EP2596219A2 - Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine

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Publication number
EP2596219A2
EP2596219A2 EP11733583.6A EP11733583A EP2596219A2 EP 2596219 A2 EP2596219 A2 EP 2596219A2 EP 11733583 A EP11733583 A EP 11733583A EP 2596219 A2 EP2596219 A2 EP 2596219A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
overflow
chamber
piston
working
fresh charge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11733583.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Kreuter
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.)
Meta Motoren und Energie Technik GmbH
Original Assignee
Meta Motoren und Energie Technik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Meta Motoren und Energie Technik GmbH filed Critical Meta Motoren und Energie Technik GmbH
Publication of EP2596219A2 publication Critical patent/EP2596219A2/en
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine operating according to such a method.
  • FIG. 1 an illustrated in Fig. 1, which is taken from the cited document, illustrated internal combustion engine having a crankshaft 10 with two adjacent cranks, each connected via a connecting rod 12 and 14 with a compressor piston 16 and a piston 18 are.
  • the compressor piston 16 is movable within a compressor cylinder 20.
  • the working piston is movable within a working cylinder 22, wherein the working cylinder 22 is preferably lined with a cylinder tube 24.
  • the cylinders which are preferably formed within a common cylinder housing 28, are closed by means of a cylinder head 30 which has an end wall 32 in an area overlapping the two cylinders 20 and 22, which closes off upper portions of the cylinders 20 and 22 and a trained in the cylinder head 30 overflow cylinder 33 closes down.
  • a compressor chamber 34 is formed whose volume in the top dead center position of the compressor piston 16 shown in FIG. 1 is at least approximately zero.
  • a working chamber 36 is formed, into which an injection valve 38 protrudes.
  • an overflow piston 40 is movable, which limits an overflow chamber 42.
  • a fresh air intake passage 44 is formed, in which a fresh charge intake valve 46 operates, which controls the connection between the fresh charge intake passage 44 and the compression chamber 34.
  • fresh charge encompasses the contents "pure fresh air” and “fresh air with added fuel and / or residual gas”.
  • an exhaust passage 48 is further formed, in which an exhaust valve 50 operates, which controls the connection between the working chamber 36 and the exhaust passage 48.
  • a compression chamber 34 is connected to the overflow chamber 42 connecting overflow opening, in which an overflow valve 52 operates, which opens in a movement away from the compression chamber.
  • a shaft of the overflow valve 52 is movably guided in the overflow piston 40 with sealing, the overflow valve 52 being movable against the force of a spring 53 into the overflow piston 40 and preferably being movable out of the overflow piston 40 with a limited stroke.
  • valves 46, 50 and 54 serve a Frischladseinlassnocken 56, an exhaust cam 58 and an intake cam 60.
  • the transfer piston 40 is actuated by a Kochströmnocken 62.
  • the cams are suitably formed on one or more camshafts, which are preferably driven by the crankshaft 10 at the same speed as that of the crankshaft.
  • the function of the internal combustion engine is explained in detail in WO2009 / 083182.
  • the main advantage that is achieved with the described internal combustion engine compared to conventional internal combustion engines, is that the fresh charge outside the hot working cylinder 22 in the compressor cylinder 20 is compressed by the compressor piston 16 and is pushed into the overflow chamber 42, where they first further compressed by the overflow piston 40 is then pushed through the open inlet valve 54 into the working chamber 36 and burns there after or with the addition of fuel by means of the injection valve 38.
  • fuel can be added to the fresh charge already upstream of the inlet valve 54 in the fresh charge inlet duct 44 or in the compressor chamber 34 or in the overflow chamber 42 so that combustible mixture is "injected" into the working chamber 36 through the open inlet valve 54.
  • a compressor cylinder is compressed by a one-piece formed with an overflow piston compressor piston fresh air in a compression chamber and pushed through a designed as a simple check valve overflow valve into a cooled buffer chamber inside a cooler, from which the cooled compacted fresh charge through another check valve through at a downward movement of the rigidly connected to the compressor piston overflow piston passes into an overflow chamber, wherein the maximum volumes of the compressor chamber and the overflow chamber are approximately equal and the size of the buffer volume is comparable to the maximum volume of the overflow chamber.
  • the vonströrnhunt the fresh air is pushed in an upward stroke of the overflow piston by another overflow chamber limiting check valve and a line 10 through an inlet valve of the working cylinder in the working chamber.
  • the invention has the object of developing the generic method and the generic internal combustion engine such that the risk of spontaneous combustion of the mixture upstream of the inlet valve 54 is reduced.
  • Claims 5 to 10 are directed to advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an already explained, known internal combustion engine
  • Fig. 2 is a view corresponding to FIG. 1 of an internal combustion engine according to the invention
  • Fig. 3 is a detail view of Fig. 2 and
  • Fig. 4 shows the internal combustion engine according to FIG. 2 relevant timing charts.
  • the transfer chamber 84 is connected to the compression chamber 34 via an overflow passage 92.
  • the overflow chamber 82 is connected to the overflow chamber 80 via an overflow passage 94. From the overflow chamber 82, an exhaust passage 96, in which the intake valve 54 operates, leads into the working chamber 36.
  • overflow chambers 80, 82, overflow pistons 84, 86, overflow passages 92, 94 as well as the discharge passage 96 and the valves arranged in the passages form an overflow device.
  • the structure of the overflow passages 92 and 94 will be explained in more detail with reference to FIG.
  • the overflow passage 92 is formed by a through-passage 98, which passes through a wall of the cylinder head 30 and connects the compression chamber 34 with the overflow chamber 80.
  • a cooler 100 is used, the heat exchanger channels 102 form the actual fluid passage between the compression chamber 34 and the overflow chamber 80.
  • the overflow chamber 80 facing edge of the through hole 98 forms a valve seat 104 for the valve plate of a check valve 106 which opens against the force of a closing spring, not shown, when the pressure in the overflow chamber 80 is smaller than in the compression chamber 34th
  • the overflow passage 94 is similar in its basic construction to the overflow passage 92 and has a passage opening 108 in a wall of the cylinder head 30 separating the overflow chambers 80 and 82. In the passage opening 108, a cooler 1 10 is used, the heat exchanger channels 1 12 form the fluid passage between the overflow chambers.
  • the overflow chamber 82 facing edge of fürgangsöffhung 108 forms a valve seat for the plate of a check valve 1 16, which opens against the force of a closing spring, not shown, when the pressure in the overflow chamber 82 is lower than the pressure in the overflow 80.
  • the check valves 106 and 16 associated, not shown closing springs are known per se in terms of their construction and their arrangement and may be, for example, the shank of the respective valve member surrounding coil springs, which are integrated into the radiator and between the radiator and a collar of the shaft support.
  • the closing springs are designed such that the biasing force with which the respective valve member is urged against its seat, is relatively small, so that even a small, effective on the closed valve member in its opening direction pressure difference leads to a valve opening.
  • the design of the overflow passage 92 is advantageously such that the minimum volume of the compression chamber 34 in the TDC of the compressor piston 16 is small, advantageously less than 15%, more advantageously less than 1% of the maximum volume of the compression chamber in the BDC of the compressor piston.
  • the top of the valve member of the check valve 106 is in its closed state flush with an optionally surrounding edge region of the bottom of the overflow chamber 80, so that the overflow piston 84 in its UT (in Fig. 2 is the overflow piston 84 near its TDC) directly on the valve member is moved up and the remaining volume of the overflow chamber 80 in the UT of the overflow piston 84, which is given by an optional tolerance gap between the overflow piston 84 and the valve member and the volume of the heat exchanger channels 1 12, less than 15%, advantageously less than 1% of the maximum volume the overflow chamber 80 is.
  • the overflow piston 84 is constructed such that in his UT the or the piston rings are located immediately above the overflow passage 94 and do not run over the radiator 110.
  • the valve member of the check valve 1 16 is designed such that it is flush with the inner wall of the overflow chamber 82 in the closed state, so that virtually no residual volume is present here.
  • the one or more piston rings of the overflow piston 86 are arranged such that they do not run over the check valve 1 16.
  • the volume of the overflow chamber 82 in the TDC of the overflow piston 86 is advantageously less than 15%, more advantageously less than 1% of the maximum volume of the overflow chamber 82. This is particularly advantageous in design the exhaust passage 96 reaches.
  • FIG. 2 The representation of FIG. 2 is schematic. All cams may be disposed on a common camshaft which is rotationally driven by the crankshaft 10 and rotates at the same speed as the crankshaft 10.
  • the function of the internal combustion engine according to FIG. 2 is explained below with reference to the control timing diagrams according to FIG. 4, the abscissa indicating the position of the crankshaft in degrees (° CA).
