EP0888496A1 - Process for generating a physical power with reciprocating internal combustion engines - Google Patents

Process for generating a physical power with reciprocating internal combustion engines

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EP0888496A1
EP0888496A1 EP97953930A EP97953930A EP0888496A1 EP 0888496 A1 EP0888496 A1 EP 0888496A1 EP 97953930 A EP97953930 A EP 97953930A EP 97953930 A EP97953930 A EP 97953930A EP 0888496 A1 EP0888496 A1 EP 0888496A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
piston
inlet
crankshaft
exhaust
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Withdrawn
Application number
EP97953930A
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German (de)
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Inventor
Martin Wimmer
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Original Assignee
Individual
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/028Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation for two-stroke engines
    • F02D13/0284Variable control of exhaust valves only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/14Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/20Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B27/00Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues
    • F02B27/04Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues in exhaust systems only, e.g. for sucking-off combustion gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for generating physical power with reciprocating piston internal combustion engines according to the preamble of claim 1, ff., And four possible designs of reciprocating piston internal combustion engines according to patent claims 12-15.
  • Such methods are generally known and are operated in so-called four-stroke and two-stroke engines with different fuels (gasoline, diesel, biological fuels, gases, hydrogen, etc.).
  • Four so-called cycles are carried out by reversing cycles of a piston, the crankshaft making two revolutions (720 °) in the so-called four-stroke process for one work cycle, and one revolution (360 °) in the so-called Two-stroke process.
  • the exhaust valve usually opens at the end of the work cycle and closes shortly after the start of the intake cycle, so that the exhaust valve is open during the entire exhaust cycle.
  • the intake valve opens towards the end of the exhaust stroke and closes shortly after the start of the compression stroke, so that the intake valve is open during the entire intake stroke.
  • the mixture is ignited shortly before the end of the compression stroke.
  • the power density of a four-stroke engine is low.
  • one work cycle takes place during each revolution of the crankshaft, which means that the power density is also higher than in the four-stroke process.
  • the mixture is moved by the piston moving upwards into the crankshaft located below the piston. sucked in and pre-compressed as the piston moves down. During this downward movement of the piston, the exhaust port in the cylinder wall is released, whereby the exhaust gas, which is still under high pressure, escapes into an exhaust system.
  • Another object is to provide reciprocating internal combustion engines that operate using such a method.
  • the first object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that during each reversing cycle, by utilizing vibrations processes in the exhaust system and not by charging the Firschgase or by the suction lifting movement of the piston (apart from its time control function when opening and closing any inlet and outlet channels), a gas change in the cylinder chamber is effected and that this means that every reversing cycle the piston can ignite the mixture.
  • the invention is based on the findings of the inventor in accordance with published patent application DE 44 46 057 AI and international publication number WO 96/19650, each dated June 27, 1996, in particular patent claim 19.
  • These findings of the inventor led to the combination of features of the four-stroke process with features of the two-stroke process according to the invention, since based on these findings of the applicant a gas change even without the suction Stroke effect of the piston (apart from its timing function when opening and closing any inlet and outlet channels) is possible.
  • the gas exchange in so-called reciprocating piston internal combustion engines of all types can only be brought about by utilizing the vibrations of a correspondingly designed exhaust system which is described below as a resonance exhaust system by two-stroke engines in racing.
  • the pressure waves which arise from the respective number of combustions and which emerge from the cylinder space after the combustion through the exhaust port are transformed into frequent vacuum waves (intake) and frequency by the shape of the latter with diffusers, cones, counter cones and tailpipe nozzle Counter pressure waves (charging of the fresh gases sucked into the resonance exhaust system by the vacuum wave) are converted.
  • the resulting vacuum waves are strong enough to trigger a gas change alone, and the counter pressure waves are strong enough to achieve a charging effect.
  • an engine originally designed for operation according to the so-called four-stroke process with a corresponding change in the valve timing in conjunction with an appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system), perform one work cycle with every revolution of the crankshaft, i.e. convert to the mode of operation of the two-stroke process.
  • an exhaust system resonance exhaust system
  • the method according to the invention has the advantage, on the one hand, that a work cycle is assigned to each crankshaft revolution, so that the power density in the method according to the invention corresponds to that of the two-stroke method, but without, on the other hand, the mixture having to be directed through a crankshaft space, since the crankshaft space is - as in the four-stroke method - separated from the cylinder chamber and the mixture does not flow through it.
  • the fuel is supplied to the fresh gas from its inflow into the cylinder space, which can be done, for example, by an inlet port injection, the injection jet of which is directed onto the valve plate (s). In the case of intake ducts in the cylinder wall, the injection jet must be directed towards the interior of the cylinder.
  • the fuel is supplied to the fresh gas after it has flowed into the cylinder space, which can be done, for example, by an injection valve which is attached to the cylinder wall and injects into the pre-compressed air.
  • the fuel is supplied to the fresh gas after it flows into a prechamber connected to the cylinder space.
  • the fuel is preferably supplied to the fresh gas by at least one injection valve.
  • the fresh gas can additionally flow into the cylinder space under pressure, the pressure increase of the fresh gas being able to take place, for example, in a mechanical charger or in an exhaust gas turbocharger.
  • the mixture is preferably ignited by at least one third-party ignition device, for example in the case of a gasoline engine.
  • the mixture can also be ignited by compression of the mixture as self-ignition, as is the case, for example, with a diesel engine.
  • the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) opens in front of the inlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) and closes in front of the inlet, so that both the outlet and also for a predetermined period of time the inlet is open.
  • the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) opens before the inlet (valve in Cylinder head or channel in the cylinder wall) and closes after the inlet, so that the outlet is open significantly longer than the inlet for a predetermined period of time.
  • the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) opens in a time-variable manner by a control system before opening the inlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall), which is also variably controllable in its total opening time by a control system is, and closes, changeable in time by a control system before, during or after the inlet is closed, so that both the outlet and the inlet are open during a variable period.
  • the second object on which the invention is based is achieved by four possible designs of reciprocating piston internal combustion engines which operate according to one of the previously described methods, with at least one cylinder closed by a cylinder head at one end and in which an axially movable piston is inserted at one end of the connecting rod pivotally connected to the piston, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft, at least one intake port and valve in the cylinder head or an intake port in the cylinder wall and at least one exhaust port and valve in the cylinder head or an exhaust port in the cylinder wall, and, if not only channels in the cylinder wall are used for the inlet and outlet alone, at least one control shaft which urges the inlet and / or the outlet valve into an opening and closing movement and which is in drive connection with the crankshaft via a drive device what Hu Piston internal combustion engines are characterized in that the outlet duct with an appropriately designed exhaust system
  • a camshaft which acts on the intake valve and / or the exhaust valve is driven at the speed of the crankshaft, so that an opening and closing operation of the intake valve and / or the exhaust valve are assigned to the reversing cycle of the piston, that is to say each revolution of the crankshaft.
  • an exhaust system is connected to the exhaust duct, which is designed as a resonance exhaust system and converts the exhaust gas pressure wave into vacuum and counterpressure vibrations.
  • Figures 1A-1D show the four possible designs of the reciprocating piston internal combustion engines according to the invention, the single cylinder engine with two overhead camshafts for the exhaust and the inlet valve in the cylinder head in Figure 1A, the single cylinder engine with an overhead camshaft for the exhaust valve in the cylinder head and an inlet duct in the cylinder wall in FIG. 1B, which acts as a single-cylinder engine with an overhead camshaft for the inlet valve in the cylinder head and an outlet duct in the cylinder wall in FIG. 1C, and as a single-cylinder engine with an outlet duct in the cylinder wall and an inlet duct in the cylinder wall in 1D, are shown in connection with the necessary resonance exhaust system.
  • single-cylinder engines are also conceivable which have several valves in the cylinder head and / or channels in the cylinder wall on the intake and / or exhaust side.
  • FIGS. 2A-2C show diagrams of the opening and closing times of the
  • Valves in the cylinder head and / or the channels in the cylinder wall depending on the crankshaft angle are provided.
  • a piston 2 is arranged axially displaceably in the cylinder 1.
  • the cylinder 1 is connected at its upper end to a cylinder head 3, a cylinder head gasket 13 being arranged between the cylinder 1 and the cylinder head 3.
  • a cylinder head space 15 arranged coaxially with the cylinder, which essentially merges continuously into the cylinder space 16 enclosed by the cylinder 1.
  • the piston 2 is connected in a known manner via a connecting rod 5 to a crankshaft 4, which is rotatably mounted in a crankshaft space below the cylinder 1.
  • the connecting rod 5 is pivotally mounted on its upper end on the piston 2 and rotatably supported on the crankshaft 4 with its other lower end. In this way, a vertical reversing movement of the piston 2 is converted into a rotary movement of the crankshaft 4 in a generally known manner.
  • an inlet channel 12 with a pre-positioned inlet membrane 17 is provided in the cylinder head 3, which opens into the cylinder head space 15.
  • the mouth of the intake port 12 in the cylinder head space 15 is closed by an intake valve 6 ( Figures IN IC).
  • the intake valve 6 ( Figures IN IC) is acted upon in a known manner by a rotating intake camshaft 8 for opening and closing the mouth of the intake port 12 into the cylinder head space 15.
  • Conventional valve return mechanisms which are not shown in the schematic illustration of FIGS. 1A, IC, pretension the inlet valve 6 in its closed position.
  • an inlet channel 19 with an inlet membrane 17 placed in front is provided in cylinder 1, which opens into cylinder chamber 16.
  • the opening of the inlet channel 19 into the cylinder space 16 is opened and closed by the reversing piston in connection with a variable time control system 21 (FIGS. 1B, 1D).
  • a variable time control system 21 (FIGS. 1B, 1D).
  • an outlet duct 14 (FIGS. 1A, 1B) which leads out of the cylinder head space 15 (FIG. 1A) opposite the mouth of the inlet duct 12 or which extends above the mouth of the inlet duct 19 through the cylinder wall into the cylinder space 16 ( 1B) leads out of the cylinder head space 15.
  • the mouth of the exhaust port 14 is closed by an exhaust valve 7 (FIG.
