EP2165058A2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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Publication number
EP2165058A2
EP2165058A2 EP08734348A EP08734348A EP2165058A2 EP 2165058 A2 EP2165058 A2 EP 2165058A2 EP 08734348 A EP08734348 A EP 08734348A EP 08734348 A EP08734348 A EP 08734348A EP 2165058 A2 EP2165058 A2 EP 2165058A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
internal combustion
combustion engine
engine according
piston
Prior art date
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Granted
Application number
EP08734348A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2165058B1 (en
EP2165058B8 (en
Inventor
Peter-Bernhard Kathmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VOIT, MARTIN
Original Assignee
SENECA SA
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Filing date
Publication date
Application filed by SENECA SA filed Critical SENECA SA
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Publication of EP2165058A2 publication Critical patent/EP2165058A2/en
Publication of EP2165058B1 publication Critical patent/EP2165058B1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2165058B8 publication Critical patent/EP2165058B8/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • F02B41/08Two-stroke compound engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06Engines with prolonged expansion in compound cylinders

Definitions

  • the invention relates to a Brennkr ⁇ ftmotor with a first for operation with fuel supply and a second provided for operation without own fuel supply cylinder and an overflow connection formed between the cylinders with a shut-off that can be held during the working cycle of the first cylinder in an open position, wherein the Moving pistons in the cylinders substantially synchronously with respect to the top and bottom dead center, the dead volume of the second cylinder is smaller than that of the first, and the second cylinder comprises an outlet valve provided for opening during the compression phase of the first cylinder.
  • the invention has for its object to provide a new engine of the type mentioned above with respect to this prior art further improved fuel efficiency.
  • the object of this invention solving internal combustion engine according to the invention is characterized in that the exhaust valve of the second cylinder is closed before reaching the top dead center of the piston and can be generated in the second cylinder, a voltage applied to the opening of the shut-off compression.
  • the locking member releases the overflow connection when the compression pressures in the two cylinders are exactly equal.
  • the second cylinder also has an inlet valve, through which fresh air can be pressed into the second cylinder during the compression phase of the first cylinder when the outlet valve of the second cylinder is open.
  • this fresh air flushes combustion gases of the preceding cycle from the second cylinder and then ensures an afterburning of the gas flowed over into the second cylinder and thus for an even more extensive utilization of the fuel.
  • a third, the first cylinder corresponding cylinder is provided which operates offset from the first cylinder by 360 °.
  • the first and third cylinders may then be operated in a four-stroke mode, with the second cylinder doing mechanical work every second stroke for each downward movement of the piston.
  • the three cylinders are arranged in a cylinder bank, which forms a basic module, which is connected to at least one other such
  • the reciprocating pistons of the basic module work expediently parallel to one another, Give it with identical strokes. Thanks to a much 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.
  • the stroke of the middle piston is different from the strokes of the outer piston.
  • the stroke of the middle piston is different from the strokes of the outer piston.
  • 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.
  • 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 until the overflow connection is opened.
  • the shut-off of the overflow is a slider or a piston valve. Both the slider and the piston Valve avoid in the shut-off an undesirable Totr ⁇ um.
  • the middle cylinder has a larger cylinder diameter than the two outer cylinders. This increases the usable space for .Expansion space and also the loading surface of the reciprocating piston during the power stroke.
  • the working cycles of the two outer cylinders are offset from each other by 360 degrees of the crankshaft rotation angle.
  • the middle cylinder ideally works alternately with each outer cylinder at its stroke.
  • 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 for the subsequent power stroke in the middle cylinder
  • This combustion is relatively lean and 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.
  • 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.
  • valves or sliders camshaft actuated to achieve precise timing dependent on the crankshaft rotation.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a basic module of the internal combustion engine
  • Figure 2 shows an enlarged detail variant of the internal combustion engine in the cylinder head area
  • Figure 3 shows another embodiment of the internal combustion engine consisting of two basic modules in the boxer arrangement
  • Figure 4 is an existing two basic modules engine
  • FIG. 4 different cylinders of the internal combustion engine of Figure 4 and 5.
  • a shown in Fig. 1 Brennkr ⁇ ftmotor M is either a gasoline or G ⁇ s- (W ⁇ sserstoff) 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 is contained, wherein, preferably, the cylinder and piston diameter in the middle cylinder is larger than in the two outer cylinder.
  • 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 pin 5a, 5b, 5c lie in a common, parallel to the axis of the crankshaft 4 axis 6, so that the reciprocating piston 10, 1 1, 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 inlet valve is not absolutely necessary, but it is expedient if the internal combustion engine M is operated, for example, with a charging device, as described below, in particular with reference to FIGS. 4 to 6.
  • crank chamber 3 Since the basic module is operated with a reciprocating piston operating in parallel, considerable pressure pulses are produced in the crank chamber 3, so that the crank chamber 3 can be usefully used as a charge pump of the charging device in order to charge at least the middle cylinder, namely via the inlet valve 28 Outlet means 25, 26 may be provided for the crank chamber 3, wherein this outlet device is then connected at least to the inlet valve 28.
  • the dead spaces of the two outer cylinders are indicated by 15 and 16.
  • the dead space 17 of the middle cylinder is considerably smaller than the dead spaces 15, 16. This is achieved, for example, by the fact that the piston 12 in the middle cylinder has a raised piston crown 14 and / or due to the different Hubs of the lifting cylinder 12 or with a different connecting rod angle of the connecting rod 9 of the middle piston 12 relative to the other connecting rods 9.
  • a significantly larger cylinder or piston diameter of the middle cylinder leads to a better power yield and energy conservation.
  • 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 members G are slides 22, 23, which are arranged displaceably in the cylinder head 13 approximately parallel to the stroke direction of the reciprocating pistons.
  • balancing weights 24 may be arranged on the crankshaft 4.
  • the lifting piston 10 shown on the left in FIG. 1 executes four cycles via a crankshaft rotation angle of 720 degrees.
  • the first cycle is the intake stroke with movement from top dead center to bottom dead center with the intake valve open and the exhaust valve closed.
  • the second cycle is a compression stroke in which the reciprocating piston 10 moves from bottom dead center to top dead center, with intake and exhaust valves closed. At the end of the compression stroke, the ignition takes place.
  • the third cycle is a power stroke in which the reciprocating piston 10 moves from top dead center to bottom dead center with the inlet and exhaust valves closed.
  • the fourth cycle is a Ausschiebetakt in which the reciprocating piston 10 moves from bottom dead center to top dead center, and in which the exhaust valve is opened and the inlet valve is closed.
  • the right in Fig. 1 lifting piston 11 performs its four bars with a 360 degree offset from the clocks of the left cylinder.
  • the overflow connection 20 While the left-hand piston 10 in FIG. 1 carries out its intake stroke, the overflow connection 20 is closed, whereas the overflow connection 21 is opened.
  • the middle piston 12 cooperates with the right piston 11, to the effect that the combustion pressure from the right in Fig. 1 cylinder on the overflow 21 and the middle piston 12 acts, the power to the crankshaft 4 outputs.
  • the exhaust valve In the middle cylinder, the exhaust valve is closed during this power stroke, and if present, the inlet valve 27.
  • the exhaust valve 27 of the middle cylinder At the compression stroke of the left piston 10 from the bottom dead center, the exhaust valve 27 of the middle cylinder is opened, as well as the exhaust valve of the in 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 left-hand cylinder in FIG. 1 now also acts on the middle lifting piston 12, which transmits power to the crankshaft 4 and, above all, provides additional expansion volume in order to expand the combustion pressure totally or almost completely until it is close to atmospheric pressure.
  • the inlet valve 27 is opened during the compression and exhaust stroke of the middle piston 12, even though the exhaust valve 27 is open.
