DE69317834T2

DE69317834T2 - Brennkraftmaschine mit Aufladung

Info

Publication number: DE69317834T2
Application number: DE69317834T
Authority: DE
Inventors: Jun Taue
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-09-09
Also published as: EP0587151A1; EP0587151B1; DE69317834D1; US5377634A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Aufladung, umfassend ein Kurbelgehäuse, das eine Kurbelwelle drehbar abstützt, welche eine Kurbelwange aufweist, und eine Kurbelkammer definiert, die einen Randabschnitt aufweist, des weiteren einen Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung, in welcher ein Kolben gleitend aufgenommen ist, sowie einen von dem Kolben angetriebenen Mechanismus, der aus der Kurbelwelle sowie aus einer Pleuelstange zur Verbindung des Kolbens mit der Kurbel besteht, wobei dieser Kolben einen Hohlraum zum Einführen der Pleuelstange aufweist, der einen kleinen Endabschnitt der Pleuelstange aufnimmt, der innere Oberflächen aufweist, wobei dieser durch den Kolben angetriebene Mechanismus ein Aufladungssystem des Kompressortyps der Brennkraftmaschine definiert.
Eine derartige Brennkraftmaschine mit Aufladung ist aus US-PS-4,088,097 bekannt.
Daher sind Brennkraftmaschinen mit einem Aufiadesystem zur Erhöhung der Motorleistung in der Technik bekannt. Dementsprechend ist eine Brennkraftmaschine mit Aufladung bekannt, bei der die Kurbelkammer des Motors als Kompressionskammer des Aufladesystems genutzt wird, das die Ansaugluft unter Druck in den Ansaugkanal auf der Seite der Ansaugleitung mittels eines Verdrängungskompressors einleitet, der durch den Kolben des Motors als das sich bewegende Element und die Kurbelkammer als eine Kompressionskammer gebildet wird. Bei dieser Art Aufladesystem wird das Gemisch in die Kurbelkammer gesaugt, während der Kolben sich nach oben bewegt und das Gemisch in den Ansaugkanal an der Ansaugleitungsseite druckt, wenn sich der Kolben nach unten bewegt.
Dementsprechend wird der Motor während einer Umdrehung der Kurbelwelle um sein Hubraumvolumen aufgeladen, und wenn ein derartiges Aufladesystem des Kurbelgehäuse-Aufladetyps bei einem Viertaktmotor eingesetzt wird, wird der Motor während eines Ansaughubs um das Doppelte aufgeladen. Mit einem derartigen herkömmlichen Aufladesystems vom Kurbelgehäuse-Aufladetyp, das wie oben dargestellt aufgebaut ist, ist jedoch die Leistung des Motors lediglich in der Größenordnung von mehreren zehn Prozent verbessert worden. Dies war auf ein größtenteils ungenutztes Volumen in dem Kurbelgehäuse, erhebliche Durchlaßwiderstände und eine Verringerung des Ladewirkungsgrades zurückzuführen, die durch die Ausdehnung des Aufladegemischs aufgrund der Wärme des Motors verursacht wird.
Um die Leistung des Motors zu erhöhen, indem die Leistung des Aufladesystems verbessert wird, ist es erforderlich, das primäre Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, indem das ungenutzte Volumen bei einem Kurbelgehäuse-Aufladesystem verringert wird. Dieses primäre Verdichtungsverhältnis ergibt sich, wenn die Summe aus dem Kurbelgehäusevolumen Vc beim unteren Totpunkt des Kolbens und dem Hubraum Vh durch das Kurbelgehäusevolumen Vc definiert werden. Da jedoch ein erheblicher Anteil des Volumens Vc des Kurbelgehäuses durch das Volumen zwischen den Kurbelwangen eingenommen wird, war eine erhebliche Verringerung des Volumens Vc des Kurbelgehäuses nicht möglich.
Es ist eine weitere Brennkraftmaschine bekannt, die ein Kurbelgehäuse-Aufladesystem umfaßt, bei dem zusätzlich zum Einsatz des Kolbens als dem beweglichen Element, wie er oben beschrieben ist, ein Kompressor, der einer Rotationsvakuumpumpe äquivalent ist, vorhanden und in dem Kurbelgehäuse ausgebildet ist Oapanische Patentveröffentlichung Hei-136513). Bei diesem System ist eine Drehkammer in dem Kurbelgehäuse ausgebildet, und ein Rotor ist verschiebbar in diese Drehkammer eingesetzt und wird von der Kurbelwelle angetrieben. Dieses System ist so aufgebaut, daß, wenn die Kurbelwelle gedreht wird, der Rotor beim Drehen schwingen kann und eine Pendelbewegung ausführt, und die Ansaugluft kann der Sammelkammer unter Druck durch die Veränderung des Volumens der Kompressionskammer zugeführt werden, die zwischen dem Rotor und der Innenfläche der Rotorkammer ausgebildet ist.
Eine derartiges System zum Zuführen der Ansaugluft mit einem Rotor, wie es in der genannten Patentanmeldung beschrieben ist, bedingt jedoch eine relativ komplizierte Struktur zur Verbindung des Rotors mit der Kurbelwelle, und das Kurbelgehäuse muß mit Ventilen zum Verschließen des Ansaugseitenkanals bzw. des Auslaßseitenkanals versehen sein. Dadurch wird nicht nur der Aufbau des Systems kompliziert, sondern auch die Anzahl von Einzelteilen nimmt zu.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Brennkraftmaschine mit Aufladung dahingehend zu verbessern, daß die Ladekapazität einer dazugehörigen Aufladeanordnung erheblich verbessert wird, wobei ein relativ einfacher Aufbau des Aufladesystems beibehalten wird, so daß der Motor kompakt und effektiv ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obengenannte Aufgabe für eine Brennkraftmaschine mit Aufladung dadurch gelöst, daß die Pleuelstange, während sie sich in einer abdichtenden Beziehung zu diesen inneren Oberflächen des Kolbenhohlraums, mit diesem Randabschnitt der Kurbelkammer und mit einer angrenzenden Kurbelwange von dieser Kurbelwelle befindet, dazu ausgelegt ist, diese Kurbelkammer in zwei Luftkammern aufzuteilen, wobei eine von diesen mit einem frischlufteingebenden Abschnitt des Motors kommuniziert, während die andere mit der Brennkammer kommuniziert, wobei diese andere Luftkammer eine Kompressionskammer des Verdrängungskompressors errichtet, welcher den Auflader der Brennkraftmaschine bildet, wobei diese Pleuelstange als Bewegungsteil von diesem Kompressor dient.
Mit dieser Lösung ist es möglich, das primäre Verdichtungsverhältnis erheblich zu vergrößern, so daß das Aufladesystem des Motors nur aus Elementen besteht, die Bestandteile des Motors sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Kurbelkammer so aufgebaut, daß sie die Kompressionskammer definiert, die einen inneren Rand hat, der zumindest teilweise in gleitendem Kontakt mit der Pleuelstange und/oder einer Kurbelwange der Kurbelwelle ist.
Auf diese Weise kann Frischluft unter Druck in die Brennkammer in einer Menge eingeleitet werden, die dem Hubvolumen des Kolbens plus dem Volumen eines Pleuelstangenaufnahmeraums bei jeder Drehung der Kurbelwelle entspricht. Dadurch wird das primäre Verdichtungsverhältnis erheblich erhöht, so daß das Aufladesystem effektiver arbeitet, wobei keine zusätzlichen Teile erforderlich sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung haben die Kurbelkammer und/oder die Pleuelstange und/oder die Kurbelwange, insbesondere das Paar von Kurbelwangen, das zu einem Kolben gehört, wobei diese Kurbelwangen vorzugsweise kreisförmig aufgebaut sind, eine scheibenförmige Konfiguration. Diese bevorzugte Ausführung führt zu einer modularen kompakten Konstruktion des Motors, durch die die Montage und die Wartung desselben erleichtert werden.
