DE3121301A1

DE3121301A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3121301A1
Application number: DE19813121301
Authority: DE
Inventors: Helmut 7141 Beilstein Dröschel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1983-01-05

Description

Helmut Dröschel, Ing. · D--7141 Beilstein, Uhlandstr. l8

Patentanmeldung Verbrennungskraftmaschine

Gegenstand der Erfindung sind Verbrennungskraftmaschinen mit Kolben, die auch im 4-Takt wirken, mit einer Einrichtung zur Nut2ung deren Abgase.

Bekannte Verbr'enriungskraftmaschinen arbeiten im 4-Takt-Verfahren, mit den. Takten Ansaugen, Verdichten, Expansion und Ausschieben.

Nachteil dieses Verfahrens ist, daß am Ende des Sxpansions-Hubes die Gase noch eine beträchtliche Energie besitzen, die, wie bekannt, durch eine zusätzliche Abgas-Turbine genutzt werden kann, zum Beispiel für Aufladung.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Energie auf einfache Weise für den Abtrieb zu verwerten.

Diese Aufgabe wird mit einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs erwähnten Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht wird. Hierdurch ergibt sich ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch. Die Bauweise ist einfach. Die Zündfolge ist gleichmäßig. Der Massenausgleich ist gut, ohne daß eine Ausgleichwelle benötigt wird. Das Auspuffgeräusch ist leiser, weil die Gase sich im Motor mehr entspannen können.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Weiterbildung ist in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 ermöglicht die Steuerung des zusätzlichen Zylinders mit Ventilen.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß nur die übliche Anzahl von Ventilen erforderlich ist, weil ein Schieber verwendet wird.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausführung als Reihen-Motor.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch" 5 ermöglicht Ln vorteilhafter Weise die Ausführung als größerer Reihen-Motor. .

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht in vorteil-

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BAO ORIGINS

hatter Weise die Ausführung als Boxer-Motor.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausführung als V-Motor.

In den Zeichnungen sind mehrere nachfolgend beschriebene . Ausführung.:beispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Motor mit 2+1 Zylindern in Ausführung D, wie auch in den folgenden Fig. 2 und 3_S Fig. 2 einen Schnitt V-V durch die Kurbelwelle von Fig. 1,

Fig. 3 die Nocken in mehreren Querschnitten durch die Nokkenwelle von Fig. 1,

Fig..4 die Bewegung der Kolben in den verschiedenen Takten, Fig. 5 die Bewegung der Ventile dabei, Fig. ο das Diagramm des Druckes ρ über dem Volumen V,

Fig. 7 eine andere Ausführung der Steuerung im oberen Teil der Fig. 1, ·

Fig. 3,9,10,11,12 und 13 den Zustand in den Takten I C bis VI C, ■

Fig. 14 einen längeren Reihenmotor mit 4+2 Zylindern,

Fig. 15 die Kurbelwelle desselben in der dazugehörigen Ansicht,

Fig. 16 einen Boxermotor mit 4+2 Zylindern,

Fig. 17 die Kurbelwelle desselben in der dazugehörigen Ansicht,

Fig." 18 einen V-Motor mit 4+2 Zylindern im Schnitt nach der Linie W-W der Fig. 20, 21 und 22,

Fig. 19 die "Kurbelwelle desselben in der dazugehörigen Ansicht, · . -

Fig. 20, 21 und 22 Schnitte nach den Linien X-X, Y-Y und Z-Z der Fig. 18.

Aufbau, Fig. 1 bis Fig. 3: .

Bei Ausführung D hat der Motor zwei kleine 1,3 und einen großen Zylinder 2 dazwischen. Die ebene Kurbelwelle 4 hat zwei äußert Kröpfungen 5,7 mit dem Radius r und eine mittlere 6 entgegengesetzte mit dem etwas größeren Radius R. Die Masse des mittleren großen Kolbens 9 erzeugt dieselbe Fliehkraft wie die beiden kleinen Kolben 8,10 zusammen.