  • the intake valve is opened about 45 degrees crankshaft rotation angle after the bottom dead center and closed in approximately concurrent with the exhaust valve 27, d. h, at about 45 degrees before top dead center.
  • fuel-free fresh air is introduced into the middle cylinder to expel (purge) the exhaust gas and introduce fresh air.
  • This fresh air can be used to post-combust fuel from the left-hand cylinder in FIG. 1, this post-combustion being lean and high-temperature, i. a favorable power yield allows.
  • 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.
  • the Mothersfprm in Figure 2 differs from that of Fig. 1 by another embodiment of the shut-off members G.
  • piston valves 31, 32 are used, which are guided in the cylinder head 13 slidably.
  • Each piston valve has a valve plate 31 and an actuating piston 32.
  • two spaced valve seats 30 and 29 or 34 and 33 are provided in the overflow connection 20, 21.
  • the construction of the piston valve avoids in the closed position an inappropriate dead space.
  • the piston valve located in the closed position (on the right in FIG. 2) is held in close contact with its valve seat 33 by the combustion pressure. This avoids leakage.
  • crankshaft 4 'in the crankcase 3a has crankshaft journals 5d, 5e and 5f offset by 180 degrees about the crankshaft axis for the three other reciprocating pistons of the lower basic module A.
  • the firing order can be crossed or directly opposite one another.
  • the crank chamber in the crankcase 3 can be used as a charging pump of a charging device, or supplement a charging device, if the working in four-stroke cycle cylinder are operated with charge.
  • 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 inlet valve 27, the energy contained in the fuel is better utilized. If necessary, a small catalyst is sufficient to meet the exhaust gas regulations, or a catalyst is completely unnecessary (or a soot filter).
  • the basic module with three reciprocating pistons operates in series order like a four-cylinder, and also delivers corresponding power
  • compact dimensions can be achieved at least in the direction of the crankshaft axis, and the weight of the internal combustion engine can be reduced.
  • the efficiency was about 50% or more compared to conventional power engines, with reduced weight and smaller dimensions, and with lower specific fuel consumption.
  • FIG. 4 to 6 a two basic modules Al and A2 in series existing engine is shown schematically.
  • Each module has three cylinders 50, 51 and 52 or 50 ', 51' and 52 ', whose pistons are each connected via a connecting rod 53 with a continuous crankshaft 54 common to both modules A1 and A2.
  • the crankshaft 54 is connected via a drive element 57 with a camshaft 58 common to both modules A1 and A2.
  • the camshaft 58 controls an intake valve 59 and an exhaust valve 60 per cylinder.
  • an overflow channel 61 is provided in each case, which can be shut off by a controlled by the cam shaft 58 slide 62.
  • the middle piston 51 or 51 'in each case has an elevation 63, which significantly reduces the dead volume of the relevant cylinder in comparison to the outer cylinders.
  • the engine housing is divided into three parts, into a cylinder head part 65, a main block 66 and a trough part 67 closing off the main block.
  • charge air lines 68 and 69 or 68 'and 69' are provided, which are connected to an opening 78 or 78 'in the wall of the main block 66 and, accordingly, in connection with the crankcase 55 and 55 'and leading to inlet openings 80, 81 and 80', 81 'of the cylinders 50 and 52 and 50' and 52 ', respectively.
  • a block 79 or 79' is arranged, which establishes a connection between the opening 78 ' 'and the charge air lines 68, 69 and 68', 69 '.
  • the block has a passage to the opening 78 or 78 ', in which a check valve 70 or 70' is provided.
  • a check valve 70 or 70' opens into the block one with the opening 78 and 78 'connected to a conduit 73 which establishes a connection between the crankcases 55 and 55' and the passage cross-section can be adjusted by means of a rotary valve 74.
  • the air supply lines 68 and 69 or 68 'and 69' communicate with the inlet valves 59 of the cylinders 50, 52 and 50 ', 52', respectively.
  • the reference numerals 83 and 83 'and 84 in Fig. 6 indicate exhaust ports of the cylinders 50, 50', 51.
  • the outer cylinders 50, 52 and 50 ', 52' of the modules Al and A2 operate under fuel supply in four-stroke operation, wherein these cylinders are mutually offset by 360 ° within the modules.
  • the modules Al and A2 in total work offset from each other by 180 °, i. when the pistons of cylinders 50, 51 and 52 are at top dead center, cylinders 50 ', 51' and 52 'are at bottom dead center and vice versa.
  • the outer cylinders 50, 52 and 50 ', 52' are charged in their intake stroke by compressed air from the crankcase 55 or 55 '.
  • the compressed air is caused by the fact that in this phase all three pistons move in the direction of the crankcase and compress the air in the crankcase.
  • the inlet valve 59 of this cylinder is opened. Compressed air from the crankcase 55, which is trapped in the connecting line 75 through the check valves 76, 77 since the suction phase passes through the inlet port 82 and the inlet valve 59 into the cylinder 51 and flushes exhaust gas contained therein of the preceding power stroke from the cylinder. About 45 ° before top dead center, both the inlet valve 59 and the outlet valve 60 of the middle cylinder 51 are closed. On the remaining distance of the piston of the middle cylinder 51 now takes place as in the cylinder 50, a compression.

Abstract

The invention relates to an internal combustion engine (M) comprising a first cylinder to be operated when fuel is supplied, a second cylinder to be operated without fuel being separately supplied thereto, and an overflow connection (20; 21) that is formed between the cylinders and is fitted with a blocking member (22, 23) which can be maintained in an open position during the power stroke of the first cylinder. The pistons (10-12) in the cylinders move substantially in a synchronous fashion in relation to the top and bottom dead center, the dead volume (17) of the second cylinder is smaller than the dead volume (15, 16) of the first cylinder, and the second cylinder encompasses a discharge valve (27) that is to open during the compression phase of the first cylinder. According to the invention, the discharge valve (27) of the second cylinder can be closed by the piston (12) thereof before the top dead center is reached such that a compressive force which is applied when the blocking member (22, 23) is opened can be generated in the second cylinder.

Description

Beschreibung: Description:
„Brennkrαftmotor""Brennkrαftmotor"
Die Erfindung betrifft einen Brennkrαftmotor mit einem ersten zum Betrieb mit Brennstoffzufuhr und einem zweiten zum Betrieb ohne eigene Brennstoffzufuhr vorgesehenen Zylinder und einer zwischen den Zylindern gebildeten Überströmverbindung mit einem Absperrglied, dass sich während des Arbeitstaktes des ersten Zylinders in einer Offenstellung halten lässt, wobei sich die Kolben in den Zylindern in Bezug auf den oberen und unteren Totpunkt im wesentlichen synchron bewegen, das Totvolumen des zweiten Zylinders kleiner als das des ersten ist und der zweite Zylinder ein zum Öffnen während der Kompressionsphase des ersten Zylinders vorgesehenes Auslassventil umfasst.The invention relates to a Brennkrαftmotor with a first for operation with fuel supply and a second provided for operation without own fuel supply cylinder and an overflow connection formed between the cylinders with a shut-off that can be held during the working cycle of the first cylinder in an open position, wherein the Moving pistons in the cylinders substantially synchronously with respect to the top and bottom dead center, the dead volume of the second cylinder is smaller than that of the first, and the second cylinder comprises an outlet valve provided for opening during the compression phase of the first cylinder.