Noch vorteilhafter ist eine Konstruktion, bei der ein Luftförderkanal, der von einem Rückschlagventil, vorzugsweise von dem Klappenventil, gesteuert wird, vorhanden ist und die Kompressionskammer des Aufladesystems mit einem Einlaßtank verbindet, in den sich ein Einlaßrohr der Brennkraftmaschine hinein Öffnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die paarigen Kurbelwangen so aufgebaut, daß sie Drehschieber des Luftförderkanals bilden, so daß die am stromaufgelegenen Ende befindliche Öffnung des Luftförderkanals, die Verbindung mit der Kompressionskammer des Verdrängungskompressors zum Aufladen des Motors herstellt, durch die Kurbelwangen geöffnet oder geschlossen werden kann, die so Drehschieber bilden, wodurch das primäre Verdichtungsverhältnis des Aufladers weiter erhöht wird. Des weiteren vereinfacht sich der Aufbau des Aufladesystems gemäß der vorliegenden Erfindung, da es lediglich durch Bestandteile des Motors gebildet wird, wobei die Anzahl von Einzelteilen im Vergleich zu herkömmlichen Ladesystemen verringert wird.
Das heißt, da die Kurbelwangen gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen Drehschieber bilden, die verhindern, daß verdichtete Luft zurückströmt, ist es nicht erforderlich, das Ansaugsystem mit einem separaten Rückschlagventil zu versehen. So kann der Ansaugwiderstand verringert werden, und der Aufbau läßt sich im Vergleich zu herkömmlichen Aufladesystemen auf Kurbelgehäusebasis vereinfachen. So läßt sich ein kleines Aufladesystem mit hoher Leistung zu niedrigem Preis herstellen. Schließlich ist, da die Fördermenge durch die Breite der Pleuelstange und der Bohrung sowie durch den Hub des Motors für das Aufladesystem bestimmt wird, der konstruktive Spielraum zur Auswahl einer geeigneten Menge der Zufuhr verdichteter Luft groß.
Weitere bevorzugte Ausführungen sind in den anderen Unteransprüchen aufgeführt.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand verschiedener Ausführungen derselben im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Aufladung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, die einen Motorkörper zeigt, der an einer Position durchschnitten ist, um den schematischen Aufbau des Motorkörpers der Brennkraftmaschine mit Aufladung darzustellen, die in Fig. 1 zu sehen ist,
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die den schematischen Aufbau der Kurbelwelle zeigt, die in der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 und 2 eingesetzt wird,
Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die den schematischen Aufbau einer Pleuelstange zeigt, die in der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 und 2 eingesetzt wird,
Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, die den schematischen Aufbau eines Kolbens zeigt, der in der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 bis 4 eingesetzt wird,
Fig. 6 eine schematische Ansicht ist, die den schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine mit Aufladung gemäß Fig. 1 insbesondere hinsichtlich der Aufladeanordnung derselben zeigt,
Fig. 7 eine Schnittansicht der Motoreinheit in einem Zustand ist, in dem die Kurbelwelle um 45º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 8 eine Schnittansicht wie Fig. 7 ist, wobei die Kurbelwelle jedoch um 90º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 9 eine Schnittansicht wie Fig. 7 und 8 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 135º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 10 eine Schnittansicht wie Fig. 7 und 9 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 180º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist (obere Totpunktposition),
Fig. 11 eine Schnittansicht wie Fig. 7 bis 10 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 225º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 12 eine Schnittansicht wie Fig. 7 bis 11 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 270º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 13 eine Schnittansicht wie Fig. 7 bis 12, wobei jedoch die Kurbelwelle um 315a von dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 14 eine Schnittansicht einer Viertakt-Brennkraftmaschine ähnlich wie in Fig. 1 für eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 15 eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 in Fig. 14 ist,
Fig. 16 eine schematische Ansicht des schematischen Aufbaus der Kurbelwelle ist, die in der Brennkraftmaschine mit Aufladung in Fig. 1 und 2 eingesetzt wird,
Fig. 17 eine Fig. 6 ähnelnde schematische Ansicht ist, die den schematischen Aufbau des Motorkörpers der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Motorkörper entlang der Linie VI-VI in Fig. 15 geschnitten ist,
Fig. 18 eine Fig. 6 ähnelnde schematische Ansicht der Brennkraftmaschine mit Aufladung ist, die sich auf das Aufladesystem des Motors konzentriert,
Fig. 19 eine Schnittansicht der Motoreinheit in einem Zustand ist, in dem sich die Kurbelwelle am unteren Totpunkt befindet,
Fig. 20 eine Schnittansicht wie Fig. 19 ist, wobei die Kurbelwelle um 45º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 21 eine Schnittansicht wie Fig. 19 und 20 ist, wobei die Kurbelwelle um 90º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 22 eine Schnittansicht wie Fig. 19 bis 21 ist, wobei die Kurbelwelle um 135º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 23 eine Schnittansicht wie Fig. 19 bis 22 ist, wobei die Kurbelwelle um 180º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist (obere Totpunktposition),
Fig. 24 eine Schnittansicht wie Fig. 19 bis 23 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 225º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 25 eine Schnittansicht wie Fig. 19 bis 24 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 270º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist,
Fig. 26 eine Schnittansicht wie Fig. 19 bis 25 ist, wobei jedoch die Kurbelwelle um 315º gegenüber dem unteren Totpunkt verdreht ist.
Im folgenden wird die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 13 beschrieben.
In den Zeichnungen umfaßt die Brennkraftmaschine mit Aufladung gemäß diesen Ausführungen einen Viertaktmotor 1, der hier als ein Einzylinder-Motor mit vereinfachtem Aufbau dargestellt ist, um das Verständnis zu erleichtern. Der Motor 1 umfaßt ein Kurbelgehäuse 3, das die Kurbelwelle 2 drehbar aufnimmt, einen Zylinderblock 6 mit einer Zylinderbohrung 5, die einen Kolben 4 verschiebbar aufnimmt, eine Pleuelstange 7, die den Kolben 4 mit der Kurbelwelle 2 verbindet, sowie einen Zylinderkopf 18, der an dem Zylinderblock 6 befestigt ist.
Der Zylinderkopf 8 ist mit einem bekannten Ventilbetätigungsmechanismus versehen. Das heißt, die Ansaugöffnung 10 und die Auspufföffnung 12, die sich beide in die Brennkammer 9 Öffnen, werden durch ein Ansaugventil 12 bzw. ein Auspuffventil 13 geöffnet und geschlossen. Das Ende des Stroms von Ansaugluft in die Ansaugöffnung 10 an der stromaufgelegenen Öffnung wird über ein Einlaßrohr 15 zu einem Einlaßtank 14 geleitet, der an den Motor 1 angrenzend vorhanden ist. Das Ende des Auspuffstroms in die Auspufföffnung 11 an der stromabgelegenen Öffnung ist mit einem Auspuffrohr (nicht dargestellt) verbunden, das über einen Schalldämpfer mit der Umgebung in Verbindung steht. Eine Kurbelwelle 16 Öffnet"schließt das Ansaugventil 12 und das Auspuffventil 13 zu ihren jeweiligen Öffnungs-/Schließ-Zeitpunkten, und die Kurbelwelle 16 wird drehbar von dem Zylinderkopf 8 getragen, wobei sie mit der Kurbelwelle 2 über eine Kraftübertragungseinrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist.
