DE3146228C1 - Hubkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, gemäß US-PS 41 92 265.

Bei derartigen Brennkraftmaschinen ist es erwünscht, im Arbeitsraum Turbulenzen zu erzeugen, um die Gemischbildung und damit den Verbrennungsablauf innerhalb der Brennkraftmaschine zu verbessern. Abgesehen von dem üblichen, zu diesem Zweck erzeugten Drall im Einlaßkanal ist es aus der US-PS 92 265 bekannt, zur Erzeugung von Turbulenzen Abgas über zusätzliche Hilfsventile aus einem im Expansionstakt befindlichen Zylinder in einen anderen, im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder zu überschieben. Die hierfür vorgesehene Anordnung von zusätzlichen Hilfsventilen, die von eigenen Nocken betätigt und innerhalb eines Arbeitszyklus zweimal geöffnet werden müssen, stellen jedoch einen umfangreichen baulichen Aufwand dar, der bei den üblichen Platzverhältnissen an einer Brennkraftmaschine äußerst schwierig unterzubringen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hübkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, in deren Arbeitsraum der Drall mit einfachen baulichen Maßnahmen erzeugt wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung der Leitung, die zwischen einem im Expansionstakt und einem am Beginn des Verdichtungstaktes befindlichen Zylinder von dem als Steuerelement wirkenden Kolben freigegeben wird, kann das in diesem Betriebszustand bestehende Druckgefälle zwischen diesen beiden Zylindern dahingehend ausgenutzt werden, daß das unter hohem Druck stehende Gas aus dem expandierenden Zylinder durch die tangentiale und nahe des oberen Totpunktes des zugehörigen Kolbens vorgesehene Einleitung in den am Beginn des Verdichtungstaktes befindlichen Zylinder in demjenigen Bereich einen Drall erzeugt, in welchem das verdichtete Gas gezündet wird. Die vorgeschlagene, von einem Kolben gesteuerte Leitung stellt eine verhältnismäßig einfache, einen geringen Aufwand erfordernde bauliche Einrichtung dar, mit der der Drall herbeigeführt werden kann, welcher zur besseren Aufbereitung des zu zündenden Gases dient. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß sich die Drallbildung selbsttätig korrigieren kann, wonach auf gewünschte Weise bei niedrigen Drehzahlen ein hoher Drall und bei hohen Drehzahlen ein relativ geringer Drall entsteht. Diese Wirkung kommt dadurch zustande, daß bei niedrigen Drehzahlen längere Überblaszeiten auftreten, die zu einer Verstärkten Drallbildung führen, während die Überblaszeiten bei hohen Drehzahlen wesentlich kürzer sind und erhebliche Überströmverluste zur Folge haben, wodurch ein geringer Drall entsteht. Durch das Rückschlagventil wird schließlich vermieden, daß sowohl die Leitung einen unerwünschten Schadraum bildet als auch Gas in die entgegengesetzte Richtung überströmen kann.

Aus der US-PS 42 56 064 ist es zwar bekannt, zwischen zwei Zylindern einer Brennkraftmaschine eine kolbengesteuerte Leitung anzuordnen, über welche die beiden Zylinder verbunden sind, wenn sich der Kolben des einen Zylinders in der unteren Stellung seines Expansionstaktes und der Kolben des anderen Zylinders in der unteren Stellung seines Ansaugtaktes befindet. Mit dieser von den Kolben aufgesteuerten Leitung soll unter hohem Druck stehendes Gas aus dem einen Zylinder in den anderen Zylinder geleitet und damit der Zweck verbunden werden, die restliche Abgasenergie des einen Zylinders auszunutzen, um im anderen Zylinder die Kompression zu erhöhen und somit eine wirtschaftlichere Arbeitsweise der Brennkraftmaschine zu erzielen. Eine Erzeugung von Turbulenzen ist bei dieser Ausführung jedoch nicht vorgesehen.