  • the working piston 18 hot piston
  • the compressor piston 16 cold piston
  • the compressor piston 16 is located at 270 ° CA in its OT.
  • Curve II (dashed): Stroke of the overflow piston 84 (cold overflow piston); Stroke corresponds to the volume of the overflow chamber 80;
  • Curve III (dot-dashed): Stroke of the overflow piston 86 (hot overflow piston); Stroke corresponds to the volume of the overflow chamber 82;
  • Curve IV lift of inlet valve 54 (hot spill valve): Curve V (solid): lift of the exhaust valve 50.
  • the compressor piston 16 (cold piston) is at 270 ° CA in its top dead center, in which the volume of the compression chamber 34 is approximately zero and the total compressed fresh charge with closed fresh charge inlet valve 46 through the overflow 92 while cooling in the overflow 80th was pushed over.
  • the overflow piston 84 (cold overflow piston) is located in the TDC of the compressor piston 16 approximately in its maximum position as shown in FIG. 2, in which the volume of the overflow chamber 80 is maximum.
  • the overflow piston 84 begins its downward movement and compresses the fresh charge located in the overflow chamber 80.
  • the overflow piston 86 H encompassauerströmkolben
  • the overflow piston 86 begins its upward movement, so that the fresh air compressed in the overflow 80 flows through the overflow passage 94 with cooling in the increasing in volume overflow chamber 82 (hot overflow) with open check valve 1 16.
  • the overflow piston 84 has moved to its lowermost position, so that virtually the entire compacted fresh charge in the overflow 82, the overflow piston 86 is in its uppermost position, in which he from about 90 ° CA to about 160 ° KW remains due to corresponding contouring of the overflow cam 90.
  • the overflow piston 86 moves with a steep flank in its UT, wherein at about 180 ° KW, the inlet valve 54 (hot spill valve) opens and the maximum compressed fresh charge is discharged through the Ausschub thoroughlylass 96 in the working chamber 36.
  • the volume of the overflow chamber 82 is minimal.
  • the inlet valve 54 closes, so that with downward movement of the working piston 18 (hot piston) burns the pushed out into the working chamber 36 compacted fresh charge under duty.
  • the outlet valve 50 starts to open at about 350 ° CA and closes at about 100 ° CA, so that residual gas remaining in the working chamber 36 is further compressed by the working piston 18.
  • the opening of the fresh charge inlet valve 46 begins, so that in the downward movement of the compressor piston 16 fresh air or fresh charge flows into the compression chamber 34 and the cycle described begins again.
  • the exemplary described control times can be changed as long as the basic principle of the described internal combustion engine is maintained, namely pushing compacted fresh charge from the compression chamber 34 into the overflow chamber 80 with cooling when flowing through the overflow 92; Pushing over the fresh charge in the overflow chamber 80 while cooling in the overflow passage 94 into the overflow chamber 82 and expelling the fresh charge located in the overflow chamber 82 with further compression through the exhaust passage 96 with open inlet valve 54 into the working chamber 36 and the combustion chamber.
  • the overflow piston 86 moves downwards with a steep flank and the maximum compressed fresh charge due to the intercooling through the coolers 100 and 110 is maintained below its auto-ignition temperature, is rapidly "injected” into the working chamber 36 where it ignites with further heating.
  • diesel fuel is used, complete and soot-free combustion is achieved.
  • the described machine can also be operated with spark ignition and / or direct injection into the working chamber 36.
  • overflow passage 92 with a radiator 100 and a check valve 106
  • multiple overflow passages with coolers and check valves can be used and / or the flow through a radiator can be blocked or released by means of several check valves.
  • overflow passage 94 a plurality of overflow passages may be formed between the overflow chambers 80 and 82.
  • the movement of the overflow piston 86 is characterized in particular by the following:
  • the time course of the pushing or blowing of the compressed fresh charge from the overflow chamber 82 into the working chamber 36 (combustion chamber) substantially determines the course of the combustion. Therefore, the push-out function is relatively steep.
  • the pushing out (blowing) preferably begins between about 10 ° to about 0 ° before the TDC of the working piston 18 (hot piston) and ends preferably between about 30 ° and 40 ° after TDC of the working piston 18. To achieve this remains the overflow piston 86 in his OT and its UT over relatively long periods, so that pronounced plateaus arise.
  • the phase shift between the compressor piston 16 and working piston 18 is preferably selected such that the highest possible compensation of the second engine order in the engine results.
  • Preferred values are 90 ° or 270 ° lag of the working piston 18 (hot piston). At a value of 90 °, however, the time window for the overflow from the compressor side (cold side) to the working side (hot side) are very low, so that a lag of the working piston 18 of 270 ° is preferred.
  • the excitations of the first order resulting from this arrangement can be compensated by corresponding balancing masses on the camshafts, since the described engine preferably operates with two camshafts rotating in opposite directions with crankshaft speed.
  • the overflow passage from the compression chamber 34 can be designed into the single overflow chamber as the overflow passage 92, ie with effective cooling of the overflowing fresh charge.
  • the coolers 100 and 110 may be integrated into a cooling system, with which further areas of the internal combustion engine are cooled or can be traversed by a coolant, which is cooled in a separate circuit of ambient air.
  • the maximum volume of the overflow chamber 80 adjacent to the compression chamber 34 is, for example, between 5% and 15%, e.g. 10% of the maximum volume of the compression chamber 34.
  • each further transfer chamber following a transfer chamber has a maximum volume, for example 30% to 50%, e.g. 40% of the maximum volume of the preceding overflow chamber.
  • the invention has been described above using the example of an internal combustion engine with a compressor cylinder and a working cylinder. It can be provided in each case a plurality of compressor cylinder / working cylinder units, which are connected for example with a common crankshaft. It is also possible to assign a cylinder several compressor cylinders.
  • Compressor chamber 96 exhaust passage

Abstract

The invention relates to an internal combustion engine comprising at least one working cylinder (22) having a working chamber (36) defined by a working piston (18) and having an inlet valve (54) and an outlet valve (50), at least one compressor cylinder (20) with a compressor chamber (34) defined by a compressor piston (16) and having a fresh charge inlet valve (46), a bypass device having at least one bypass chamber (80) defined by a bypass piston (84) and connected to the compressor chamber (34) via a bypass passage (92), in which a bypass valve (106) is arranged, and wherein said bypass chamber is connected, directly or indirectly, to the working chamber (36) via an expulsion passage (96), in which the inlet valve (54) is arranged. The movement of the pistons (16, 18, 84) and the operation of the valves (46, 106, 54) are coordinated with one another in such a way that fresh charge compressed in the compressor chamber (34) is expelled into the bypass chamber (80) and is exhausted from the bypass chamber into the working chamber (36), wherein in the internal combustion engine according to the invention the bypass passage 92 leads through a cooler (100).

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine  Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine nach einem solchen Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine operating according to such a method.
In den unabhängigen Patentansprüchen wird von der WO2009/083182 ausgegangen. In dieser Druckschrift ist eine in Fig. 1, die der genannten Druckschrift entnommen ist, dargestellte Brennkraftmaschine beschrieben, die eine Kurbelwelle 10 mit zwei benachbarten Kurbeln aufweist, die über je ein Pleuel 12 bzw. 14 mit einem Verdichterkolben 16 bzw. einem Arbeitskolben 18 verbunden sind. Der Verdichterkolben 16 ist innerhalb eines Verdichterzylinders 20 beweglich. Der Arbeitskolben ist innerhalb eines Arbeitszylinders 22 beweglich, wobei der Arbeitszylinder 22 vorzugsweise mit einem Zylinderrohr 24 ausgekleidet ist. The independent patent claims are based on WO2009 / 083182. In this document, an illustrated in Fig. 1, which is taken from the cited document, illustrated internal combustion engine having a crankshaft 10 with two adjacent cranks, each connected via a connecting rod 12 and 14 with a compressor piston 16 and a piston 18 are. The compressor piston 16 is movable within a compressor cylinder 20. The working piston is movable within a working cylinder 22, wherein the working cylinder 22 is preferably lined with a cylinder tube 24.
Nach oben hin sind die Zylinder, die bevorzugt innerhalb eines gemeinsamen Zylindergehäuses 28 ausgebildet sind, mittels eines Zylinderkopfes 30 verschlossen, der in einem die beiden Zylinder 20 und 22 überlappenden Bereich eine Stirnwand 32 aufweist, die Teilbereiche der Zylinder 20 und 22 nach oben abschließt und einen im Zylinderkopf 30 ausgebildeten Überströmzylinder 33 nach unten abschließt. Towards the top, the cylinders, which are preferably formed within a common cylinder housing 28, are closed by means of a cylinder head 30 which has an end wall 32 in an area overlapping the two cylinders 20 and 22, which closes off upper portions of the cylinders 20 and 22 and a trained in the cylinder head 30 overflow cylinder 33 closes down.