Die Kurbelwelle 2 wird , wie in Fig. 1 und 3 dargestellt, gebildet, indem ein Paar Kurbelwangen 17, die als kreisförmige Scheiben ausgebildet sind, über einen Kurbelzapfen 18 verbunden werden. Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet einen Zapfenabschnitt, der drehbar von dem Kurbelgehäuse 3 aufgenommen wird. Beide Kurbelwangen 17 umfassen voneinander beabstandete, einander gegenüberliegende Flächen, die flach ausgebildet und einander zugewandt sind und sich auf der Seite der Pleuelstange 7 bzw. des Kurbelzapfens 18 erstrecken. Die Kurbelwangen 17 sind so voneinander beabstandet, daß die Pleuelstange 7, wie weiter unten beschrieben und in Fig. 7 dargestellt, zwischen beide Kurbelwangen 17 eingeführt werden kann und drehbar von dem Kurbelzapfen 18 getragen wird.
Die Pleuelstange 7, die den Kolben 4 mit der Kurbelwelle 2 verbindet, ist, wie in Fig. 1, 4 und 6 dargestellt, wie eine lange schmale Platte geformt und ist mit einander gegenüberliegenden Abdichtoberfiächen 7a versehen, die in die axiale Richtung der Kurbelwelle 2 gewandt und so aufgebaut sind, daß sie flach sind, so daß sie mit den einander gegenüberliegenden flachen Innenflächen des Paars Kurbelwangen 17 abdichtend in Kontakt sind bzw. einen Dichtzustand mit ihnen herstellen, nachdem die Kurbelwange 17 von dem Kurbelzapfen 18 drehbar gelagert dazwischen aufgenommen wurde. Darüber hinaus sind der Abschnitt des stärkeren Endes und der Abschnitt des schwächeren Endes der Pleuelstange 7, die den Kurbelzapfen 18 (Abschnitt des stärkeren Endes) bzw. den Kolbenzapfen 19 (Abschnitt des schwächeren Endes) aufnehmen, mit Umfangsabdichtoberflächen 7b bzw. 7c versehen, indem die äußeren Ränder derselben bogenförmig ausgebildet werden. Die einander gegenüberliegenden Seitenflächen 7d der Pleuelstange 7 sind als Fortsetzung dieser Abdichtoberfiächen 7b und 7c ausgebildet und sind gerade geformt.
Der Aufbau des Kolbens 4 ist in Fig. 1, 5 und 6 dargestellt und weist einen Hohlraum zum Einführen der Pleuelstange an seinem Schaftabschnitt auf. Dieser Hohlraum ist so ausgebildet, daß der Abschnitt des schwächeren Endes der Pleuelstange 7 verschiebbar darin eingeführt werden kann, und es sind Gleitkontaktflächen 4a ausgebildet, die flach sind, so daß sie mit den Abdichtoberflächen 7a der Pleuelstange 7, die der Kurbelwelle 2 zugewandt sind, in Gleitkontakt bzw. in Dichtbeziehung sein können. Eine Umfangswandfläche 4b des Hohlraums zum Einführen ist eine konkave Fläche, die in Gleitkontakt bzw. in Dichtbeziehung mit der Abdichtoberfiäche 7c ist, die den Außenumfang des Abschnitts des schwächeren Endes der Pleuelstange 7 bildet, und schließlich sind Seitenwände 4c vorhanden, bei denen es sich um flache Flächen handelt, die die Fortsetzung der Umfangswandfläche 4b bilden. Die Bezugszeichen 4d in Fig. 5 bezeichnen Kolbenzapfenlöcher zum Einpassen eines Kolbenzapfens 19 in selbige.
Die genannten Bauteile, insbesondere die Kurbelwelle 2 mit den Kurbelwangen 17 und die Pleuelstange 7 bilden einen vom Kolben angetriebenen Mechanismus, der an dem Kolben 4 angebracht wird, indem der Abschnitt des stärkeren Endes der Pleuelstange 7 mit dem Zwischenraum zwischen den Kurbelwangen 17 über den Kurbelzapfen 18 verbunden wird, während der Abschnitt des schwächeren Endes des Pleuelstange 7 mit dem Kolben 4 über den Kolbenzapfen 19 verbunden wird. Über die Kurbelwellenbaugruppe sind die Abdichtoberflächen 7a der Pleuelstange 7 in gleitendem Kontakt bzw. in Dichtbeziehung mit den Innenflächen der gegenüberliegenden Kurbelwange 17 der Kurbelwelle 2 und den Gleitflächen 7a des Kolbens 4, während die Abdichtoberfiäche 7c am Außenumfangsabschnitt des schwächeren Endes der Pleuelstange 7 in gleitendem Kontakt bzw. in Dichtbeziehung mit dem Umfangswandabschnitt 4b des Kolbens 4 sind.
Ein Motorkörper 20 besteht, wie in Fig. 1, 2 und 6 dargestellt, aus einer Baugruppe aus dem Kurbelgehäuse 3 und dem Zylinderblock 6, der einen kreisförmigen Hohlraum 21 autweist, der in zusammengebautem Zustand eine Kurbelkammer bildet, und in den die Kurbelwange 17 der Kurbelwelle 2 drehbar eingepaßt wird. Der Motorkörper 20 weist darüber hinaus einen Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange auf, der mit dem Zylinderblock 5 verbunden ist und einen Bewegungsraum für die Pleuelstange 7 mit Ansaug- und mit Förderkanal 23, 24 bildet, über die der Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange mit dem Raum außerhalb des Motors 1 in Verbindung steht, wobei alle integral ausgebildet sind, wie dies in Fig. 2 zu sehen ist. Der lnnendurchmesser und die Tiefe des kreisförmigen Hohlraums 21 sind etwas größer als der Außendurchmesser und die Dicke der Kurbelwange 17, so daß die Kurbelwangen 17 in den kreisförmigen Hohlraum 21 (Kurbelkammer) eingeführt werden können, und kleine Zwischenräume dazwischen verbleiben.
Das Bezugszeichen 25 in Fig. 2 kennzeichnet ein Lagerloch, in das der Zapfenabschnitt 2a der Kurbelwelle 2 eingepaßt wird, und das Bezugszeichen 26 in Fig. 1 kennzeichnet ein Luftansaugrohr, das in den Ansaugkanal 23 eingepaßt ist und an dem Kurbelgehäuse 3 befestigt ist.
Der Aufnahmeabschnitt 22 für die Pleuelstange 7 Öffnet sich in einer Form, die allgemein dem Bewegungsort des äußeren Randabschnitts der Pleuelstange 7 entspricht, der entsteht, wenn der Kolben 3 mit der Kurbelwelle 2 der oben dargestellten Kurbelwellenbaugruppe hin und her bewegt wird, die in der Kurbelkammer aufgenommen ist, d.h. dem kreisförmigen Hohlraum 21. Indem dieser Pleuelstangen-Aufnahmeabschnitt 22 in dem Motorkörper 20 ausgebildet wird, entsteht eine Gleitkontaktfläche 27, die aus einer flachen Fläche besteht, die in Gleitkontakt mit der entsprechenden Seitenfläche 7a der Pleuelstange 7 ist, und eine Umfangswandfläche 28 ist in dem Motorkörper 20 ausgebildet, wobei die Umfangswandfläche 28, die aus einer konkav gekrümmten Fläche besteht, in Abdichtkontakt mit der Abdichtoberfläche 7b des Randes des starken Endes der Pleuelstange 7 ist.
Das heißt, indem die Kurbelwellenbaugruppe an dem Motorkörper 20 angebracht wird, wird der Raum in dem Motorkörper 20 durch die Pleuelstange 7 und den Kolben 4 in zwei Kammern unterteilt, wenn sich der Kolben 4 am unteren Totpunkt befindet, und Luftkammern A, B sind an der Seite des Ansaugkanals 23 bzw. an der Seite des Förderkanals 24 vorhanden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Der Förderkanal 24 ist, wie in Fig. 1 dargestellt über eine Klappenventilvorrichtung 29, die an dem Kurbelgehäuse 3 angebracht ist, mit dem Einlaßtank 14 verbunden. Das Klappenventil 29 ist mit einem plattenartigen Ventilkörper 29a versehen, der durch Luftdruck elastisch verformt wird, so daß der Kanal geöffnet wird und ein Rückschlagventil bildet, so daß Luft nur zu dem Einlaßtank 14 strömen kann. Der Einlaßtank 14 ist so geformt, daß sein Öffnungsabschnitt, der mit dem Förderkanal 24 in Verbindung steht, und der Abschnitt, der von dem Einlaßrohr 15 durchdrungen wird, luftdicht gehalten werden und der Tank 14 an einer Seite des Motors 1 angebracht ist.