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. S-

Es sind sieben Ventiele11,12,13,14>15₃16 und 17 vorhanden. Der mittlere große Zylinder 2 hat drei Ventile 13,14,13; jedoch keine Zündkerze. Die beiden äußeren Zylinder 1,3 haben je eine Zündkerze 18. Die Nockenwelle 19 wird im Verhältnis 1 : 2 von der Kurbelwelle 4 über Zahnräder 20,21 angetrieben. Der mittlere Necken 23 ist doppelt. Ansaugen geschieht über die beiden äußeren Ventile 11 und 17· Der Auspuff ist an dem mittleren .Venti1 Im : angeschlossen. Ventil 12 ist mit Ventil 13 und Ventil l^r. mit Ventil 16 durch je einen Kanal 24,25 verbunden. Auf" der Nockenwelle 19 befinden sich weitere Nocken 26,27,28 sowie 29,30 und 3I₅ die normale Form haben. Eine Kette 32 dient zum Antrieb der Nockenwelle 19. Der Abtrieb vom Motor erfolgt vom Schwungrad 33 der Kurbelwelle 4.

Fig. 7: '

Wahlweise kann ein Drehschieber 34 anstelle der mittleren Ventile 13,14,15 vorhanden sein, wie auf Blatt 1 unten ersichtlich. Die noch vorhandenen Ventile 11,12,16,17 werden dann über Kipphebel 35 betätigt.

Prinzip: ■

Zwischen zwei äußeren kleinen Zylindern l,3j die versetzt im 4-Takt arbeiten, befindet sich ein größerer Zylinder 2 ohne Zündung, der im 2-Takt wirkt und drei Ventile I?.,l4,15 hat. Die Verbrennungsgase werden von den beiden äußeren Zylindern 1,2 nicht direkt in den Auspuff entlassen, sondern abwechselnd über den mittleren größeren Zylinder 2. Der hierbei noch vorhandene überdruck wirkt negativ auf den jeweiligen kleinen Kolben 1,3j aber positiv auf den herabgehenden großen Kolben 2, so daß zusätzliche mechanische Arbeit der Kurbelwelle 4 zugeführt wird.

Wirkungsweise,· Fig. 1 bis Fig. 5'·

Bei Ausführung D arbeiten die beiden äußeren Kolben 8,10 ganz normal im 4-Takt A. Die Zündfolge ist 3βΟ°-36θ° Kurbelwinkel. Hierbei ist wie üblich I A Ansaugen, II A Verdichten, III" A Expansion und IV A Ausschieben. Diese 4 Takte erfolgen in den beiden äußeren Kolben 8,10 um 2 Takte versetzt. Der

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Bad original

taii-· lere Kolben 9 wirkt im 2-Takt B, ohn-³ Zündunr. Hierbei ict I B der Abwärtshub mit Abgabe von Arbeit und II B der Aufwärtsh'ib mit 'iom Am:'.:'. ^h i eben dor fiar.r· in d^n ,Auspuff.

.Vie sich in Fig. 5 aus den abgewickelten Kurven der Nocken ergibt, sind die Ventile 12 und 13 oder 15 und 16 jeweils gleichzeitig geöffnet, wenn die äußeren Kolben 8,10 im Takt IV A sind, also Gas ausschieben. Am Beginn dieses Taktes IV A ist der jeweilige äußere Kolben 8 oder 10 am unteren Totpunkt C⁵UT). Der mittlere Kolben 9 ist hierbei am oberen Totpunkt C=OT), wobei über ihm nur soviel Raum frei ist, wie die drei Ventile 13,1^, 15 benötigen. Dadurch wird ihm über das zuströmende Gas sofort dessen Druck mitgeteilt, ebenso wie auf den betreffenden kleinen Kolben 8 oder 10. Die Differenz der Kolbenflächen aus D und d ergibt die nutzbare Arbeit durch den Restdruck des expandierenden Gases. Zusätzlich unter Berücksichtigung der verschiedenen Radien R und r ist dafür maßgebend V_n - V.. Hierbei ist V. der Hubraum eines kleinen Kolbens 8 oder 10 und V_n der Hubraum des mittleren großen Kolbens 9·

Fig. 6 zeigt das vereinfachte Gasdruckdiagramm. Hierbei ist unter V_n die übliche und unter V_n - V. die hier 'zusätzlich ge-

Ά. ti A -

wonnene Arbeit ersichtlich. Das Volumen der gesamten Expansion entsoricht V_n.