Ein Brennkraftmotor solcher Art geht aus der US 4503816 hervor. Der zweite Zylinder, in den beim Arbeitstakt des ersten Zylinders Verbrennungsgas aus dem ersten Zylinder überströmt, vergrößert das Expansionsvolumen, so dass die im Ver- brennungsgas enthaltene Energie vollständiger als bei Ausdehnung des Verbrennungsgases nur innerhalb des ersten Zylinders in mechanische Arbeit umgesetzt werden kann. Das Auslassventil des zweiten Zylinders bleibt bei jedem Kolbenhub geöffnet bis der Kolben dieses Zylinders seinen oberen Totpunkt er- reicht hat. Das in dieser Stellung verbliebene Totvolumen ist außerordentlich gering. Bei Öffnung der Überströmverbindung ist das Totvolumen drucklos bzw. es herrscht dort nur Luftdruck.An internal combustion engine of this type is shown in US 4503816. The second cylinder, into which combustion gas flows from the first cylinder during the working stroke of the first cylinder, increases the expansion volume, so that the energy contained in the combustion gas can be converted into mechanical work more completely than during expansion of the combustion gas only within the first cylinder. The exhaust valve of the second cylinder remains open with each piston stroke until the piston of this cylinder reaches its top dead center. The remaining in this position dead volume is extremely low. When opening the overflow connection, the dead volume is depressurized or there is only air pressure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Motor der eingangs er- wähnten Art mit gegenüber diesem Stand der Technik weiter verbessertem Brennstoffnutzungsgrad zu schaffen. Der diese Aufgabe lösende Brennkraftmotor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil des zweiten Zylinders vor Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens schließbar ist und sich so im zweiten Zylinder ein beim Öffnen des Absperrgliedes anliegender Kompressionsdruck erzeugen lässt.The invention has for its object to provide a new engine of the type mentioned above with respect to this prior art further improved fuel efficiency. The object of this invention solving internal combustion engine according to the invention is characterized in that the exhaust valve of the second cylinder is closed before reaching the top dead center of the piston and can be generated in the second cylinder, a voltage applied to the opening of the shut-off compression.
Durch die erfindungsgemäße Erzeugung von Kompressionsdruck auch im zweiten Zylinder lässt sich ein zu frühzeitiger, den Entzündungs- und Verbrennungsvorgang störender Abfluss von brennstoffhaltigem Gas aus dem ersten in den zweiten Zylinder unmittelbar nach Öffnung der Überströmverbindung vermeiden. Zum Über- strömen kommt es erst nach weitgehender Entzündung des Gases im ersten Zylinder. So läuft die Verbrennung kontrolliert unter hocheffizienter Nutzung des Brennstoffs ab.The inventive generation of compression pressure in the second cylinder too early, the inflammation and combustion process disturbing outflow of fuel-containing gas from the first into the second cylinder can be avoided immediately after opening the overflow. Overflowing occurs only after extensive ignition of the gas in the first cylinder. Thus, combustion proceeds in a controlled manner with highly efficient use of the fuel.
Vorzugsweise gibt das Sperrglied die Überströmverbindung dann frei, wenn die Kompressionsdrücke in den beiden Zylindern genau gleich sind.Preferably, the locking member releases the overflow connection when the compression pressures in the two cylinders are exactly equal.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Zylinder auch ein Einlassventil auf, durch das während der Kompressionsphase des ersten Zylinders bei geöffnetem Auslassventil des zweiten Zylinders Frischluft in den zweiten Zylinder eindrückbar ist. Vorteilhaft spült diese Frischluft Verbrennungsgase des vorangehenden Arbeitstakts aus dem zweiten Zylinder aus und sorgt dann für eine Nachverbrennung des in den zweiten Zylinder übergeströmten Gases und so für eine noch weitergehende Ausnutzung des Brennstoffs.In a particularly preferred embodiment of the invention, the second cylinder also has an inlet valve, through which fresh air can be pressed into the second cylinder during the compression phase of the first cylinder when the outlet valve of the second cylinder is open. Advantageously, this fresh air flushes combustion gases of the preceding cycle from the second cylinder and then ensures an afterburning of the gas flowed over into the second cylinder and thus for an even more extensive utilization of the fuel.
Für den ersten Zylinder kommen sowohl Viertakt- als auch Zweitaktbetrieb in Betracht.For the first cylinder both four-stroke and two-stroke operation are considered.
Vorzugsweise ist ein dritter, dem ersten Zylinder entsprechender Zylinder vorgesehen, der gegenüber dem ersten Zylinder um 360° versetzt arbeitet. Der erste und der dritte Zylinder können dann im Viertaktverfahren betrieben werden, wobei der zweite Zylinder in jedem zweiten Takt bei jeder Abwärtsbewegung des Kolbens mechanische Arbeit verrichtet.Preferably, a third, the first cylinder corresponding cylinder is provided which operates offset from the first cylinder by 360 °. The first and third cylinders may then be operated in a four-stroke mode, with the second cylinder doing mechanical work every second stroke for each downward movement of the piston.
Zweckmäßig sind die drei Zylinder in einer Zylinderreihenbank angeordnet, die einen Grundmodul bildet, der sich mit wenigstens einem weiteren solchenSuitably, the three cylinders are arranged in a cylinder bank, which forms a basic module, which is connected to at least one other such
Grundmodul in Boxer-, Reihen-, V-, W- oder Stern-Anordnung kombinieren lässt.Basic module in boxer, row, V, W or star arrangement can be combined.
Die Hubkolben des Grundmoduls arbeiten zweckmäßig zueinander parallel, ge- gebenenfαlls mit identischen Hüben. Dank eines 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 reciprocating pistons of the basic module work expediently parallel to one another, Give it with identical strokes. Thanks to a much 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 vergrößerten mittleren 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 central 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 einem 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 einer 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 Überström Verbindung 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 until the overflow connection is opened.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Absperrglied der Überströmverbindung ein Schieber oder ein Kolben ventil. Sowohl der Schieber als auch das Kolben- ventil vermeiden in der Absperrstellung einen unerwünschten Totrαum.In an expedient embodiment, the shut-off of the overflow is a slider or a piston valve. Both the slider and the piston Valve avoid in the shut-off an undesirable Totrαum.
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 space 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 Ladeluft- zufuhr 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 ZylinderHere, 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 for the subsequent power stroke in the middle cylinder
Frischluft bereitgehalten, die für eine zweckmäßige Nachverbrennung von Brennstoff aus dem äußeren Zylinder nutzbar ist. Diese Nαchverbrennung 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 Temperatur- absenkung, gegebenenfalls bei Verwendung eines Ladeluftkühlers.Fresh air kept ready, which is useful for a proper post-combustion of fuel from the outer cylinder. This combustion is relatively lean and 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:Embodiments of the subject invention will be explained with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Grundmodul des Brennkraftmotors, Fig.2 eine vergrößerte Detailvariante des Brennkraftmotors im Zylinderkopfbereich, Fig.3 eine weitere Ausführungsform des Brennkraftmotors bestehend aus zwei Grundmodulen im Boxeranordnung, Fig.4 ein aus zwei Grundmodulen bestehenden Brennkraftmotor,1 shows a longitudinal section through a basic module of the internal combustion engine, Figure 2 shows an enlarged detail variant of the internal combustion engine in the cylinder head area, Figure 3 shows another embodiment of the internal combustion engine consisting of two basic modules in the boxer arrangement, Figure 4 is an existing two basic modules engine,
Fig.5 eine Ladeluftleitungen zeigende Außenansicht des Brennkraftmotors von5 shows a charge air lines facing outside view of the internal combustion engine of
Fig. 4, und Fig. 6 verschiedene Zylinder des Brennkraftmotors von Fig.4 und 5. Ein in Fig. 1 gezeigter Brennkrαftmotor M ist entweder ein Benzin- oder Gαs-(Wαsserstoff) oder ein Dieselmotor und weist als Grundmodul A drei Zylinder in einer Zylinderreihenbank 2 eines Motorgehäuses 1 mit einer Kurbelkammer 3 auf. In jedem Zylinder ist ein Hubkolben 10, 11 , 12 enthalten, wobei, vorzugsweise, der Zylinder- und Kolbendurch- messer im mittleren Zylinder größer ist als in den beiden äußeren Zylinder. Die Hubkolben 10, 11 , 12, sind über Pleuel 9 mit Kurbelzapfen 5a, 5b, 5c einer Kurbelwelle 4 verbunden. Das Pleuel 9 des mittleren Hubkolbens 12 könnte verstärkt oder stärker als die anderen sein. Die Kurbelzapfen 5a, 5b, 5c liegen in einer gemeinsamen, parallel zur Achse der Kurbelwelle 4 liegenden Achse 6, so dass sich die Hubkolben 10, 1 1 , 12, parallel zu einander bewegen.4, and FIG. 6 different cylinders of the internal combustion engine of Figure 4 and 5. A shown in Fig. 1 Brennkrαftmotor M is either a gasoline or Gαs- (Wαsserstoff) 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. In each cylinder, a reciprocating piston 10, 11, 12 is contained, wherein, preferably, the cylinder and piston diameter in the middle cylinder is larger than in the two outer cylinder. 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 pin 5a, 5b, 5c lie in a common, parallel to the axis of the crankshaft 4 axis 6, so that the reciprocating piston 10, 1 1, 12, move parallel to each other.
