EP1961943A1 - Combustion engine - Google Patents
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- EP1961943A1 EP1961943A1 EP07003689A EP07003689A EP1961943A1 EP 1961943 A1 EP1961943 A1 EP 1961943A1 EP 07003689 A EP07003689 A EP 07003689A EP 07003689 A EP07003689 A EP 07003689A EP 1961943 A1 EP1961943 A1 EP 1961943A1
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- combustion engine
- internal combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
- F02B41/06—Engines with prolonged expansion in compound cylinders
- F02B41/08—Two-stroke compound engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
- F02B41/06—Engines with prolonged expansion in compound cylinders
Definitions
- the invention relates to an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1. Art.
- the invention is based on the object to provide an internal combustion engine of the type mentioned, which operates with significantly improved efficiency and is compact.
- the two outer cylinders have inlet and outlet valves, while the middle cylinder has at least one outlet valve.
- This exhaust valve is used to exhaust expanded and relatively cool exhaust gas from the middle cylinder. Since the middle cylinder operates in two-stroke mode, the exhaust valve is opened only over part of the Ausschiebe- and compression stroke to build up in the smaller dead space of the middle cylinder up to a certain stroke position the same pressure in the outer, just the compression stroke exporting cylinder is reached until the overflow connection is opened.
- the exhaust valve of the middle cylinder during the Ausschiebe- and compression stroke of the reciprocating piston is alsêtbar only between the bottom dead center and a predetermined stroke position below the top dead center. As long as the exhaust valve is open, expanded cool exhaust gas is expelled.
- the closing time of the exhaust valve is chosen so that in the middle cylinder after closing the exhaust valve shortly before reaching the top dead center because of the smaller dead space, the same pressure prevails as in the outer, just the compression stroke exporting cylinder.
- the internal combustion engine has a charging device.
- the loading device may, preferably, be used primarily for loading the middle cylinder, whereby then a loading ratio of about 1: 3 can be achieved.
- the inlet valve serves as a purge valve during the Ausschiebe- and compression stroke in the middle cylinder, and that at least until the closing of the exhaust valve. It is supported in this way by the supply of fresh air, the pushing out of the exhaust gas, and kept ready for the subsequent power stroke in the middle cylinder fresh air, which is useful for a proper post-combustion of fuel from the outer cylinder.
- This post-combustion runs relatively lean and at high temperature, which increases the power output.
- This residual fuel from the outer cylinder could hardly be completely burned in the outer cylinder itself.
- Another advantage of the charge air supply at least to the middle cylinder is a desirable temperature reduction, optionally when using a charge air cooler.
- the basic module as gasoline or gas engine ignition devices only for the two outer cylinder, and of course only fuel supply devices for these two outer cylinder.
- the base module as a diesel engine on Glühvorraumen and Brennstoffzu Georgiavorraumen only for the two outer cylinder. This reduced equipment reduces manufacturing costs and weight in both cases.
- the reciprocating piston of the middle cylinder at the same cylinder heights on a dead space in the middle cylinder reducing, raised piston crown.
- valves or sliders camshaft actuated to achieve precise timing dependent on the crankshaft rotation.
- An in Fig. 1 shown internal combustion engine M is either a gasoline or gas (hydrogen) or a diesel engine and has as basic module A three cylinders in a cylinder bank 2 of a motor housing 1 with a crank chamber 3.
- a reciprocating piston 10, 11, 12 included wherein, preferably, the cylinder and piston diameter in the middle cylinder is greater than in the two outer cylinders.
- the reciprocating pistons 10, 11, 12 are connected via connecting rods 9 with crankpins 5a, 5b, 5c of a crankshaft 4.
- the connecting rod 9 of the middle reciprocating piston 12 could be reinforced or stronger than the others.
- the crank pins 5a, 5b, 5c are located in a common, parallel to the axis of the crankshaft 4 axis 6, so that the reciprocating pistons 10, 11, 12, move parallel to each other.
- the two outer cylinders operate in four-stroke mode, while the middle cylinder operates in two-stroke mode.
