WO2004106715A1 - Four-stroke combustion piston engine with a two-part cylinder chamber - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a four-stroke combustion piston engine with a two-part cylinder chamber. The cylinder chamber is subdivided by the piston (14) into a top cylinder chamber (ZO) and a combustion chamber (HR). The piston (14) has at least one inlet valve (53) and the combustion chamber (HR) has at least one inlet valve (10) in the area of the cylinder base. In conventional motors, the suctioned air is not sufficiently dense and is too warm due to a lack of space in the cylinder head. Furthermore, throttling due to the narrow flow cross sections during charge changes impairs the performance of the motor. The motor construction according to the invention eliminates particularly the problem of lack of space in the cylinder head thereby enabling the intake of dense and cold air. The exhaust gases come out of the cylinder (13) through the outlet valve (10) in the cylinder base. The motor can be operated with a two-step combustion process. Combustion only takes place in a separate combustion chamber during partial charge operation, fuel being injected into said chamber during the compression cycle.

Description

Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotor mit zweigeteiltem Zylinderraum Combustion 4-stroke piston engine with two-part cylinder space
Die Erfindung betrifft einen 4-Takt-Nerbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a 4-stroke ner internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
Gesichtspunkte, die bei Nerbrennungs-4-Takt-Kolbenmotoren mit offenem Prozess und innerer Nerbrennung eine wichtige Rolle spielen, sind die Zylinderfüllung mit einer Frischladung optimaler Temperatur und Dichte sowie die optimale Nerbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder bei gegebenen Motor-Last-Zuständen. Diese Gesichtspunkte stehen in direkter Verbindung zur Leistung des Motors, zu seinem Kraftstoffverbrauch und zur Abgasemission.Aspects that play an important role in Nerbrenner 4-stroke piston engines with an open process and internal Nerbrenner are the cylinder filling with a fresh charge of optimal temperature and density as well as the optimal Nerburn of the air-fuel mixture in the cylinder for a given engine load states. These aspects are directly related to the engine's performance, its fuel consumption and exhaust emissions.
Hierbei ist es im Stand der Technik bekannt, dass Luft in den Motor angesaugt oder der Motor aufgeladen werden kann:It is known in the prior art that air can be drawn into the engine or the engine can be charged:
„Die Leistung eines Motors ist proportional dem Luftdurchsatz. Da dieser proportional der Luftdichte ist, kann die Leistung eines bezüglich Hubvolumen und Drehzahl vorgegebenen Motors durch Norverdichten der Luft vor Eintritt in den Zylinder, d.h. durch Aufladen, erhöht werden. Der Aufladegrad gibt die Dichtesteigerung im Vergleich zum Saugmotor an. Er hängt vom verwendeten Aufladesystem ab (realisierbares Druckverhältnis) und ist bei gegebener Druckerhöhung am größten, wenn die Temperatur der verdichteten Luft (Ladeluft) nicht erhöht bzw. durch die Ladeluftkühlung auf ihre Ausgangstemperatur rückgekühlt wird. Der Aufladegrad wird beim Ottomotor durch klopfende Verbrennung, beim Dieselmotor durch die maximal zulässigen Spitzendrücke begrenzt." (Robert Bosch GmbH, Stuttgart. (1995). Kraftfahrtechnisches Taschenbuch [KTT]. Augsburg: Weltbild - S. 378).“The power of an engine is proportional to the air flow. Since this is proportional to the air density, the performance of a motor specified in terms of stroke volume and speed can be increased by norcompressing the air before entering the cylinder, ie by charging. The degree of charging gives the increase in density compared to Naturally aspirated engine. It depends on the charging system used (achievable pressure ratio) and is greatest at a given pressure increase if the temperature of the compressed air (charge air) is not increased or is cooled back to its initial temperature by the charge air cooling. The degree of charging is limited in the gasoline engine by knocking combustion, in the diesel engine by the maximum permissible peak pressures. "(Robert Bosch GmbH, Stuttgart. (1995). Automotive paperback [KTT]. Augsburg: Weltbild - p. 378).
Motoren ohne Luftaufladung (Saugmotoren ohne Vorverdichtung) für PKW und LKW werden derzeit nur noch wenig gebaut. Die neuen Motorengenerationen hat entweder eine dynamische oder eine mechanische Aufladung.Engines without air charging (naturally aspirated engines without pre-compression) for cars and trucks are currently only being built a little. The new generation of engines has either dynamic or mechanical charging.
Das Prinzip der dynamischen Aufladung ist die Umwandlung der Saugarbeit des Kolbens in kinetische Energie der Gassäule im Einlasskanal vor dem Einlassventil, wobei die kinetische Energie wiederum in Verdichtungsarbeit der Frischladung umgewandelt wird.The principle of dynamic charging is the conversion of the suction work of the piston into the kinetic energy of the gas column in the inlet channel upstream of the inlet valve, the kinetic energy being converted into the work of compression of the fresh charge.
Bei der mechanischen Aufladung durch Aufladegeräte handelt es sich um dieselbe Aufgabe, wobei jedoch mechanisch eine entsprechend dichte Frischladung, die unter einem kleinen Überdruck steht, in den Einlasska- nal vor dem Einlassventil gebracht wird.Mechanical charging by means of charging devices is the same task, but mechanically a correspondingly dense fresh charge, which is under a slight positive pressure, is brought into the inlet channel upstream of the inlet valve.