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, wie dies weiter unten, insbesondere anhand der Fig. 4 bis 6 beschrieben ist.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. In a cylinder head 13, 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. In the illustrated embodiment of the basic module A, at least one positively controlled inlet valve 28 is further provided in the middle cylinder. This inlet valve is not absolutely necessary, but it is expedient if the internal combustion engine M is operated, for example, with a charging device, as described below, in particular with reference to FIGS. 4 to 6.
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 Ladevoπichtung verwendbar ist, um zumindest den mittleren Zylinder aufzuladen, und zwar über das Einlassventil 28. Zu diesem Zweck können Einlassund 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 produced in the crank chamber 3, so that the crank chamber 3 can be usefully used as a charge pump of the charging device in order to charge at least the middle cylinder, namely via the inlet valve 28 Outlet means 25, 26 may be provided for the crank chamber 3, wherein this outlet device is then connected at least to the inlet valve 28.
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 dead space 17 of the middle cylinder is considerably smaller than the dead spaces 15, 16. This is achieved, for example, by the fact that the piston 12 in the middle cylinder has a raised piston crown 14 and / or due to the different Hubs of the lifting cylinder 12 or with a different connecting rod angle of the connecting rod 9 of the middle piston 12 relative to the other connecting rods 9. A significantly larger cylinder or piston diameter of the middle cylinder leads to a better power yield and energy conservation.
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 Fig. 1 gezeigten Grundmodul A sind die Absperrglieder G Schieber 22, 23, die in etwa parallel zur Hubrichtung der Hubkolben verschiebbar im Zylinderkopf 13 angeordnet sind. Zwischen den Kurbelzapfen 5a, 5b, 5c können Ausgleichsmassen 24 auf der Kurbelwelle 4 angeordnet sein.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. In the basic module A shown in FIG. 1, the shut-off members G are slides 22, 23, which are arranged displaceably in the cylinder head 13 approximately parallel to the stroke direction of the reciprocating pistons. Between the crank pin 5a, 5b, 5c balancing weights 24 may be arranged on the crankshaft 4.
Funktion: Der in Fig. 1 links gezeigt Hubkolben 10 führt über einen Kurbelwellendrehwinkel von 720 Grad vier Takte aus. Der erste Takt ist der Ansaugtakt mit einer Bewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, wobei das Einlassventil offen und das Auslassventil zu ist. Der zweite Takt ist ein Verdichtungstakt, bei dem sich der Hubkolben 10 von unterem Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, wobei Einlass- und Auslassventil geschlossen sind. Beim Ende des Verdichtungstaktes erfolgt die Zündung. Der dritte Takt ist ein Arbeitstakt, bei dem sich der Hubkolben 10 vom oberen Totpunkte zum unteren Totpunkt bewegt, wobei die Einlass- und Auslassventile geschlossen sind. Der vierte Takt ist ein Ausschiebetakt, bei dem sich der Hubkolben 10 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, und bei dem das Auslassventil geöffnet und das Einlass- ventil geschlossen ist.Function: The lifting piston 10 shown on the left in FIG. 1 executes four cycles via a crankshaft rotation angle of 720 degrees. The first cycle is the intake stroke with movement from top dead center to bottom dead center with the intake valve open and the exhaust valve closed. The second cycle is a compression stroke in which the reciprocating piston 10 moves from bottom dead center to top dead center, with intake and exhaust valves closed. At the end of the compression stroke, the ignition takes place. The third cycle is a power stroke in which the reciprocating piston 10 moves from top dead center to bottom dead center with the inlet and exhaust valves closed. The fourth cycle is a Ausschiebetakt in which the reciprocating piston 10 moves from bottom dead center to top dead center, and in which the exhaust valve is opened and the inlet valve is closed.
Der in Fig. 1 rechte Hubkolben 11 führt seine vier Takte mit einer 360 Grad Versetzung gegenüber den Takten des linken Zylinders durch.The right in Fig. 1 lifting piston 11 performs its four bars with a 360 degree offset from the clocks of the left cylinder.
Während der in Fig. 1 linke Hubkolben 10 seinen Ansaugtakt ausführt, ist die Überströmverbindung 20 geschlossen, hingegen die Überströmverbindung 21 geöffnet. Der mittlere Hubkolben 12 kooperiert mit dem rechten Hubkolben 11 , dahingehend, dass der Verbrennungsdruck aus dem in Fig. 1 rechten Zylinder über die Überströmverbindung 21 auch auf den mittleren Hubkolben 12 einwirkt, der Leistung an die Kurbelwelle 4 abgibt. Im mittleren Zylinder ist während dieses Arbeitstaktes das Auslassventil geschlossen, und falls vorhanden, auch das Einlassventil 27. Beim Verdichtungstakt des linken Hubkolbens 10 wird ab dem unteren Totpunkt das Auslassventil 27 des mittleren Zylinders geöffnet, wie auch das Auslassventil des in Fig. 1 rechten Zylinders. Die Abgase werden ausgeschoben. Abhängig von der Größe des Totraums 17 und dessen Verhältnis zum Totraum 15 wird ab etwa 45 Grad Kurbelwellen- drehwinkel vor dem oberen Totpunkt das Auslassventil 27 des mittleren Zylinders geschlossen. Der mittlere Hubkolben 12 beginnt dann zu verdichten, da beide Absperr- glieder G in der Schließstellung sind. Sobald die Drücke in den Toträumen 15, 17 gleich sind, wird der Schieber 22 geöffnet, in etwa mit der Zündung im linken äußeren Zylinder, oder vor- bzw. nacheilend zur Zündung. Der Verbrennungsdruck im in Fig. 1 linken Zylinderwirkt nun auch auf den mittleren Hubkolben 12, der Leistung auf die Kurbelwelle 4 überträgt und vor allem zusätzliches Expansionsvolumen bereitstellt, um den Ver- brennungsdruck total oder nahezu total zu expandieren, bis dieser nahe bei Atmosphärendruck liegt.While the left-hand piston 10 in FIG. 1 carries out its intake stroke, the overflow connection 20 is closed, whereas the overflow connection 21 is opened. The middle piston 12 cooperates with the right piston 11, to the effect that the combustion pressure from the right in Fig. 1 cylinder on the overflow 21 and the middle piston 12 acts, the power to the crankshaft 4 outputs. In the middle cylinder, the exhaust valve is closed during this power stroke, and if present, the inlet valve 27. At the compression stroke of the left piston 10 from the bottom dead center, the exhaust valve 27 of the middle cylinder is opened, as well as the exhaust valve of the in Fig. 1 right cylinder. The exhaust gases are ejected. Depending on the size of the dead space 17 and its ratio to the dead space 15, 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. As soon as the pressures in the dead spaces 15, 17 are the same, 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 left-hand cylinder in FIG. 1 now also acts on the middle lifting piston 12, which transmits power to the crankshaft 4 and, above all, provides additional expansion volume in order to expand the combustion pressure totally or almost completely until it is close to atmospheric pressure.