  • FIGS. 1A-1D The arrangements of the inlet ducts (12 and 19) and the outlet ducts (14 and 25) shown in FIGS. 1A-1D are particularly advantageous for carrying out the method according to the invention, since the exhaust gas pressure wave in conjunction with the design of the resonance exhaust system with diffuser (26 ), Cone (27), counter cone (28) and tailpipe nozzle (29) arising, under and counter pressure waves allow a quick gas change
  • a spark plug 10 is provided in the cylinder head, essentially in the region of the cylinder axis, and an injection valve 11 is laterally offset from it.
  • the spark plug 10 and the injection valve 11 function in a manner known to the person skilled in the art and can also be arranged in another way.
  • the injection valve 11 can also be arranged in the intake manifold (Inlet channels 12 and 19) can be provided, but it can also be arranged on the cylinder wall and / or the cylinder head.
  • several spark plugs and / or injection valves can be provided in a respective arrangement
  • the spark plug can be dispensed with and, if necessary, can be replaced by a glow plug.
  • a prechamber can also be provided in the cylinder head, which is connected to the cylinder head space 15 and in which before the injector opens.
  • the injection valve 11 can also open directly into the cylinder head space 15 in the case of a compression-ignition engine.
  • the crankshaft 4 is provided with a drive wheel 20 shown in dot-dash lines, and the camshafts 8 and / or 9 are each provided with a corresponding drive wheel 22 and / or 24.
  • the drive wheels 20, 22 and / or 24 are connected to one another via a rotating drive means 18 or via gear wheels.
  • the drive wheels 20, 22 and / or 24 can be chain sprockets or toothed belt wheels, for example, the rotating drive means 18 being formed by a drive chain or a toothed belt.
  • the diameter of the drive wheels 20, 22 and / or 24 is essentially identical, so that the respective speed of the camshafts 8 and / or 9 corresponds to that of the crankshaft 4.
  • crankshaft 4 and the camshafts 8 and / or 9 are also conceivable, such as a vertical shaft gear or other transmission mechanisms.
  • FIG. 2A shows a circle which schematically represents one revolution of the crankshaft, the direction of rotation corresponding to the clockwise direction (arrow x).
  • the top dead center OT in which the piston assumes its upper position
  • the lower dead center UT in which the piston assumes its lowest position, are drawn on the circle.
  • the time of opening the exhaust valve 7 or the exhaust port 25 leading from the cylinder space is designated AO and is preferably in the range between 1 10 Grand and 65 Grand, preferably between 95 degrees and 65 degrees, more preferably between 80 degrees and 65 degrees before bottom dead center UT.
  • the time of opening of the inlet valve 6 or of the inlet channel 19 opening into the cylinder space is designated EO and is after the opening time AO of the outlet valve 7 or outlet channel 25, preferably between 75 degrees before bottom dead center UT and bottom dead center UT itself .
  • the time of closing the exhaust valve 7 or the exhaust port 25 leading from the cylinder space is designated AS and is preferably in the range between the bottom dead center UT and about 110 degrees after the bottom dead center UT, preferably 5 degrees to 95 degrees after the bottom Dead center UT:
  • the time of closing the inlet valve 6 or the inlet channel 19 leading into the cylinder space is designated ES and is preferably in the range between bottom dead center UT and about 100 degrees after bottom dead center UT, preferably in the range between 30 degrees and 75 degrees after bottom dead center UT.
  • the opening times AO and EO correspond to the opening times described in connection with FIG. 2A; however, the closing time AS is later than the closing time ES.
  • the counter-pressure wave that arises in connection with the exhaust system comes into play with its supercharging effect.
  • FIG. 2C shows a special embodiment of the method according to the invention, the opening times AO and EO being variable with respect to one another by means of variable control systems in such a way that the crankshaft angle between AO and EO can be designed differently, but AO is always before EO; the closing times AS and ES can also be changed with respect to one another by means of variable control systems in such a way that the crankshaft angle between AS and ES can be designed differently, with AS being able to lie either before, essentially simultaneously or after ES.
  • the vacuum and counter pressure waves that arise in connection with the exhaust system (resonance exhaust system), with their suction and charging effects, come into their own to increase performance.

Abstract

In a process for generating a physical power with reciprocating internal combustion engines, in at least one piston-cylinder unit a piston reciprocates within a cylinder and the reciprocating movement is transmitted by a connecting rod to a crankshaft. The piston compresses a mixture of fresh gas and fuel, which is then ignited and moves the piston in the opposite direction. The resulting exhaust fume pressure wave flows into an appropriate exhaust system (resonance exhaust system) designed with a diffuser, cone, matching cone and end tubular nozzle in which negative pressure and counter-pressure waves are generated. The thus generated negative pressure wave empties the cylinder chamber and aspirates fresh gas through an inlet, whereas the counter-pressure wave generated in the exhaust system loads additional fresh gas. These negative and counter-pressure waves cause a gaseous exchange in the area of the bottom dead centre, without requiring that the piston reciprocates through an empty stroke as in the four-stroke process or that the crankshaft chamber below the piston be crossed by a flow of gas as in the two-stroke process. Four embodiments of the reciprocating internal combustion engine are thus possible, in which the exhaust gas pressure wave resulting from combustion flows out of the cylinder chamber into an appropriate exhaust system (resonance exhaust system) through at least one outlet channel, either directly through the cylinder wall or through a valve opening arranged in the cylinder head and closable by at least one outlet valve. Fresh gas is aspirated into the exhaust system by the negative pressure wave generated therein and flows through an inlet channel into the cylinder chamber, either directly through the cylinder wall or through a valve opening arranged in the cylinder head and closable by at least one inlet valve. The overpressure wave generated in the same exhaust system causes the cylinder chamber to be charged with gas.

Description

Verfahren zum Erzeugen von physikalischer Leistung mit Method for generating physical power with
Hubkolben-BrennkraftmaschinenReciprocating internal combustion engines
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von physikalischer Leistung mit Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ff., sowie vier möglichen Ausführungen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß den Patentansprüchen 12 - 15.The invention relates to a method for generating physical power with reciprocating piston internal combustion engines according to the preamble of claim 1, ff., And four possible designs of reciprocating piston internal combustion engines according to patent claims 12-15.
Derartige Verfahren sind allgemein bekannt und werden bei sogenannten Viertakt- und Zweitaktmotoren mit verschiedenen Brennkraftstoffen (Benzin, Diesel, biologischen Kraftstoffen, Gasen, Wasserstoff usw.) betrieben. Vier sogenannte Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) werden dabei durch Reversierzyklen eines Kolbens ausgeführt, wobei die Kurbelwelle zwei Umdrehungen (720°) bei dem sogenannten Viertaktverfahren für einen Arbeitstakt durchführt, und eine Umdreh- ung (360°) bei dem sogenannten Zweitaktverfahren.Such methods are generally known and are operated in so-called four-stroke and two-stroke engines with different fuels (gasoline, diesel, biological fuels, gases, hydrogen, etc.). Four so-called cycles (suction, compression, work, ejection) are carried out by reversing cycles of a piston, the crankshaft making two revolutions (720 °) in the so-called four-stroke process for one work cycle, and one revolution (360 °) in the so-called Two-stroke process.
Bei dem Viertaktverfahren erfolgt während dieser zwei Umdrehungen eine Zündung des im Brennraum befindlichen Gemischs, wobei die Zündung den Arbeitstakt einleitet. Üblicherweise öffnet bei diesem bekannten Verfahren das Auslaßventil am Ende des Arbeitstaktes und schließt kurz nach Beginn des Ansaugtaktes, so daß das Aus- laßventil während des gesamten Ausstoßtaktes geöffnet ist. Das Einlaßventil öffnet gegen Ende des Ausstoßtaktes und schließt kurz nach Beginn des Verdichtungstaktes, so daß das Einlaßventil während des gesamten Ansaugtaktes geöffnet ist. Die Zündung des Gemisches erfolgt kurz vor dem Ende des Verdichtungstaktes. Dieses Viertaktverfahren besitzt den Vorteil, daß über den gesamten Drehzahlbe- reich die Zylinderfüllung durch die Wahl der Steuerzeiten, das heißt der Öffnungs- und der Schließzeitpunkte der Ventile, im Füllungsgrad beeinflußt werden kann. Sie ist aber direkt abhängig vom Hubvolumen des Kolbens. Durch die Nutzung nur jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung zur Arbeitserzeugung ist jedoch die Leistungsdichte eines Viertaktmotors gering. Bei dem Zweitaktverfahren erfolgt während jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Arbeitstakt, somit ist auch die Leistungsdichte höher als beim Viertaktverfahren. Beim allgemein bekannten Zweitaktverfahren wird das Gemisch durch den sich nach oben bewegenden Kolben in den sich unterhalb des Kolbens befindlichen Kurbelwel- lenraum angesaugt und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens vorverdichtet. Bei dieser Abwärtsbewegung des Kolbens wird der Auslaßkanal in der Zylinderwand freigegeben, wodurch das, sich noch unter hohem Druck befindliche, Abgas in ein Auspuffsystem entweicht. Gleichzeitig gelangt, durch die Abwärtsbewegung des Kolbens in dem Kurbelwellenraum vorverdichtetes, Gemisch durch sogenannte Überstromkanäle in den Zylinderraum und treibt Restgase aus diesem Zylinderraum. Obwohl das allgemein bekannte Zweitaktverfahren den großen Vorteil besitzt, daß jeder Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt zugeordnet ist, wird das Zweitaktverfahren heute im Kraftfahrzeugbau wegen seines schlechten Abgasverhaltens nicht mehr häufig verwendet. Ein wesentlicher Nachteil, welcher zum schlechten Abgasverhalten führt, ist die Tatsache, daß zum Beispiel wegen der Durchströmung des Kurbelwellengehäuses dem Kraftstoff Öl beigesetzt werden muß, um für eine Schmierung im Bereich der Kurbelwelle und auch des Zylinders zu sorgen, und daß beim Gaswechsel unverbrannte Frischgasanteile in das Auspuffsystem abgegeben werden, wodurch der Zweitaktmotor sein schlechtes Abgasverhalten erhält.In the four-stroke process, the mixture located in the combustion chamber is ignited during these two revolutions, the ignition initiating the working stroke. In this known method, the exhaust valve usually opens at the end of the work cycle and closes shortly after the start of the intake cycle, so that the exhaust valve is open during the entire exhaust cycle. The intake valve opens towards the end of the exhaust stroke and closes shortly after the start of the compression stroke, so that the intake valve is open during the entire intake stroke. The mixture is ignited shortly before the end of the compression stroke. This four-stroke process has the advantage that the filling of the cylinder can be influenced over the entire speed range by the choice of the control times, ie the opening and closing times of the valves. However, it is directly dependent on the stroke volume of the piston. However, by using only every second crankshaft revolution to generate work, the power density of a four-stroke engine is low. In the two-stroke process, one work cycle takes place during each revolution of the crankshaft, which means that the power density is also higher than in the four-stroke process. In the generally known two-stroke process, the mixture is moved by the piston moving upwards into the crankshaft located below the piston. sucked in and pre-compressed as the piston moves down. During this downward movement of the piston, the exhaust port in the cylinder wall is released, whereby the exhaust gas, which is still under high pressure, escapes into an exhaust system. At the same time, mixture pre-compressed by the downward movement of the piston in the crankshaft chamber reaches the cylinder chamber through so-called overflow channels and drives residual gases out of this cylinder chamber. Although the generally known two-stroke process has the great advantage that a work cycle is associated with each crankshaft revolution, the two-stroke process is no longer used frequently in motor vehicle construction today because of its poor exhaust gas behavior. A major disadvantage, which leads to poor exhaust gas behavior, is the fact that oil has to be added to the fuel, for example because of the flow through the crankshaft housing, in order to provide lubrication in the area of the crankshaft and also the cylinder, and that unburned fresh gas components when changing the gas are released into the exhaust system, which gives the two-stroke engine its poor exhaust behavior.