Zwischen dem Verdichterkolben 16 und dem Zylinderkopf 30 ist eine in Fig. 1 nicht bezeichnete Verdichterkammer 34 ausgebildet, deren Volumen in der in Fig. 1 dargestellten oberen Totpunktstellung des Verdichterkolbens 16 zumindest annähernd Null ist. Zwischen dem Arbeitskolben 18 und dem Zylinderkopf 30 ist eine Arbeitskammer 36 ausgebildet, in die ein Einspritzventil 38 einragt. Between the compressor piston 16 and the cylinder head 30, a compressor chamber 34, not designated in FIG. 1, is formed whose volume in the top dead center position of the compressor piston 16 shown in FIG. 1 is at least approximately zero. Between the working piston 18 and the cylinder head 30, a working chamber 36 is formed, into which an injection valve 38 protrudes.
In dem Überströmzylinder 33 ist ein Überströmkolben 40 bewegbar, der eine Überströmkammer 42 begrenzt. In the overflow cylinder 33, an overflow piston 40 is movable, which limits an overflow chamber 42.
In dem Zylinderkopf 30 ist ein Frischluft- bzw. Frischladungseinlasskanal 44 ausgebildet, in dem ein Frischladungseinlassventil 46 arbeitet, das die Verbindung zwischen dem Frischladungseinlasskanal 44 und der Verdichterkammer 34 steuert. Der Begriff„Frischladung" um- fasst die Inhalte„reine Frischluft" und„Frischluft mit zugesetztem Brennstoff und/oder Restgas". In dem Zylinderkopf 30 ist weiter ein Auslasskanal 48 ausgebildet, in dem ein Auslassventil 50 arbeitet, das die Verbindung zwischen der Arbeitskammer 36 und dem Auslasskanal 48 steuert. In the cylinder head 30, a fresh air intake passage 44 is formed, in which a fresh charge intake valve 46 operates, which controls the connection between the fresh charge intake passage 44 and the compression chamber 34. The term "fresh charge" encompasses the contents "pure fresh air" and "fresh air with added fuel and / or residual gas". In the cylinder head 30, an exhaust passage 48 is further formed, in which an exhaust valve 50 operates, which controls the connection between the working chamber 36 and the exhaust passage 48.
In der Stirnwand 32 ist eine die Verdichterkammer 34 mit der Überströmkammer 42 verbindende Überströmöffnung ausgebildet, in der ein Überströmventil 52 arbeitet, das bei einer Bewegung weg von der Verdichterkammer öffnet. Ein Schaft des Überströmventils 52 ist in dem Überströmkolben 40 unter Abdichtung beweglich geführt, wobei das Überströmventil 52 gegen die Kraft einer Feder 53 in den Überströmkolben 40 hinein bewegbar ist und vorzugsweise mit begrenztem Hub aus dem Überströmkolben 40 heraus bewegbar ist. In the end wall 32, a compression chamber 34 is connected to the overflow chamber 42 connecting overflow opening, in which an overflow valve 52 operates, which opens in a movement away from the compression chamber. A shaft of the overflow valve 52 is movably guided in the overflow piston 40 with sealing, the overflow valve 52 being movable against the force of a spring 53 into the overflow piston 40 and preferably being movable out of the overflow piston 40 with a limited stroke.
In einer weiteren Öffnung der Stirnwand 32, die die Überströmkammer 42 mit der Arbeitskammer 36 verbindet, arbeitet ein Einlassventil 54, dessen Schaft durch den Überströmkolben 40 unter Abdichtung beweglich durchgeführt ist. In a further opening of the end wall 32, which connects the overflow chamber 42 with the working chamber 36, operates an inlet valve 54, the shaft of which is carried out by the overflow piston 40 movable under sealing.
Zur Betätigung der Ventile 46, 50 und 54 dienen ein Frischladungseinlassnocken 56, ein Auslassnocken 58 und ein Einlassnocken 60. Der Überströmkolben 40 wird von einem Überströmnocken 62 betätigt. To operate the valves 46, 50 and 54 serve a Frischladseinlassnocken 56, an exhaust cam 58 and an intake cam 60. The transfer piston 40 is actuated by a Überströmnocken 62.
Die Nocken sind in zweckentsprechender Weise an einer oder mehreren Nockenwellen ausgebildet, die vorzugsweise von der Kurbelwelle 10 mit gleicher Drehzahl wie die der Kurbelwelle angetrieben werden. The cams are suitably formed on one or more camshafts, which are preferably driven by the crankshaft 10 at the same speed as that of the crankshaft.
Die Funktion der Brennkraftmaschine ist in der genannten WO2009/083182 ausführlich erläutert. Der wesentliche Vorteil, der mit der beschriebenen Brennkraftmaschine gegenüber herkömmlichen Brennkraftmaschinen erreicht wird, liegt darin, dass die Frischladung außerhalb des heißen Arbeitszylinders 22 im Verdichterzylinder 20 vom Verdichterkolben 16 verdichtet wird und in die Überströmkammer 42 übergeschoben wird, wo sie vom Überströmkolben 40 zunächst weiter verdichtet wird und dann durch das offene Einlassventil 54 hindurch in die Arbeitskammer 36 ausgeschoben wird und dort nach oder unter Zugabe von Kraftstoff mittels des Einspritzventils 38 verbrennt. Alternativ oder zusätzlich kann der Frischladung bereits stromoberhalb des Einlassventils 54 im Frischladungseinlasskanal 44 oder in der Verdichterkammer 34 oder in der Überströmkammer 42 Kraftstoff zugegeben werden, so dass durch das offene Einlassventil 54 hindurch brennfähiges Gemisch in die Arbeitskammer 36„eingespritzt" wird und dort unter Fremdzündung oder Selbstzündung verbrennt. Die Verdichtung der Frischladung außerhalb der Arbeitskammer verbessert den Wirkungsgrad der Breruikraftmaschine. Die Zugabe von Kraftstoff zu der Frischladung stromoberhalb des Einlassventils 54 führt zu einer ausgezeichneten Gemischaufbereitung, die wiederum Voraussetzung für eine vollständige und weitgehend schadstofffreie Verbrennung ist. The function of the internal combustion engine is explained in detail in WO2009 / 083182. The main advantage that is achieved with the described internal combustion engine compared to conventional internal combustion engines, is that the fresh charge outside the hot working cylinder 22 in the compressor cylinder 20 is compressed by the compressor piston 16 and is pushed into the overflow chamber 42, where they first further compressed by the overflow piston 40 is then pushed through the open inlet valve 54 into the working chamber 36 and burns there after or with the addition of fuel by means of the injection valve 38. Alternatively or additionally, fuel can be added to the fresh charge already upstream of the inlet valve 54 in the fresh charge inlet duct 44 or in the compressor chamber 34 or in the overflow chamber 42 so that combustible mixture is "injected" into the working chamber 36 through the open inlet valve 54. is burned and there under spark ignition or auto-ignition. The compression of the fresh charge outside the working chamber improves the efficiency of the brusque engine. The addition of fuel to the fresh charge upstream of intake valve 54 results in excellent mixture preparation, which in turn is a prerequisite for complete and substantially pollution-free combustion.
Bei bestimmten Kraftstoffen besteht, wenn sie der Frischladung stromoberhalb des Einlassventils 54 zugegeben werden, die Gefahr einer Selbstentzündung bereits in der Überströmkammer aufgrund der hohen dort auftretenden Verdichtungsendtemperatur. For certain fuels, when added to the fresh charge upstream of intake valve 54, there is a risk of auto-ignition already in the transfer chamber due to the high compression end temperature occurring there.
In der CH 96 539 A ist eine Brennkraftmaschine mit externer mehrstufiger Verdichtung beschrieben. In. einem Verdichterzylinder wird von einem einteilig mit einem Überströmkolben ausgebildeten Verdichterkolben Frischluft in einer Verdichterkammer verdichtet und durch ein als einfaches Rückschlagventil ausgebildetes Überströmventil hindurch in eine gekühlte Pufferkammer innerhalb eines Kühlers ausgeschoben, aus dem heraus die abgekühlte verdichtete Frischladung durch ein weiteres Rückschlagventil hindurch bei einer Abwärtsbewegung des starr mit dem Verdichterkolben verbundenen Überströmkolbens in eine Überströmkammer gelangt, wobei die maximale Volumina der Verdichterkammer und der Überströmkammer etwa gleich sind und die Größe des Puffervolumens vergleichbar mit dem maximalen Volumen der Überströmkammer ist. Aus der Überströrnkammer wird die Frischluft bei einem Aufwärtshub des Überströmkolbens durch ein weiteres die Überströmkammer begrenzendes Rückschlagventil und eine Leitung 10 durch ein Einlassventil des Arbeitszylinders in die Arbeitskammer ausgeschoben. In CH 96 539 A an internal combustion engine with external multi-stage compression is described. In. a compressor cylinder is compressed by a one-piece formed with an overflow piston compressor piston fresh air in a compression chamber and pushed through a designed as a simple check valve overflow valve into a cooled buffer chamber inside a cooler, from which the cooled compacted fresh charge through another check valve through at a downward movement of the rigidly connected to the compressor piston overflow piston passes into an overflow chamber, wherein the maximum volumes of the compressor chamber and the overflow chamber are approximately equal and the size of the buffer volume is comparable to the maximum volume of the overflow chamber. From the Überströrnkammer the fresh air is pushed in an upward stroke of the overflow piston by another overflow chamber limiting check valve and a line 10 through an inlet valve of the working cylinder in the working chamber.