- the crankshaft 4 is mounted at its ends in bearings 7 and also between the crank pin 5a, 5b, 5c, in bearings 8.
- intake and exhaust valves 18 are provided for the two outer cylinders which are positively controlled (eg by at least one camshaft, not shown).
- the two outer cylinders also each have at least one ignition device or annealing device 19 and also each a fuel supply device (not shown), which operates for example with fuel injection. Various popular injection methods can be used here. A fuel supply via carburetor is possible.
- the middle cylinder has at least one outlet valve 27, which is positively controlled.
- at least one positively controlled inlet valve 28 is further provided in the middle cylinder. This intake valve is not absolutely necessary, but it is useful if the engine M is operated, for example, with a charging device.
- shut-off G Between the dead space 15 or 16 of each outer cylinder and the dead space 17 of the middle cylinder overflow 20, 21 are provided, which are each opened and closed by a positively controlled shut-off G.
- the shut-off G slider 22, 23 which are arranged in the cylinder head 13 slidably approximately parallel to the stroke direction of the reciprocating piston.
- balancing weights 24 may be arranged on the crankshaft 4.
- the outlet valve 27 of the middle cylinder is opened from the bottom dead center, as is the outlet valve of the in-cylinder Fig. 1 right cylinder.
- the exhaust gases are ejected.
- the exhaust valve 27 of the middle cylinder is closed from about 45 degrees crankshaft rotation angle before top dead center.
- the middle piston 12 then begins to compress, since both shut-off members G are in the closed position.
- the slide 22 is opened, approximately with the ignition in the left outer cylinder, or forward or retarding to the ignition.
- the combustion pressure in the Fig. 1 The left cylinder now also acts on the middle piston 12, which transmits power to the crankshaft 4 and above all provides additional expansion volume to totally or almost totally expand the combustion pressure until it is close to atmospheric pressure.
- each outer reciprocating piston 10, 11 performs a power stroke at every third clock
- the middle reciprocating piston 12 performs a power stroke every second clock.
Landscapes
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an internal combustion engine specified in the preamble of
Viertakt- oder Zweitakt-Brennkraftmotoren sind mit beliebiger Zylinderanzahl bekannt, wobei jeder Zylinder von dem benachbarten getrennt arbeitet und entweder bei jedem vierten Takt oder bei jedem zweiten Takt ein Arbeitstakt unter Nutzen des in der Brennkammer verbrennenden Luft/Brennstoffgemisches ausgeführt wird. Die Wirkungsgrade solcher Brennkraftmotoren sind begrenzt und betragen beispielsweise bei Benzinmotoren etwa 25 % und bei Dieselmotoren etwa maximal 40 %. Trotz permanenter Weiterentwicklungen konnten bisher nur marginale Verbesserungen des Wirkungsgrades erzielt werden. Ein Grund für den relativ schlechten Wirkungsgrad ist die unvollständige Expansion des verbrannten Gemisches, die hohe Abgastemperatur und eine nicht ideale Verbrennungscharakteristik. Selbst mit dem hohen Restdruck betriebene Hilfsvorrichtungen wie Turbolader konnten keine sprunghaften Verbesserungen bewirken, und erhöhen gegebenenfalls die thermische Belastung des Brennkraftmotors unzweckmäßig.Four-stroke or two-stroke internal combustion engines are known with any number of cylinders, with each cylinder operating separately from the adjacent one and operating either at every fourth stroke or at every other stroke utilizing the combustible air / fuel mixture burned. The efficiencies of such internal combustion engines are limited and are for example about 25% in gasoline engines and about 40% in diesel engines. Despite permanent developments, only marginal improvements in efficiency have so far been achieved. One reason for the relatively poor efficiency is the incomplete expansion of the combusted mixture, the high exhaust gas temperature, and a non-ideal combustion characteristic. Even with the high residual pressure operated auxiliary devices such as turbochargers could not cause sudden improvements, and possibly increase the thermal load of the internal combustion engine inappropriate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Brennkraftmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit erheblich verbessertem Wirkungsgrad arbeitet und kompakt ist.The invention is based on the object to provide an internal combustion engine of the type mentioned, which operates with significantly improved efficiency and is compact.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The stated object is achieved with the features of