Bei den beiden beschriebenen und allgemein bekannten Verfahren erfolgt das Ansaugen von Frischluft durch die Kolbenbewegung. Bei dem sogenannten Viertaktverfahren durch die Abwärtsbewegung des Kolbens, durch Kanäle mit zeitlich gesteuer- ten Ventilen, direkt in den Zylinderraum, bei dem sogenannten Zweitaktverfahren durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens, durch Kanäle mit zeitlichen Steuerungssystemen (Kolbenunterkante, Drehschieber, Membrane, usw.) in den Kurbelwellenraum.In the two described and generally known methods, fresh air is drawn in by the piston movement. In the so-called four-stroke process due to the downward movement of the piston, through channels with time-controlled valves, directly into the cylinder chamber, with the so-called two-stroke process through the upward movement of the piston, through channels with time control systems (lower piston edge, rotary valve, diaphragm, etc.) in the crankshaft space.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen von physikalischer Leistung mit Hubkolben- Brennkraftmaschinen zu schaffen, welches eine hohe Leistungsdichte und je nach Auslegung auch ein gutes Abgasverhalten aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide a generic method for generating physical power with reciprocating piston internal combustion engines, which has a high power density and, depending on the design, also a good exhaust gas behavior.
Eine weitere Aufgabe ist es, Hubkolben-Brennkraftmaschinen zu schaffen, die nach einem derartigen Verfahren arbeiten.Another object is to provide reciprocating internal combustion engines that operate using such a method.
Die erste Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß während jedem Reversierzyklus, durch die Ausnutzung von Schwin- gungsvorgängen im Auspuffsystem und nicht durch Aufladung der Firschga- se oder durch die ansaugende Hubbewegung des Kolbens (außer seiner zeitlichen Steuerfunktion bei dem Öffnen und Schließen von evtl. vorhandenen Ein- und Auslaßkanälen), ein Gaswechsel im Zylinderraum bewirkt wird und daß dadurch bei jedem Reversierzyklus des Kolbens eine Zündung des Gemisches erfolgen kann.The first object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that during each reversing cycle, by utilizing vibrations processes in the exhaust system and not by charging the Firschgase or by the suction lifting movement of the piston (apart from its time control function when opening and closing any inlet and outlet channels), a gas change in the cylinder chamber is effected and that this means that every reversing cycle the piston can ignite the mixture.
Durch die erfindungsgemäße Art des Gaswechsels im Zylinderraum, die bei jedem Reversierzyklus des Kolbens, das heißt bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, stattfinden kann und durch das Zünden des dadurch in den Zylinderraum gelangten Frischgases bei jedem Reversierzyklus des Kolbens, werden die allgemein bekannten sogenannten Zwei- und Viertaktverfahren abgeändert.Due to the type of gas exchange in the cylinder space according to the invention, which can take place with each reversing cycle of the piston, that is to say with each revolution of the crankshaft, and through the ignition of the fresh gas thereby entering the cylinder space with each reversing cycle of the piston, the generally known so-called two and four-stroke procedure changed.
Es erfolgt bei jeder Kurbelwellenumdrehung ein Gaswechsel, ohne Ausnutzung der ansaugenden Hubwirkung des Kolbens (Ansaugen in den Zylinderraum durch den Zylinderkopf beim Viertaktverfahren, Ansaugen in den Kurbelwellenraum unterhalb des Kolbens beim Zweitaktverfahren), und/oder ohne alleinige Ausnutzung einer Aufladung, nur durch Ausnutzung der Schwingungsvorgänge in einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem), das von Zweitaktmotoren im Rennsport her bekannt ist.Every time the crankshaft rotates, the gas is changed without using the piston’s suction lifting action (suction into the cylinder space through the cylinder head in the four-stroke process, suction into the crankshaft space below the piston in the two-stroke process), and / or without using a supercharger, only by using the Vibration processes in an appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system), which is known from two-stroke engines in racing.
In Verbindung mit variablen Steuerzeiten der entsprechenden Steuervorrichtungen (Kanäle oder Ventile) erfolgt durch das Verfahren bei jeder Kurbelwellenumdrehung ein Frischgaswechsel und ein Arbeitstakt. Damit wird eine Leistungsdichte erreicht, die der des Zweitakt Verfahrens entspricht, jedoch je nach Auslegung der durch das Verfahren möglichen Hubkolben-Brennkraftmaschinen (es ist keine Durchströmung des Kurbelgehäuseraumes mehr nötig), nicht dessen Nachteile aufweist.In connection with variable control times of the corresponding control devices (channels or valves), the process results in a fresh gas change and a working cycle with each crankshaft revolution. This achieves a power density that corresponds to that of the two-stroke process, but, depending on the design of the reciprocating piston internal combustion engines possible by the process (no more flow through the crankcase space), does not have its disadvantages.
Der Erfindung liegen die Erkenntnisse des Erfinders gemäß der Offenlegungsschrift DE 44 46 057 AI und der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 96/19650 jeweils vom 27. Juni 1996, insbesondere der Patentanspruch 19 zugrunde. Diese Erkenntnisse des Erfinders führten zu der erfindungsgemäßen Verknüpfung von Merkmalen des Viertaktverfahrens mit Merkmalen des Zweitaktverfahrens, da aufgrund dieser Erkenntnisse des Anmelders ein Gaswechsel auch ohne die ansaugende Hubwirkung des Kolbens (außer seiner zeitlichen Steuerfunktion bei dem Öffnen und Schließen von evtl. vorhandenen Ein- und Auslaßkanälen), möglich ist. Nur durch Ausnutzung der Schwingungen eines entsprechend ausgelegten Auspuffsystems das, nachstehend beschrieben, von Zweitaktmotoren im Rennsport als Resonanzaus- puffsystem bekannt ist, kann der Gaswechsel bei sogenannten Hubkolben- Brennkraftmaschinen aller Art herbeigeführt werden.The invention is based on the findings of the inventor in accordance with published patent application DE 44 46 057 AI and international publication number WO 96/19650, each dated June 27, 1996, in particular patent claim 19. These findings of the inventor led to the combination of features of the four-stroke process with features of the two-stroke process according to the invention, since based on these findings of the applicant a gas change even without the suction Stroke effect of the piston (apart from its timing function when opening and closing any inlet and outlet channels) is possible. The gas exchange in so-called reciprocating piston internal combustion engines of all types can only be brought about by utilizing the vibrations of a correspondingly designed exhaust system which is described below as a resonance exhaust system by two-stroke engines in racing.
Bei einem Resonanzauspuffsystem werden die durch die jeweilige Anzahl der Verbrennungen frequenten Druckwellen, die aus dem Zylinderraum nach der Verbren- nung durch den Auslaßkanal austreten, durch die Formgebung desselben mit Diffuso- ren, Konen, Gegenkonen und Endrohrdüse in frequente Unterdruckwellen (Ansaugen) und frequente Gegendruckwellen (Aufladung der durch die Unterdruckwelle in das Resonanzauspuffsystem angesaugten Frischgase) umgewandelt. Die dabei entstehenden Unterdruckwellen sind stark genug, um auch einen Gaswech- sei alleine anzuregen, und die Gegendruckwellen sind stark genug, um einen Aufladungseffekt zu erzielen.In the case of a resonance exhaust system, the pressure waves which arise from the respective number of combustions and which emerge from the cylinder space after the combustion through the exhaust port are transformed into frequent vacuum waves (intake) and frequency by the shape of the latter with diffusers, cones, counter cones and tailpipe nozzle Counter pressure waves (charging of the fresh gases sucked into the resonance exhaust system by the vacuum wave) are converted. The resulting vacuum waves are strong enough to trigger a gas change alone, and the counter pressure waves are strong enough to achieve a charging effect.
So kann z.B. ein, ursprünglich für den Betrieb nach dem sogenannten Viertaktverfahren ausgelegter Motor, bei entsprechender Änderung der Steuerzeiten der Ventile in Verbindung mit einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanz- auspuffsystem) bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle einen Arbeitstakt durchführen, also auf die Arbeitsweise des Zweitaktverfahrens umgebaut werden.For example, an engine originally designed for operation according to the so-called four-stroke process, with a corresponding change in the valve timing in conjunction with an appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system), perform one work cycle with every revolution of the crankshaft, i.e. convert to the mode of operation of the two-stroke process.