Eine Beeinflussung des im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders ist besonders dann günstig, wenn die Leitung von dem Kolben bei etwa 80° Kurbelwellenwinkel nach OT freigegeben ist. In dieser Stellung, in der beispielsweise das Einlaßventil des im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders gerade noch geöffnet ist, kann der überwiegende Teil der angesaugten Füllung von dem eingeleiteten Gas erfaßt und in Drall versetzt werden. In dieser Stellung weist aber auch das Drackgefälle zwischen beiden Zylindern eine solche Differenz auf, die sich nicht schädlich auf die Expansion des Gases in dem einen Zylinder und somit auf die Leistung der Brennkraftmaschine auswirkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch zwei Zylinder einer teilweise und schematisch dargestellten Hubkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine,

Fig.2 einen Schnitt durch einen Zylinder gemäß Linie H-II in F i g. 1 und

Fig.3 eine Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern in schematischer Darstellung.

Von einer in F i g. 1 im Längsschnitt vereinfacht

dargestellten Hubkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine sind zwei in einem Zylinderblock 1 angeordnete Zylinder 2 und 3 gezeigt, die nach oben von einem auf den Zylinderblock 1 aufgesetzten Zylinderkopf 4 abgeschlossen sind. Die Zylinder 2 und 3 bilden Arbeitsräume 5 und 6, in denen je ein Kolben 7 und 8 geführt und durch Kolbenringe 9 gegenüber der Umfangswand 10 und 11 der Zylinder 2 und 3 abgedichtet sind. Die Bewegung der Kolben 7 und 8 wird über Pleuelstangen 12 und 13, die auf beispielsweise um 180° zueinander versetzte Kurbelzapfen 14 und 15 gelagert sind, auf eine teilweise dargestellte Kurbelwelle 16 übertragen. Im Zylinderkopf 4 sind auf übliche Weise gestaltete Gaswechselkanäle 17 und 18 angeordnet, die mit den Zylindern 2 und 3 in Verbindung stehen und von Einlaßventilen 19 und Auslaßventilen 20 freigegeben und verschlossen werden. Außerdem weist jeder Zylinder 2 und 3 im Zylinderkopf 4 je einen Verdichtungsraum 21 und 22 auf.

Zwischen den Zylindern 2 und 3 sind schematisch dargestellte Leitungen 23 und 24 angeordnet, die von den jeweiligen Arbeitsräumen 5 und 6 in die Verdichtungsräume 21 und 22 nahe des oberen Totpunktes des zugehörigen Kolbens 7 und 8 des jeweils anderen Zylinders führen, wobei in den Leitungen 23 und 24 nahe des Verdichtungsraumes 21 bzw. 22 je ein Rückschlagventil 25 und 26 eingesetzt ist

Über die Leitung 23 stehen beispielsweise die Zylinder 2 und 3 dann miteinander in Verbindung, wenn sich — wie dies in Fig. 1 gezeigt — der Arbeitsraum 5 im Expansionstakt vor dem öffnen des Auslaßventils 20 und der andere Arbeitsraum 6 im Verdichtungstakt nach dem Schließen des Einlaßventils 19 befindet In der gezeigten Stellung gibt der Kolben 7 bei einem Drehwinkel der Kurbelwelle 16 von etwa 80° nach dem oberen Totpunkt des Kolbens 7 mit seinen Kolbenringen 9 eine Öffnung in der Umfangswand 10 des Zylinders 2 frei, an die sich die Leitung 23 anschließt Von diesem Augenblick an kann Druckgas, welches sich im Zylinder 2 in dieser Phase bis auf einen Druck von 5 bar entspannt hat, in die Leitung 23 eintreten und infolge des in dieser Phase herrschenden Druckgefälles zwischen dem Zylinder 2 und dem Zylinder 3 über das Rückschlagventil 26 in den Verdichtungsraum 22 des Zylinders 3 überströmen. Durch dieses Überblasen einer in dieser Phase geringen, aber ausreichenden Druckgasmenge wird im Verdichtungsraum 22 des Zylinders 3, in dem das zu komprimierende Gas zur Zündung kommen soll, ein wirksamer Drall erzeugt, der zu einer besseren Aufbereitung bzw. Durchmischung und somit zu einem vorteilhafteren Verbrennungsablauf führt Sobald sich die Kolben 7 und 8 aus der gezeigten Stellung in die angegebene Pfeilrichtung weiter bewegen, wird das Druckgefälle zwischen beiden Zylindern 2 und 3 aufgehoben und das Überblasen beendet Gleichzeitig schließt das Rückschlagventil 26, wodurch vermieden wird, daß das unter zunehmendem Druck stehende Gas aus dem Zylinder 3 nunmehr in die Leitung 23

ίο zurückströmen kann.