Falls der Brennkraftmotor M über eine Aufladevorrichtung verfügt, und im mittleren Zylinder das Einlassventil 27 vorgesehen ist, wird das Einlassventil während das Kom- pressions- 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 Fig. 1 linken Zylinder benutzt werden, wobei diese Nachverbrennung mager und mit hoher Temperatur abläuft, d.h. eine günstige Leistungsausbeute ermöglicht.If the internal combustion engine M has a supercharger, and the inlet valve 27 is provided in the middle cylinder, the inlet valve is opened during the compression and exhaust stroke of the middle piston 12, even though the exhaust valve 27 is open. For example, the intake valve is opened about 45 degrees crankshaft rotation angle after the bottom dead center and closed in approximately concurrent with the exhaust valve 27, d. h, at about 45 degrees before top dead center. As a result, fuel-free fresh air is introduced into the middle cylinder to expel (purge) the exhaust gas and introduce fresh air. This fresh air can be used to post-combust fuel from the left-hand cylinder in FIG. 1, this post-combustion being lean and high-temperature, i. a favorable power yield allows.
In etwa bei Erreichen des unteren Totpunkts werden beide Schieber 22, 23 geschlossen. Der in Fig. 1 linke Hubkolben 10 führt dann seinen Ausschiebetakt aus, während der in Fig. 1 rechte Hubkolben 11 seinen Verdichtungstakt ausführt, bis der in Fig. 1 rechter Schieber 23 erneut geöffnet wird.When the bottom dead center is reached, both slides 22, 23 are closed. The left in Fig. 1 lifting piston 10 then performs its Ausschiebetakt, while the right in Fig. 1 lifting piston 11 performs its compression stroke until the right in Fig. 1 slide 23 is opened again.
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 outer reciprocating piston 10, 11 performs a power stroke at every third clock, while the middle reciprocating piston 12 performs a power stroke every second clock.
Die Ausführungsfprm in Fig.2 unterscheidet sich von der von Fig. 1 durch eine andere Ausbildung der Absperrglieder G. Anstelle der Schieber 22, 23 werden hier Kolbenventile 31 , 32 verwendet, die im Zylinderkopf 13 verschiebbar geführt sind. Jedes Kolbenventil weist eine Ventilplatte 31 und einen Betätigungskolben 32 auf. Für die Ventilplatte 31 sind in der Überströmverbindung 20, 21 zwei beabstandete Ventilsitze 30 und 29 bzw.34 und 33 vorgesehen. Die Bauweise des Kolbenventils vermeidet in der Schließstellung einen unzweckmäßigen Totraum. Ferner wird das in der Schließstellung befindliche Kolbenventil (in Fig. 2 rechts) durch den Verbrennungsdruck in dichter Anlage an seinem Ventilsitz 33 gehalten. Dies vermeidet Leckverluste.The Ausführungsfprm in Figure 2 differs from that of Fig. 1 by another embodiment of the shut-off members G. Instead of the slide 22, 23 piston valves 31, 32 are used, which are guided in the cylinder head 13 slidably. Each piston valve has a valve plate 31 and an actuating piston 32. For the valve plate 31, two spaced valve seats 30 and 29 or 34 and 33 are provided in the overflow connection 20, 21. The construction of the piston valve avoids in the closed position an inappropriate dead space. Furthermore, the piston valve located in the closed position (on the right in FIG. 2) is held in close contact with its valve seat 33 by the combustion pressure. This avoids leakage.
Fig.3 zeigt einen Brennkraftmotor M, der aus zwei Grundmodulen A zusammen gesetzt ist, die eine 180°-Boxeranordnung bilden. Zusätzlich zu den Kurbelzapfen 5a, 5b, 5c weist die Kurbelwelle 4' im Kurbelgehäuse 3a um 180 Grad um die Kurbelwellenachse versetzte weitere Kurbelzapfen 5d, 5e und 5f für die drei anderen Hubkolben des unteren Grundmoduls A auf. Die Zündfolge kann überkreuz oder direkt gegenüberliegend gewählt werden. Auch in diesem Brennkraftmotor M kann die Kurbelkammer im Kurbelgehäuse 3 als Ladepumpe einer Ladevorrichtung benutzt werden, oder eine Ladevorrichtung ergänzen, falls auch die im Viertaktverfahren arbeitenden Zylinder mit Aufladung betrieben werden.3 shows an internal combustion engine M, which is composed of two basic modules A together, which form a 180 ° -Boxeranordnung. In addition to the crankpins 5a, 5b, 5c, the crankshaft 4 'in the crankcase 3a has crankshaft journals 5d, 5e and 5f offset by 180 degrees about the crankshaft axis for the three other reciprocating pistons of the lower basic module A. The firing order can be crossed or directly opposite one another. Also in this internal combustion engine M, the crank chamber in the crankcase 3 can be used as a charging pump of a charging device, or supplement a charging device, if the working in four-stroke cycle cylinder are operated with charge.
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 Reihenan- Ordnung 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 Prüf motoren Hess sich ein Wirkungsgrad von etwa 50 % oder mehr bei im Vergleich zu leistungsähnlichen herkömmlichen Motoren erzielen, und zwar bei ver- ringertem 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 inlet valve 27, the energy contained in the fuel is better utilized. If necessary, a small catalyst is sufficient to meet the exhaust gas regulations, or a catalyst is completely unnecessary (or a soot filter). Since the basic module with three reciprocating pistons operates in series order like a four-cylinder, and also delivers corresponding power, compact dimensions can be achieved at least in the direction of the crankshaft axis, and the weight of the internal combustion engine can be reduced. With test engines built and operated, the efficiency was about 50% or more compared to conventional power engines, with reduced weight and smaller dimensions, and with lower specific fuel consumption.
Es wird nachfolgend Bezug auf die Fig.4 bis 6 genommen, in denen ein aus zwei Grundmodulen Al und A2 in Reihenanordnung bestehender Motor schematisch dargestellt ist. Jeder Modul weist drei Zylinder 50, 51 und 52 bzw. 50', 51 ' und 52' auf, deren Kolben jeweils über ein Pleuel 53 mit einer durchgehenden, beiden Modulen Al und A2 gemeinsamen Kurbelwelle 54 verbunden sind.Reference is now made to Figures 4 to 6, in which a two basic modules Al and A2 in series existing engine is shown schematically. Each module has three cylinders 50, 51 and 52 or 50 ', 51' and 52 ', whose pistons are each connected via a connecting rod 53 with a continuous crankshaft 54 common to both modules A1 and A2.
Zwischen Kurbelgehäusen 55 und 55' der Module Al und A2 liegt eine Trennwand 56.Between crankcases 55 and 55 'of the modules Al and A2 is a partition wall 56th
Die Kurbelwelle 54 ist über ein Antriebselement 57 mit einer beiden Modulen Al und A2 gemeinsamen Nockenwelle 58 verbunden. Die Nockenwelle 58 steuert je Zylinder ein Einlassventil 59 und ein Auslassventil 60.The crankshaft 54 is connected via a drive element 57 with a camshaft 58 common to both modules A1 and A2. The camshaft 58 controls an intake valve 59 and an exhaust valve 60 per cylinder.