Ebenfalls kann z.B. bei einem , für den Betrieb nach dem sogenannten Zweitaktverfahren ausgelegten Motor, bei entsprechender Änderung der Kanalführungen und Steuerzeiten der Kanäle, in Verbindung mit einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem), bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Arbeitstakt erfolgen, ohne dabei die Frischgase vorher durch den Kurbelwellenraum zu leiten.Also e.g. With an engine designed for operation according to the so-called two-stroke process, with a corresponding change in the duct routing and timing of the ducts, in connection with an appropriately designed exhaust system (resonance exhaust system), a working cycle takes place with every revolution of the crankshaft, without the fresh gases being released beforehand by the To manage crankshaft space.
Ebenfalls sind Ausführungen von neuen Motoren möglich, deren Auslaß durch Kanäle mit Ventilen in dem Zylinderkopf erfolgt, und deren Einlaß durch Kanäle in der Zylinderwand erfolgt oder deren Auslaß durch Kanäle in der Zylinderwand erfolgt und deren Einlaß durch Kanäle mit Ventilen im Zylinderkopf erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt einerseits den Vorteil, daß jeder Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt zugeordnet ist, so daß die Leistungsdichte beim erfindungsgemäßen Verfahren der des Zweitaktverfahrens entspricht, ohne daß jedoch andererseits das Gemisch durch einen Kurbelwellenraum gelenkt werden muß, denn der Kurbelwellenraum ist - wie beim Viertaktverfahren- vom Zylinderraum getrennt und wird nicht vom Gemisch durchströmt.Also possible are designs of new engines, the outlet through channels with valves in the cylinder head, the inlet through channels in the cylinder wall or the outlet through channels in the cylinder wall and the inlet through channels with valves in the cylinder head. The method according to the invention has the advantage, on the one hand, that a work cycle is assigned to each crankshaft revolution, so that the power density in the method according to the invention corresponds to that of the two-stroke method, but without, on the other hand, the mixture having to be directed through a crankshaft space, since the crankshaft space is - as in the four-stroke method - separated from the cylinder chamber and the mixture does not flow through it.
Durch eine entsprechende Auslegung der Kanalführungen und Steuerungssysteme sowie Steuerungszeiten und Kraftstoffzuteilungen, ist es bei diesem Verfahren z.B. möglich, das Abgasverhalten von den dadurch möglichen Hubkolben-Brennkraftmaschinen erheblich zu verbessern.With an appropriate design of the duct routing and control systems as well as control times and fuel allocations, it is e.g. possible to significantly improve the exhaust gas behavior of the reciprocating internal combustion engines that are possible as a result.
Es sind bisher zwar schon Patentansprüche für Hubkolben-Brennkraftmaschinen er- teilt worden, die bei jeder Kurbelwellenumdrehung einen Arbeitstakt durchführen wie Beispielsweise US-Patent 4, 162,662 (Jean Melchior), US-Patent 5, 140,958 (Kobayshi et al. / Toyota) und DE-Patente 4012 491 AI, 4012 471 AI, 4012 474 AI (Dr. Krüger / Volkswagen), oder EP-A-O 459 848 (Jean Melchior et al.) und andere, diese nutzen jedoch nicht die Schwingungsvorgänge in einem entsprechend ausgelegten Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) zum Gaswechsel, sondern versuchen, z.B. durch Aufladung der Frischgase auf einen höheren Druck als den normalen Umgebungsdruck, eine Spülung des Zylinderraumes zu erzeugen. Es wird nicht beschrieben, wie bei diesen Hubkolben-Brenkraftmaschinen die Takte Ausstoßen und Ansaugen erfolgen, sondern nur wie die Spülung des Zylinderraumes durch eine Aufladung verläuft.To date, patent claims have been issued for reciprocating piston internal combustion engines which carry out a work cycle with each crankshaft revolution, such as, for example, US Pat. No. 4,162,662 (Jean Melchior), US Pat. No. 5, 140,958 (Kobayshi et al. / Toyota) and DE patents 4012 491 AI, 4012 471 AI, 4012 474 AI (Dr. Krüger / Volkswagen), or EP-AO 459 848 (Jean Melchior et al.) And others, but these do not use the vibration processes in a correspondingly designed exhaust system ( Resonance exhaust system) to change the gas, but try, for example by purging the fresh gases to a pressure higher than the normal ambient pressure to produce a flushing of the cylinder space. It is not described how the strokes are ejected and sucked in with these reciprocating piston internal combustion engines, but only how the cylinder chamber is flushed through a charge.
Durch Aufladung alleine wird kein Schwingungsvorgang an sich erzeugt, der aber für eine optimale Füllung notwendig ist.By charging alone, no vibration process is generated per se, but this is necessary for optimal filling.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kraftstoff dem Frischgas von dessen Einströmen in den Zylinderraum zugeführt, was beispielsweise durch eine Einlaßkanaleinspritzung erfolgen kann, deren Einspritzstrahl auf den oder die Ventilteller gerichtet ist. Bei Einlaßkanälen in der Zylinderwand muß der Einspritzstrahl auf den Zylinderinnenraum gerichtet sein. In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform wird der Kraftstoff dem Frischgas nach dessen Einströmen in den Zylinderraum zugeführt, was beispielsweise durch ein Einspritzventil erfolgen kann, das an der Zylinderwand angebracht ist und in die vor- verdichtete Luft einspritzt.In the method according to the invention, the fuel is supplied to the fresh gas from its inflow into the cylinder space, which can be done, for example, by an inlet port injection, the injection jet of which is directed onto the valve plate (s). In the case of intake ducts in the cylinder wall, the injection jet must be directed towards the interior of the cylinder. In another preferred embodiment, the fuel is supplied to the fresh gas after it has flowed into the cylinder space, which can be done, for example, by an injection valve which is attached to the cylinder wall and injects into the pre-compressed air.
In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kraftstoff dem Frischgas nach dessen Einströmen in eine mit dem Zylinderraum verbundene Vorkammer zugeführt.In a third embodiment of the method according to the invention, the fuel is supplied to the fresh gas after it flows into a prechamber connected to the cylinder space.
Die Zuführung des Kraftstoff zum Frischgas erfolgt vorzugsweise durch zumindest ein Einspritzventil.The fuel is preferably supplied to the fresh gas by at least one injection valve.
Das Frischgas kann gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zusätzlich druckbeaufschlagt in den Zylinderraum einströmen, wobei die Druckerhöhung des Frischgases beispielsweise in einem mechanischen Lader oder in einem Abgasturbolader erfolgen kann.According to a further embodiment of the method according to the invention, the fresh gas can additionally flow into the cylinder space under pressure, the pressure increase of the fresh gas being able to take place, for example, in a mechanical charger or in an exhaust gas turbocharger.
Vorzugsweise erfolgt die Zündung des Gemisches durch zumindest eine Fremd- Zündeinrichtung, wie beispielsweise bei einem Ottomotor.The mixture is preferably ignited by at least one third-party ignition device, for example in the case of a gasoline engine.
Die Zündung des Gemisches kann aber auch durch die Verdichtung des Gemisches als Selbstzündung erfolgen, wie dies beispielsweise bei einem Dieselmotor der Fall ist.However, the mixture can also be ignited by compression of the mixture as self-ignition, as is the case, for example, with a diesel engine.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens öffnet der Auslaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) zeitlich vor dem Einlaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) und schließt zeitlich vor dem Einlaß, so daß während einer vorgegebenen Zeitspanne sowohl der Auslaß als auch der Einlaß ge- öffnet sind.According to one embodiment of the method, the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) opens in front of the inlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) and closes in front of the inlet, so that both the outlet and also for a predetermined period of time the inlet is open.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens öffnet der Auslaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) zeitlich vor dem Einlaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) und schließt zeitlich nach dem Einlaß, so daß während einer vorgegebenen Zeitspanne der Auslaß deutlich länger als der Einlaß geöffnet ist.According to a further embodiment of the method, the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) opens before the inlet (valve in Cylinder head or channel in the cylinder wall) and closes after the inlet, so that the outlet is open significantly longer than the inlet for a predetermined period of time.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens öffnet der Auslaß (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand) zeitlich veränderbar durch ein Steuersystem vor dem Öffnen des Einlasses (Ventil im Zylinderkopf oder Kanal in der Zylinderwand), der ebenfalls durch ein Steuersystem in seiner Gesamtöffnungszeit variabel steuerbar ist, und schließt, zeitlich veränderbar durch ein Steuersystem vor, während oder nach dem Schließen des Einlasses, so daß während einer veränderbaren Zeitspanne sowohl der Auslaß als auch der Einlaß geöffnet sind.According to a preferred embodiment of the method, the outlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall) opens in a time-variable manner by a control system before opening the inlet (valve in the cylinder head or channel in the cylinder wall), which is also variably controllable in its total opening time by a control system is, and closes, changeable in time by a control system before, during or after the inlet is closed, so that both the outlet and the inlet are open during a variable period.
Die zweite, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch vier mögliche Ausführungen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen, die nach einem der vorher beschriebenen Verfahren arbeiten, mit zumindest einem von einem Zylinderkopf an dem einen Ende geschlossenen Zylinder, in welchem ein axial bewegbarer Kolben eingesetzt ist, einem an seinem einen Ende mit dem Kolben schwenkbar verbundenen Pleuel, dessen anderes Ende drehbar auf einer Kurbelwelle gelagert ist, zumindest einem Einlaßkanal und -ventil im Zylinderkopf oder einem Einlaßkanal in der Zylin- derwand und zumindest einem Auslaßkanal und -ventil im Zylinderkopf oder einem Auslaßkanal in der Zylinderwand, und, falls nicht nur Kanäle in der Zylinderwand für den Ein- und Auslaß alleine verwendet werden, zumindest einer das Einlaß- und/oder das Auslaßventil in eine Öffnungs- und Schließbewegung beaufschlagenden Steuerwelle, die mit der Kurbelwelle über eine Antriebseinrichtung in Antriebsverbindung steht, welche Hubkolben-Brennkraftmaschinen dadurch gekennzeichnet sind, daß der Auslaßkanal mit einem entsprechend ausgelegten AuspuffsystemThe second object on which the invention is based is achieved by four possible designs of reciprocating piston internal combustion engines which operate according to one of the previously described methods, with at least one cylinder closed by a cylinder head at one end and in which an axially movable piston is inserted at one end of the connecting rod pivotally connected to the piston, the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft, at least one intake port and valve in the cylinder head or an intake port in the cylinder wall and at least one exhaust port and valve in the cylinder head or an exhaust port in the cylinder wall, and, if not only channels in the cylinder wall are used for the inlet and outlet alone, at least one control shaft which urges the inlet and / or the outlet valve into an opening and closing movement and which is in drive connection with the crankshaft via a drive device what Hu Piston internal combustion engines are characterized in that the outlet duct with an appropriately designed exhaust system
(Resonanzauspuffsystem) in Verbindung steht, das die Abgasdruckwellen in Unterdruck- und Gegendruckschwingungen umwandelt.(Resonance exhaust system) is connected, which converts the exhaust pressure waves into negative pressure and back pressure vibrations.