In der DE 24 10 948 ist eine Brennkraftmaschine mit einem externen zweistufigen Kolbenverdichter und einem Arbeitszylinder beschrieben. Zwischen dem Auslassventil der ersten Verdichterstufe und dem Einlassventil der zweiten Verdichterstufe ist ein Kühler vorgesehen, der ein Puffervolumen für die in der ersten Verdichterstufe verdichtete Frischluft bildet. Die in der zweiten Verdichterstufe verdichtete Frischluft wird durch einen Abgaswärmetauscher geführt, in dem die verdichtete Frischluft vom aus dem Arbeitszylinder ausströmenden Abgas aufgeheizt wird und anschließend durch ein Einlassventil hindurch in den Arbeitszylinder gelangt. Die US 4,299,090 beschreibt eine Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern, die bei hohen Abgasströmungen bzw. hoher Last beide die Brennkraftmaschine mit Frischluft versorgen. Bei nur geringer Last und kleinem Abgasdurchsatz wird einer der Abgasturbolader abgeschaltet, um den Ladedruck zu vergrößern. In DE 24 10 948 an internal combustion engine with an external two-stage reciprocating compressor and a working cylinder is described. Between the outlet valve of the first compressor stage and the inlet valve of the second compressor stage, a cooler is provided which forms a buffer volume for the fresh air compressed in the first compressor stage. The compressed in the second compressor stage fresh air is passed through an exhaust gas heat exchanger in which the compressed fresh air is heated by the exhaust gas flowing out of the working cylinder and then passes through an inlet valve into the working cylinder. The US 4,299,090 describes a reciprocating internal combustion engine with two exhaust gas turbochargers, which both supply the internal combustion engine with fresh air at high exhaust flows or high load. With only a small load and a small exhaust gas flow rate, one of the turbochargers is switched off to increase the boost pressure.
In dem Aufsatz von KRAMER, W.; Indirekte Ladeluftkühlung bei Diesel- und Ottomotoren. MTZ, 02/2006, S. 104-109 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader beschrieben, bei der die in dem Abgasturbolader verdichtete Ladeluft einen indirekten Ladeluftkühler durchströmt und dann dem Einlass der Brennkraftmaschine zugeführt wird. In the article by KRAMER, W .; Indirect intercooling of diesel and gasoline engines. MTZ, 02/2006, pp 104-109 an internal combustion engine is described with an exhaust gas turbocharger, in which the charge air compressed in the exhaust gas turbocharger flows through an indirect intercooler and is then supplied to the inlet of the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, dass die Gefahr einer Selbstentzündung des Gemisches stromoberhalb des Einlassventils 54 herabgesetzt ist. The invention has the object of developing the generic method and the generic internal combustion engine such that the risk of spontaneous combustion of the mixture upstream of the inlet valve 54 is reduced.
Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anpruchs 1 gelöst. The part of the invention task that concerns the method is solved with the features of claim 1.
Die Unteransprüche 2 und 3 sind auf vorteilhafte Durchfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet. The dependent claims 2 and 3 are directed to advantageous Durchfuhrungsformen of the method according to the invention.
Der die Brennkraftmaschine betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. The engine of the relevant part of the invention task is solved with the features of claim 4.
Die Ansprüche 5 bis 10 sind auf vorteilhafte Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gerichtet. Claims 5 to 10 are directed to advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example, and with further details.
In den Figuren stellen dar: In the figures represent:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer bereits erläuterten, bekannten Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, Fig. 3 eine Detailansicht der Fig. 2 und 1 is a schematic sectional view of an already explained, known internal combustion engine, Fig. 2 is a view corresponding to FIG. 1 of an internal combustion engine according to the invention, Fig. 3 is a detail view of Fig. 2 and
Fig. 4 die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 betreffende Steuerzeitdiagramme. Fig. 4 shows the internal combustion engine according to FIG. 2 relevant timing charts.
Die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 entspricht in großen Bereichen der der Fig. 1. Sich entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 belegt, so dass im Folgenden nur die Unterschiede zur Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 erläutert werden. The corresponding parts are given the same reference numerals as in Fig. 1, so that only the differences from the internal combustion engine according to FIG. 1 are explained below.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 und Fig. 2 liegt darin, dass bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 im Zylinderkopf 30 zwei Überströmkammern 80 und 82 angeordnet sind, in denen je ein Überströmkolben 84 und 86 arbeitet, der von einem eigenen Überströmnocken 88 und 90 bewegt wird. Die Überströmkammer 84 ist mit der Verdichterkammer 34 über einen Überströmdurchlass 92 verbunden. Die Überströrnkammer 82 ist mit der Überströmkammer 80 über einen Überströmdurchlass 94 verbunden. Von der Überströmkammer 82 führt ein Ausschubdurchlass 96, in dem das Einlassventil 54 arbeitet, in die Arbeitskammer 36. A significant difference between the internal combustion engine according to FIGS. 1 and 2 lies in the fact that in the embodiment according to FIG. 2 two overflow chambers 80 and 82 are arranged in the cylinder head, in each of which an overflow piston 84 and 86 operates, which of its own Overflow cam 88 and 90 is moved. The transfer chamber 84 is connected to the compression chamber 34 via an overflow passage 92. The overflow chamber 82 is connected to the overflow chamber 80 via an overflow passage 94. From the overflow chamber 82, an exhaust passage 96, in which the intake valve 54 operates, leads into the working chamber 36.
Die Überströmkammern 80, 82, Überströmkolben 84, 86, Überströmdurchlässe 92, 94 sowie der Ausschubdurchlass 96 und die in den Durchlässen angeordneten Ventile bilden eine Überströmeinrichtung. Anhand der Fig. 3 wird der Aufbau der Überströmdurchlässe 92 und 94 genauer erläutert. The overflow chambers 80, 82, overflow pistons 84, 86, overflow passages 92, 94 as well as the discharge passage 96 and the valves arranged in the passages form an overflow device. The structure of the overflow passages 92 and 94 will be explained in more detail with reference to FIG.
Der Überströmdurchlass 92 ist durch eine Durchgangsöffhung 98 gebildet, die durch eine Wand des Zylinderkopfes 30 hindurchführt und die Verdichterkammer 34 mit der Überströmkammer 80 verbindet. In die Durchgangsöffnung 98 ist ein Kühler 100 eingesetzt, dessen Wärmetauscherkanäle 102 den eigentlichen Fluiddurchlass zwischen Verdichterkammer 34 und Überströmkammer 80 bilden. Der der Überströmkammer 80 zugewandte Rand der Durchgangsöffnung 98 bildet einen Ventilsitz 104 für den Ventilteller eines Rückschlagventils 106, das gegen die Kraft einer nicht dargestellten Schließfeder öffnet, wenn der Druck in der Überströmkammer 80 kleiner ist als in der Verdichterkammer 34. Der Überströmdurchlass 94 ist in seinem Grundaufbau ähnlich dem Überströmdurchlass 92 und weist eine Durchgangsöffhung 108 in einer die Überströmkammern 80 und 82 trennenden Wand des Zylinderkopfes 30 auf. In die Durchgangsöffnung 108 ist ein Kühler 1 10 eingesetzt, dessen Wärmetauscherkanäle 1 12 den Fluiddurchlass zwischen den Überströmkammern bilden. Der der Überströmkammer 82 zugewandte Rand der Durchgangsöffhung 108 bildet einen Ventilsitz für den Teller eines Rückschlagventils 1 16, das gegen die Kraft einer nicht dargestellten Schließfeder öffnet, wenn der Druck in der Überströmkammer 82 niedriger ist als der Druck in der Überströmkammer 80. The overflow passage 92 is formed by a through-passage 98, which passes through a wall of the cylinder head 30 and connects the compression chamber 34 with the overflow chamber 80. In the through hole 98, a cooler 100 is used, the heat exchanger channels 102 form the actual fluid passage between the compression chamber 34 and the overflow chamber 80. The overflow chamber 80 facing edge of the through hole 98 forms a valve seat 104 for the valve plate of a check valve 106 which opens against the force of a closing spring, not shown, when the pressure in the overflow chamber 80 is smaller than in the compression chamber 34th The overflow passage 94 is similar in its basic construction to the overflow passage 92 and has a passage opening 108 in a wall of the cylinder head 30 separating the overflow chambers 80 and 82. In the passage opening 108, a cooler 1 10 is used, the heat exchanger channels 1 12 form the fluid passage between the overflow chambers. The overflow chamber 82 facing edge of Durchgangsöffhung 108 forms a valve seat for the plate of a check valve 1 16, which opens against the force of a closing spring, not shown, when the pressure in the overflow chamber 82 is lower than the pressure in the overflow 80.