Der Hochenergiemotor als Kombination eines Viertakt- und eines Zweitaktmotors arbeitet mit drei Zylindern wie ein Vierzylindermotor, mit sechs Zylindern wie ein Achtzylindermotor usw., wobei der mittlere Hubkolben im Zylinder eine nahezu totale Expansion des Verbrennungsdrucks unter Umwandlung in mechanische Energie direkt im Motor durchführt. Diese nahezu totale Expansion baut die Temperatur im Abgas ab, resultiert zusätzlich in einer sehr geringen thermischen Belastung des Brennkraftmotors, der wenig oder kaum Kühlenergie benötigt und steigert die Leistungsausbeute. Das Grundmodul ist mit weiteren solchen Grundmodulen nahezu beliebig kombinierbar, wobei sich auf der Grundlage der Dreizylinderreihenbank Boxer-, Reihen-, V-, W- oder Stern-Anordnungen realisieren lassen. Da das Grundmodul mit drei Zylinder, wie ein Vierzylindermotor arbeitet, lassen sich vor allem axial sehr kompakte Motorabmessungen realisieren. Die Hubkolben arbeiten zueinander parallel, gegebenenfalls mit identischen Hüben. Dank des deutlich kleineren Totvolumens im mittleren Zylinder braucht der Hubkolben im mittleren Zylinder wesentlich weniger Energie, um im Verlauf des kombinierten Ausschiebe- und Kompressionstakts schließlich bis auf den gleichen Druck zu komprimieren, wie jeder daneben liegende Zylinder. Sobald vor der Zündung Druckgleichheit erzielt ist, wird die Überströmverbindung geöffnet, wobei dank des Druckgleichgewichts zunächst keine spürbare Überströmung stattfindet. Nach der Zündung im äußeren Zylinder steigt der Verbrennungsdruck, der den Hubkolben im äußeren Zylinder direkt und über die Überströmverbindung nun auch den Hubkolben im mittleren Zylinder beaufschlagt, so dass beide Hubkolben einen Arbeitstakt ausführen. Da dann für die Expansion des Arbeitsdrucks das zusätzliche Volumen im mittleren Zylinder nutzbar ist, lässt sich der Verbrennungsdruck nahezu total expandieren, im Idealfall bis auf den Atmosphärendruck, wobei dank der Expansion auch die Temperatur deutlich vermindert ist, wenn die beiden Hubkolben ihre unteren Totpunkte erreichen. Im anderen äußeren Zylinder ist in der gleichen Zeit ein Ansaugtakt durchgeführt worden. Nach der neuerlichen Bewegungsumkehr aller Hubkolben kooperiert der mittlere Zylinder mit dem anderen äußeren Zylinder auf die vorbeschriebene Weise.The high-energy engine as a combination of a four-stroke and a two-stroke engine operates with three cylinders such as a four-cylinder engine, six cylinders such as an eight-cylinder engine, etc., wherein the middle piston in the cylinder performs a nearly total expansion of the combustion pressure to convert into mechanical energy directly in the engine. This almost total expansion reduces the temperature in the exhaust gas, resulting in addition in a very low thermal load of the engine, which requires little or no cooling energy and increases the power output. The basic module can be combined with other such basic modules almost arbitrarily, which can be based on the three-row bank boxer, series, V, W or star arrangements can be realized. Since the basic module with three cylinders, like a four-cylinder engine works, can be especially axial realize very compact motor dimensions. The reciprocating piston work parallel to each other, possibly with identical strokes. Thanks to the significantly smaller dead volume in the middle cylinder, the piston in the middle cylinder needs much less energy to finally compress to the same pressure as any cylinder next to it during the combined expulsion and compression stroke. As soon as pressure equality is achieved before ignition, the overflow connection is opened, whereby thanks to the pressure equilibrium initially no noticeable overflow takes place. After ignition in the outer cylinder, the combustion pressure, which acts on the reciprocating piston in the outer cylinder directly and via the overflow now also the reciprocating piston in the middle cylinder, so that both reciprocating perform a power stroke. Since then the additional volume in the middle cylinder is available for the expansion of the working pressure, the combustion pressure can be almost completely expand, ideally to the atmospheric pressure, thanks to the expansion, the temperature is significantly reduced when the two reciprocating reach their bottom dead centers , In the other outer cylinder, an intake stroke has been performed at the same time. After the recent reversal of motion of all reciprocating piston cooperates with the middle cylinder of the other outer cylinder in the manner described above.