Falls nicht nur Kanäle in der Zylinderwand alleine verwendet werden (deren Öffnungs- und Schließzeitpunkte durch den Kolben und/oder zeitliche Steuerungssysteme geregelt werden), wird eine das Einlaßventil und/oder das Auslaßventil beaufschlagende Nockenwelle mit der Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben, so daß je- dem Reversierzyklus des Kolbens, also jeder Umdrehung der Kurbelwelle, ein Öff- nungs- und Schließvorgang des Einlaßventils und/oder des Auslaßventils zugeordnet sind. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei jeder Kurbelwellenumdrehung, in Verbindung mit der Auslegung der Steuerzeiten der Ventile, ein Gaswechsel, durch das entsprechend ausgelegte Auspuffsystem das Resonanzschwingungen erzeugt, im Zylinderraum erfolgen kann.If not only channels in the cylinder wall are used alone (the opening and closing times of which are regulated by the piston and / or timing systems), a camshaft which acts on the intake valve and / or the exhaust valve is driven at the speed of the crankshaft, so that an opening and closing operation of the intake valve and / or the exhaust valve are assigned to the reversing cycle of the piston, that is to say each revolution of the crankshaft. This ensures that with every crankshaft revolution, in connection with the design of the valve timing, a gas change, which generates the resonance vibrations through the appropriately designed exhaust system, can take place in the cylinder chamber.
Bei allen Ausbildungen ist ein Auspuffsystem mit dem Auslaßkanal verbunden, das als Resonanzauspuffsystem ausgelegt ist und die Abgasdruckwelle in Unterdruck- und Gegendruckschwingungen umwandelt.In all designs, an exhaust system is connected to the exhaust duct, which is designed as a resonance exhaust system and converts the exhaust gas pressure wave into vacuum and counterpressure vibrations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen ist folgendes zu sehen:The invention is explained in more detail below using an example with reference to the drawings. The following can be seen in these:
Die Figuren 1A-1D zeigen die vier möglichen Ausführungen der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschinen, die als Einzylindermotor mit zwei obenliegenden Nockenwellen für das Auslaß- und das Einlaßventil im Zylinderkopf in der Figur 1A, die als Einzylindermotor mit einer obenliegenden Nockenwelle für das Auslaßventil im Zylinderkopf und einem Einlaßkanal in der Zylinderwand in der Figur 1B, die als Einzylindermotor mit einer obenliegenden Nockenwelle für das Einlaßventil im Zylinderkopf und einem Auslaßkanal in der Zylinderwand in der Figur IC, und die als Einzylindermotor mit einem Auslaßkanal in der Zylinderwand und einem Einlaßkanal in der Zylinderwand in der Figur 1D, in Verbindung mit dem notwendigen Resonanzauspuffsystem dargestellt sind.Figures 1A-1D show the four possible designs of the reciprocating piston internal combustion engines according to the invention, the single cylinder engine with two overhead camshafts for the exhaust and the inlet valve in the cylinder head in Figure 1A, the single cylinder engine with an overhead camshaft for the exhaust valve in the cylinder head and an inlet duct in the cylinder wall in FIG. 1B, which acts as a single-cylinder engine with an overhead camshaft for the inlet valve in the cylinder head and an outlet duct in the cylinder wall in FIG. 1C, and as a single-cylinder engine with an outlet duct in the cylinder wall and an inlet duct in the cylinder wall in 1D, are shown in connection with the necessary resonance exhaust system.
Es sind jedoch auch Einzylindermotoren denkbar, die mehrere Ventile im Zylinderkopf und/oder Kanäle in der Zylinderwand auf der Einlaß- und/oder Auslaßseite haben.However, single-cylinder engines are also conceivable which have several valves in the cylinder head and / or channels in the cylinder wall on the intake and / or exhaust side.
Es sind auch Mehrzylindermotoren in den gängigen Zylinderanordnungen (beispielsweise Reihenmotor, V-Motor, Boxermotor, Sternmotor u.a.) denkbar. Die Figuren 2A-2C zeigen Diagramme der Öffnungs- und Schließzeitpunkte derMulti-cylinder engines are also conceivable in the usual cylinder arrangements (for example in-line engines, V-engines, boxer engines, radial engines, etc.). FIGS. 2A-2C show diagrams of the opening and closing times of the
Ventile im Zylinderkopf und/oder der Kanäle in der Zylinderwand in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel.Valves in the cylinder head and / or the channels in the cylinder wall depending on the crankshaft angle.
Im Zylinder 1 ist ein Kolben 2 axial verschiebbar angeordnet. Der Zylinder 1 ist an seinem oberen Ende mit einem Zylinderkopf 3 verbunden, wobei zwischen dem Zylinder 1 und dem Zylinderkopf 3 eine Zylinderkopfdichtung 13 angeordnet ist. Im Zylinderkopf 3 ist ein koaxial zum Zylinder angeordneter Zylinderkopfraum 15 ausgebildet, der im wesentlichen kontinuierlich in den vom Zylinder 1 umschlossen Zy- linderraum 16 übergeht.A piston 2 is arranged axially displaceably in the cylinder 1. The cylinder 1 is connected at its upper end to a cylinder head 3, a cylinder head gasket 13 being arranged between the cylinder 1 and the cylinder head 3. In the cylinder head 3 there is formed a cylinder head space 15 arranged coaxially with the cylinder, which essentially merges continuously into the cylinder space 16 enclosed by the cylinder 1.
Der Kolben 2 ist auf bekannte Art und Weise über ein Pleuel 5 mit einer Kurbelwelle 4 verbunden, die in einem Kurbelwellenraum unterhalb des Zylinders 1 drehbar gelagert ist. Das Pleuel 5 ist mit seinem einen oberen Ende am Kolben 2 schwenkbar ge- lagert und mit seinem anderen unteren Ende an der Kurbelwelle 4 drehbar gelagert. Auf diese Art wird eine vertikale Reversierbewegung des Kolbens 2 auf allgemein bekannte Weise in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 4 umgesetzt.The piston 2 is connected in a known manner via a connecting rod 5 to a crankshaft 4, which is rotatably mounted in a crankshaft space below the cylinder 1. The connecting rod 5 is pivotally mounted on its upper end on the piston 2 and rotatably supported on the crankshaft 4 with its other lower end. In this way, a vertical reversing movement of the piston 2 is converted into a rotary movement of the crankshaft 4 in a generally known manner.
In den Figuren 1A und IC ist im Zylinderkopf 3 ist ein Einlaßkanal 12 mit einer vor- angestellten Einlaßmembran 17 vorgesehen, der in den Zylinderkopfraum 15 mündet. Die Mündung des Einlaßkanals 12 in den Zylinderkopfraum 15 ist von einem Einlaßventil 6 (Figuren IN IC) verschlossen. Das Einlaßventil 6 (Figuren IN IC) wird auf bekannte Weise von einer sich drehenden Einlaßnockenwelle 8 zum Öffnen und Schließen der Mündung des Einlaßkanals 12 in den Zylinderkopfraum 15 beauf- schlagt. Übliche Ventilrückholmechanismen, die in der schematischen Darstellung der Figuren 1A, IC nicht gezeigt sind, spannen das Einlaßventil 6 in dessen Schließstellung vor.In FIGS. 1A and IC, an inlet channel 12 with a pre-positioned inlet membrane 17 is provided in the cylinder head 3, which opens into the cylinder head space 15. The mouth of the intake port 12 in the cylinder head space 15 is closed by an intake valve 6 (Figures IN IC). The intake valve 6 (Figures IN IC) is acted upon in a known manner by a rotating intake camshaft 8 for opening and closing the mouth of the intake port 12 into the cylinder head space 15. Conventional valve return mechanisms, which are not shown in the schematic illustration of FIGS. 1A, IC, pretension the inlet valve 6 in its closed position.