Wenn die Kurbelwelle 2 des Kolbenantriebmechanismus, der an dem Motorkörper 20 angebracht ist, gedreht wird, während der Kolben 4 in der Zylinderbohrung 5 hin und her bewegt wird, bewegt sich die Pleuelstange 7 nach oben und nach unten und schwingt in dem Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange. Der Drehort, der in diesem Fall durch die Mitte des Abschnitt des stärkeren Endes der Pleuelstange 7 gebildet wird, ist in Fig. 1 als Zwei-Punkt-Strich-Linie dargestellt.
Wenn die Kurbelwelle 2 wie mit einem Pfeil in Fig. 1 dargestellt, im Uhrzeigersinn aus ihrem Zustand gedreht wird, in dem sich der Kolben 4 an seinem unteren Totpunkt befindet, wird das Volumen der Luftkammer B allmählich verringert, und die darin enthaltene Luft wird über das Klappenventil 29 in den Einlaßtank 14 ausgedrückt, während gleichzeitig das Volumen der Luftkammer A allmählich vergrößert wird und Frischluft in die Luftkammer A über das Luftansaugrohr 26 eingeleitet wird. Die dem Einlaßtank 14 zugeführte Luft wird gleichzeitig in die Brennkammer 9 gedrückt, wenn das Ansaugventil 12 geöffnet wird. Auf diese Weise entsteht ein Verdrängungskompressor in dem Motor 1 mit dem Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange und einem freien Teil der Kurbelkammer als der Kompressionskammer und dem Kolben 4 sowie der Pleuelstange 7 als sich bewegenden Elementen, und der Motor 1 kann mit diesem Kompressor aufgeladen werden. In diesem Fall ist der Motor 1 so aufgebaut, daß Kraftstoff über ein Kraftstoffeinspritzsystem (nicht dargestellt) in die Ansaugöffnung 10 gespritzt wird.
Im folgenden wird die Funktion der wie oben beschrieben aufgebauten Aufladeanordnung ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 13 beschrieben, die eine Reihe von Vorgängen vom Start des Verdichtungshubes bis zum Ende des Arbeitshubes des Motors 1 zeigen.
Zunächst wird, wenn die Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 1 dargestellten Zustand im Uhrzeigersinn gedreht wird, die Luftkammer B (Kompressionskammer) verkleinert, während die Luftkammer A (Ansaugkammer) vergrößert wird, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Dabei stehen, da die Abdichtoberflächen 7b und 7c an den Abschnitten der Pleuelstange 7 des stärkeren bzw. des schwächeren Endes mit der Umfangswandfläche 28 des Motorkörpers bzw. der Umfangswandfläche 4b des Kolbens 4 in Gleitkontakt sind und die abdichtenden Seitenflächen 7a der Pleuelstange 7 in Gleitkontakt mit den Kurbelwangen (17) der Kurbelwelle 2, der Gleitkontaktfläche 27 des Motorkörpers 20 und der Gleitkontaktfläche 4a des Kolbens 4 in Kontakt sind, die Luftkammern A und B nicht in Verbindung miteinander. Daher wird die Luft in der Kompessionsluftkammer B, die durch Verkleinerung des Volumens der Kammer B verdichtet wird, dem Einlaßtank 14 über das Klappenventil 29 unter Druck zugeführt, während andererseits, da das Volumen der Luftkammer A um den Betrag vergrößert wird, der der Pleuelstangenverschiebung und der Aufwärtsbewegung des Kolbens (geschwärzter Abschnitt in Fig. 7) entspricht, vergrößert wird und der Druck abnimmt, frische Luft in der Menge, die der Druckabnahme entspricht, in die Kammer A über das Luftansaugrohr 26 angesaugt wird.
Das Volumen der Luftkammer B (Kompressionskammer) wird durch die Drehung der Kurbelwelle 2 erheblich verringert und erreicht sein Minimum, wenn die Abdichtoberfläche 7b der Außenumfangsfläche des starken Endes der Pleuelstange 7 den Öffnungsrand an der unteren Seite des Förderkanals 24 erreicht, wie es in der Fig. 18 dargestellt ist. Das heißt, Luft wird dem Einlaßtank 14 unter Druck solange zugeführt, bis der in Fig. 8 dargestellte Zustand erreicht ist. Da das Ansaugventil 12 des Motors 1 während des Verdichtungshubes geschlossen gehalten wird, wird die aus der Luftkammer B zugeführte Luft in dem Einlaßtank 14 gespeichert. Wenn die Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 8 dargestellten Zustand weiter gedreht wird, und sich die Abdichtoberfiäche 7b von der Umfangswandfläche 28 trennt, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, wird das Klappenventil 29 aufgrund des Druckabfalls auf der Seite des Abschnitts 22 zur Aufnahme der Pleuelstange geschlossen. Daher strömt die unter Druck stehende Luft in dem Einlaßtank 14 nicht in den Abschnitt 22 zurück, der die Pleuelstange 7 aufnimmt (d.h. auf die Seite der Luftkammer A).
Andererseits nimmt das Volumen der Luftkammer A auch dann noch kontinuierlich zu, wenn das Volumen der Luftkammer B sein Minimum erreicht hat, und zwar solange, bis der in Fig. 9 dargestellte Zustand erreicht ist. In diesem Fall stellt das Volumen, das der Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 entspricht, wobei das Volumen als ein geschwärzter Abschnitt in der Zylinderbohrung 5 dargestellt ist, die prinzipielle Volumenzunahme dar.
Wenn die Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 9 dargestellten Zustand weiter gedreht wird und der Kolben 4 den oberen Totpunkt erreicht, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, endet der Verdichtungshub des Motors 1. Bevor der in Fig. 10 dargestellte Zustand erreicht ist, wird Kraftstoff in die Ansaugöffnung 10 eingespritzt. Anschließend wird der Kolben 4, wenn die Zündkerze (nicht dargestellt) unter Spannung gesetzt wird und das Gemisch zündet, so daß es zur Explosion in der Brennkammer 9 kommt, nach unten gedrückt, und die Kurbelwelle 2 wird gedreht, wie dies in Fig. 11 und 12 dargestellt ist. Wenn die Abdichtoberfiäche 7b an der Außenumfangsfläche des Abschnitts des stärkeren Endes der Pleuelstange 7 in Gleitkontakt mit der Umfangswand 28 kommt, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, wird der Raum in dem Abschnitt 22, der die Pleuelstange 7 aufnimmt, erneut in zwei Luftkammern A und B unterteilt. Das heißt, die bisher in den Aufnahmeabschnitt 22 angesaugte Luft tritt in die Luftkammer B ein.
Wenn die Kurbelwelle 2 weiter aus dem in Fig. 12 dargestellten Zustand gedreht wird, wird das Volumen der Luftkammer B allmählich verringert, während das Volumen der Luftkammer A allmählich vergrößert wird, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist, und Luft wird erneut unter Druck in den Einlaßtank 14 eingeleitet, während frische Luft in den Abschnitt 22 angesaugt wird, der die Pleuelstange 7 aufnimmt. Durch weitere Drehung der Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 13 dargestellten Zustand wird der in Fig. 1 dargestellte Zustand erneut erreicht.
Bei der wie oben beschrieben aufgebauten Aufladeanordnung wird Luft mit einem Volumen, das der Summe aus dem Volumen des Raums in dem Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange und dem Volumen des Kolbenhubs (Volumen des geschwärzten Abschnitts in Fig. 7 bis 9) entspricht, dem Einlaßtank 14 immer dann zugeführt und darin gespeichert, wenn die Kurbelwelle 2 gedreht wird. Anschließend wird der Brennkammer 9 Luft in der doppelten Menge der Luft, die bei einer Umdrehung der Kurbelwelle 2 zugeführt wird, wenn der Einlaßtank 14 während des Ansaughubes des Motors 1 geöffnet wird, zugeführt. Daher wird der Aufladewirkungsgrad erheblich vergrößert, da die Menge der unter Druck stehenden Luft (bei einem Viertaktmotor) das Doppelte der Summe aus dem Volumen des Abschnitts 22 zur Aufnahme der Pleuelstange 7 und der Luftmenge, die dem Volumen des Kolbenhubs (geschwärzter Bereich in Fig. 7 bis 9) entspricht, ausmacht.
