DE4137705A1 - Betriebsverfahren fuer eine brennkraftmaschine sowie maschine hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder oszillierend bewegten Kolben, der zumindest zwei vonein­ ander im wesentlichen getrennte Brennräume begrenzt, in denen eine zu verbrennende Ladung zunächst durch die Kol­ benbewegung im wesentlichen gleichzeitig komprimiert wer­ den kann. Ferner sind Inhalt der Erfindung verschiedene Merkmale einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine.

Brennkraftmaschinen mit Kolben, die jeweils zumindest zwei Kompressionsräume begrenzen, sind bekannt. Bei­ spielshalber genannt sei die DE 35 11 837 C1, die eine Brennkraftmaschine mit einem Stufenkolben beschreibt, wo­ bei die untere Stufe des Kolbens eine Vorkomprimierung der zu verbrennenden Ladung vornimmt. Der eigentliche Brennraum wird durch die obere Stufe des Stufenkolbens begrenzt. Vor der Zündung in diesem Brennraum strömt die vorkomprimierte Ladung in diesen Brennraum über. Diese bekannte Brennkraftmaschine arbeitet somit im wesentli­ chen nach dem üblichen Betriebsverfahren.

Ein weiteres Beispiel für einen Kolben, der zwei Kompres­ sionsräume begrenzt, zeigt die DE 37 15 750 A1. Dort wird die Ladung in einem der Kompressionsräume entspannt, wäh­ rend die im anderen Kompressionsraum befindliche Ladung verdichtet wird. Eine Verbrennung erfolgt nur in einem der beiden Kompressionsräume, während der andere Kompres­ sionsraum einer Nachexpansion dient. Auch diese Brenn­ kraftmaschine arbeitet somit im wesentlichen nach dem üb­ lichen, bekannten Betriebsverfahren.

Bei diesem bekannten Betriebsverfahren erfolgt die Rege­ lung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine durch Be­ einflussung der den Brennräumen zugeführten Ladungsmenge. Bei fremdgezündeten, gemischverdichtenden Brennkraftma­ schinen wird dabei üblicherweise durch Drosselung die in den Brennraum bzw. in den Kompressionsraum gelangende Ge­ mischmenge beeinflußt. Bei luftverdichtenden, mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen hingegen erfolgt die Leistungssteuerung durch Beeinflussung der in den Brennraum eingespritzten Brennstoffmenge. Optimale Brenn­ verhältnisse liegen dabei zumeist nur in den Betriebs­ punkten maximaler Leistungsabgabe vor; in Teillast-Be­ triebspunkten hingegen müssen hinsichtlich des Verbren­ nungsablaufes Abstriche gemacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Betriebsver­ fahren aufzuzeigen, das eine demgegenüber individuellere Anpassung an die jeweils gewünschte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß bei einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder oszillierend bewegten Kolben, der zumindest zwei vonein­ ander im wesentlichen getrennte Brennräume begrenzt, in denen eine zu verbrennende Ladung zunächst durch die Kol­ benbewegung im wesentlichen gleichzeitig komprimiert wer­ den kann, der Ladungswechsel für jeden Brennraum über ei­ gene Ladungswechselorgane erfolgt, wobei zumindest einer der Brennräume abschaltbar ist.

Näher erläutert werden die Erfindung, vorteilhafte Wei­ terbildungen derselben, sowie verschiedene Merkmale einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brenn­ kraftmaschine anhand der beigefügten Prinzipskizze.

Eine Brennkraftmaschine besitzt zumindest einen Zylinder 1, in dem ein Kolben 2 gemäß Pfeilrichtung 3 oszillierend bewegt wird. Hierzu ist der Kolben 3 über ein Pleuel 4 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle verbunden.