Die den Rückschlagventilen 106 und 1 16 zugeordneten, nicht dargestellten Schließfedern sind hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Anordnung an sich bekannt und können beispielsweise den Schaft des jeweiligen Ventilgliedes umgebende Schraubenfedern sein, die in den Kühler integriert sind und sich zwischen dem Kühler und einem Bund des Schaftes abstützen. Die Schließfedern sind derart ausgelegt, dass die Vorspannkraft, mit der das jeweilige Ventilglied gegen seinen Sitz gedrängt wird, verhältnismäßig klein ist, so dass bereits eine geringe, am geschlossenen Ventilglied in dessen Öffnungsrichtung wirksame Druckdifferenz zu einer Ventilöffnung fuhrt. The check valves 106 and 16 associated, not shown closing springs are known per se in terms of their construction and their arrangement and may be, for example, the shank of the respective valve member surrounding coil springs, which are integrated into the radiator and between the radiator and a collar of the shaft support. The closing springs are designed such that the biasing force with which the respective valve member is urged against its seat, is relatively small, so that even a small, effective on the closed valve member in its opening direction pressure difference leads to a valve opening.
Die Konstruktion des Überströmdurchlasses 92 ist vorteilhafterweise derart, dass das minimale Volumen der Verdichterkammer 34 im OT des Verdichterkolbens 16 klein ist, vorteilhafterweise weniger als 15%, noch vorteilhafter weniger als 1% des Maximalvolumens der Verdichterkammer im UT des Verdichterkolbens beträgt. The design of the overflow passage 92 is advantageously such that the minimum volume of the compression chamber 34 in the TDC of the compressor piston 16 is small, advantageously less than 15%, more advantageously less than 1% of the maximum volume of the compression chamber in the BDC of the compressor piston.
Die Oberseite des Ventilgliedes des Rückschlagventils 106 ist in dessen geschlossenem Zustand bündig mit einem es gegebenenfalls umgebenden Randbereich des Bodens der Überströmkammer 80, so dass sich der Überströmkolben 84 in seinem UT (in Fig. 2 befindet sich der Überströmkolben 84 nahe seinem OT) unmittelbar an das Ventilglied heranbewegt und das Restvolumen der Überströmkammer 80 im UT des Überströmkolbens 84, das durch einen gegebenenfalls vorhandenen Toleranzspalt zwischen dem Überströmkolben 84 und dem Ventilglied sowie das Volumen der Wärmetauscherkanäle 1 12 gegeben ist, weniger als 15%, vorteilhafterweise weniger als 1% des Maximalvolumens der Überströmkammer 80 beträgt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Überströmkolben 84 derart konstruiert, dass in seinem UT sich der oder die Kolbenringe unmittelbar oberhalb des Überströmdurchlasses 94 befinden und den Kühler 110 nicht überfahren. The top of the valve member of the check valve 106 is in its closed state flush with an optionally surrounding edge region of the bottom of the overflow chamber 80, so that the overflow piston 84 in its UT (in Fig. 2 is the overflow piston 84 near its TDC) directly on the valve member is moved up and the remaining volume of the overflow chamber 80 in the UT of the overflow piston 84, which is given by an optional tolerance gap between the overflow piston 84 and the valve member and the volume of the heat exchanger channels 1 12, less than 15%, advantageously less than 1% of the maximum volume the overflow chamber 80 is. As can be seen from Fig. 2, the overflow piston 84 is constructed such that in his UT the or the piston rings are located immediately above the overflow passage 94 and do not run over the radiator 110.
Das Ventilglied des Rückschlagventils 1 16 ist derart ausgebildet, dass es im geschlossenen Zustand bündig mit der Innenwand der Überströmkammer 82 verläuft, so dass hier praktisch kein Restvolumen vorhanden ist. Der oder die Kolbenringe des Überströmkolbens 86 sind derart angeordnet, dass sie das Rückschlagventil 1 16 nicht überfahren. Das Volumen der Überströmkammer 82 beträgt im OT des Überströmkolbens 86 (die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Stellung des Überströmkolbens 86) vorteilhafterweise weniger als 15%, noch vorteilhafter weniger als 1% des Maximalvolumens der Überströmkammer 82. Dies wird insbesondere durch zweckentsprechende Konstruktion des Ausschubdurchlasses 96 erreicht. The valve member of the check valve 1 16 is designed such that it is flush with the inner wall of the overflow chamber 82 in the closed state, so that virtually no residual volume is present here. The one or more piston rings of the overflow piston 86 are arranged such that they do not run over the check valve 1 16. The volume of the overflow chamber 82 in the TDC of the overflow piston 86 (the position of the overflow piston 86 shown in FIGS. 2 and 3) is advantageously less than 15%, more advantageously less than 1% of the maximum volume of the overflow chamber 82. This is particularly advantageous in design the exhaust passage 96 reaches.
Die Darstellung der Fig. 2 ist schematisch. Alle Nocken können auf einer gemeinsamen Nockenwelle angeordnet sein, die von der Kurbelwelle 10 drehangetrieben wird und mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle 10 dreht. The representation of FIG. 2 is schematic. All cams may be disposed on a common camshaft which is rotationally driven by the crankshaft 10 and rotates at the same speed as the crankshaft 10.
Die Funktion der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 wird im Folgenden anhand der Steuerzeitdiagramme gemäß Fig. 4 erläutert, wobei die Abszisse die Stellung der Kurbelwelle in Grad (°KW) angibt. Der Arbeitskolben 18 (Heißkolben) befindet sich bei 180° KW in seinem OT. Der Verdichterkolben 16 (Kaltkolben) befindet sich bei 270° KW in seinem OT. The function of the internal combustion engine according to FIG. 2 is explained below with reference to the control timing diagrams according to FIG. 4, the abscissa indicating the position of the crankshaft in degrees (° CA). The working piston 18 (hot piston) is located at 180 ° KW in his OT. The compressor piston 16 (cold piston) is located at 270 ° CA in its OT.
Die Kurven geben Folgendes an: The curves indicate the following:
Kurve I (gepunktet): Hub des Frischlufteinlassventils 46 Curve I (dotted): stroke of the fresh air inlet valve 46
Kurve II (gestrichelt): Hub des Überströmkolbens 84 (Kaltüberströmkolben); Hub entspricht dem Volumen der Überströmkammer 80; Curve II (dashed): Stroke of the overflow piston 84 (cold overflow piston); Stroke corresponds to the volume of the overflow chamber 80;
Kurve III (strichgepunktet): Hub des Überströmkolbens 86 (Heißüberströmkolben); Hub entspricht dem Volumen der Überströmkammer 82; Curve III (dot-dashed): Stroke of the overflow piston 86 (hot overflow piston); Stroke corresponds to the volume of the overflow chamber 82;
Kurve IV (gekreuzelt): Hub des Einlassventils 54 (Heißüberströmventil): Kurve V (durchgezogen): Hub des Auslassventils 50. Curve IV (crossed): lift of inlet valve 54 (hot spill valve): Curve V (solid): lift of the exhaust valve 50.
Sei angenommen, der Verdichterkolben 16 (Kaltkolben) befinde sich bei 270° KW in seinem oberen Totpunkt, in dem das Volumen der Verdichterkammer 34 annähernd Null ist und die gesamte verdichtete Frischladung bei geschlossenem Frischladungseinlassventil 46 durch den Überströmdurchlass 92 hindurch unter Abkühlung in die Überströmkammer 80 übergeschoben wurde. Der Überströmkolben 84 (Kaltüberströmkolben) befindet sich im OT des Verdichterkolbens 16 etwa in seiner gemäß Fig. 2 maximal angehobenen Stellung, in der das Volumen der Überströmkammer 80 maximal ist. Assuming that the compressor piston 16 (cold piston) is at 270 ° CA in its top dead center, in which the volume of the compression chamber 34 is approximately zero and the total compressed fresh charge with closed fresh charge inlet valve 46 through the overflow 92 while cooling in the overflow 80th was pushed over. The overflow piston 84 (cold overflow piston) is located in the TDC of the compressor piston 16 approximately in its maximum position as shown in FIG. 2, in which the volume of the overflow chamber 80 is maximum.