Fig. 8 bis Fig. 13:

Der Gesamtzyklus C verläuft in 6 Takten von I G bis VI C, wonach er dawn im anderen kleinen Zylinder 1 (oder 3) wieder von neuem beginnt. Infolge der Überschneidung von IV A'mit I B wären es bei einer anderen Betrachtung 5 Takte. Man kann aber auch diese 6'Takte als 4 Takte am kleinen Zylinder 1,3 plus 2 Takte am großen Zylinder 2 definieren.

Fig. Ik und 15:

Bei der Ausführung E als 4+2-Zylinder-Reihenmotor sind vier kleine Zylinder 1,3 und zwei große Zylinder 2 dazwischen vorhanden. Die Kurbelwelle 36 hat vier Hauptlager 37 und sechs Kröpfungen 38 in der Ebene.

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'•f.

Pig. 16 und 17:

Bei der Ausführung P als 4+2-Zylinder-Eoxerrrjotor sind auf jeder Seite je zwei kleine Zylinder 1,3 und "ein großer Zylinder vorhanden. Die Kurbelwelle 39 hat vier Kauptlager ^Q und drei Kröpfungen 41 in einer Ebene.

Fig. 18 bis Fig. 22:

Bei der Ausführung G als.V-Motor mit 4+2-Zylindern sind in jeder Reihe je zwei kleine 1,3 und ein großer Zylinder 2 vorhanden. Die Kurbelwelle 42 hat vier Hauptlager 43 und sechs Kröpfungen 44, die um- den Winkel β jeweils versetzt sind. Ist; der beliebige V-Winkel oL ·, so wird" β - 180° - c6 .

Wirkungsweise Fig. 14 bis Fig. 22:

Bei diesen, drei Ausführungen mit 4+2 Zylindern in Reihe, Boxer oder V ist die' Zündfolge l80^o-l80°-l80^o-l80° Kurbelwinkel. Die übrige Arbeitsweise ist wie beschrieben j-also 2+1 Zylinder zusammen arbeiten jeweils im 6-Takt.

Massenausgleich Fig. 14 bis Fig. 22:

Bei der (ersten) Ausführung D mit 2+1 Zylindern ist der Massenausgleich wie bei einem üblichen Reihenmotor mit 4 Zylindern. Es sind also keine freien Massen-Kräfte oder -Momente 1. Ordnung vorhanden.

Die Ausführung E mit 4+2 Zylindern in Reihe ist im Massenausgleich wie die vorherige Ausführung D₅ weil lediglich zwei Einheiten hintereinander angeordnet sind.

Die Ausführung F mit 4+2 Zylindern als Boxer hat den Massenausgleich wie ein üblicher Boxermotor mit 4 Zylindern. Es sind also keine freien Massenkräfte 1. oder 2. Ordnung und keine freien Massenmomente 1. Ordnung vorhanden.

Die Ausführung G mit 4+2 Zylindern als V-Motor hat beim Massenausgleich folgende Vorteile gegenüber den üblichen V-Motoren: Es braucht kein Kompromiß zwischen den V-Winkel Oc, und der Zündfolge geschlossen werden. Der Grund ist der, d^ß jede Reihe für sich allein (wie bei der einfachen Ausführung I; mit nur 2+1 Zylindern) ausgeglichen ist, also keine freien Massen-Kräfte oder -Momente 1. .Ordnung hat. Deshalb kann der

.2-

7-Wini'eloC beliebig gewählt werden, zum Beispiel o(_ = 6O°, wie rar i-iurce Ansaugwe.re und kompakte Bauweise günstig. Die Winkel -wischen den Kröpfungen sind dann /J = ΐδθ° - oC . Trotzdem ist die ZUn!folge auch hier gleichmäßig l80°-l80^o-l30^o-l60° Kurbelwinkel. ' . ■

Nicht gezeichnete Varianten:

Weitere Ausführungen sind möglich. Zum Beispiel nach dem Diesel-Verfahren j wobei anstelle der Zündkerzen Iff dann Einher Ltzdüsen vorhanden sind. Anstatt des gezeigten zylindrischen Drehschiebers· 34 kann ein flacher Drehschieber vorhanden sein. Die Moforen können auch noch mehr Zylinder haben. ■

"Jm bei- geringer Füllung einen bremsenden Unterdruck im mittleren Zylinder 2 zu vermeiden, kann ein Saugventil zum Auspuff vorhanden sein oder eine Beeinflussung des öffnungswinkels des Drenschie-bers.