Wenn sich in weiterer Folge der Arbeitstakte dagegen der Arbeitsraum 6 im Expansionstakt und der Arbeitsraum 5 im Verdichtungstakt befinden, dann strömt auf die gleiche Weise und mit der gleichen Wirkung über die Leitung 24, in der sich hierbei das Rückschlagventil 25 öffnet, Druckgas in den Verdichtungsraum 21.

Wie in Fig.2 beispielsweise ersichtlich, mündet die Leitung 23 tangential in den Verdichtungsraum 22 des Zylinders 3 ein, wodurch eine besonders intensive Turbulenz des über das Einlaßventil 19 angesaugten Gases erzielt wird. Das Rückschlagventil 26, das in Richtung auf den Verdichtungsraum 22 öffnet, ist so nahe an dem Verdichtungsraum 22 angeordnet, daß die Bildung eines Schadraumes zwischen dem Rückschlagventil 26 und dem Verdichtungsraum 22 weitgehend vermieden wird. Die Öffnung für die Leitung 24 in der Umfangswand 11 des Zylinders 3 sowie die Mündung der Leitung 23 werden der Einfachheit halber zweckmäßigerweise von der äußeren Seitenfläche 27 des Zylinderblockes 1 bzw. des Zylinderkopfes 4 her eingearbeitet.

In F i g. 3 ist als Beispiel eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine schematisch dargestellt, deren Zylinder I, II, III, IV entsprechend der angenommenen Zündfolge 1-3-4-2 auf die oben geschilderte Weise durch Leitungen 23 bzw. 24 miteinander in Verbindung stehen und verkettet sind. Dadurch tritt eine Beeinflussung durch Druckgas von den Zylindern 1 nach 3,3 nach 4,4 nach 2 sowie 2 nach 1 ein.

Die aufgezeigte Anordnung kann bei Brennkraftmaschinen immer dann Anwendung finden, wenn die Arbeitstakte von mindestens zwei Zylindern derart zueinander versetzt sind, daß sich das Auslaßventil 20 des einen Zylinders kurz vor dem Öffnen und das Einlaßventil 18 des anderen Zylinders kurz vor dem Schließen befindet und ein Druckgefälle zwischen den beiden Zylindern herrscht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hubkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, deren Arbeitstakte derart zueinander versetzt sind, daß sich das Auslaßventil des einen Zylinders kurz vor dem Öffnen befindet, wenn sich das Einlaßventil des anderen Zylinders kurz vor dem Schließen befindet, und bei der die Arbeitsräume der beiden Zylinder miteinander durch eine Leitung in Verbindung stehen, wenn sich der eine Arbeitsraum im Expansionstakt und der andere Arbeitsraum am Beginn des Verdichtungstaktes befindet, wobei in der Leitung ein zum Beginn des Verdichtungstaktes des anderen Arbeitsraumes öffnendes Ventil angeordnet ist, und bei der die Leitung in diesen Arbeitsraum nahe des oberen Totpunktes des zugehörigen Kolbens tangential einmündet, dadurch gekennzeichnet,daß das Ventil ein in Richtung auf den im Verdichtungstakt befindlichen Arbeitsraum (5, 6) öffnendes Rückschlag-Ventil (25, 26) ist, und daß die Leitung (23, 24) von der Umfangswand (10, 11) des im Expansionstakt befindlichen Zylinder (2, 3) ausgeht und von dem zugehörigen, als Steuerelement wirkenden Kolben (7, 8) etwa in der Mitte des Expansionstaktes freigegeben ist.

2. Hubkolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (23,24) von dem Kolben (7,8) bei etwa 80° Kurbelwellenwinkel nach OT freigegeben ist.