luft in die Zylinder schaufelt. Auf diese Weise wird der Füllungsgrad des Gemisches erhöht und je Kolbenhub wird mehr Leistung entwickelt. Diese Turbo-Aufladevorrichtungen sind vorteilhaft nur bei hohen Drehzahlen

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wirksam. Außerdem ist ein nicht unbedeutender apparatemäßiger Aufwand erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor mit einer Aufladevorrichtung zu schaffen, bei der auf einfache Weise und unter Vermeidung einer Störanfälligkeit eine erhebliche Leistungssteigerung ermöglicht ist, ohne daß zusätzliche Aggregate für die Aufladung verwendet werden müssen. Die Brennkraftmaschine der anfangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß zwei Arbeitszylindern ein Ladezylinder im Zweitaktverfahren zugeordnet ist, von dem je ein Überströmkanal zu den Arbeitszylindern führt, und daß der Hubzapfen für die Betätigung des Ladekolbens um 180° versetzt zu den Hubzapfen der Kurbelwelle für die Kolben der beiden Arbeitszylinder angeordnet ist.

Durch eine solche Ausbildung der Brennkraftmaschine ergibt sich ein Verbrennungsmotor mit einer integrierten Aufladevorrichtung. Eine Leistungssteigerung ergibt sich insbesondere auch in den unteren Drehzahlen im Gegensatz z.B. zu der Abgas-Turbo-Aufladung. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennkraftmaschine wird automatisch eine Erhöhung des Füllungsgrades für die Arbeitszylinder und des Ladegewichtes erzielt, wobei sich eine Leistungssteigerung über den gesamten Drehzahlbereich ergibt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Integration der Aufladevorrichtung werden zusätzliche Leitungen, Druckbehälter, Armaturen, Antriebselemente u.dgl. nicht benötigt. Man erhält ein überaus kompaktes, aufgeladenes Antriebaggregat. Der notwendige Aufwand hält sich in einem erträglichen Rahmen. Dadurch, daß die Aufladeeinrichtung im Zweitaktverfahren arbeitet und die Kolben der Arbeitszylinder und der Kolben des Ladezylinders konstant gegeneinander laufen, ist ein genau gesteuerter Aufladevorgang ermöglicht.

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Der Ladekolben bedient abwechselnd jeweils den einen oder den anderen Arbeitszylinder entsprechend dem Arbeitsrhythmus des Motors. Mit der integrierten Aufladevorrichtung gemäß der Erfindung sind die Vorteile auf ideale Weise verwirklicht. Das Ansaugvolumen des Ladezylinders kann den gewünschten Verhältnissen leicht angepaßt werden. Es kann beispielsweise das 1,5- bis 2-fache des einzelnen Arbeitszylinders betragen. Die Punktion ist sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren gleichermaßen gegeben.

Vorteilhaft ist der Ladezylinder mit dem zugehörigen Hubzapfen zwischen den Arbeitszylindern mit ihren Hubzapfen vorgesehen. Von dem Ladezylinder führen Überströmkanäle zu den Einlaßventilen der Arbeitszylinder, wobei das jeweils geöffnete Ventil des zuständigen Arbeitszylinders den Durchgang des Gemisches, oder bei Diesel der zu komprimierenden Luft freigibt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine Drosselvorrichtung, z.B. eine Drosselklappe, im Ansaugkanal des Ladezylinders angeordnet sein. Dadurch ist es ermöglicht, die Leistung den Gegebenheiten einer wechselnden Belastung wie beim Fahrzeugmotor anzupassen. Die Drosselklappe hat die Aufgabe, den Einlaßquerschnitt des Ansaugkanals zu verengen oder zu erweitern. Mit dieser Regulierung des Einlaßquerschnittes wird gleichzeitig der Füllungsgrad im Bereich der Aufladezone verändert. Ein Fahrzeugmotor in dieser Ausführung bringt ein Höchstmaß an Kraftstoffeinsparung mit sich. Ein sogenannter fünfter Gang und abschaltbare Zylinder-Einheiten sind überflüssig. Bei dieser Konzeption wird ein idealer Sparmotor verwirklicht.

Der Ladezylinder, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser eines Arbeitszylinders, kann mit mehr als einem Ein-

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laßventil ausgestattet sein, um möglichst große Einlaßquerschnitte zu erhalten und damit die StrömungsVerluste gering zu halten. Das Öffnen und Schließen der Ventile geschieht dabei gleichzeitig.

Die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung wird vorteilhaft als Zweizylinder-Reihenmotor oder als Vierzylinder-Boxermotor ausgebildet. Man erzielt auf einfache Weise eine hohe Leistungssteigerung bei einem hohen Drehmoment und hoher Verdichtung, wobei die Leistungssteigerung 50% und mehr betragen kann.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Zweizylinder-Reihenmotor gemäß der Erfindung im Schnitt und im Schema.

Der dargestellte, mit der Aufladevorrichtung versehene Zweizylinder-Viertaktmotor 1 weist die Arbeitszylinder 2 und 3 auf, wobei diese Arbeitszylinder je mit einem Einlaßventil 4 bzw. 5 und einem Auslaßventil 6 bzw. 7 mit den Auslaßkanälen 8 bzw. 9 ausgestattet sind. Zwischen den Arbeitszylindern 2 und 3 befindet sich ein Zylinder 10 für einen Ladekolben 11. Die gemeinsame Kurbelwelle 12 ist hierbei in der Weise gestaltet, daß der Hubzapfen 13 für die Betätigung des Ladekolbens 11 um 180° versetzt gegenüber den Hubzapfen 14 und 15 für die Kolben 2a und 3a der Arbeitszylinder 2 und 3 angeordnet ist. Die Pleuelstangenverbindung der Kolben mit den Hubzapfen ist jeweils mit 16 bezeichnet. Die Kurbelwelle 12 ist in den Lagern 17 gelagert. Aufgrund der Versetzung des Hubzapfens 13 für den Ladekolben 11 gegenüber den Hubzapfen 14 und 15 der Arbeitskolben 2a und 3a ergibt sich die Möglichkeit, den Massenausgleich mit der Kurbelwelle optimal auszuführen.