Der Überströmkolben 84 beginnt seine Abwärtsbewegung und verdichtet die in der Überströmkammer 80 befindliche Frischladung. Bei etwa 330° KW beginnt der Überströmkolben 86 (Heißüberströmkolben) seine Aufwärtsbewegung, so dass die in der Überströmkammer 80 verdichtete Frischluft durch den Überströmdurchlass 94 hindurch unter Abkühlung in die in ihrem Volumen zunehmende Überströmkammer 82 (Heißüberströmkammer) bei offenem Rückschlagventil 1 16 überströmt. Bei etwa 80° KW hat sich der Überströmkolben 84 in seine unterste Stellung bewegt, so dass praktisch die gesamte verdichtete Frischladung in der Überströmkammer 82 ist, deren Überströmkolben 86 in seiner obersten Stellung ist, in der er von etwa 90° KW bis etwa 160° KW infolge entsprechender Konturierung des Überströmnockens 90 verharrt. Ab etwa 160° KW bewegt sich der Überströmkolben 86 mit steiler Flanke in seinen UT, wobei sich bei etwa 180° KW das Einlassventil 54 (Heißüberströmventil) öffnet und die maximal verdichtete Frischladung durch den Ausschubdurchlass 96 in die Arbeitskammer 36 ausgeschoben wird. Kurz vor 220° KW ist das Volumen der Überströmkammer 82 minimal. Kurz danach schließt das Einlassventil 54, so dass unter Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 18 (Heißkolben) die in die Arbeitskammer 36 ausgeschobene verdichtete Frischladung unter Arbeitsabgabe verbrennt. Bevor der Arbeitskolben 18 seinen UT erreicht, beginnt bei etwa 350° KW das Auslassventil 50 zu öffnen und schließt bei etwa 100° KW, so dass in der Arbeitskammer 36 verbleibendes Restgas vom Arbeitskolben 18 weiter verdichtet wird. The overflow piston 84 begins its downward movement and compresses the fresh charge located in the overflow chamber 80. At about 330 ° KW, the overflow piston 86 (Heißüberströmkolben) begins its upward movement, so that the fresh air compressed in the overflow 80 flows through the overflow passage 94 with cooling in the increasing in volume overflow chamber 82 (hot overflow) with open check valve 1 16. At about 80 ° CA, the overflow piston 84 has moved to its lowermost position, so that virtually the entire compacted fresh charge in the overflow 82, the overflow piston 86 is in its uppermost position, in which he from about 90 ° CA to about 160 ° KW remains due to corresponding contouring of the overflow cam 90. From about 160 ° CA, the overflow piston 86 moves with a steep flank in its UT, wherein at about 180 ° KW, the inlet valve 54 (hot spill valve) opens and the maximum compressed fresh charge is discharged through the Ausschubdurchlass 96 in the working chamber 36. Just before 220 ° CA, the volume of the overflow chamber 82 is minimal. Shortly thereafter, the inlet valve 54 closes, so that with downward movement of the working piston 18 (hot piston) burns the pushed out into the working chamber 36 compacted fresh charge under duty. Before the working piston 18 reaches its UT, the outlet valve 50 starts to open at about 350 ° CA and closes at about 100 ° CA, so that residual gas remaining in the working chamber 36 is further compressed by the working piston 18.
Bereits bei 300° KW beginnt die Öffnung des Frischladungseinlassventils 46, so dass bei der Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 16 Frischluft bzw. Frischladung in die Verdichterkammer 34 einströmt und der geschilderte Zyklus erneut beginnt. Die beispielhaft geschilderten Steuerzeiten können verändert werden, solange das Grundprinzip der geschilderten Brennkraftmaschine aufrechterhalten wird, nämlich Überschieben verdichteter Frischladung aus der Verdichterkammer 34 in die Überströmkammer 80 unter Abkühlung beim Durchströmen des Überströmdurchlasses 92; Überschieben der in der Überströmkammer 80 befindlichen Frischladung unter Abkühlung im Uberströmdurchlass 94 in die Überströmkammer 82 und Ausschieben der in der Überströmkammer 82 befindlichen Frischladung unter weiterer Verdichtung durch den Ausschubdurchlass 96 hindurch bei offenem Einlassventil 54 in die Arbeitskammer 36 bzw. den Brennraum. Already at 300 ° KW, the opening of the fresh charge inlet valve 46 begins, so that in the downward movement of the compressor piston 16 fresh air or fresh charge flows into the compression chamber 34 and the cycle described begins again. The exemplary described control times can be changed as long as the basic principle of the described internal combustion engine is maintained, namely pushing compacted fresh charge from the compression chamber 34 into the overflow chamber 80 with cooling when flowing through the overflow 92; Pushing over the fresh charge in the overflow chamber 80 while cooling in the overflow passage 94 into the overflow chamber 82 and expelling the fresh charge located in the overflow chamber 82 with further compression through the exhaust passage 96 with open inlet valve 54 into the working chamber 36 and the combustion chamber.
Insbesondere wenn der Frischladung bereits im Frischladungseinlasskanal 44 oder in der Ver- dichterkammer 34 Kraftstoff zugesetzt wird, ist es vorteilhaft, wenn sich der Überströmkolben 86 mit steiler Flanke abwärts bewegt und die maximal verdichtete Frischladung, die aufgrund der Zwischenkühlungen durch die Kühler 100 und 1 10 unter ihrer Selbstentzündungstemperatur gehalten wird, rasch in die Arbeitskammer 36„eingespritzt" wird und dort unter weiterer Erhitzung zündet. Bei Verwendung von Dieselkraftstoff wird eine vollständige und rußfreie Verbrennung erzielt. In particular, if fuel is added to the fresh charge already in the fresh charge inlet duct 44 or in the compressor chamber 34, it is advantageous if the overflow piston 86 moves downwards with a steep flank and the maximum compressed fresh charge due to the intercooling through the coolers 100 and 110 is maintained below its auto-ignition temperature, is rapidly "injected" into the working chamber 36 where it ignites with further heating. When diesel fuel is used, complete and soot-free combustion is achieved.
Die geschilderte Maschine kann auch mit Fremdzündung und/oder Direkteinspritzung in die Arbeitskammer 36 betrieben werden. The described machine can also be operated with spark ignition and / or direct injection into the working chamber 36.
Für die Konstruktion der Überströmdurchlässe 92 und 94 sowie des Ausschubdurchlasses 96 sind dem Fachmann zweckentsprechende Konstruktionen geläufig, mit denen geringe Restvolumina und bei den Überströmkanälen eine hohe Kühlwirksamkeit erzielt werden. For the construction of the overflow passages 92 and 94 and the Ausschubdurchlasses 96 the person skilled in appropriate designs are familiar with which low residual volumes and in the overflow channels a high cooling efficiency can be achieved.
Anstelle eines Überströmdurchlasses 92 mit einem Kühler 100 und einem Rückschlagventil 106 können mehrere Überströmdurchlässe mit Kühlern und Rückschlagventilen zum Einsatz kommen und/oder der Durchfluss durch einen Kühler kann mittels mehrerer Rückschlagventile gesperrt oder freigegeben werden. Instead of an overflow passage 92 with a radiator 100 and a check valve 106, multiple overflow passages with coolers and check valves can be used and / or the flow through a radiator can be blocked or released by means of several check valves.
Anstelle des einen Überströmdurchlasses 94 können mehrere Überströmdurchlässe zwischen den Überströmkammern 80 und 82 ausgebildet werden. Die Bewegung des Überströmkolbens 86 ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, insbesondere durch Folgendes gekennzeichnet: Instead of one overflow passage 94, a plurality of overflow passages may be formed between the overflow chambers 80 and 82. As can be seen in FIG. 4, the movement of the overflow piston 86 is characterized in particular by the following:
Der zeitliche Verlauf des Ausschiebens bzw. Einblasens der verdichteten Frischladung aus der Überströmkammer 82 in die Arbeitskammer 36 (Verbrennungskammer) bestimmt wesentlich den Verlauf der Verbrennung. Deshalb ist die Ausschiebefunktion relativ steil. Das Ausschieben (Einblasen) beginnt bevorzugt zwischen etwa 10° bis etwa 0° vor dem OT des Arbeitskolben 18 (Heißkolbens) und endet bevorzugt zwischen etwa 30° und 40° nach OT des Arbeitskolbens 18. Um dies zu erreichen verharrt der Überströmkolben 86 in seinem OT und seinem UT über verhältnismäßig lange Zeiträume, so dass ausgeprägte Plateaus entstehen. The time course of the pushing or blowing of the compressed fresh charge from the overflow chamber 82 into the working chamber 36 (combustion chamber) substantially determines the course of the combustion. Therefore, the push-out function is relatively steep. The pushing out (blowing) preferably begins between about 10 ° to about 0 ° before the TDC of the working piston 18 (hot piston) and ends preferably between about 30 ° and 40 ° after TDC of the working piston 18. To achieve this remains the overflow piston 86 in his OT and its UT over relatively long periods, so that pronounced plateaus arise.