Bei dieser Ausführung ist die Abdichtoberfläche 7a der Pleuelstange 7 so ausgebildet, daß sie sich über die gesamte Seitenfläche der Pleuelstange 7 erstreckt, die in die Kurbelwellenrichtung gewandt ist, der Aufbau der Abdichtoberfiäche 7a der Pleuelstange 7 kann jedoch in geeigneter Weise abgewandelt werden, solange eine gleichwertige Funktion erfüllt werden kann. Des weiteren können die Gleitkontaktabschnitte der Kurbelwangen 17 der Kurbelwelle 2, die Pleuelstange 7, der Kolben 4 und der Motorkörper 20 mit Kunstharz beschichtet werden, insbesondere mit fluorhaltigem Harz, um die Reibungswiderstände zu verringern und die Luftdichtigkeit zu verbessern, wie es beispielsweise bei Rotoren bei Rootes-Aufladern geschieht.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung, obwohl sie in dieser Ausführung bei einem Viertaktmotor eingesetzt wird, auch bei einem Zweitaktmotor Einsatz finden. In diesem Fall wird eine Struktur, bei der der Förderkanal 24 direkt mit dem Spülkanal in Verbindung steht, eingesetzt. Auch in diesem Fall kann ein primäres Verdichtungsverhältnis, das größer ist als bei üblichen Zweitaktmotoren, eingesetzt werden, und Aufladewirkungen, die denen der vorliegenden Erfindung gleichen, lassen sich erzielen. Des weiteren wird das Klappenventil an der stromabgelegenen Seite der Kurbelkammer beim Einsatz bei einem Zweitaktmotor überflüssig.
Weiterhin kann, obwohl bei der vorliegenden Erfindung eine Kurbelwelle mit der oben dargestellten Konstruktion eingesetzt wurde, das Aufladesystem auch mit einer Auslegerkurbelwelle (cantilever crankshaft) mit einem Zapfenabschnitt 2a lediglich auf einer Seite, einer Kurbelwange 17 lediglich auf einer Seite und einem Kurbelzapfen 18 ausgeführt werden.
Im folgenden wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert, die in ihrem Grundaufbau der ersten Ausführung entspricht, so daß die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und erneute Beschreibung derselben als nicht notwendig angesehen und daher weggelassen wird. Daher bezieht sich die Beschreibung dieser zweiten Ausführung auf die weitere Entwicklung und zusätzliche Bauteile, die bei der ersten Ausführung noch nicht offenbart und erläutert wurden.
Die zweite Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführung grundlegend dadurch, daß sie zusätzlich eine Struktur umfaßt, bei der die Kurbelwangen selbst Drehschieber bilden, die die stromaufgelegene Seite eines Luftförderkanals 24 Öffnen und schließen, der die Kompressionskammer B mit dem Einlaßrohr des Motor verbindet, so daß ein separates Rückschlagventil überflüssig wird.
Aus diesem Grund sind die Kurbelwangen 17 mit Ausklinkungen 17a versehen, wie dies im folgenden erläutert wird. Der allgemeine Aufbau der Ausführung der Brennkraftmaschine 1 mit Aufladung ist in Fig. 14 dargestellt.
In dieser Figur ist zu sehen, daß die Kompressionskammer B des Kurbelgehäuses und die Ansaugseite des Motors nicht wie bei der ersten Ausführung über einen Einlaßtank 14 miteinander verbunden sind, sondern daß der Luftförderkanal 24 über ein Verbindungsrohr 41, das jeden Rückstrom mittels der Ventilfunktion der Kurbelwange 17 der Kurbelwelle 2 verhindert, direkt mit dem Einlaßrohr 15 verbunden ist.
Die Einlaßöffnung 10 steht, wie in Fig. 1 zu sehen, mit dem Einlaßrohr 15 in Verbindung, das an die Brennkraftmaschine angrenzend vorhanden ist, während das sich an der stromabgelegenen Seite Öffnende Ende des Auslaßstroms in der Auslaßöffnung 11 ein Auslaßrohr (nicht dargestellt) umfaßt, und zwar auf gleiche Weise, wie bereits anhand der ersten Ausführung erläutert. An der Ansaugseite ist eine Kraftstoffördervorrichtung 40 vorhanden, die mit dem Einlaßrohr 15 verbunden ist, und bei der es sich um eine der bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bzw. Vergaser handeln kann, die mit Kraftzufuhrpumpen versehen sind.
Der Aufbau der Kurbelwange 17 unterscheidet sich, wie insbesondere in Fig. 14 bis 16 dargestellt, von dem der ersten Ausführung, während die Pleuelstange 7 und der Kolben 4 auf die gleiche Weise wie in Fig. 4 und 5 (erste Ausführung) dargestellt aufgebaut sind und sie daher nicht in separaten Zeichnungen bzw. sich darauf beziehende Beschreibungen dargestellt sind.
Die Kurbelwelle 2 wird hergestellt, indem, wie in Fig. 15 und 16 zu sehen, eine Paar Kurbelwangen 17, die wie kreisförmige Scheiben geformt sind, über einen Kurbelzapfen 18 miteinander verbunden werden, wie dies in diesen Figuren dargestellt ist. Das Bezugszeichen 2a kennzeichnet einen Zapfenabschnitt, der von dem Kurbelgehäuse 3 gelagert wird. Beide Kurbelwangen 17 weisen ebenfalls flache Innenflächen auf, die einander zugewandt sind, wobei sich der Kurbelzapfen 18 zwischen ihnen befindet, wobei die Kurbelwangen 17 so voneinander beabstandet sind, daß die Pleuelstange 7 in dichtendem Kontakt zwischen sie eingeführt werden kann und, wie zu sehen ist, von einem Kurbelzapfen 18 getragen wird.
Beide Kurbelwangen 17 weisen jeweils eine Auskunkung 17a auf, die am Außenumfang derselben ausgebildet ist, wie dies in Fig. 15 und 16 dargestellt ist, wobei beide aufeinander ausgerichtet sind. So sind diese Ausklinkungen 17a an Positionen ausgebildet, die an beiden Kurbelwangen 17 miteinander identisch sind, und beide sind über die planen, einanderzugewandte Innenflächen der Kurbelwangen 17 auf der Seite der Pleuelstange 7 geöffnet, die sich auch über den Außenumfang jeder Kurbelwange 17 erstrekken. Darüber hinaus ist jede Auskunkung 17a in der Kurbelwellendrehrichtung vor dem Kurbelzapfen 18 angeordnet.
Bezüglich des Aufbaus des Kolbens und der Pleuelstange 7 wird auf die erste Ausführung, insbesondere Fig. 4 und 5, verwiesen.
In dem Motorkörper 20 (siehe Fig. 17) ist der Ansaugkanal 23 integral als Fortsetzung des Abschnitts 22 zur Aufnahme der Pleuelstange ausgebildet und verbindet den Abschnitt 22 mit dem Raum außerhalb des Motors, während sich der Förderkanal 24 durch die Umfangswandfläche des kreisförmigen Hohlraums 21 hindurch und durch die Seitenfläche des Motorkörpers 20 hindurch Öffnet, um das Innere des kreisförmigen Hohlraums 21 mit dem Raum außerhalb der Brennkraftmaschine 1 zu verbinden.
Eine Seitenwand 22a des Abschnitts 22, der die Pleuelstange 7 aufnimmt, ist so geformt, daß sie allgemein dem Bewegungsort des Außenrandabschnitts der Pleuelstange 7 entspricht, der entsteht, wenn der Kolben 4 mit der Kurbelwelle 2 der Kurbelwellenbaugruppe hin und her bewegt wird, die in dem kreisförmigen Hohlraum 21 aufgenommen ist.