Zwischen dem Zylinder 51 bzw.51 ' jedes Moduls und den beiden äußeren Zylindern 50, 52 bzw.50', 52' ist jeweils ein Überströmkanal 61 vorgesehen, der sich durch einen durch die Nockenwelle 58 gesteuerten Schieber 62 absperren lässt. Der mittlere Kolben 51 bzw. 51 ' weist jeweils eine Erhöhung 63 auf, die das Totvolumen des betreffenden Zylinders im Vergleich zu den äußeren Zylindern deutlich verringert.Between the cylinder 51 bzw.51 'of each module and the two outer cylinders 50, 52 and 50', 52 ', an overflow channel 61 is provided in each case, which can be shut off by a controlled by the cam shaft 58 slide 62. The middle piston 51 or 51 'in each case has an elevation 63, which significantly reduces the dead volume of the relevant cylinder in comparison to the outer cylinders.
An den äußeren Zylindern beider Module Al und A2 sind Einrichtungen 64 zum Zünden vorgesehen.On the outer cylinders of both modules Al and A2 devices 64 are provided for ignition.
Wie Rg.4 ferner erkennen lässt, ist das Motorgehäuse dreigeteilt, in einen Zylinderkopfteil 65, einen Hauptblock 66 und einen den Hauptblock nach unten abschließenden Wannenteil 67.As can also be seen in FIG. 4, the engine housing is divided into three parts, into a cylinder head part 65, a main block 66 and a trough part 67 closing off the main block.
Wie aus Fig.5 hervorgeht, sind an der Außenseite des Motorgehäuses Ladeluftleitungen 68 und 69 bzw. 68' und 69' vorgesehen, die an eine Öffnung 78 bzw. 78' in der Wand des Hauptblocks 66 angeschlossen sind und dementsprechend in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse 55 bzw.55' stehen und die zu Einlassöff- nungen 80, 81 bzw.80', 81 ' der Zylinder 50 und 52 bzw. 50' und 52' führen. Vor der Öffnung 78 bzw. 78' an der Außenseite des Hauptblocks 66 ist ein Block 79 bzw. 79' angeordnet, der eine Verbindung zwischen der Öffnung 78 bzw.78' und den Ladeluftleitungen 68, 69 bzw. 68', 69' herstellt. Ferner weist der Block einen Durchgang zu der Öffnung 78 bzw. 78' auf, in der ein Rückschlagventil 70 bzw. 70' vor- gesehen ist. Schließlich mündet in den Block eine mit der Öffnung 78 bzw. 78' verbundene Leitung 73 ein, die eine Verbindung zwischen den Kurbelgehäusen 55 und 55' herstellt und deren Durchlassquerschnitt sich mit Hilfe eines Drehschiebers 74 einstellen lässt. Die Lαdeluftleitungen 68 und 69 bzw. 68' und 69' stehen mit den Einlαssventilen 59 der Zylinder 50, 52 bzw. 50', 52' in Verbindung. Von den Lαdeluftleitungen 68 und 69 bzw. 68' und 69' zweigt jeweils eine durchgehende Verbindungsleitung 75 bzw. 75' ab, in der Rückschlagventile 76 und 77 bzw. 76' und 77' vorgesehen sind und die in Verbindung mit einer Einlassöffnung 82 bzw.82' des Zylinders 51 bzw.51 ' steht.As is apparent from Fig.5, on the outside of the motor housing charge air lines 68 and 69 or 68 'and 69' are provided, which are connected to an opening 78 or 78 'in the wall of the main block 66 and, accordingly, in connection with the crankcase 55 and 55 'and leading to inlet openings 80, 81 and 80', 81 'of the cylinders 50 and 52 and 50' and 52 ', respectively. In front of the opening 78 or 78 'on the outside of the main block 66, a block 79 or 79' is arranged, which establishes a connection between the opening 78 bzw.78 'and the charge air lines 68, 69 and 68', 69 '. Furthermore, the block has a passage to the opening 78 or 78 ', in which a check valve 70 or 70' is provided. Finally, opens into the block one with the opening 78 and 78 'connected to a conduit 73 which establishes a connection between the crankcases 55 and 55' and the passage cross-section can be adjusted by means of a rotary valve 74. The air supply lines 68 and 69 or 68 'and 69' communicate with the inlet valves 59 of the cylinders 50, 52 and 50 ', 52', respectively. Of the Lαdeluftleitungen 68 and 69 or 68 'and 69' branches off in each case a continuous connecting line 75 or 75 ', in the check valves 76 and 77 or 76' and 77 'are provided and in connection with an inlet port 82 and 82 'of the cylinder 51 bzw.51' is.
Die Bezugszahlen 83 bzw.83' und 84 in Fig. 6 weisen auf Auslassöffnungen der Zylinder 50, 50', 51 hin.The reference numerals 83 and 83 'and 84 in Fig. 6 indicate exhaust ports of the cylinders 50, 50', 51.
Im folgenden wird die Funktionsweise des anhand der Fig. 4 bis 6 beschriebenen Brennkraftmotors erläutert.In the following the operation of the internal combustion engine described with reference to FIGS. 4 to 6 will be explained.
Wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen arbeiten die äußeren Zylinder 50, 52 bzw. 50', 52' der Module Al und A2 unter Brennstoffzufuhr im Viertaktbetrieb, wobei diese Zylinder innerhalb der Module zueinander um 360° versetzt tätig sind. Die Module Al und A2 insgesamt arbeiten zueinander um 180° versetzt, d.h. wenn die Kolben der Zylinder 50, 51 und 52 am oberen Totpunkt sind, befinden sich die Zylinder 50', 51 ' und 52' am unteren Totpunkt und umgekehrt. In die mittleren Zylinder 51 , 51 ' strömt bei deren Abwärtsbewegung der Kolben durch den betreffenden Überströmkanal 61 entzündetes Gas aus einem der benachbarten Zylinder, das im nächsten Takt bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens durch das betreffende Auslassventil 60 und die Auslassöffnung 84 hindurch (Fig. 6b) aus dem mittleren Zylinder ausgestoßen wird.As in the previous embodiments, the outer cylinders 50, 52 and 50 ', 52' of the modules Al and A2 operate under fuel supply in four-stroke operation, wherein these cylinders are mutually offset by 360 ° within the modules. The modules Al and A2 in total work offset from each other by 180 °, i. when the pistons of cylinders 50, 51 and 52 are at top dead center, cylinders 50 ', 51' and 52 'are at bottom dead center and vice versa. In the middle cylinders 51, 51 'flows in the downward movement of the piston through the relevant overflow 61 ignited gas from one of the adjacent cylinder, in the next cycle during the upward movement of the piston through the relevant outlet valve 60 and the outlet port 84 therethrough (Fig. 6b ) is ejected from the middle cylinder.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 werden die äußeren Zylinder 50, 52 bzw.50', 52' in deren Ansaugtakt durch Druckluft aus dem Kurbelgehäuse 55 bzw.55' aufgeladen. Die Druckluft entsteht dadurch, dass sich in dieser Phase alle drei Kolben in Richtung Kurbelgehäuse bewegen und die Luft im Kurbelgehäuse verdichten.In the embodiment according to FIGS. 4 to 6, the outer cylinders 50, 52 and 50 ', 52' are charged in their intake stroke by compressed air from the crankcase 55 or 55 '. The compressed air is caused by the fact that in this phase all three pistons move in the direction of the crankcase and compress the air in the crankcase.
Ein solcher Aufladungsvorgang wird nachfolgend beispielhaft anhand der Aufladung des Zylinders 50 erläutert.Such a charging process will be explained below by way of example with reference to the charging of the cylinder 50.