Zweckmäßig ist der Hub des mittleren Hubkolbens verschieden von den Hüben der äußeren Hubkolben. So lässt sich z.B. ohne vergrößertem mittlerem Hubkolben ein großer Expansionsraum bilden, was die axialen Abmessungen gering hält.Suitably, the stroke of the middle piston is different from the strokes of the outer piston. Thus, for example, form a large expansion space without enlarged middle piston, which keeps the axial dimensions low.
Zweckmäßig ist der Pleuelwinkel des mittleren Hubkolbens verschieden von denen der äußeren Hubkolben. Dann erreicht der mittlere Hubkolben seinen Totpunkt vor- oder nacheilend, z.B. um einen Zündverzug Rechnung zu tragen.Suitably, the connecting rod angle of the middle piston is different from those of the outer piston. Then, the middle reciprocating piston reaches its dead center forward or backward, e.g. to account for a delay in ignition.
Bei eine zweckmäßigen Ausführungsform weisen die beiden äußeren Zylinder Ein- und Auslassventile auf, während der mittlere Zylinder zumindest ein Auslassventil besitzt. Dieses Auslassventil wird benutzt, um aus dem mittleren Zylinder expandiertes und relativ kühles Abgas auszuschieben. Da der mittlere Zylinder im Zweitaktverfahren arbeitet, wird das Auslassventil nur über einen Teil des Ausschiebe- und Kompressionstaktes geöffnet, um im kleineren Totraum des mittleren Zylinders bis zu einer bestimmten Hubposition den gleichen Druck aufbauen zu können, der im äußeren, gerade dem Kompressionstakt ausführenden Zylinder bis zum Öffnen der Überströmverbindung erreicht wird.In an expedient embodiment, the two outer cylinders have inlet and outlet valves, while the middle cylinder has at least one outlet valve. This exhaust valve is used to exhaust expanded and relatively cool exhaust gas from the middle cylinder. Since the middle cylinder operates in two-stroke mode, the exhaust valve is opened only over part of the Ausschiebe- and compression stroke to build up in the smaller dead space of the middle cylinder up to a certain stroke position the same pressure in the outer, just the compression stroke exporting cylinder is reached until the overflow connection is opened.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Absperrglied der Überströmverbindung ein Schieber oder ein Kolbenventil. Sowohl der Schieber als auch das Kolbenventil vermeiden in der Absperrstellung einen unerwünschten Totraum.In an expedient embodiment, the shut-off member of the overflow connection is a slide or a piston valve. Both the slider and the piston valve avoid in the shut-off an undesirable dead space.
Gemäß eines weiteren wichtigen Aspekts weist der mittlere Zylinder einen größeren Zylinderdurchmesser auf als die beiden äußeren Zylinder. Dies vergrößert den zur Expansion nutzbaren Raum und auch die Beaufschlagungsfläche des Hubkolbens beim Arbeitstakt.According to another important aspect, the middle cylinder has a larger cylinder diameter than the two outer cylinders. This increases the usable space for expansion and also the loading surface of the reciprocating piston during the power stroke.