In diesem Fall ist der Förderkanal 24, wie in Fig. 15 dargestellt, gegabelt, und das stromaufliegende Ende desselben steht mit dem kreisförmigen Hohlraum 21 über zwei Öffnungen 24a in Verbindung, während sich das andere Ende durch die Seitenfläche der Brennkraftmaschine hindurch Öffnet. Dieser Förderkanal 24 steht mit dem Lufteinlaß der Kraftstoftzufuhr 40 über das obengenannte Verbindungsrohr 41 in Verbindung, das an dem Kurbelgehäuse 3 befestigt ist. Die zwei Öffnungen 24a sind so ausgebildet, daß sie sich in der Richtung der Kurbelwelle 2 erstrecken, so daß sie der Außenumfangsfläche jeder der Kurbelwangen 17 zugewandt sein können, die an der Kurbelwelle 2 vorhanden sind, wobei, wie in Fig. 15 und 17 dargestellt, die Öffnungen 24a an der gleichen Position in Umfangsrichtung des kreisförmigen Hohlraums 21 ausgebildet sind und sie sich jeweils an den Endabschnitt der Seitenwand 22a an der Kurbelwellenseite des Aufnahmeabschnitts 22 der Pleuelstange angrenzend Öffnen.
Wenn eine Kurbelwellenbaugruppe an dem Motorkörper 20 mit einem Förderkanal 24 angebracht wird, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, und die Kurbelwelle 2 gedreht wird, wird der Förderkanal 24, d.h. die entsprechenden Öffnungen 24a, durch die Kurbelwangen 17 der Kurbelwelle 2 geöffnet, bzw. geschlossen. Das heißt, in dem Zustand, in dem sich der Außenumfang der Kurbelwange 17 der Öffnung 24a gegenüber befindet, wie dies in Fig. 18 dargestellt ist, ist der Förderkanal 24 durch die Kurbelwangen 17 geschlossen. Wenn hingegen die Kurbelwelle 2 gedreht wird und die Ausklinkungen 17a der Kurbelwelle 17 der Öffnung 24a gegenüber positioniert werden, wie dies in Fig. 14 und 15 dargestellt ist, wird der Förderkanal 24 über diese Ausklinkung 17a mit der Luftkammer B in Verbindung gebracht. In diesem Fall werden die Luftkammer B und die Kraftstoftzufuhreinrichtung 40 über die Ausklinkungen 17a, den Förderkanal 24 und das Verbindungsrohr 41 miteinander in Verbindung gebracht. Daher bildet die Kurbelwange 17 (bzw. bei dieser Ausführung die beiden Kurbelwangen 17) im wesentlichen einen Drehschieber, und der Förderkanal 24 wird durch die Kurbelwangen 17 geöffnet oder geschlossen.
Darüber hinaus ist das Verbindungsrohr 41, das den Förderkanal 24 mit der Kraftstoffzuführeinrichtung 40 verbindet, mit einer Bypass-Röhre zwischen der Kraftstoftzufuhreinrichtung 40 und der motorseitigen Öffnung des Förderkanais 24 versehen, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist. Diese Röhre 30 ist so aufgebaut, daß sie das Innere des Verbindungsrohrs 41 mit dem Ansaugkanal 23 in dem Motorkörper 20 über ein Öffnungs- /Schließventil 31 verbindet. Das Öffnungs-/Schließventil 31 ist so aufgebaut, daß es sich Öffnet, wenn die Last des Motors 1 kleiner ist als ein vorgegebener Wert, und sich schließt, wenn die Last größer ist als der vorgegebene Wert.
Indem die Kurbelwelle 2 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie dies mit einem Pfeil in Fig. 14 dargestellt ist, wenn sich der Kolben 4 in der Nähe des unteren Totpunktes befindet, wird das Volumen der Luftkammer B allmählich verringert, und die Luft darin wird verdichtet. Anschließend wird, wenn die Ausklinkungen 17a der Kurbelwangen 17 den Öffnungen 24a des Förderkanals 24 mit einem gegabelten Ende (wie in Fig. 14 und 15 dargestellt) gegenüberliegen, die in der Kammer B verdichtete Luft in den Förderkanal 24 ausgedrückt, und andererseits wird gleichzeitig das Volumen der Luftkammer A allmählich vergrößert, und frische Luft wird aus dem Luftansaugrohr 26 in die Luftkammer A eingeleitet. Die dem Förderkanal 24 zugeführte Luft wird durch die Kraftstoffördereinrichtung 40 mit dem Kraftstoff gemischt und wird gleichzeitig in die Brennkammer 9 gedrückt, wenn das Ansaugventil 12 geöffnet wird.
So wird wiederum ein Verdrängungskompressor in dem Motor 1 mit dem Aufnahmeabschnitt 22 für die Pleuelstange 7 als Kompressionskammer, dem Kolben und der Pleuelstange 7 als sich bewegenden Elementen und den Kurbelwangen 17 (oder bei anderen Konstruktionen der einen Kurbelwange) im wesentlichen als Drehschieber, der einen Rückstrom der verdichteten Luft verhindert, hergestellt, und der Motor 1 kann mit diesem Kompressor aufgeladen werden.
Im folgenden wird die Funktion der Ausführung unter Bezugnahme auf die weiteren Zeichnungen in der Fig. 19 bis 26 erläutert, die eine Reihe von Vorgängen vom Anfang des Verdichtungshubes bis zum Ende des Arbeitshubes des Motors ähnlich wie in Fig. 7 bis 13 der ersten Ausführung zeigen.
Zunächst wird, wenn die Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 19 dargestellten Zustand im Uhrzeigersinn gedreht wird, die Luftkammer B verkleinert, während die Luftkammer A, wie in Fig. 20 dargestellt, vergrößert wird. Dabei sind, da die Abdichtoberflächen 7b und 7c an dem Abschnitt des stärkeren Endes und dem Abschnitt des schwächeren Endes der Pleuelstange 7 i Gleitkontakt mit der Umfangswandfläche 28 des Motorkörpers 20 bzw. der Umfangswandfläche 4b des Kolbens 4 sind, und die Abdichtoberfläche 7a der Kurbelwellenrichtungsendfläche der Pleuelstange 7 in Gleitkontakt mit der Kurbelwange 17 der Kurbelwelle 2, der Gleitkontaktfläche 27 des Motorkörpers 20 und der Gleitkontaktfläche 4a des Kolbens 4 ist, die Luftkammern A und B nicht miteinander verbunden.
Wenn die Kurbelwelle 2, wie in Fig. 20 dargestellt, gedreht wird, wird die Ausklinkung 17a, die an der Kurbelwange 17 ausgebildet ist, der Öffnung 24a des Förderkanals 24 gegenüber positioniert, und die Luftkammer B wird mit dem Förderkanal 24 über die Ausklinkung 17a in Verbindung gebracht. Daher wird die Luft in dem Luftkammerabschnitt B, die durch Verkleinerung der Kammer B verdichtet wird, dem Verbindungsrohr 41 über die Ausklinkung 17a und den Förderkanal 24 unter Druck zugeführt. Das heißt, die Ausklinkung 17a ist an der Position ausgebildet, die der Öffnung 24a entspricht, wenn sich die Pleuelstange 7 am Ende des Verdichtungshubes befindet.
Hingegen wird, da das Volumen der Luftkammer A um einen Betrag vergrößert wird, der der Pleuelstangenverschiebung und der Aufwärtsbewegung des Kolbens entspricht, und so ihr Druck verringert wird, Frischluft in die Luftkammer A aus dem Luftansaugrohr 26 in der Menge angesaugt, die der Druckverringerung entspricht.
Das Volumen der Luftkammer B wird mit der Drehung der Kurbelwelle 2 allmählich verringert und erreicht sein Minimum, wenn die Abdichtoberfläche 7b der Außenumfangsfläche der Pleuelstange 7 am stärkeren Ende den Öffnungsrand an der unteren Seite des Verbindungsrohrs 29 erreicht, wie dies in Fig. 21 dargestellt ist. Das heißt, Luft wird dem Verbindungsrohr 41 unter Druck zugeführt, bis der in Fig. 21 dargestellte Zustand erreicht ist. Da das Ansaugventil 12 des Motors 1 während des Verdichtungshubes geschlossen gehalten wird und des weiteren das Öffnungs-/Schließ-Ventil 31 zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, wird die aus der Luftkammer B zugeführte Luft in dem Raum von dem Verbindungsrohr 41 zu dem Ansaugventil 12 gespeichert.
Wenn die Kurbelwelle 2 weiter in dem aus Fig. 21 dargestellten Zustand gedreht wird und die Abdichtoberfläche 7b sich von der Umfangswandflache 28 löst, wie dies in Fig. 22 dargestellt ist, löst sich die Ausklinkung 17a der Kurbelwange 17 von der Öffnung 24a, wobei diese Öffnung mit der Kurbelwange 17 verschlossen wird. Daher strömt die unter Druck stehende Luft in dem Verbindungsrohr 41 nicht in den Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange (auf der Seite der Luftkammer A) zurück.