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Der Zylinder 10 für den Ladekolben 11 weist mindestens ein Einlaßventil auf. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Einlaßventile 18a und 18b vorgesehen, die an einen gemeinsamen Ansaugkanal 19 angeschlossen sind. Das öffnen und Schließen der Ventile 18a und 18b geschieht gleichzeitig. Alle Ventile stehen unter der Wirkung von Schließfedern 20, wobei die Steuerung durch eine (nicht dargestellte) Nockenwelle erfolgt. Die Ventile sind in dem Zylinderkopf 21 untergebracht, der mit dem Motorengehäuse 22 in üblicher Weise befestigt ist. Unterhalb der Kurbelwelle 12 befindet sich in üblicher Weise eine Ölwanne 23. Anstelle der Ventile können auch Drehschieber oder Membranen den Einlaß steuern.

Vom Ladezylinder 10 führen Überströmkanäle 24 und 25 zu den Einlaßventilen 4 und 5 der Arbeitszylinder 2, 3, wobei das jeweils geöffnete Ventil des zuständigen Arbeitszylinders den Durchgang des Gemisches freigibt. Zu den Arbeitszylindern, die nach dem Viertaktverfahren gesteuert werden, arbeitet die Aufladeeinrichtung 10, 11, 18a, 18b im Zweitaktverfahren, wobei die Kolben 2a, 3a der Arbeitszylinder und der Kolben 11 des Ladezylinders stets gegeneinanderlaufen, was einen genau gesteuerten Aufladevorgang ermöglicht. Der Ladekolben 11 bedient also abwechselnd jeweils den linken und den rechten Arbeitszylinder in dem entsprechenden Rhythmus der im Viertaktverfahren sich ergebenden, nacheinanderfolgenden Arbeitshübe der Arbeitszylinder.

Bei der dargestellten Brennkraftmaschine mit integrierter Aufladeeinrichtung und variabler Leistungsabgabe bei gleichbleibender Drehzahl ist die Anordnung einer Drosselklappe im Ansaugkanal 19, die um die Achse 27 steuerbar ist, von besonderem Vorteil. Dadurch kann die Leistung des Motors den Gegebenheiten einer wechselnden Belastung wie beim Fahrzeugmotor angepaßt werden. Die Drosselklappe 26 hat die Aufgabe, den Einlaßquerschnitt des Ansaugkanals 19 zu verengen oder

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zu erweitern. Mit einer solchen Regulierung des EinlaJ3querschnittes wird gleichzeitig der Füllungsgrad im Bereich der Aufladezone verändert. Es stellt etwa ein Drittel der Leistung des aufgeladenen Motors für diese Regulierung zur VerfügungFur den jeweiligen Leistungsbedarf kann die Drosselklappe zweckmäßig von einer Computeranordnung gesteuert werden. Motoren dieser Art sollten vorzugsweise mit einem Gleichdruckvergaser ausgestattet werden, der für die jeweils erforderliche Luf-tmenge das richtige Quantum Kraftstoff zuteilt, damit ein -maximales -Gemisch zustande kommen kann-

Durch die Kompaktheit und Gedrungenheit der Motorausführung ergibt sich eine robuste Brennkraftmaschine für den Ottooder Dieselbetrieb mit höchstwirkaamer Aufladeeinrichtung.

BAD ORIGINAL

Claims

Ansprüche

/ 1 j Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Arbeitszylindern im Viertakt mit Einlaß- und Auslaßventil und mit einer Vorrichtung zum Aufladen der Arbeitszylinder mit Brenngas-Luft-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß den zwei Arbeitszylindern (2,3) ein Ladezylinder (10) im Zweitaktverfahren zugeordnet ist, von dem je ein Überströmkanal (24,25) zu den Arbeitszylindern (2,3) führt, und daß der Hubzapfen (13) für die Betätigung des Ladekolbens (11) um 180° versetzt zu den Hubzapfen (14,15) der Kurbelwelle (12) für die Kolben (2a,3a) der beiden Arbeitszylinder (2,3) angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezylinder (10) mit dem zugehörigen Hubzapfen (13) zwischen den Arbeitszylindern (2,3) mit ihren Hubzapfen (14,15) vorgesehen ist, und daß jeder Überströmkanal (24,25) von dem Ladezylinder (10) zu dem Einlaßventil (4,5) der Arbeitszylinder (2,3) verläuft, und daß abwechselnd jeweils der eine und der andere Arbeitszylinder (2 oder 3) durch den Ladekolben 11) bedient wird.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselvorrichtung (27), z.B. eine Drosselklappe, im Ansaugkanal (19) des Ladezylinders (10) angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ladezylinders (10) größer ist als der Durchmesser der Arbeitszylinder (2,3) .

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5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugvolumen des Ladezylinders (10) etwa das 1,5- bis 2-fache des Volumens eines ArbeitsZylinders (2,3) beträgt.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezylinder (10) mit mehr als einem Einlaßventil (18a,18b) ausgestattet ist, und daß diese Ventile (18a,18b) gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine als Zweizylinder-Reihenmotor ausgebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine als Vierzylinder-Boxermotor ausgebildet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine als Vergaser- oder Dieselmotor vorgesehen ist.

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