Der Kolben 2 kann als Stufenkolben ausgebildet sein, da­ neben sind jedoch auch andersartige Gestaltungen möglich. Stets begrenzt der Kolben im Zylinder 1 jedoch zumindest zwei voneinander im wesentlichen getrennte Brennräume 5, 6, wobei eine in den Brennräumen 5, 6 befindliche und zu verbrennende Ladung durch die Bewegung des Kolbens 2 nach oben im wesentlichen gleichzeitig komprimiert werden kann. Bei der prinzipiell gezeigten Ausbildung als Stu­ fenkolben kann dabei neben dem Ring-Brennraum 6 bei­ spielsweise ein Dach-Brennraum 5 vorgesehen sein. Beiden Brennräumen 5, 6 sind eigene Ladungswechselorgane 51, 51a, 52, 52a bzw. 61, 61a, 62, 62a zugeordnet. Im einzelnen erfolgt der Ladungswechsel für den Dach-Brenn­ raum 5 über einen Einlaßkanal 51 sowie einen Auslaßkanal 52, in denen jeweils ein zum Brennraum hin öffnendes bzw. absperrendes Hubventil 51a, 52a angeordnet ist. Der La­ dungswechsel für den Ring-Brennraum 6 hingegen erfolgt über einen im Zylinder 1 vorgesehenen Einlaßschlitz 61 bzw. Auslaßschlitz 62, wobei jeweils ansteuerbare Sperr­ organe 61a, 62a vorgesehen sind. In dieser lediglich als bevorzugtes Ausführungsbeispiel dienenden Prinzipskizze erfolgt somit der Ladungswechsel zum Dach-Brennraum 5 ventilgesteuert, während der Ladungswechsel zum Ring-Brennraum 6 schlitzgesteuert wird. Dabei ist es durchaus möglich, den Dach-Brennraum 5 nach dem bekannten Vier­ takt-Verfahren zu betreiben, während der Ring-Brennraum 6 nach dem bekannten Zweitakt-Verfahren betrieben wird. Dies ist jedoch nicht der wesentliche Inhalt der Erfin­ dung und kann daher durchaus anderweitig gestaltet wer­ den.

Vielmehr ist das Wesen der Erfindung darin zu sehen, daß im Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zu­ mindest einer der Brennräume 5, 6 abschaltbar ist. Sind somit die Sperrorgane 61a, 62a geschlossen, so wird in diesem Zylinder die Brennkraftmaschine lediglich mit dem Dach-Brennraum 5 betrieben. Bei geöffneten Sperrorganen 61a, 62a sowie kontinuierlich geschlossenen Hubventilen 51a, 52a hingegen wird die Brennkraftmaschine in diesem Zylinder 1 lediglich mit dem Ring-Brennraum 6 betrieben. Sind die Sperrorgane 61a, 62a geöffnet und werden die Hubventile 51a, 52a beispielsweise nach dem Viertakt-Prinzip geeignet angesteuert, so wird die Brennkraftma­ schine mit beiden Brennräumen 5, 6 betrieben. Somit ist es möglich, die Brennkraftmaschine derart zu betreiben, daß eine optimale Anpassung an die jeweils geforderte Leistungsabgabe möglich ist. Bei geringem Leistungsbedarf erfolgt eine Verbrennung sowie ein Ladungswechsel ledig­ lich im Brennraum 5, bei mittlerem Leistungsbedarf ledig­ lich im Ring-Brennraum 6, und bei hohem Leistungsbedarf werden die beiden Brennräume 5, 6 gemeinsam betrieben. Hierdurch ist es möglich, jeden einzelnen der Brennräume 5, 6 über einen vergrößerten Betriebsbereich im Bereich maximaler Leistungsabgabe zu betreiben, was gegenüber dem bislang üblichen Teillastbetrieb einen verbesserten Ver­ brennungsablauf ermöglicht.