Während der Ansaug- bzw. Aufladungsphase des Zylinders 50, in der sich der Kolben in Richtung zum Kurbelgehäuse 55 bewegt, gelangt Druckluft durch die Auslassöffnung 78, die Ladeluftleitung 68 und die Einlassöffnung 80 hindurch in den Zylinder 50. Das Auslassventil 60 des Zylinders 50 ist geschlossen. Die Kolben der Zylinder 51 und 52 befinden sich in dieser Ansαugphαse des Zylinders 50 in einem Arbeitstakt. Mit der Umkehrung der Kolbenbewegung nach oben beginnt im Zylinder 50 die Verdichtungsphase. Das entsprechende Auslassventil 60 des benachbarten mittleren Zylinders 51 ist geöffnet, so dass durch die Auslassöffnung 84 hindurch Gas aus dem Zylinder 51 ausgeschoben wird. Ebenso ist das Auslassventil 60 des Zylinders 52 geöffnet. Die Einlassventile 59 der Zylinder 51 und 52 und beide Ventile des Zylinders 50 sind geschlossen.During the intake phase of the cylinder 50, in which the piston moves toward the crankcase 55, compressed air passes through the exhaust port 78, the charge air line 68 and the intake port 80 into the cylinder 50. The exhaust valve 60 of the cylinder 50 is closed. The pistons of Cylinders 51 and 52 are in this Ansαugphαse of the cylinder 50 in a working cycle. With the inversion of the piston movement upwards in the cylinder 50, the compression phase begins. The corresponding outlet valve 60 of the adjacent central cylinder 51 is opened, so that gas is expelled from the cylinder 51 through the outlet opening 84. Likewise, the exhaust valve 60 of the cylinder 52 is opened. The intake valves 59 of the cylinders 51 and 52 and both valves of the cylinder 50 are closed.
Etwa in einem Winkel von 45° nach dem unteren Totpunkt des Kolbens des mittleren Zylinders 51 wird das Einlassventil 59 dieses Zylinders geöffnet. Druckluft aus dem Kurbelgehäuse 55, die seit der Ansaugphase durch die Rückschlagventile 76, 77 in der Verbindungsleitung 75 eingeschlossen ist, gelangt durch die Einlassöffnung 82 und das Einlassventil 59 hindurch in den Zylinder 51 und spült darin enthaltenes Abgas des vorangehenden Arbeitstaktes aus dem Zylinder aus. Etwa 45° vor dem oberen Totpunkt werden sowohl das Einlassventil 59 als auch das Auslassventil 60 des mittleren Zylinders 51 geschlossen. Auf dem verbliebenen Restweg des Kolbens des mittleren Zylinders 51 erfolgt nun wie im Zylinder 50 eine Verdichtung.Approximately at an angle of 45 ° after the bottom dead center of the piston of the middle cylinder 51, the inlet valve 59 of this cylinder is opened. Compressed air from the crankcase 55, which is trapped in the connecting line 75 through the check valves 76, 77 since the suction phase passes through the inlet port 82 and the inlet valve 59 into the cylinder 51 and flushes exhaust gas contained therein of the preceding power stroke from the cylinder. About 45 ° before top dead center, both the inlet valve 59 and the outlet valve 60 of the middle cylinder 51 are closed. On the remaining distance of the piston of the middle cylinder 51 now takes place as in the cylinder 50, a compression.
Am oberen Totpunkt des Kolbens des Zylinders 51 sind sowohl im Zylinder 50 als auch im Zylinder 51 etwa gleiche Kompressionsdrücke erreicht und der betreffende Schieber 62 wird unter Freigabe des Überströmkanals 61 geöffnet. Durch die Druckgleichheit in beiden Zylindern kommt es in diesem Moment noch nicht zur Strömung durch den Überströmkanal 61 und die Entzündung des Brennstoff- luftgemischs im Zylinder 50 wird nicht gestört. Erst im weiteren Verlauf kommt es durch Druckanstieg im Zylinder 50 auch zur Beaufschlagung des Kolbens des Zylinders 51 durch überströmende heiße Verbrennungsgase.At the top dead center of the piston of the cylinder 51, approximately equal compression pressures are achieved both in the cylinder 50 and in the cylinder 51, and the slider 62 in question is opened by releasing the overflow channel 61. Due to the equal pressure in both cylinders, the flow through the overflow channel 61 does not yet occur at this moment and the ignition of the fuel / air mixture in the cylinder 50 is not disturbed. Only in the further course of pressure in the cylinder 50 also comes to act on the piston of the cylinder 51 by overflowing hot combustion gases.
Durch die Ausspülung des Zylinders 51 befindet sich im Zylinder 51 komprimierte Frischluft, die für eine Nachverbrennung des in den Zylinder 51 übergeströmten Gases und damit für eine weitere Wirkungsgraderhöhung sorgt.By the flushing of the cylinder 51 is located in the cylinder 51 compressed fresh air, which provides for afterburning the overflowed into the cylinder 51 gas and thus for a further increase in efficiency.
Während die Luft im Kurbelgehäuse 55 komprimiert wird, entsteht im Kurbelgehäuse 55' durch den gleichzeitigen Hub der drei Kolben ein Unterdruck, und Luft wird durch den Block 79' hindurch in das Kurbelgehäuse 55' angesaugt. Über die Verbindungsleitung 73 und durch Öffnung des darin befindlichen Drehschiebers 74 lässt sich der durch den jeweils anderen Modul Al bzw. A2 erzeugte Ladeluftdruck regulieren. Es versteht sich, dass für den in den Fig. 4 bis 6 beschriebenen Motor eine Trocken- sumpfschmierung verwendet wird, die eine Ladung der Zylinder mit ölfreier Luft ermöglicht. As the air in the crankcase 55 is compressed, vacuum is created in the crankcase 55 'by the simultaneous stroke of the three pistons, and air is drawn into the crankcase 55' through the block 79 '. Via the connecting line 73 and by opening the rotary valve 74 therein, the charge air pressure generated by the respective other module Al or A2 can be regulated. It is understood that a dry sump lubrication is used for the engine described in FIGS. 4 to 6, which allows a charge of the cylinder with oil-free air.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Brennkraftmotor mit einem ersten (50, 52) zum Betrieb mit Brennstoffzufuhr und einem zweiten (51) zum Betrieb ohne eigene Brennstoffzufuhr vorgesehenen Zylinder und einer zwischen den Zylindern (50, 52; 51 ) gebildetenAn internal combustion engine having a first (50, 52) for operation with fuel supply and a second (51) provided for operation without own fuel supply cylinder and one between the cylinders (50, 52, 51)
Überströmverbindung (20, 21; 61 ) mit einem Absperrglied (22, 23; 62), dass sich während des Arbeitstaktes des ersten Zylinders (50, 52) in einer Offenstellung halten lässt, wobei sich die Kolben in den Zylindern (50-52) in Bezug auf den oberen und unteren Totpunkt im wesentlichen synchron bewegen, das Tot- volumen (17) des zweiten Zylinders (51 ) kleiner als das (15, 16) des ersten Zylinders ist (50, 52) und der zweite Zylinder (51 ) ein zum Öffnen während der Kompressionsphase des ersten Zylinders (50, 52) vorgesehenes Auslassventil (27; 60) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (27; 60) des zweiten Zylinders (51 ) vor Erreichen des oberen Totpunkts von dessen Kolben schließbar ist, und sich so im zweiten Zylinder (51) ein beim Öffnen des Absperrgliedes (22, 23; 62) anliegender Kompressionsdruck erzeugen lässt.Overflow connection (20, 21, 61) with a shut-off member (22, 23, 62) that can be held in an open position during the working stroke of the first cylinder (50, 52), wherein the pistons in the cylinders (50-52) move substantially synchronously with respect to the top and bottom dead center, the dead volume (17) of the second cylinder (51) is smaller than that (15, 16) of the first cylinder (50, 52) and the second cylinder (51) an exhaust valve (27; 60) provided for opening during the compression phase of the first cylinder (50,52), characterized in that the exhaust valve (27; 60) of the second cylinder (51) is closable by its piston before reaching top dead center , And so in the second cylinder (51) can be generated when opening the shut-off member (22, 23, 62) applied compression pressure.
2. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (22, 23; 62) zum Öffnen bei Gleichheit der Kompressionsdrücke in den beiden Zylindern (50, 52; 51 ) vorgesehen ist.2. An internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the shut-off member (22, 23; 62) is provided for opening with equality of the compression pressures in the two cylinders (50, 52, 51).
3. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zylinder (51) ein Einlassventil (28; 59) aufweist, durch das während der Kompressionsphase des ersten Zylinders (50, 52) bei geöffnetem Auslassventil (27; 60) Frischluft in den zweiten Zylinder (51 ) eindrückbar ist.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the second cylinder (51) has an inlet valve (28; 59) through which during the compression phase of the first cylinder (50, 52) with open outlet valve (27; 60) fresh air in the second cylinder (51) is pressed.
4. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter, dem ersten Zylinder (50) entsprechender Zylinder (52) vorgesehen ist, der gegenüber dem ersten Zylinder (50) um 360° versetzt arbeitet.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that a third, the first cylinder (50) corresponding cylinder (52) is provided, which operates offset from the first cylinder (50) by 360 °.
5. Brennkraftmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Zylinder (50-52) in einer Zylinderreihenbank (2) angeordnet sind, die einen Grundmodul bildet, der mit wenigstens einem weiteren solchen Grundmodul in Boxer-, Reihen-, V-, W- oder Stern-Anordnung kombinierbar ist.5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the three cylinders (50-52) are arranged in a cylinder bank (2) which forms a basic module which can be combined with at least one further such basic module in boxer, row, V, W or star arrangement.
6. Brennkraftmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (10, 11 , 12) der drei Zylinder mit Kurbelwellenzapfen (5a, 5b, 5c) einer Kurbelwelle verbunden sind, die in einer, zumindest im wesentlichen gemeinsamen, zur Kurbelwellenachse parallelen Achse (6) liegen.6. Internal combustion engine according to claim 4 or 5, characterized in that the pistons (10, 11, 12) of the three cylinders with crankshaft journals (5a, 5b, 5c) are connected to a crankshaft, in one, at least substantially common to the crankshaft axis parallel axis (6) lie.
7. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Hubkolben (10, 11, 12) identische Hübe haben oder dass der Hub des mittleren Hubkolbens (12) verschieden ist gegenüber den identischen Hüben der beiden äußeren Hubkolben ( 10, 11 ) .7. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 6, characterized in that the three reciprocating pistons (10, 11, 12) have identical strokes or that the stroke of the middle piston (12) is different from the identical strokes of the two outer piston (10 , 11).
8. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelwinkel des Pleuels (9) des mittleren Hubkolbens (12) geringfügig verschieden ist von den Pleuelwinkeln der Pleuel der beiden äußeren Hubkolben (11 , 13).8. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 7, characterized in that the connecting rod angle of the connecting rod (9) of the middle piston (12) is slightly different from the connecting rods of the connecting rod of the two outer piston (11, 13).
9. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrglied (G) der Überströmverbindung (20, 21 ) ein Schieber (22; 62) oder ein Kolbenventil (31, 32) ist.9. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 8, characterized in that the shut-off member (G) of the overflow connection (20, 21) is a slide (22; 62) or a piston valve (31, 32).
10. Brennkraftmotor nach einen der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Zylinder einen größeren Zylinderdurchmesser aufweist als die beiden äußeren Zylinder.10. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 9, characterized in that the central cylinder has a larger cylinder diameter than the two outer cylinders.
11. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (27) des mittleren Zylinders während des Ausschiebe- und11. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 10, characterized in that the outlet valve (27) of the middle cylinder during Ausschiebe- and
Kompressionstakts seines Hubkolbens (12) nur zwischen dem unteren Totpunkt und einer vorbestimmten Hubposition unterhalb des oberen Totpunkts, Vorzugs- weise bei etwa 45 Grad Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt, aufsteuerbar ist.Compression stroke of its reciprocating piston (12) only between the bottom dead center and a predetermined stroke position below top dead center, preferred way at about 45 degrees crankshaft angle before top dead center, is aufsteuerbar.
12. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufladevorrichtung vorgesehen ist.12. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 11, characterized in that a charging device is provided.
13. Brennkraftmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung das Kurbelgehäuse (3, 3a) als Ladepumpe um- fasst.13. An internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the charging device, the crankcase (3, 3a) summarizes as a charge pump.
14. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (28) des mittleren Zylinders als Spülventil während des Ausschiebe- und Kompressionstakts im mittleren Zylinder zumindest bis zum Schließen des Auslassventils (27) aufsteuerbar ist, vorzugsweise ab etwa 45 Grad Kurbel- wellendrehwinkel nach dem unteren Totpunkt.14. Internal combustion engine according to one of claims 3 to 13, characterized in that the inlet valve (28) of the middle cylinder as flushing valve during the Ausschiebe- and compression stroke in the middle cylinder at least until closing of the exhaust valve (27) aufsteuerbar, preferably from about 45 Degree of crankshaft rotation angle after bottom dead center.
15. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmodul (A; AI , A2) als Benzin- oder Gasmotor Zündvorrichtungen (19, 64) nur für die beiden äußeren Zylinder (50,52) aufweist.15. Internal combustion engine according to one of claims 5 to 14, characterized in that the basic module (A; AI, A2) as gasoline or gas engine ignition devices (19, 64) only for the two outer cylinders (50,52).
16. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmodul als Dieselmotor Glühvonichtungen (19) nur für die beiden äußeren Zylinder aufweist.16. Internal combustion engine according to one of claims 5 to 15, characterized in that the basic module as a diesel engine Glühvonichtungen (19) only for the two outer cylinder.
17. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolben (12) des mittleren Zylinders bei unter einander gleichen Zylinderhöhen einen dem Totraum (17) reduzierenden, erhabenen Kolbenboden (14) aufweist.17. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 16, characterized in that the lifting piston (12) of the middle cylinder at the same cylinder heights a dead space (17) reducing, raised piston head (14).
18. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (4, 4') des Motors auch zwischen den Pleuel-Kurbelzapfen (5a, 5b, 5c) gelagert ist.18. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 17, characterized that the crankshaft (4, 4 ') of the engine is also mounted between the connecting rod crankpins (5a, 5b, 5c).
19. Brennkraftmotor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (18, 27, 28, 31 , 32, 59, 60) und das Absperrglied (22, 23; 62) über die Kurbelwelle [A, 4a; 54) des Motors nockenwellenbetätigt sind.19. An internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that valves (18, 27, 28, 31, 32, 59, 60) and the shut-off member (22, 23, 62) via the crankshaft [A, 4a; 54) of the engine are camshaft actuated.
20. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Grundmodule (Al , A2) in Reihenanordnung vorgesehen sind, die um 180° versetzt zueinander arbeiten und deren Kurbelgehäuse (55; 55') als Ladepumpen dienen, wobei zwischen den Ladepumpen eine Verbindungsleitung [75] mit einer Einrichtung (74) zur Einstellung des Durchlassquerschnittes der Verbindungsleitung (75) besteht. 20. An internal combustion engine according to any one of claims 5 to 19, characterized in that two basic modules (Al, A2) are provided in series, the offset by 180 ° to each other and their crankcase (55, 55 ') serve as charge pumps, wherein between the Charge pumps a connecting line [75] with means (74) for adjusting the passage cross-section of the connecting line (75).
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