In den Figuren 1B und 1D ist im Zylinder 1 ein Einlaßkanal 19 mit einer vorange- stellten Einlaßmembran 17 vorgesehen, der in den Zylinderraum 16 mündet. Die Mündung des Einlaßkanals 19 in den Zylinderraum 16 wird durch den reversierenden Kolben in Verbindung mit einem variablen zeitlichen Steuersystem 21 geöffnet und geschlossen (Figuren 1B, 1D). Weiterhin im Zylinderkopf 3 ist ein Auslaßkanal 14 (Figuren 1A, 1B) vorgesehen, der gegenüber der Mundung des Einlaßkanals 12 in den Zylinderkopfraum 15 (Figur 1A) aus diesem herausfuhrt oder der oberhalb der Mundung des Einlaßkanals 19 durch die Zylinderwand in den Zylinderraum 16 (Figur 1B) aus dem Zylinderkopf- räum 15 herausfuhrt Die Mundung des Auslaßkanals 14 ist von einem Auslaßventil 7 (Figuren IN 1B) verschlossen, welches von einer Auslaßnockenwelle 9 zum Öffnen und Schließen beaufschlagt wird, wobei auch das Auslaßventil 7 (Figuren IN 1B) von einem bekannten Ventilruckholmechanismus in der Schließstellung gehalten wird Die Mundung des Auslaßkanals 25 (Figuren IC, ID) aus dem Zylinderraum 16 wird durch den reversierenden Kolben in Verbindung mit einem variablen zeitlichen Steuersystem geöffnet und geschlossen (Figuren IC, ID)In FIGS. 1B and 1D, an inlet channel 19 with an inlet membrane 17 placed in front is provided in cylinder 1, which opens into cylinder chamber 16. The opening of the inlet channel 19 into the cylinder space 16 is opened and closed by the reversing piston in connection with a variable time control system 21 (FIGS. 1B, 1D). Furthermore, in the cylinder head 3 there is an outlet duct 14 (FIGS. 1A, 1B) which leads out of the cylinder head space 15 (FIG. 1A) opposite the mouth of the inlet duct 12 or which extends above the mouth of the inlet duct 19 through the cylinder wall into the cylinder space 16 ( 1B) leads out of the cylinder head space 15. The mouth of the exhaust port 14 is closed by an exhaust valve 7 (FIG. IN 1B) which is acted upon by an exhaust camshaft 9 for opening and closing, the exhaust valve 7 (FIG. IN 1B) also a known valve return mechanism is held in the closed position. The mouth of the outlet channel 25 (figures IC, ID) from the cylinder space 16 is opened and closed by the reversing piston in connection with a variable time control system (figures IC, ID)
Die in den Figuren 1A-1D dargestellten Anordnungen der Einlaßkanale (12 und 19) und der Auslaßkanale (14 und 25) sind zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens besonders vorteilhaft, da die, durch die Abgasdruckwelle in Verbindung mit der Auslegung des Resonanzauspuffsystems mit Diffusor (26), Konus (27), Gegenkonus (28) und Endrohrduse (29) entstehenden, Unter- und Gegendruckwellen einen schnellen Gaswechsel ermöglichenThe arrangements of the inlet ducts (12 and 19) and the outlet ducts (14 and 25) shown in FIGS. 1A-1D are particularly advantageous for carrying out the method according to the invention, since the exhaust gas pressure wave in conjunction with the design of the resonance exhaust system with diffuser (26 ), Cone (27), counter cone (28) and tailpipe nozzle (29) arising, under and counter pressure waves allow a quick gas change
Im Zylinderkopf ist im wesentlichen im Bereich der Zylinderachse eine Zündkerze 10 vorgesehen, sowie seitlich versetzt dazu ein Einspritzventil 1 1 Die Zündkerze 10 und das Einspritzventil 1 1 funktionieren auf dem Fachmann bekannten Weise und können auch anderweitig angeordnet sein Beispielsweise kann das Einspritzventil 11 auch im Saugrohr (Einlaßkanal 12 und 19) vorgesehen sein, es kann aber auch an der Zylinderwand und/oder dem Zylinderkopf angeordnet sein Außerdem können mehrere Zündkerzen und/oder Einspritzventile in einer jeweiligen Anordnung vorgesehen seinA spark plug 10 is provided in the cylinder head, essentially in the region of the cylinder axis, and an injection valve 11 is laterally offset from it. The spark plug 10 and the injection valve 11 function in a manner known to the person skilled in the art and can also be arranged in another way. For example, the injection valve 11 can also be arranged in the intake manifold (Inlet channels 12 and 19) can be provided, but it can also be arranged on the cylinder wall and / or the cylinder head. In addition, several spark plugs and / or injection valves can be provided in a respective arrangement
Wird die erfindungsgemaße Brennkraftmaschine als Selbstzunder ausgelegt, so kann die Zündkerze entfallen und bei Bedarf durch eine Gluhkerze ersetzt werden Bei einem Selbstzunder (Dieselmotor) kann zusatzlich im Zylinderkopf eine Vorkammer vorgesehen sein, die mit dem Zylinderkopfraum 15 in Verbindung steht und in wel- ehe das Einspritzventil mündet. Grundsätzlich kann das Einspritzventil 1 1 aber auch bei einem Selbstzünder-Motor direkt in den Zylinderkopfraum 15 münden. Gemäß den Figuren 1A-1C ist die Kurbelwelle 4 mit einem strichpunktiert gezeichneten Antriebsrad 20 versehen, und die Nockenwelle 8 und/oder 9 sind jeweils mit einem entsprechenden Antriebsrad 22 und/oder 24 versehen. Die Antriebsräder 20, 22 und/oder 24 sind über ein umlaufendes Antriebsmittel 18 oder über Zahnräder miteinander verbunden. Die Antriebsräder 20, 22 und/oder 24 können beispielsweise Kettenritzel oder Zahnriemenräder sein, wobei das umlaufende Antriebsmittel 18 von einer Antriebskette oder einem Zahnriemen gebildet werden. Der Druchmesser der Antriebsräder 20, 22 und/oder 24 ist im wesentlichen identisch, so daß die jeweilige Drehzahl der Nockenwellen 8 und/oder 9 der der Kurbelwelle 4 entspricht.If the internal combustion engine according to the invention is designed as a self-tinder, the spark plug can be dispensed with and, if necessary, can be replaced by a glow plug. In the case of a self-tinder (diesel engine), a prechamber can also be provided in the cylinder head, which is connected to the cylinder head space 15 and in which before the injector opens. In principle, the injection valve 11 can also open directly into the cylinder head space 15 in the case of a compression-ignition engine. According to FIGS. 1A-1C, the crankshaft 4 is provided with a drive wheel 20 shown in dot-dash lines, and the camshafts 8 and / or 9 are each provided with a corresponding drive wheel 22 and / or 24. The drive wheels 20, 22 and / or 24 are connected to one another via a rotating drive means 18 or via gear wheels. The drive wheels 20, 22 and / or 24 can be chain sprockets or toothed belt wheels, for example, the rotating drive means 18 being formed by a drive chain or a toothed belt. The diameter of the drive wheels 20, 22 and / or 24 is essentially identical, so that the respective speed of the camshafts 8 and / or 9 corresponds to that of the crankshaft 4.
Es sind aber auch andere Kraftübertragungsmechanismen zwischen der Kurbelwelle 4 und den Nockenwellen 8 und/oder 9 denkbar, wie beispielsweise ein Königswellen- getriebe oder andere Übertragungsmechanismen.However, other power transmission mechanisms between the crankshaft 4 and the camshafts 8 and / or 9 are also conceivable, such as a vertical shaft gear or other transmission mechanisms.
Fig. 2A zeigt einen Kreis, der eine Umdrehung der Kurbelwelle schematisch wiedergibt, wobei die Drehrichtung dem Uhrzeigersinn entspricht (Pfeil x). Auf dem Kreis sind der obere Totpunkt OT, in welchem der Kolben seine obere Stellung einnimmt und der untere Totpunkt UT, in dem der Kolben seine unterste Stellung einnimmt, eingezeichnet.2A shows a circle which schematically represents one revolution of the crankshaft, the direction of rotation corresponding to the clockwise direction (arrow x). The top dead center OT, in which the piston assumes its upper position and the lower dead center UT, in which the piston assumes its lowest position, are drawn on the circle.
Der Zeitpunkt des Öffnens des Auslaßventils 7 oder des aus dem Zylinderraum fuhrenden Auslaßkanals 25 ist mit AO bezeichnet und liegt bevorzugt im Bereich zwi- sehen 1 10 Grand und 65 Grand, vorzugsweise zwischen 95 Grad und 65 Grad, weiter vorzugsweise zwischen 80 Grad und 65 Grad vor dem unteren Totpunkt UT.The time of opening the exhaust valve 7 or the exhaust port 25 leading from the cylinder space is designated AO and is preferably in the range between 1 10 Grand and 65 Grand, preferably between 95 degrees and 65 degrees, more preferably between 80 degrees and 65 degrees before bottom dead center UT.
Der Zeitpunkt des Öffnens des Einlaßventils 6 oder des in den Zylinderraum mündenden Einlaßkanals 19 ist mit EO bezeichnet und liegt zeitlich nach dem Öffnungs- Zeitpunkt AO des Auslaßventils 7 oder Auslaßkanals 25, vorzugsweise zwischen 75 Grad vor dem unteren Totpunkt UT und dem unteren Totpunkt UT selbst. Der Zeitpunkt des Schließens des Auslaßventils 7 oder des aus dem Zylinderraum führenden Auslaßkanals 25 ist mit AS bezeichnet und liegt bevorzugt im Bereich zwischen dem unteren Totpunkt UT und etwa 1 10 Grad nach dem unteren Totpunkt UT, vorzugsweise bei 5 Grad bis 95 Grad nach dem unteren Totpunkt UT:The time of opening of the inlet valve 6 or of the inlet channel 19 opening into the cylinder space is designated EO and is after the opening time AO of the outlet valve 7 or outlet channel 25, preferably between 75 degrees before bottom dead center UT and bottom dead center UT itself . The time of closing the exhaust valve 7 or the exhaust port 25 leading from the cylinder space is designated AS and is preferably in the range between the bottom dead center UT and about 110 degrees after the bottom dead center UT, preferably 5 degrees to 95 degrees after the bottom Dead center UT:
Der Zeitpunkt des Schließens des Einlaßventils 6 oder des in den Zylinderraum führenden Einlaßkanals 19 ist mit ES bezeichnet und liegt bevorzugt im Bereich zwischen dem unteren Totpunkt UT und etwa 100 Grad nach dem unteren Totpunkt UT, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 Grad und 75 Grad nach dem unteren Totpunkt UT.The time of closing the inlet valve 6 or the inlet channel 19 leading into the cylinder space is designated ES and is preferably in the range between bottom dead center UT and about 100 degrees after bottom dead center UT, preferably in the range between 30 degrees and 75 degrees after bottom dead center UT.
Die in Verbindung mit Fig. 2A angegebenen Winkelbereiche gelten auch für die nachfolgenden Beispiele der Figuren 2B und 2C, wobei dort lediglich die Verhältnisse der Öffnungs- und Schließzeitpunkte (AO, EO, ES, AS) zueinander abgeändert sind. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Lage des Öffnungszeitpunktes und/oder des Schließzeitpunktes jeweils bezüglich des unteren Totpunktes UT asymmetrisch liegt.The angular ranges given in connection with FIG. 2A also apply to the following examples of FIGS. 2B and 2C, only the relationships of the opening and closing times (AO, EO, ES, AS) to one another being changed there. It is advantageous if the position of the opening time and / or the closing time is asymmetrical with respect to the bottom dead center UT.