Die Phasenverschiebung zwischen Verdichterkolben 16 und Arbeitskolben 18 ist bevorzugt derart gewählt, dass sich ein möglichst hoher Ausgleich der zweiten Motorordnung im Triebwerk ergibt. Bevorzugte Werte sind 90° oder 270° Nacheilung des Arbeitskolbens 18 (Heißkolbens). Bei einem Wert von 90° sind allerdings die Zeitfenster zur Überströmung von der Verdichterseite (Kaltseite) zur Arbeitsseite (Heißseite) sehr gering, so dass eine Nacheilung des Arbeitskolbens 18 von 270° bevorzugt ist. Die durch diese Anordnung entstehenden Anregungen der ersten Ordnung können durch entsprechende Ausgleichsmassen an den Nockenwellen ausgeglichen werden, da der beschriebene Motor bevorzugt mit zwei gegensinnig mit Kurbelwellendrehzahl drehenden Nockenwellen arbeitet. The phase shift between the compressor piston 16 and working piston 18 is preferably selected such that the highest possible compensation of the second engine order in the engine results. Preferred values are 90 ° or 270 ° lag of the working piston 18 (hot piston). At a value of 90 °, however, the time window for the overflow from the compressor side (cold side) to the working side (hot side) are very low, so that a lag of the working piston 18 of 270 ° is preferred. The excitations of the first order resulting from this arrangement can be compensated by corresponding balancing masses on the camshafts, since the described engine preferably operates with two camshafts rotating in opposite directions with crankshaft speed.
Da die Aufwärtsbewegung des Überströmkolbens 84 prozesstechnisch an die Bewegung des Verdichterkolbens 16 gekoppelt ist, und die Ausschiebebewegung des Überströmkolbens 86 an den Arbeitskolben 18 gekoppelt ist. ergibt sich durch die Wahl der Phasenverschiebung zwischen der Bewegung des Arbeitskolbens 18 und der Bewegung des Verdichterkolbens 16 die Rastphase (Plateaulänge) in der Bewegung des Überströmkolbens 86. Since the upward movement of the overflow piston 84 is process-technically coupled to the movement of the compressor piston 16, and the pushing-out movement of the overflow piston 86 is coupled to the working piston 18. results from the choice of the phase shift between the movement of the working piston 18 and the movement of the compressor piston 16, the detent phase (plateau length) in the movement of the overflow piston 86th
In vereinfachender Abwandlung kann lediglich eine Überströmkammer ähnlich der Überströmkammer 42 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendet werden und der Überström- durchlass aus der Verdichterkammer 34 in die einzige Überströmkammer gestaltet werden wie der Überströmdurchlass 92, d.h. mit wirksamer Kühlung der überströmenden Frischladung. Die Kühler 100 und 1 10 können in ein Kühlsystem integriert sein, mit dem weitere Bereiche der Brennkraftmaschine gekühlt werden oder können von einem Kühlmittel durchströmt werden, das in einem eigenen Kreislauf von Umgebungsluft gekühlt wird. In a simplifying modification, only an overflow chamber similar to the overflow chamber 42 of the embodiment according to FIG. 1 can be used and the overflow passage from the compression chamber 34 can be designed into the single overflow chamber as the overflow passage 92, ie with effective cooling of the overflowing fresh charge. The coolers 100 and 110 may be integrated into a cooling system, with which further areas of the internal combustion engine are cooled or can be traversed by a coolant, which is cooled in a separate circuit of ambient air.
Anhand der Fig. 2 wurde eine Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe angeordneten Über- strömkammern beschrieben. Es können auch mehr als zwei Überströmkammern in Reihe angeordnet sein. An internal combustion engine with two flow chambers arranged in series has been described with reference to FIG. 2. It can also be arranged in series more than two overflow chambers.
Das maximale Volumen der an die Verdichterkammer 34 angrenzenden Überströmkammer 80 beträgt beispielsweise zwischen 5 % und 15 %, also z.B. 10 % des maximalen Volumens der Verdichterkammer 34. Jede auf eine Überströmkammer folgende weitere Überströmkammer hat beispielsweise ein maximales Volumen, das beispielsweise 30 % bis 50 %, z.B. 40 % des maximalen Volumens der vorausgehenden Überströmkammer beträgt. The maximum volume of the overflow chamber 80 adjacent to the compression chamber 34 is, for example, between 5% and 15%, e.g. 10% of the maximum volume of the compression chamber 34. For example, each further transfer chamber following a transfer chamber has a maximum volume, for example 30% to 50%, e.g. 40% of the maximum volume of the preceding overflow chamber.
Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit einem Verdichterzylinder und einem Arbeitszylinder geschildert. Es können jeweils mehrere Verdichterzylinder/Arbeitszylindereinheiten vorgesehen sein, die beispielsweise mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden sind. Auch ist es möglich, einem Arbeitszylinder mehrere Verdichterzylinder zuzuordnen. The invention has been described above using the example of an internal combustion engine with a compressor cylinder and a working cylinder. It can be provided in each case a plurality of compressor cylinder / working cylinder units, which are connected for example with a common crankshaft. It is also possible to assign a cylinder several compressor cylinders.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Kurbelwelle 56 FrischladungsnockenCrankshaft 56 fresh charge cams
Pleuel 58 AuslassnockenConnecting rod 58 exhaust cam
Pleuel 60 EinlassnockenConnecting rod 60 intake cams
Verdichterkolben 62 ÜberströmnockenCompressor piston 62 Overflow cam
Arbeitskolben 80 ÜberströmkammerWorking piston 80 overflow chamber
Verdichterzylinder 82 ÜberströmkammerCompressor cylinder 82 overflow chamber
Arbeitszylinder 84 ÜberströmkolbenWorking cylinder 84 Overflow piston
Zylinderrohr 86 ÜberströmkolbenCylinder tube 86 Overflow piston
Zylindergehäuse 88 ÜberströmnockenCylinder housing 88 Overflow cam
Zylinderkopf 90 ÜberströmnockenCylinder head 90 Overflow cam
Stirnwand 92 ÜberströmdurchlassEnd wall 92 overflow passage
Über strömzy 1 inder 94 ÜberströmdurchlassVia flow 1 in the 94 overflow passage
Verdichterkammer 96 AusschubdurchlassCompressor chamber 96 exhaust passage
Arbeitskammer 98 DurchgangsöffnungWorking chamber 98 passage opening
Einspritzventil 100 Kühler Injector 100 radiator
Überströmkolben 102 Wärmetauscherkanäle Overflow piston 102 heat exchanger channels
Überströmkammer 104 Ventilsitz Overflow chamber 104 valve seat
Frischladungseinlasskanal 106 Rückschlagventil Fresh charge inlet channel 106 Check valve
Frischladungseinlasskanal 108 DurchgangsöffnungFresh charge intake passage 108 through hole
Auslasskanal 1 10 Kühler Outlet duct 1 10 radiator
Auslassventil 1 12 Wärmetauscherkanäl e Exhaust valve 1 12 heat exchanger channels e
Überströmventil 1 14 Ventilsitz Overflow valve 1 14 Valve seat
Feder 116 Rückschlagventil Spring 116 check valve
Einlassventil intake valve

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Brerinkrafuiiaschine mit 1. A method for operating a Brerinkrafuiiaschine with
einem Arbeitszylinder mit einer von einem Arbeitskolben begrenzten Arbeitskammer mit einem Einlassventil und einem Auslassventil,  a working cylinder with a working chamber bounded by a working piston with an inlet valve and an outlet valve,
einem Verdichterzylinder mit einer von einem Verdichterkolben begrenzten Verdichterkammer mit einem Frischladungseinlassventil und einem Überströmventil, und  a compressor cylinder having a compressor chamber bounded by a compressor piston with a fresh charge inlet valve and an overflow valve, and
einer von einem Überströmkolben begrenzten Überströrnkammer, die bei offenem Überströmventil mit der Verdichterkammer verbunden ist und bei offenem Einlassventil mit der Arbeitskammer verbunden ist, enthaltend folgende Schritte: an overflow chamber delimited by an overflow piston, which is connected to the compression chamber with the overflow valve open and is connected to the working chamber when the inlet valve is open, comprising the following steps:
Einströmen von Frischladung in die Verdichterkammer unter Volumenzunahme der Verdichterkammer,  Inflow of fresh charge into the compression chamber while increasing the volume of the compression chamber,
Verdichten von in der Verdichterkammer befindlicher Frischladung unter Volumenverminderung der Verdichterkammer,  Compacting fresh charge in the compression chamber while reducing the volume of the compression chamber,
Überschieben der verdichteten Frischladung in die Überströrnkammer,  Pushing the compacted fresh charge into the overflow chamber,
Ausschieben der in der Überströrnkammer befindlichen verdichteten Frischladung in die Arbeitskammer durch Verkleinerung des Volumens der Überströrnkammer mittels des Überströmkolbens,  Pushing out the compacted fresh charge in the overflow chamber into the working chamber by reducing the volume of the overflow chamber by means of the overflow piston,