Zweckmäßig sind die Arbeitstakte der beiden äußeren Zylinder um 360 Grad des Kurbelwellendrehwinkels zueinander versetzt. Auf diese Weise arbeitet der mittlere Zylinder ideal wechselweise mit jedem äußeren Zylinder bei dessen Arbeitstakt zusammen.Suitably, the working cycles of the two outer cylinders are offset from each other by 360 degrees of the crankshaft rotation angle. In this way, the middle cylinder ideally works alternately with each outer cylinder at its stroke.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt besteht darin, dass das Auslassventil des mittleren Zylinders während des Ausschiebe- und Kompressionstaktes dessen Hubkolbens nur zwischen dem unteren Totpunkt und einer vorbestimmten Hubposition unterhalb des oberen Totpunktes aufsteuerbar ist. So lange das Auslassventil offen ist, wird expandiertes kühles Abgas ausgeschoben. Der Schließzeitpunkt des Auslassventils wird so gewählt, dass im mittleren Zylinder nach Schließen des Auslassventils kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes wegen des kleineren Totraumes der gleiche Druck herrscht, wie im äußeren, gerade den Kompressionstakt ausführenden Zylinder.Another important aspect is that the exhaust valve of the middle cylinder during the Ausschiebe- and compression stroke of the reciprocating piston is aufsteuerbar only between the bottom dead center and a predetermined stroke position below the top dead center. As long as the exhaust valve is open, expanded cool exhaust gas is expelled. The closing time of the exhaust valve is chosen so that in the middle cylinder after closing the exhaust valve shortly before reaching the top dead center because of the smaller dead space, the same pressure prevails as in the outer, just the compression stroke exporting cylinder.
Um den Füllungsgrad in jedem Zylinder zu verbessern, ist es zweckmäßig wenn der Brennkraftmotor eine Aufladevorrichtung aufweist.In order to improve the degree of filling in each cylinder, it is expedient if the internal combustion engine has a charging device.
Besonders zweckmäßig wird dank der parallelen Bewegung der Hubkolben des Grundmoduls dessen Kurbelgehäuse als Ladepumpe benutzt. Die Ladevorrichtung kann, vorzugsweise, vordringlich zum Laden des mittleren Zylinders verwendet werden, wobei sich dann ein Ladeverhältnis von etwa 1:3 erzielen lässt. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, im mittleren Zylinder mindestens ein zwangsgesteuertes Einlassventil vorzusehen, über welches der Zylinder mit einer brennstofffreien Ladeluftzufuhr verbindbar ist.It is particularly useful thanks to the parallel movement of the reciprocating piston of the basic module whose crankcase is used as a charge pump. The loading device may, preferably, be used primarily for loading the middle cylinder, whereby then a loading ratio of about 1: 3 can be achieved. For this purpose, it is advantageous to provide in the middle cylinder at least one positively controlled inlet valve, via which the cylinder can be connected to a fuel-free charge air supply.
Hierbei dient das Einlassventil als Spülventil während das Ausschiebe- und Kompressionstaktes im mittleren Zylinder, und zwar zumindest bis zum Schließen des Auslassventils. Es wird auf diese Weise durch die Frischluftzufuhr das Ausschieben des Abgases unterstützt, und für den nachfolgenden Arbeitstakt im mittleren Zylinder Frischluft bereitgehalten, die für eine zweckmäßige Nachverbrennung von Brennstoff aus dem äußeren Zylinder nutzbar ist.Here, the inlet valve serves as a purge valve during the Ausschiebe- and compression stroke in the middle cylinder, and that at least until the closing of the exhaust valve. It is supported in this way by the supply of fresh air, the pushing out of the exhaust gas, and kept ready for the subsequent power stroke in the middle cylinder fresh air, which is useful for a proper post-combustion of fuel from the outer cylinder.
Diese Nachverbrennung läuft relativ mager und mit hoher Temperatur ab, was die Leistungsabgabe erhöht. Dieser Restbrennstoff aus dem äußeren Zylinder könnte im äußeren Zylinder selbst kaum vollständig verbrannt werden. Ein weiterer Vorteil der Ladeluftzufuhr zumindest zum mittleren Zylinder ist eine wünschenswerte Temperaturabsenkung, gegebenenfalls bei Verwendung eines Ladeluftkühlers.This post-combustion runs relatively lean and at high temperature, which increases the power output. This residual fuel from the outer cylinder could hardly be completely burned in the outer cylinder itself. Another advantage of the charge air supply at least to the middle cylinder is a desirable temperature reduction, optionally when using a charge air cooler.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform weist das Grundmodul als Benzin- oder Gasmotor Zündvorrichtungen nur für die beiden äußeren Zylinder auf, und natürlich auch nur Brennstoffzuführvorrichtungen für diese beiden äußeren Zylinder.In an expedient embodiment, the basic module as gasoline or gas engine ignition devices only for the two outer cylinder, and of course only fuel supply devices for these two outer cylinder.
Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform weist das Grundmodul als Dieselmotor Glühvorrichtungen und Brennstoffzuführvorrichtungen nur für die beiden äußeren Zylinder auf. Diese reduzierte Ausstattung verringert die Herstellungskosten und das Gewicht in beiden Fällen.In another expedient embodiment, the base module as a diesel engine on Glühvorrichtungen and Brennstoffzuführvorrichtungen only for the two outer cylinder. This reduced equipment reduces manufacturing costs and weight in both cases.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform weist der Hubkolben des mittleren Zylinders bei unter einander gleichen Zylinderhöhen einen den Totraum im mittleren Zylinder reduzierenden, erhabenen Kolbenboden auf.In an advantageous embodiment, the reciprocating piston of the middle cylinder at the same cylinder heights on a dead space in the middle cylinder reducing, raised piston crown.
Da der mittlere Kolben bei seinen häufigeren Arbeitstakten relativ hohe Kraft auf die Kurbelwelle ausübt, ist es zweckmäßig, die Kurbelwelle auch zwischen den Kurbelzapfen für die drei Hubkolben zu lagern und das Pleuel des mittleren Hubkolbens zu verstärken.Since the middle piston exerts relatively high force on the crankshaft in its more frequent work cycles, it is expedient to store the crankshaft between the crank pin for the three reciprocating piston and to strengthen the connecting rod of the middle piston.
Zweckmäßig sind ferner die Ventile bzw. Schieber nockenwellenbetätigt, um präzise Steuerzeiten abhängig von der Kurbelwellendrehung zu erzielen.Also useful are the valves or sliders camshaft actuated to achieve precise timing dependent on the crankshaft rotation.
Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch ein Grundmodul des Brennkraftmotors,
- Fig. 2
- eine vergrößerte Detailvariante des Brennkraftmotors im Zylinderkopfbereich, und
- Fig. 3
- eine weitere Ausführungsform des Brennkraftmotors bestehend aus zwei Grundmodulen im Boxeranordnung.
Show it:
- Fig. 1
- a longitudinal section through a basic module of the internal combustion engine,
- Fig. 2
- an enlarged detail variant of the internal combustion engine in the cylinder head area, and
- Fig. 3
- a further embodiment of the internal combustion engine consisting of two basic modules in the boxer arrangement.
Ein in
Die beiden äußeren Zylinder arbeiten im Viertaktverfahren, während der mittlere Zylinder im Zweitaktverfahren arbeitet. Die Kurbelwelle 4 ist an ihren Enden in Lagern 7 und auch zwischen den Kurbelzapfen 5a, 5b, 5c, in Lagern 8 gelagert. In einem Zylinderkopf 13 sind für die beiden äußeren Zylinder Ein- und Auslassventile 18 vorgesehen, die zwangsgesteuert sind (z. B. durch wenigstens eine Nockenwelle, nicht gezeigt). Die beiden äußeren Zylinder haben auch jeweils zumindest eine Zündvorrichtung oder Glühvorrichtung 19 und auch jeweils eine Brennstoffzufuhreinrichtung (nicht gezeigt), die beispielsweise mit Brennstoffeinspritzung arbeitet. Hierbei können verschiedene populäre Einspritzverfahren angewendet werden. Auch eine Brennstoffzufuhr über Vergaser ist möglich. Der mittlere Zylinder hat zumindest ein Auslassventil 27, das zwangsgesteuert ist. In der gezeigten Ausführungsform des Grundmoduls A ist im mittleren Zylinder ferner zumindest ein zwangsgesteuertes Einlassventil 28 vorgesehen. Dieses Einlassventil ist nicht unbedingt notwendig, jedoch dann zweckmäßig, wenn der Brennkraftmotor M beispielsweise mit einer Ladevorrichtung betrieben wird.The two outer cylinders operate in four-stroke mode, while the middle cylinder operates in two-stroke mode. The