In Figur 2B entsprechen die Öffnungszeitpunkte AO und EO den in Verbindung mit Figur 2A beschriebenen Öffnungszeitpunkten; der Schließzeitpunkt AS liegt jedoch zeitlich nach dem Schließzeitpunkt ES. Bei dieser Anordnung kommt die in Verbin- düng mit dem Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) entstehende Gegendruckwelle mit ihrem Aufladeeffekt leistungserhöhend zur Geltung.In FIG. 2B, the opening times AO and EO correspond to the opening times described in connection with FIG. 2A; however, the closing time AS is later than the closing time ES. With this arrangement, the counter-pressure wave that arises in connection with the exhaust system (resonance exhaust system) comes into play with its supercharging effect.
In Figur 2C ist eine besondere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei die Öffnungszeitpunkte AO und EO durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar sind, daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AO und EO unterschiedlich gestaltet werden kann, aber immer AO vor EO liegt; die Schließzeitpunkte AS und ES sind ebenfalls durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar, daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AS und ES unterschiedlich gestaltet werden kann, wobei AS sowohl vor, im wesentlichen zeit- gleich oder nach ES liegen kann. Bei dieser Anordnung kommen die in Verbindung mit dem Auspuffsystem (Resonanzauspuffsystem) entstehenden Unterdruck- und Gegendruckwellen mit ihren Sog- und Aufladeeffekten leistungserhöhend zur Geltung. BezugszeichenlisteFIG. 2C shows a special embodiment of the method according to the invention, the opening times AO and EO being variable with respect to one another by means of variable control systems in such a way that the crankshaft angle between AO and EO can be designed differently, but AO is always before EO; the closing times AS and ES can also be changed with respect to one another by means of variable control systems in such a way that the crankshaft angle between AS and ES can be designed differently, with AS being able to lie either before, essentially simultaneously or after ES. With this arrangement, the vacuum and counter pressure waves that arise in connection with the exhaust system (resonance exhaust system), with their suction and charging effects, come into their own to increase performance. Reference list
1. Zylinder1st cylinder
2. Kolben 3. Zylinderkopf2. Piston 3. Cylinder head
4. Kurbelwelle4. Crankshaft
5. Pleuel5. connecting rod
6. Einlaßventil6. Inlet valve
7. Auslaßventil 8. Einlaßnockenwelle7. Exhaust valve 8. Intake camshaft
9. Auslaßnockenwelle9. Exhaust camshaft
10. Zündkerze10. Spark plug
11. Einspritzventil 12. Einlaßkanal Zylinderkopf 13. Zylinderkopfdichtung11.Injection valve 12.Inlet duct cylinder head 13.Cylinder head gasket
14. Auslaßkanal Zylinderkopf14.Exhaust port cylinder head
15. Zylinderkopfraum15. Cylinder head space
16. Zylinderraum16. Cylinder room
17. Einlaßmembrane 18. Antriebsmittel17. Inlet membrane 18. Drive means
19. Einlaßkanal Zylinderwand19. Inlet duct cylinder wall
20. Antriebsrad20. Drive wheel
21. Zeitliches Steuersystem Einlaßkanal Zylinderwand21. Timing control system intake duct cylinder wall
22. Antriebsrad 23. Zeitliches Steuersystem Auslaßkanal Zylinderwand22. Drive wheel 23. Timing system exhaust duct cylinder wall
24. Antriebsrad24. Drive wheel
25. Auslaßkanal Zylinderwand25. Exhaust duct cylinder wall
26. Diffusor des Resonanzauspuffsystems26. Diffuser of the resonance exhaust system
27. Konus des Resonanzauspuff Systems 28. Gegenkonus des Resonanzauspuffsystems 29. Endrohrdüse des Resonanzauspuff Systems 27. Cone of the resonance exhaust system 28. Cone of the resonance exhaust system 29. Tailpipe nozzle of the resonance exhaust system

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t a n s r u c h e
1 Verfahren zum Erzeugen physikalischer Leistung in einer Hubkolben-1 Method of Generating Physical Power in a Reciprocating
Brennkraftmaschine, bei welchem in zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit ein Kolben (2) in einem Zylinder (1) reversiert und die Reversierbewegung über ein Pleuel (5) auf eine Kurbelwelle (4) übertragt, bei welchem ein Gemisch aus Frischgas und Kraftstoff von einem sich in einer ersten Richtung bewegenden Kolben (2) verdichtet und gezündet wird, bei welchem das gezündete Gemisch verbrennt und dabei den Kolben (2) in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abgasdruckwelle durch Kanäle mit zeitlichen Steuerungssystemen in ein sogenanntes Resonanzauspuffsystem mit Diffusor (26), Konus (27), Gegenkonus (28) und Endrohrduse (29) bekannter Art und Ausbildung ausströmt, daß durch diese entsprechende Formgebung die Abgasdruckwelle zur Erzeugung von drehzahlfrequenten Druckwellen ausnutzt wird, daß eine erste Unterdruckwelle, die durch den Übergang von Diffusor (26) zu Konus (27) beim Durchströmen der Abgasdruckwelle entsteht, den Zylinderraum entleert, daß nun durch Kanäle mit zeitlichen Steuerungssystemen Frischgas weiterhin durch diese Unterdruckwelle in den Zylinderraum ansaugt werden kann, daß die, durch den Übergang von Gegenkonus (28) zu Endrohrduse (29) beim Durchströmen der Abgasdruckwelle entstehende, Gegendruckwelle einen Aufladungseffekt der im Resonanzauspuffsystem befindlichen Frischgase erzielt, so daß wahrend eines jeden Reversierzyklus des Kolbens im Bereich des unteren Tot- punktes ein Gaswechsel im Zylinderraum (16) bewirkt wird, ohne eine Aufladung der Frischgase, ohne die Hubwirkung des Kolbens durch einen Leertakt, wie bei dem allgemein bekannten Viertaktmotor, oder ohne das Einstromen in einen Kurbelwellenraum unterhalb des Kolbens wie bei dem allgemein bekannten Zweitaktmotor, zu benotigen 2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff dem Frischgas vor dessen Einstromen in den Zylinderraum zugeführt wirdInternal combustion engine, in which in at least one piston-cylinder unit a piston (2) reverses in a cylinder (1) and transmits the reversing movement via a connecting rod (5) to a crankshaft (4), in which a mixture of fresh gas and fuel from a piston (2) moving in a first direction is compressed and ignited, in which the ignited mixture burns and thereby moves the piston (2) in a second direction opposite to the first direction, characterized in that the exhaust gas pressure wave through channels with temporal Control systems in a so-called resonance exhaust system with diffuser (26), cone (27), counter-cone (28) and tailpipe nozzle (29) of known type and design flows out, so that the exhaust gas pressure wave is used to generate speed-frequency pressure waves by this appropriate shape, that a first vacuum wave , which arises through the transition from diffuser (26) to cone (27) when flowing through the exhaust gas pressure wave ht, the cylinder chamber emptied, that fresh gas can now be sucked into the cylinder chamber through channels with time control systems, that the counter pressure wave, which arises through the transition from the counter cone (28) to the tailpipe nozzle (29) when flowing through the exhaust gas pressure wave, has a charging effect of the fresh gases in the resonance exhaust system is achieved, so that during each reversing cycle of the piston in the area of bottom dead center a gas change is effected in the cylinder space (16), without charging the fresh gases, without the piston lifting action due to an idle cycle, as in the case of well-known four-stroke engine, or without the need to flow into a crankshaft space below the piston as in the well-known two-stroke engine 2 The method according to claim 1, characterized in that the fuel is supplied to the fresh gas before it flows into the cylinder space
3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff dem Frischgas nach dessen Einstromen in den Zylinderraum zuge- fuhrt wird3 The method according to claim 1, characterized in that the fuel is supplied to the fresh gas after its inflow into the cylinder space
4 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff dem Frischgas nach dessen Einströmen in eine mit dem Zylinderraum verbundene Vorkammer zugeführt wird4 The method according to claim 1, characterized in that the fuel is supplied to the fresh gas after its inflow into a prechamber connected to the cylinder space
5 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzvorrichtung (11) vorgesehen ist, die bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle (4) eine vorgebbare Kraftstoffmenge dem zur Verbrennung bestimmten Frischgas zumißt5 The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an injection device (11) is provided, which for each revolution of the crankshaft (4) measures a predeterminable amount of fuel to the fresh gas intended for combustion
6 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischgas zusatzlich druckbeaufschlagt in den Zylinderraum einströmt6 The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fresh gas flows additionally pressurized into the cylinder space
7 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des Gemisches durch zumindest eine Fremdzundeinrichtung erfolgt 8 Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des Gemisches durch eine hohe Verdichtung des Gemisches als7 The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ignition of the mixture is carried out by at least one external ignition device 8. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the ignition of the mixture as a high compression of the mixture
Selbstzundung erfolgtSelf ignition takes place
9 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Öffnung des Auslasses (AO) vor demjenigen des Einlasses (EO) hegt und daß der Zeitpunkt der Schließung des Auslasses (AS) vor demjenigen des Einlasses9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the time of opening of the outlet (AO) before that of the inlet (EO) and that the time of closing the outlet (AS) before that of the inlet
(ES) hegt, so daß wahrend einer vorgegebenen Zeitspanne, sowohl der Auslaßkanal als auch der(ES) has, so that both the outlet channel and the
Einlaßkanal geöffnet sindInlet channel are open
10 Verfahren nach einem der Anspr che 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Öffnung des Auslasses (AO) vor demjenigen des Einlasses (EO) hegt und daß der Zeitpunkt der Schließung des Auslasses (AS) nach demjenigen des Einlasses10 Method according to one of claims 1-8, characterized in that the time of opening of the outlet (AO) is before that of the inlet (EO) and that the time of closing of the outlet (AS) is after that of the inlet
(ES) hegt, so daß die gesamte Öffnungszeit des Auslaßkanals langer als die gesamte Öffnungszeit des Einlaßkanals ist(ES), so that the total opening time of the exhaust port is longer than the total opening time of the intake port