Hingegen wird das Volumen der Luftkammer A auch dann noch kontinuierlich vergrößert, wenn das Volumen der Luftkammer B sein Minimum erreicht hat, bis der in Fig. 22 dargestellte Zustand erreicht ist. In diesem Fall stellt das Volumen, das der Aufwärtsbewegung des Kolbens entspricht, die grundlegende Volumenzunahme dar.
Wenn die Kurbelwelle 2 weiter aus dem in Fig. 22 dargestellten Zustand gedreht wird und der Kolben 4 den oberen Totpunkt erreicht, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist, endet der Verdichtungshub des Motors 1. Die Kraftzufuhreinrichtung 40 spritzt Kraftstoff ein, bevor der in Fig. 12 dargestellte Zustand erreicht ist. Wenn anschließend die Zündkerze (nicht dargestellt) unter Spannung gesetzt wird und das Gemisch zündet und so eine Explosion in der Brennkammer 9 bewirkt, wird der Kolben 4 nach unten gedrückt, und die Kurbelwelle 2 wird, wie in Fig. 24 und 25 dargestellt, gedreht.
Wenn die Abdichtoberfläche 7b an der Außenumfangsfläche des Abschnitts des starkeren Endes der Pleuelstange 7 in Gleitkontakt mit der Umfangswandflache 28 kommt, wie dies in Fig. 25 dargestellt ist, wird der Raum in dem Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange erneut in zwei Luftkammern A und B unterteilt. Das heißt, die bisher in den Abschnitt 22 der Aufnahme der Pleuelstange angesaugte Luft gelangt in die Luftkammer B.
Wenn die Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 25 dargestellten Zustand weiter gedreht wird, wird das Volumen der Luftkammer B allmahlich verringert, wahrend das Volumen der Luftkammer A allmählich vergrößert wird, wie dies in Fig. 26 dargestellt ist, und Luft in der Luftkammer B wird verdichtet, und die Frischluft wird in den Abschnitt zur Aufnahme der Pleuelstange angesaugt. Durch weitere Drehung der Kurbelwelle 2 aus dem in Fig. 26 dargestellten Zustand wird der Zustand in Fig. 19 erreicht.
Wenn die Last des Motors 1 geringer ist als ein vorgegebener Wert, wird das Öffnungs- /Schließ-Ventil 31 geöffnet und bringt das Innere des Verbindungsrohrs 41 mit dem Inneren des Ansaugkanals 23 in Verbindung. In diesem Zustand wird die Aufladearbeit während Niedriglastbetrieb des Motors verringert, da die aus dem Förderkanal 24 ausgedrückte Luft in den Ansaugkanal 23 zurückgeführt werden kann. Das heißt, der Aufladewiderstand wird geringer, und der Kraftstoffverbrauch wird während Niedriglast- Motorbetrieb verbessert.
Mit dem wie oben beschrieben aufgebauten Aufladesystem wird Luft mit einem Volumen, das der Summe aus dem Volumen des Raums in dem Abschnitt 22 zur Aufnahme der Pleuelstange und dem Kolbenhubvolumen entspricht, dem Verbindungsrohr 41 immer dann zugeführt und darin gespeichert, wenn die Kurbelwelle 2 gedreht wird. Anschließend wird, wenn das Ansaugventil 12 während des Ansaughubes des Motors 1 geöffnet wird, Luft in einer Menge, die dem Doppelten der bei einer Umdrehung der Kurbelwelle zugeführten Luft entspricht, in die Brennkammer 9 geleitet.
Dabei kann, obwohl die Abdichtoberfläche 7a über die gesamte Kurbelwellenrichtungsendfläche der Pleuelstange 7 ausgebildet ist, der Aufbau der Abdichtoberfläche 7a entsprechend abgewandelt werden, wenn eine äquivalente Funktion ausgeübt werden kann. Des weiteren können die Gleitkontaktabschnitte der Kurbelwange 17 der Kurbelwelle 2, Pleuelstange 7, Kolben 4 und Motorkörper 20 mit fluorhaltigem Harz beschichtet werden, um Reibungswiderstand zu verringern und die Luftdichtigkeit zu verbessern, wie dies bei den Rotoren von Roots-Aufladern getan wird.
Des weiteren können, obwohl der Zuführkanal 24 bei dieser Ausführung über die Öffnungen 24 an Positionen gegenüber den Außenumfangsflächen der Kurbelwangen 17 offen ist, diese Öffnungen 24 in den Bereichen gegenüber den Axialrichtungsendflächen der Kurbelwangen 17 angeordnet sein. Auch mit einem derartigen Aufbau lassen sich Effekte erzielen, die denen der obenbeschriebenen Ausführung gleichen.
Des weiteren kann, obwohl bei der obenbeschriebenen Ausführung ein Motor 1 mit vertikal gerichteter Zylinderachse eingesetzt wird, ein mit horizontal gerichteter Zylinderachse ausgestatteter Motor als ein Motor eingesetzt werden, bei dem die Erfindung verwendet wird. So kann beispielsweise ein Motor eingesetzt werden, der entsteht, wenn die Papierfläche in Fig. 1 um 90º gedreht wird, so daß die Zylinderachse horizontal ist. Bei einem derartigen Motor befindet sich die Luftkammer B über der Luftkammer A, und nebelartiges Schmieröl, das in dem Kurbelgehäuse 3 schwebt (dieses Schmieröl ist ursprünglich das dem Zylinder und dem Abschnitt des Kurbelzapfens 18 direkt zugeführte), sammelt sich in der Luftkammer B und strömt an der Seitenfläche 7d der Pleuelstange 7 auf den Kolbenzapfen 19 zu. Das heißt, der Kolbenzapfen 19, der schwierig zu schmieren ist, wird geölt, und seine Lebensdauer wird verlängert.
Des weiteren kann, obwohl die vorliegende Erfindung in dieser Ausführung bei einem Viertaktmotor 1 eingesetzt wird, die vorliegende Erfindung bei einem Zweitaktmotor verwendet werden. Als Aufbau für einen derartigen Einsatz wird ein Aufbau, bei dem der Förderkanal 24 direkt mit dem Spülkanal in Verbindung steht, eingesetzt. Auch in diesem Fall kann ein im Vergleich zu herkömmlichen Zweitaktmotoren größeres primäres Verdichtungsverhältnis verwendet werden, und mit dem Aufladesystem lassen sich Effekte erzielen, die denen der obenstehenden Ausführung gleichen. Darüber hinaus wird das Klappenventil an der stromaufgelegenen Seite der Kurbelkammer überflüssig.
Des weiteren kann das System gemäß der vorliegenden Erfindung, obwohl diese Ausführung einen Aufbau hat, bei dem eine Kurbelwelle 2 mit herkömmlicher Form verwendet wird, auch mit einer Ausleger-Kurbelwelle mit einem Zapfenabschnitt 2a, der lediglich an einer Seite ausgebildet ist, einer Kurbelwange 17, die lediglich an einer Seite ausgebildet ist, und einem Kurbelzapfen 18 ausgeführt werden.
Da das Aufladesystem für einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich mit Elementen ausgeführt ist, die an sich den Motor bilden, wird sein Aufbau vereinfacht, wobei die Anzahl von Einzelteilen im Vergleich zu herkömmlichen Aufladesystemen verringert wird. Insbesondere kann, da es nicht erforderlich ist, ein Rückschlagventil an der Luftansaugseite anzubringen, der Ansaugwiderstand verringert werden, und der Aufbau läßt sich im Vergleich zu dem herkömmlichen Kurbelgehäuse-Aufladesystem vereinfachen.
Insbesondere ist es, da die Kurbelwange im wesentlichen einen Drehschieber bildet, der verhindert, daß zusammengedrückte Luft zurückströmt, nicht erforderlich, das Ansaugsystem mit einem separaten Rückschlagventil zu versehen. Daher kann der Ansaugwiderstand verringert werden, und die Struktur kann im Vergleich zu dem herkömmlichen grundlegenden Kurbelgehäuse-Aufladesystem vereinfacht werden.
So kann ein kleines und leistungsfähiges Aufladesystem zu niedrigem Preis hergestellt werden.
Des weiteren ist der Spielraum zur Auslegung der Zufuhrmenge hoch, da die Zufuhrmenge bei dem Aufladesystem gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Breite der Pleuelstange und der Bohrung und den Hub des Motors bestimmt wird.