Da das Grundmodul mit parallel arbeitenden Hubkolben betrieben wird, entstehen in der Kurbelkammer 3 erhebliche Druckimpulse, so dass die Kurbelkammer 3 zweckmäßig als Ladepumpe der Ladevorrichtung verwendbar ist, um zumindest den mittleren Zylinder aufzuladen, und zwar über das Einlassventil 28. Zu diesem Zweck können Einlass- und Auslasseinrichtungen 25, 26 für die Kurbelkammer 3 vorgesehen sein, wobei diese Auslassvorrichtung dann zumindest mit dem Einlassventil 28 verbunden ist.Since the basic module is operated with a reciprocating piston operating in parallel, considerable pressure pulses are generated in the
Die Toträume der beiden äußeren Zylinder sind mit 15 und 16 angedeutet. Der Totraum 17 des mittleren Zylinders ist erheblich kleiner als die Toträume 15, 16. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, dass der Hubkolben 12 im mittleren Zylinder einen erhabenen Kolbenboden 14 aufweist und/oder aufgrund des unterschiedlichen Hubs des Hubzylinders 12 oder mit einem anderen Pleuelwinkel des Pleuels 9 des mittleren Hubkolbens 12 relativ zu den anderen Pleueln 9. Ein deutlich größerer Zylinder- bzw. Kolbendurchmesser des mittleren Zylinders führt zu einer besseren Leistungsausbeute und Energieeinsparung.The dead spaces of the two outer cylinders are indicated by 15 and 16. The
Zwischen dem Totraum 15 bzw. 16 jedes äußeren Zylinders und dem Totraum 17 des mittleren Zylinders sind Überströmverbindungen 20, 21 vorgesehen, die jeweils durch ein zwangsgesteuertes Absperrglied G geöffnet und geschlossen werden. In dem in
Der in
Der in
Während der in
Beim Verdichtungstakt des linken Hubkolbens 10 wird ab dem unteren Totpunkt das Auslassventil 27 des mittleren Zylinders geöffnet, wie auch das Auslassventil des in
Falls der Brennkraftmotor M über eine Aufladevorrichtung verfügt, und im mittleren Zylinder das Einlassventil 27 vorgesehen ist, wird das Einlassventil während das Kompressions- und Ausschiebetakts des mittleren Hubkolbens 12 dann geöffnet, wenn auch das Auslassventil 27 offen ist. Beispielsweise wird das Einlassventil etwa 45 Grad Kurbelwellendrehwinkel nach dem unteren Totpunkt geöffnet und in etwa gleichlaufend mit dem Auslassventil 27 geschlossen, d. h, bei etwa 45 Grad vor dem oberen Totpunkt. Dadurch wird brennstofffreie Frischluft in den mittleren Zylinder eingeführt, um das Abgas auszuschieben (zu spülen) und Frischluft einzubringen. Diese Frischluft kann zur Nachverbrennung von Brennstoff aus dem in
In etwa bei Erreichen des unteren Totpunkts werden beide Schieber 22, 23 geschlossen. Der in
Somit führt jeder äußere Hubkolben 10, 11 bei jedem dritten Takt einen Arbeitstakt aus, während der mittlere Hubkolben 12 bei jedem zweiten Takt einen Arbeitstakt ausführt.Thus, each
Die Ausführungsform in
Da sich im Idealfall eine totale Expansion des Verbrennungsdruckes unter direkter Umwandlung in mechanische Energie im Motor selbst erzielen lässt, sind der Abgasdruck und die Abgastemperatur niedrig. Der Brennkraftmotor lässt sich mit geringer thermische Belastung betreiben, d.h. er benötigt im Betrieb kaum Kühlleistung, eher sogar eine gute Wärmeisolierung. Es wird kaum Restdruck vergeudet, was das Abgassystem entlastet. Speziell mit der Aufladung und dem Einlassventil 27 wird die im Brennstoff enthalten Energie besser genutzt. Gegebenenfalls reicht zum Erfüllen der Abgasvorschriften ein kleiner Katalysator, oder wird ein Katalysator gänzlich entbehrlich (oder ein Rußfilter). Da bereits das Grundmodul mit drei Hubkolben in Reihenanordnung wie ein Vierzylinder arbeitet, und auch entsprechende Leistung abgibt, lassen sich zumindest in Richtung der Kurbelwellenachse kompakte Abmessungen erzielen, und kann das Gewicht des