Verbrennen der in der Arbeitskammer befindlichen Frischladung unter Volumenvergrößerung der Arbeitskammer und Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeitsleistung und  Burning the fresh charge in the working chamber under increase in volume of the working chamber and conversion of thermal energy into mechanical work and
Ausstoßen der verbrannten Ladung unter Volumenverkleinerung der Arbeitskammer, dadurch gekennzeichnet, dass  Ejecting the burned charge with volume reduction of the working chamber, characterized in that
die verdichtete Frischladung bei dem Überströmen aus der Verdichterkammer in die Überströrnkammer gekühlt wird. the compressed fresh charge is cooled in the overflow from the compression chamber into the Überströrnkammer.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei 2. The method of claim 1, wherein
mehrere von je einem Überströmkolben begrenzte Überströmkammern in Reihe angeordnet sind, a plurality of each overflow piston limited Überströmkammern are arranged in series,
die verdichtete Frischladung aus der Verdichterkammer in eine erste der Überströmkammern übergeschoben wird, the compressed fresh charge from the compression chamber is pushed into a first of the transfer chambers,
die verdichtete Frischladung aus einer jeweiligen Überströmkammer durch Verkleinerung des Volumens der jeweiligen Überströmkammer mittels des Überströmkolbens aus der ersten Überströmkammer in eine jeweils nachfolgende Überströmkarnmer ausgeschoben wird und beim Überströmen aus einer Überströmkammer in eine nachfolgende Überströmkammer gekühlt wird, und the compressed fresh charge from a respective overflow chamber by reducing the volume of the respective overflow chamber by means of the overflow piston from the first Overflow chamber is ejected into a respective subsequent Überströmkarnmer and is cooled in the overflow from a transfer chamber into a subsequent transfer chamber, and
die verdichtete Frischladung aus der letzten der Überströmkammern in die Arbeitskammer ausgeschoben wird. the compressed fresh charge from the last of the transfer chambers is pushed into the working chamber.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Frischladung stromoberhalb des Einlassventils Kraftstoff zugesetzt wird, so dass bei offenem Einlassventil brennfähiges Gemisch in die Arbeitskammer ausgeschoben wird, das in der Arbeitskammer verbrennt. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the fresh charge upstream of the intake valve fuel is added, so that when the inlet valve open combustible mixture is ejected into the working chamber, which burns in the working chamber.
4. Brennkraftmaschine mit 4. Internal combustion engine with
wenigstens einem Arbeitszylinder (22) mit einer von einem Arbeitskolben (18) begrenzten Arbeitskammer (36) mit einem Einlassventil (54) und einem Auslassventil (50), wenigstens einem Verdichterzylinder (20) mit einer von einem Verdichterkolben (16) begrenzten Verdichterkammer (34) mit einem Frischladungseinlassventil (46),  at least one working cylinder (22) having a working chamber (36) delimited by a working piston (18) with an inlet valve (54) and an outlet valve (50), at least one compressor cylinder (20) with a compressor chamber (34) bounded by a compressor piston (16) ) with a fresh charge inlet valve (46),
einer Überströmeinrichtung mit wenigstens einer von einem Überströmkolben (84) begrenzten Überströmkammer (80), die mit der Verdichterkammer (34) über einen Überström- durchlass (92) verbunden ist, in dem ein Überströmventil (106) angeordnet ist, und die mit der Arbeitskammer (36) mittelbar oder unmittelbar über einen Ausschubdurchlass (96) verbunden ist, in dem das Einlassventil (54) angeordnet ist, wobei  an overflow device with at least one overflow chamber (80) delimited by an overflow piston (84), which is connected to the compression chamber (34) via an overflow passage (92) in which an overflow valve (106) is arranged and which communicates with the working chamber (36) is indirectly or directly connected via a Ausschubdurchlass (96), in which the inlet valve (54) is arranged, wherein
die Bewegung der Kolben (16, 18, 84) und der Betrieb der Ventile (46, 106, 54) derart aufeinander abgestimmt ist, dass in der Verdichterkammer (34) verdichtete Frischladung vom Verdichterkolben (16) in die Überströmkammer (80) übergeschoben wird und vom Überströmkolben aus der Überströmkammer in die Arbeitskammer (36) ausgeschoben wird,  the movement of the pistons (16, 18, 84) and the operation of the valves (46, 106, 54) are coordinated such that in the compression chamber (34) compacted fresh charge from the compressor piston (16) in the overflow chamber (80) is pushed over and is pushed out of the overflow chamber into the working chamber (36) by the overflow piston,
dadurch gekennzeichnet, dass der Überströmdurchlass (92) durch einen Kühler (100) führt.  characterized in that the overflow passage (92) passes through a radiator (100).
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei die Überströmeinrichtung mehrere in Reihe angeordnete, jeweils von einem Überströmkolben (84, 86) begrenzte Überströmkammern (80, 82) enthält, die jeweils über einen durch einen Kühler (1 10) führenden Überströmdurchlass (94) miteinander verbunden sind, der mittels eines Überströmventils (1 16) absperrbar ist, und deren erste Überströmkammer (80) mit der Verdichterkammer (34) und deren letzte Überströmkammer (82) mit der Arbeitskammer 36 verbunden ist. 5. Internal combustion engine according to claim 4, wherein the overflow device comprises a plurality of in series, each of an overflow piston (84, 86) limited overflow chambers (80, 82) each having a through a cooler (1 10) leading overflow passage (94) with each other are connected, which can be shut off by means of an overflow valve (1 16), and whose first overflow chamber (80) with the compression chamber (34) and the last overflow chamber (82) is connected to the working chamber 36.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei ein Überströmdurchlass durch benachbarte Kammern verbindende Wärmetauscherkanäle (102, 1 12) eines Kühlers (100, 1 10) gebildet ist, der in einer Durchgangsöffnung (98, 108) angeordnet ist, die durch eine an die jeweils zugehörigen Kammern angrenzende Wand führt. 6. Internal combustion engine according to claim 5, wherein an overflow passage by adjacent chambers connecting heat exchanger channels (102, 1 12) of a radiator (100, 1 10) is formed, which in a through hole (98, 108) is arranged, which by a to each associated chambers adjacent wall leads.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Überströmventile als Rückschlagventile (106, 1 16) ausgebildet sind, die in eine jeweils hintere der in Reihe angeordneten Überströmkammern öffnen. 7. Internal combustion engine according to claim 5 or 6, wherein the overflow valves as check valves (106, 1 16) are formed, which open in a respective rear of the arranged in series overflow chambers.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das minimale Volumen der Verdichterkammer oder einer Überströmkammer kleiner als 15%, bevorzugt kleiner als 5% und noch bevorzugter kleiner als 1% des maximalen Volumens der jeweiligen Kammer beträgt. 8. Internal combustion engine according to any one of claims 4 to 7, wherein the minimum volume of the compression chamber or an overflow chamber is less than 15%, preferably less than 5% and more preferably less than 1% of the maximum volume of the respective chamber.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das maximale Volumen der an die Verdichterkammer (34) angrenzenden Überströmkammer (80) kleiner als das der Verdichterkammer ist und das maximale Volumen einer nachfolgenden Überströmkammer (82) der in Reihe angeordneten Überströmkammer (80, 82) kleiner ist als das der jeweils vorherigen Überströmkammer (80). 9. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 8, wherein the maximum volume of the compression chamber (34) adjacent the overflow chamber (80) is smaller than that of the compression chamber and the maximum volume of a subsequent overflow chamber (82) of the arranged in series overflow chamber (80 , 82) is smaller than that of the respective previous overflow chamber (80).
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Verdichterkolben (16) und der Arbeitskolben (18) über Pleuel mit einer Kurbelwelle (10) verbunden sind und der bzw. die Überströmkolben (84, 86) und mittels Nocken (88, 90) betätigbar sind, die von der Kurbelwelle antreibbar sind. 10. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 9, wherein the compressor piston (16) and the working piston (18) via connecting rods with a crankshaft (10) are connected and the or the overflow piston (84, 86) and by means of cams (88, 90) are actuated, which are driven by the crankshaft.
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