11 Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Öffnung des Auslasses (AO) und demjenigen des Einlasses (EO) durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar sind, daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AO und EO über den gesamten Drehzahlbereich unterschiedlich gestaltet werden kann, aber immer AO vor EO hegt und daß die Schließzeitpunkte AS und Es ebenfalls durch variable Steuersysteme derart zueinander zeitlich veränderbar sind, so daß der Kurbelwellenwinkel zwischen AS und ES über den gesamten Drehzahlbereich unterschiedlich gestaltet werden kann, wobei AS über diesen Drehzahlbereich sowohl vor als auch nach ES liegen kann11. The method according to any one of claims 1-8, characterized in that the timing of the opening of the outlet (AO) and that of the inlet (EO) can be changed over time by variable control systems such that the crankshaft angle between AO and EO over the entire speed range can be designed differently, but always has AO before EO and that the closing times AS and Es can also be changed with respect to one another by means of variable control systems, so that the crankshaft angle between AS and ES can be designed differently over the entire speed range, with AS being able to lie both before and after ES over this speed range
12 Hubkolben-Brennkraftmaschine, arbeitend nach einem Verfahren der Ansprüche 1-1 1, mit zumindest einem von einem Zylinderkopf (3) am einen Ende geschlossenen Zylinder (1), in welchem ein axial bewegbarer Kolben (2) eingesetzt ist, einem an seinem ersten Ende mit dem Kolben (2) schwenkbar verbundenen Pleuel (5), dessen anderes Ende drehbar auf einer Kurbelwelle (4) gelagert ist, bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (12) mit einer vorangestellten Einlaßmembran (17) und zumindest einem Einlaßventil (6) in den im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) einströmen kann, bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumindest einen Auslaßkanal (14) und zumindest ein Auslaßventil (7), die im Zylinderkopf (3) vorgesehen sind ausströmen kann, bei welcher das Einlaß- und das Auslaßventil (6, 7) durch zumindest eine, die Off- nungs- und Schließbewegung beaufschlagende Steuerwelle (8, 9), vorzugsweise einer Nockenwelle gesteuert werden, die mit der Kurbelwelle (4) über eine Antriebseinrichtung (18, 20, 22, 24) in Antriebsverbindung steht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 1 1 stattfinden kann.12 reciprocating internal combustion engine, working according to a method of claims 1-1 1, with at least one of a cylinder head (3) at one end closed cylinder (1), in which an axially movable piston (2) is used, one at its first End of the connecting rod (5) pivotally connected to the piston (2), the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft (4), in which fresh gas passes through at least one inlet channel (12) with a preceding inlet membrane (17) and at least one inlet valve (6 ) can flow into the cylinder space (16) formed in the cylinder (1), in which the exhaust gas pressure wave resulting from the combustion can flow out through at least one exhaust port (14) and at least one exhaust valve (7) provided in the cylinder head (3), in which the inlet and outlet valves (6, 7) are controlled by at least one control shaft (8, 9), preferably a camshaft, which acts on the opening and closing movement, d ie with the crankshaft (4) via a drive device (18, 20, 22, 24) in drive connection, characterized in that the outlet channel is connected to a so-called resonance exhaust system of a known type and design and thereby the gas exchange according to a method of Claims 1 to 1 1 can take place.
13 Hubkolben-Brennkraftmaschine, arbeitend nach einem Verfahren der Ansprüche 1-1 1, mit zumindest einem von einem Zylinderkopf (3) am einen Ende geschlossenen13 reciprocating internal combustion engine, working according to a method of claims 1-1 1, with at least one of a cylinder head (3) closed at one end
Zylinder (1), in welchem ein axial bewegbarer Kolben (2) eingesetzt ist, einem an seinem ersten Ende mit dem Kolben (2) schwenkbar verbundenen Pleuel (5), dessen anderes Ende drehbar auf einer Kurbelwelle (4) gelagert ist, bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (19), der mit einer vorangestellten Einlaßmembran (17) und einem zeitlich variablen Steuersystem (21) durch die Zylinderwand in den Zylinderraum (16) mundet, in den, im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) einströmen kann, bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumindest einen Auslaßkanal (14) und zumindest ein Auslaßventil (7), die im Zylinderkopf (3)vorgesehen sind ausströmen kann, bei welcher das Auslaßventil (7) durch zumindest eine, die Offnungs- und Schließbewegung beaufschlagende Steuerwelle (9), vorzugsweise einer Nockenwelle gesteuert wird, die mit der Kurbelwelle (4) über eine Antriebseinrichtung (18, 20, 24) in Antriebsverbindung steht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 stattfinden kannCylinder (1), in which an axially movable piston (2) is inserted, on one its first end with the piston (2) pivotally connected connecting rod (5), the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft (4), in which fresh gas passes through at least one inlet channel (19) with a preceding inlet membrane (17) and a time-variable control system (21) through the cylinder wall into the cylinder chamber (16), into which the cylinder chamber (16) formed in the cylinder (1) can flow, in which the exhaust gas pressure wave generated by the combustion passes through at least one outlet channel (14) and at least an exhaust valve (7), which can flow out in the cylinder head (3), in which the exhaust valve (7) is controlled by at least one control shaft (9) which acts on the opening and closing movement, preferably a camshaft, which is connected to the crankshaft ( 4) via a drive device (18, 20, 24) in drive connection, characterized in that the outlet channel is known with a so-called resonance exhaust system Type and training is related and that the gas exchange can take place according to one of the method of claims 1 to 11
14 Hubkolben-Brennkraftmaschine, arbeitend nach einem Verfahren der Ansprüche 1-1 1, mit zumindest einem von einem Zylinderkopf (3) am einen Ende geschlossenen Zylinder (1), in welchem ein axial bewegbarer Kolben (2) eingesetzt ist, einem an seinem ersten Ende mit dem Kolben (2) schwenkbar verbundenen Pleuel (5), dessen anderes Ende drehbar auf einer Kurbelwelle (4) gelagert ist, bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (12) mit einer vorangestellten Einlaßmembran (17) und zumindest einem Einlaßventil (6) in den im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) einströmen kann, bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumin- dest einen Auslaßkanal (25) in Verbindung mit einem zeitlich variablen Steuersystem (23) durch die Zylinderwand aus dem, im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) ausströmen kann. bei welcher das Einlaßventil (6) durch zumindest eine, die Offnungs- und Schließbewegung beaufschlagende Steuerwelle (8), vorzugsweise einer Nockenwelle gesteuert wird, die mit der Kurbelwelle (4) über eine Antriebseinrichtung (18, 20, 22) in Antriebsverbindung steht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprache 1 bis 1 1 stattfinden kann14 reciprocating internal combustion engine, working according to a method of claims 1-1 1, with at least one of a cylinder head (3) at one end closed cylinder (1), in which an axially movable piston (2) is used, one at its first End of the connecting rod (5) pivotally connected to the piston (2), the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft (4), in which fresh gas passes through at least one inlet channel (12) with a preceding inlet membrane (17) and at least one inlet valve (6 ) can flow into the cylinder space (16) formed in the cylinder (1), in which the exhaust gas pressure wave caused by the combustion through at least one outlet channel (25) in connection with a time-variable control system (23) through the cylinder wall from the, in Cylinder (1) formed cylinder space (16) can flow out. in which the inlet valve (6) is controlled by at least one control shaft (8) which acts on the opening and closing movement, preferably a camshaft, which is in drive connection with the crankshaft (4) via a drive device (18, 20, 22) characterized in that the outlet duct is connected to a so-called resonance exhaust system of a known type and design and that the gas exchange can thereby take place according to one of the methods of claims 1 to 11
15 Hubkolben-Brennkraftmaschine, arbeitend nach einem Verfahren der Ansprüche 1-1 1, mit zumindest einem von einem Zylinderkopf (3) am einen Ende geschlossenen Zylinder (1), in welchem ein axial bewegbarer Kolben (2) eingesetzt ist, einem an seinem ersten Ende mit dem Kolben (2) schwenkbar verbundenen Pleuel (5), dessen anderes Ende drehbar auf einer Kurbelwelle (4) gelagert ist; bei welcher Frischgas durch zumindest einen Einlaßkanal (19), der mit einer vorangestellten Einlaßmembran (17) und einem zeitlich variablen Steuersystem (21) durch die Zylinderwand in den Zylinderraum (16) mundet, in dem, im Zylinder (1) gebilde- ten Zylinderraum (16) einströmen kann, bei welcher die durch die Verbrennung entstandene Abgasdruckwelle durch zumindest einen Auslaßkanal (25) in Verbindung mit einem zeitlich variablen Steuersystem (23) durch die Zylinderwand aus dem, im Zylinder (1) gebildeten Zylinderraum (16) ausströmen kann, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Auslaßkanal mit einem sogenannten Resonanzauspuffsystem bekannter Art und Ausbildung in Verbindung steht und daß dadurch der Gaswechsel gemäß einem dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 stattfinden kann 15 reciprocating internal combustion engine, working according to a method of claims 1-1 1, with at least one of a cylinder head (3) at one end closed cylinder (1), in which an axially movable piston (2) is used, one at its first End with the piston (2) pivotally connected connecting rod (5), the other end of which is rotatably mounted on a crankshaft (4); in which fresh gas flows through at least one inlet channel (19), which with a preceding inlet membrane (17) and a time-variable control system (21) through the cylinder wall into the cylinder chamber (16), in the cylinder chamber formed in the cylinder (1) (16) can flow in, in which the exhaust gas pressure wave generated by the combustion can flow out of the cylinder space (16) formed in the cylinder (1) through at least one outlet channel (25) in connection with a time-variable control system (23) through the cylinder wall, characterized in that the outlet duct is connected to a so-called resonance exhaust system of a known type and design and in that the gas exchange can take place according to one of the methods of claims 1 to 11
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