Brennkraftmotors verringert werden. Bei gebauten und betriebenen Prüfmotoren liess sich ein Wirkungsgrad von etwa 50 % oder mehr bei im Vergleich zu leistungsähnlichen herkömmlichen Motoren erzielen, und zwar bei verringertem Gewicht und kleineren Abmessungen und mit geringerem spezifischen Brennstoffverbrauch.Since in the ideal case a total expansion of the combustion pressure with direct conversion into mechanical energy in the engine itself can be achieved, the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature are low. The internal combustion engine can be operated with low thermal load, i. It hardly needs cooling power in operation, rather even good thermal insulation. There is hardly any residual pressure wasted, which relieves the exhaust system. Especially with the charge and the
Claims (18)
von den drei Zylindern mit den parallel arbeitenden Hubkolben (10, 11, 12) die beiden äußeren (10, 11) mit Brennstoffzufuhr im Viertaktverfahren und der mittlere Hubkolben (12) mit einem wesentlichen kleineren Totvolumen (17) im mittleren Zylinder als für die beiden Hubkolben (10, 11) in den äußeren Zylinder und ohne eigene Brennstoffzufuhr im Zweitaktverfahren betreibbar sind,
die drei Kurbelwellenzapfen (5a, 5b, 5c) der drei Hubkolben in einer zumindest im Wesentlichen gemeinsamen, zur Kurbelwellenachse parallele Achse (6) liegen,
und zwischen jedem äußeren Zylinder und dem mittleren Zylinder im oberen Hubkolben-Totpunktbereich eine Überströmverbindung (20, 21) mit einem zwangsgesteuerten Absperrglied (G) vorgesehen ist, das erst bei Erreichen von Druckgleichheit zwischen dem einen jeweils im Kompressionstakt befindlichen äußeren Zylinder und dem mittleren Zylinder aufsteuerbar und maximal bis zum Ende des folgenden Arbeitstaktes in diesem äußeren Zylinder und im mittleren Zylinder in der Offenstellung haltbar ist.Internal combustion engine (M) with at least three reciprocating pistons (10, 11, 12) which are coupled to a crankshaft (4, 4a) in at least one cylinder bank (2) via connecting rods (9), with positively controlled cylinder gas exchange valves (18, 27, 28), with fuel supply and Abgasabführeinrichtungen, characterized in that the internal combustion engine (M) is a high-energy motor with the three-row bank (2) as a basic module and with at least one other such basic module in the boxer, row, V, W or star Arrangement can be combined,
of the three cylinders with the parallel reciprocating pistons (10, 11, 12), the two outer (10, 11) with fuel supply in the four-stroke process and the middle piston (12) with a substantially smaller dead volume (17) in the middle cylinder than for the two Reciprocating piston (10, 11) are operable in the outer cylinder and without its own fuel supply in the two-stroke process,
the three crankshaft journals (5a, 5b, 5c) of the three reciprocating pistons lie in an at least substantially common axis (6) parallel to the crankshaft axis,
and between each outer cylinder and the middle cylinder in the upper Hubkolbentopfpunktbereich an overflow connection (20, 21) is provided with a positively controlled shut-off (G), which is only on reaching pressure equality between the one in each compression cylinder outer cylinder and the middle cylinder aufsteubar and maximum until the end of the following power stroke in this outer cylinder and the middle cylinder in the open position is durable.
Priority Applications (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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EP07003689A EP1961943A1 (en) | 2007-02-22 | 2007-02-22 | Combustion engine |
Publications (1)
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