Der Umfang der Erfindung soll sich auch auf Ausführungen auf der Basis vorhandener Motoren erstrecken, also zum Beispiel anstatt der drei Ventile 13,14,15 am mittleren Kolben 9 nur zwei Ventile mit Doppelnocken und einem gemeinsamen Kanal 24,25 oder anstelle eines großen Kolbens 9 zwei kleine.

Statt der 4 gezeigten hauptlager der Kurbelwelle können auch nur die beiden äueseren vorhanden sein.

Hierzu 3 Blatt Abbildungen und 7 Stück Patentansprüche.

Claims

31213Ό1

Helmut Dröschel, Ing. D-7141 Beilnlein, Uhl-_miJtr'. I¹·

Patentansprüche Verbrennungskraftmaschine

j 1J Verbrennungskraftmaschine mit Kolben, die auch im 4-Takt wirken, mit einer Einrichtung zur Nutzung deren Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung aus mindestens einem grossen Kolben (9) besteht, der im 2-Takt die ausgeschobenen Gase jeweils zweier kleiner Kolben (8,10) abwechselnd expandieren läßt, indem der ausschiebende Aufwärtshub letzterer abwechselnd .mittels entsprechender Kanäle (2*1,25) und einer geeigneten Steuerung mit dem Abwärtshub des großen Kolbens (9) verbunden ist.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen großen, im 2-Takt wirkenden Zylinder (2) je drei Ventile (13,14,15) auf der mit halber Motordrehzahl umlaufenden Nockenwelle (19) vorhanden sind, wobei das mit dem Auspuff verbundene mittlere Auslaß-Ventil (14) über einen Doppelnocken (23) gesteuert wird, wogegen die beiden benachbarten Ventile (13,15) abwechselnd über normale Nokken (28,29) geöffnet werden und mit den Kanälen (24,25) zu den kleinen Zylindern (1,3) abwechselnd verbunden sind..
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehschieber (3*0 in zylindrischer oder flacher Form vorhanden ist,· der eine zweckmäßige Gestalt hat, so daß er den großen, im 2-Takt wirkenden Kolben (9) bei seinem Aufwärtshub mit dem Auspuff und bei seinem Abwärtshub abwechselnd mit einem von zwei kleinen Kolben (8,10) verbindet.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine im 6-Takt arbeitende Gruppe vorhanden ist-, die aus zwei kleinen 4-Takt-Zylindern (1,3) mit einem großen 2-Takt-Z.ylinder (2) dazwischen besteht, wobei die ebene Kurbelwelle (4) drei Kröpfungen (5,6,7) hat, von denen die mittlere (6) entgegengesetzt ist und einen größeren Radius R aufweisen kann.
'■· Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet j daß in Reihe zwei im 6-Takt miteinander arbeitende Gruppen vorhanden sind, die jeweils aus zwei kleinen 4-Takt-Zylindern (1,3) mit einem großen 2-Takt-Zylinder .(2) dazwischen besethen, wobei die Hauptlager (37) und die sechs Kröpfungen (38) der Kurbelwelle (36) in einer Ebene liegen.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Boxer-Motor an beiden Seiten zwei im 6-Takt miteinander arbeitende Gruppen vorhanden sind, die jeweils aus zwei kleinen 4-Takt-Zylindern (1,3) mit einem großen 2-Takt-Zylinder (2) dazwischen bestehen,.wobei die Hauptlager (40) und die drei langen Kröpfungen (41) der Kurbelwelle (39) in einer Ebene liegen.
7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3s dadurch gekennzeichnet, daß bei einem V-Motor an jedem Schenkel zwei im 6-Takt miteinander arbeitende Gruppen vorhanden sind, die jeweils aus zwei kleinen 4-Takt-Zylindern (1,3) mit einem großen 2-Takt-Zylinder (2) dazwischen bestehen.