In diesem Zusammenhang soll kurz auf einen weiteren be­ kannten Stand der Technik eingegangen werden, der quasi das gleiche Prinzip nutzt. Hierbei handelt es sich um die sog. Zylinderabschaltung bei mehrzylindrigen Brennkraft­ maschinen. Bei reduziertem Leistungsbedarf wird dort bei­ spielsweise nur die Hälfte der vorhandenen Zylinder be­ feuert. Ein ähnliches Prinzip nutzt die vorliegende Er­ findung, jedoch ist aufgrund der unterschiedlich gestal­ teten Brennräume 5, 6 zum einen eine individuellere An­ passung an die jeweils gewünschte Leistungsabgabe mög­ lich. Zum anderen zeichnet sich eine erfindungsgemäß ge­ staltete Brennkraftmaschine gegenüber den mit Zylinderab­ schaltung arbeitenden Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen durch eine kompaktere Bauweise aus.

Die Zündung der im Ring-Brennraum 6 befindlichen Ladung erfolgt mittels zweier geeignet angeordneter Zündkerzen 7, wenn die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Fremdzündung betrieben wird. Auch im Dach-Brennraum 5 kann eine Zündkerze oder eine geeignete Zündvorrichtung vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, die im Brennraum 5 zu entflammende Ladung durch eine bereits entflammte Ladungsteilmenge zu zünden, die aus dem Brenn­ raum 6 in den Brennraum 5 übergeführt wird. Hierzu ist zwischen diesen beiden Brennräumen 5, 6 ein ein regulier­ bares Sperrorgan 8 aufweisender Schußkanal 9 vorgesehen. Das Sperrorgan 8 gibt den Schußkanal 9 erst dann frei und ermöglicht somit erst dann ein Übertreten der Ladungs­ teilmenge vom Brennraum 6 in den Brennraum 5, wenn durch diese bereits entflammte Ladungsteilmenge eine Zündung der im Brennraum 5 befindlichen Ladung sichergestellt ist. Hingegen wird während die Ladung in die Brennräume 5, 6 über die jeweiligen individuellen Ladungswechselor­ gane 51, 61 angesaugt wird sowie während der anschließen­ den Kompressionsphase der Schußkanal 9 im wesentlichen geschlossen gehalten, so daß hierbei die Brennräume 5, 6 im wesentlichen voneinander getrennt sind.

Es soll nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß die Prinzipskizze lediglich der Erläuterung der Er­ findung dient und als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel betrachtet werden kann. Zahlreiche Abwandlungen hiervon sind möglich, die ebenfalls eine Brennkraftmaschine erge­ ben, die ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann und somit unter den Inhalt der Pa­ tentansprüche fällt.

Claims (3)

1. Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder (1) oszillierend bewegten Kolben (2), der zumindest zwei voneinander im wesentlichen getrennte Brennräume (5, 6) be­ grenzt, in denen eine zu verbrennende Ladung zunächst durch die Kolbenbewegung im wesentlichen gleichzeitig komprimiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungswechsel für jeden Brennraum (5, 6) über eigene Ladungswechselor­ gane (51, 51a, 52, 52a, 61, 61a, 62, 62a) erfolgt, wobei zumindest einer der Brennräume abschaltbar ist.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung in einem der Brennräume (5) durch eine aus einem anderen Brenn­ raum (6) über einen steuerbaren Schußkanal (9) über­ strömende, bereits entflammte Ladungsteilmenge ent­ flammt wird.

3. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgen­ den Merkmale:

• - der Kolben (2) ist stufenförmig ausgebildet,
• - ein insbesondere als Hubventil (51a) ausgebildetes Einlaß-Ladungswechselorgan eines Brennraumes (5) ist abschaltbar,
• - der Ladungswechsel für einen der Brennräume (6) wird über den Kolben (2) schlitzgesteuert, wobei in einem sich an den Schlitz (61, 62) anschließenden Kanal ein Sperrorgan (61a, 62a) vorgesehen sein kann,
• - zwischen zwei einem Kolben (2) zugeordneten Brenn­ räumen (5, 6) ist ein ein regulierbares Sperrorgan (8) aufweisender Schußkanal (9) vorgesehen.