Claims

1. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung, umfassend ein Kurbelgehäuse (3), das eine Kurbelwelle drehbar abstützt, welche eine Kurbelwange (17) aufweist, und eine Kurbelkammer (21) definiert, die einen Randabschnitt aufweist, des weiteren einen Zylinderblock (6) mit einer Zylinderbohrung (5), in welcher ein Kolben (4) gleitend aufgenommen ist, sowie einen von dem Kolben angetriebenen Mechanismus, der aus der Kurbelwelle (2) sowie aus einer Pleuelstange (7) zur Verbindung des Kolbens (4) mit der Kurbel (2) besteht, wobei dieser Kolben (4) einen Hohlraum zum Einführen der Pleuelstange aufweist, der einen kleinen Endabschnitt der Pleuelstange aufnimmt, der innere Oberflächen (4a-4c) aufweist, wobei dieser durch den Kolben angetriebene Mechanismus ein Aufladungssystem des Kompressortyps der Brennkraftmaschine definiert, dadurch gekennzeichnet, dail die Pleuelstange (7), während sie sich in einer abdichtenden Beziehung zu diesen inneren Oberflächen (4a-4c) des Kolbenhohlraums, mit diesem Randabschnitt der Kurbelkammer (21) und mit einer angrenzenden Kurbelwange von dieser Kurbelwelle (2) befindet, dazu ausgelegt ist, diese Kurbelkammer (21) in zwei Luftkammern (A,B) aufzuteilen, wobei eine von diesen mit einem frischlufteingebenden Abschnitt des Motors kommuniziert, während die andere mit der Brennkammer (9) kommuniziert, wobei diese andere Luftkammer (B) eine Kompressionskammer des Verdrängungskompressors errichtet, welcher den Auflader der Brennkraftmaschine bildet, wobei diese Pleuelstange (7) als Bewegungsteil von dem Kompressor von diesem Kompressor dient.

2. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelkammer (21), die Kompressionskammer definiert, wobei dieser innere Randabschnitt davon zumindest teilweise in einer abdichtenden Beziehung mit der Pleuelstange (7) und/oder einer Kurbelwange (17) der Kurbelwelle (2) steht.

3. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelkammer (21) und/oder die Pleuelstange (7) und/oder die Kurbelwange (17); die bevorzugt kreisförmig ausgebildet ist, eine scheibenförmige Konfiguration aufweisen.

4. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen (4a-4c) von diesem Hohlraum sich in einer abdichtenden Beziehung mit flachen, gekrümmten Oberflächen (7a, 7c, 7d) der Pleuelstangen (7) befinden.

5. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 43 dadurch gekennzeichnet, daß ein gekrümmter Randabschnitt (7b) des stärkeren Endes der Pleuelstange (7) sich teilweise in einer abdichtenden Beziehung mit einem Randabschnitt der Kurbelkammer (21) befindet, während die entgegengesetzte, flache Abdichtoberfläche (a) der Pleuelstange (7) sich in einer abdichtenden Beziehung mit gegenüberliegenden Kurbelwangen (17) der Kurbelkammer (2) befindet.

6. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 53 dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftförderkanal (24), der bevorzugt von einem Klappenventil (29) gesteuert wird&sub3; vorhanden ist, der die Kompressionskammer (B) des Aufladers mit einem Einlaßtank (14) verbindet, in welchen sich ein Einlaßrohr (15) der Brennkraftmaschine hinein Öffnet.

7. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motorkörper (20), der aus einer Anordnung eines Kurbelgehäuses (3) sowie eines Zylinderblocks (6) besteht, diesen kreisförmigen Hohlraum (21) enthält, in welchem die Kurbelwangen (17) der Kurbelwelle (2) drehbar eingepaßt sind, einen die Pleuelstange aufnehmenden Abschnitt (22) aufweist, der mit der Zylinderbohrung (5) kommuniziert und einen Bewegungsraum für die Pleuelstange (7) bildet, einen Ansaugkanal (23) enthält, der in Verlängerung des die Pleuelstange aufnehmenden Abschnittes (22) ausgebildet ist, um den die Pleuelstange aufnehmenden Abschnitt (22) mit einem Raum außerhalb des Motors zu kommunizieren, sowie diesen Förderkanal (24) enthält, der sich durch die Randwandungsoberfläche des kreisförmigen Hohlraums (21) und durch eine Oberfläche des Motorkörpers (20) hindurch Öffnet, um mit der Einlaßeinheit des Motors zu kommunizieren.

8. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelkammer (21) für jeden Zylinder zumindest eine Kurbelwange (17) aufnimmt, die jeweils wie kreisförmige Scheiben ausgebildet und durch einen Kurbelzapfen (18) voneinander getrennt sind, um das stärkere Ende (7b) der Pleuelstange (7) aufzunehmen, dessen entgegengesetzte Oberflächen (7a) sich in einer abdichtenden Beziehung mit der auf diese zugerichtete Oberfläche der Kurbelwange (17) befinden, wobei diese Kurbelwange (17) an ihrem äußeren Rand eine Ausklinkung (17a) aufweist, wobei diese Ausklinkung (17a) sich in die gegenüberliegende, flache innere Oberfläche der Kurbelwelle (17) hinein Öffnet, welche eine abdichtende Beziehung mit der entsprechenden Oberfläche (7a) der Pleuelstangen (7) errichtet, und wobei diese Ausklinkung (17a), in Rotationsrichtung der Kurbelwelle gesehen, vor dem Kurbelzapfen (18) angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkanal (24) bevorzugt mittels eines gegabelten Endstükkes davon an den kreisförmigen Hohlraum (21) der Kurbelkammer angeschlossen ist, und zwar über zumindest eine Öffnung (24a), während das andere Ende sich durch die seitliche Oberfläche des Kurbelgehäuses (3) hindurch Öffnet und mit einer Einlaßeinheit des Motors verbunden ist, insbesondere mit dem Lufteinlaß einer Kraftstoffversorgungsein richtung (15) über eine Verbindungsröhre (29), die an dem Kurbelgehäuse (3) befestigt ist.

10. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung (24a) des Förderkanals (24) zu der äußeren Randoberfläche der Kurbelwange (17) weist, um mit der in dieser Kurbelwange (17) ausgebildeten Ausklinkung (17a) ausgerichtet zu sein.

11. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwange (17) der Kurbelwelle (2) einen Drehschieber bildet, der den Förderkanal (24) in Reaktion auf die Winkelposition der Kurbelwange (17) öffnet oder schließt.

12. Brennkraftmaschine (1) mit Aufladung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dail die Verbindungsröhre (41), die den Förderkanal (24) mit der Kraftstoffördereinrichtung (15) verbindet, mit einer zwischen der Kraftstoffördereinrichtung (15) und der motorseitigen Öffnung des Förderkanals (24) versehenen Bypass-Röhre (30) ausgestattet ist, wobei diese Bypass-Röhre (30) das innere der Verbindungsröhre (29) zu dem Ansaugkanal (23) in dem Motorkörper (20) über ein sich öffnendes und schließendes Ventil (31) verbindet.

13. Brennkraftmaschine (1) mit aufladung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dal das sich Öffnende und schließende Ventil (31) in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen gesteuert wird, insbesondere in Abhängigkeit von der Motorlast, so daß das Ventil (31) sich Öffnet, wenn die Motoriast geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und sich schließt, wenn die Last größer als ein vorbestimmter Wert ist.