In allen Aufladesystemen und auch in normalen Saugsystemen wird die Frischladung im Einlasskanal vorbereitet und während des Ansaugtaktes nach dem Öffnen des Einlassventils durch die Kolben zum Zylinder angesaugt. Dennoch ist der richtige Verlauf der Zylinderfüllung aufgrund des Platzmangels im Zylinderkopf und weiterer damit in Verbindung stehende Probleme erschwert.In all supercharging systems and also in normal intake systems, the fresh charge is prepared in the intake port and drawn into the cylinder by the pistons during the intake stroke after the intake valve is opened. Nevertheless, the correct course of the cylinder filling is difficult due to the lack of space in the cylinder head and other related problems.
Wie bekannt (Bosch GmbH, KTT S. 395 - 396) gehört das Oberteil des Brennraums zum Zylinderkopf und schließt das Zylinderrohr nach oben hin ab, wohingegen das Unterteil des Brennraums durch die Kolbenober- seite bildet wird. Im Zylinderkopf befinden sich Gaswechselorgane (meistens mit Steuerung), Ein- und Auslasskanäle, Kerze (Zünd- bzw. Glühkerze) und eventuell Einspritzventile. Sämtliche Bohrungen für Ein- und Auslassventile, Kerze und Einspritzventile müssen mit ihren Öff- nungen im Oberteil des Brennraums angeordnet werden. Bei gegebenem Zylinderdurchmesser ist eine Platzierung von entsprechend großen Ventildurchmessern daher nicht möglich.As is known (Bosch GmbH, KTT pp. 395 - 396), the upper part of the combustion chamber belongs to the cylinder head and closes the cylinder tube at the top, whereas the lower part of the combustion chamber by the piston top side forms. In the cylinder head there are gas exchange elements (mostly with control), inlet and outlet channels, candle (spark or glow plug) and possibly injectors. All bores for intake and exhaust valves, candles and injection valves must be arranged with their openings in the upper part of the combustion chamber. For a given cylinder diameter, it is therefore not possible to place correspondingly large valve diameters.
Der Platzmangel im Zylinderkopf begrenzt auch den Verlauf und die Größe (den Querschnitt) der Ein- und Auslasskanäle. Daher ist der Einlasskanal im Zylinderkopf grundsätzlich nicht ausreichend großThe lack of space in the cylinder head also limits the course and size (cross section) of the intake and exhaust ports. Therefore, the intake port in the cylinder head is generally not large enough
(bezüglich seines Querschnitts). Auch das Volumen des Einlasskanals ist mehrfach kleiner als das Volumen des Zylinders. Während des Ansaugtaktes sinkt daher der Druck der Frischladung im Einlasskanal deutlich ab. Noch mehr sinkt der Druck im Zylinder, weil die Strömung der Frischladung durch das im Weg stehende Einlassventil gedrosselt wird. Als Konsequenz bleibt nach der Schließung des Einlassventils eine - im Vergleich zur Dichte im Saugrohr - deutlich verdünnte Frischladung im Zylinder.(in terms of its cross section). The volume of the inlet channel is also several times smaller than the volume of the cylinder. The pressure of the fresh charge in the inlet duct therefore drops significantly during the intake stroke. The pressure in the cylinder drops even more because the flow of the fresh charge is throttled by the inlet valve in the way. As a consequence, after the intake valve is closed, a fresh charge, which is significantly thinner than the density in the intake manifold, remains in the cylinder.
Wegen fehlendem Bauraum für die Kanäle im Zylinderkopf treten auch Behinderungen während des Ausschubtaktes auf. Wie vom 4-Takt-Due to the lack of installation space for the ducts in the cylinder head, there are also obstacles during the extension stroke. As from the 4-stroke
Verfahren bekannt (Bosch GmbH, KTT, S. 374) öffnet sich kurz vor dem unteren Totpunkt das Auslassventil und bei überkritischen Druckverhältnissen verlassen während dieses Vorauslassens ca. 50% der Brenngase den Brennraum. Der sich nach oben bewegende Kolben sorgt während des Ausschubtaktes sodann für eine nahezu vollständige Entfernung der Brenngase aus dem Zylinder, also aus dem Hauptbrennraum.The known method (Bosch GmbH, KTT, p. 374) opens the exhaust valve shortly before bottom dead center and, in the case of supercritical pressure conditions, approx. 50% of the combustion gases leave the combustion chamber during this pre-discharge. The piston moving upwards then ensures that the combustion gases are almost completely removed from the cylinder, ie from the main combustion chamber, during the exhaust stroke.
Eine komplette Entfernung der Brenngase aus dem Zylinder kann so jedoch nicht realisiert werden. Im Zylinder verbleibt noch eine erhebliche Abgasmenge, die durch den engen Spalt zwischen Auslassventil und Ventilsitz nicht genügend schnell entweichen kann. Während der Weiterbewegung des Kolbens nach oben kommt es daher zur Restabgasverdich- tung. Das Restabgas steht unter Druck, und „wenn sich kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens das Einlassventil öffnet (bei noch geöffnetem Auslassventil) strömen die Abgase direkt vom Brennraum in den Einlasskanal oder vom Auslasskanal zurück in den Brennraum und dann in den Einlasskanal. Diese 'innere' Abgasrückführung findet vor allem bei Teillast und während des Leerlaufs statt und wirkt sich ungünstig aus." (Bosch GmbH, KTT, S. 375).However, complete removal of the fuel gases from the cylinder cannot be achieved in this way. A considerable amount of exhaust gas remains in the cylinder, which cannot escape quickly enough due to the narrow gap between the exhaust valve and the valve seat. As the piston continues to move upward, residual exhaust gas compression occurs. tung. The residual exhaust gas is under pressure and “if the intake valve opens shortly before top dead center of the piston (with the exhaust valve still open), the exhaust gases flow directly from the combustion chamber into the intake duct or from the exhaust duct back into the combustion chamber and then into the intake duct. This 'internal' exhaust gas recirculation takes place especially at partial load and during idling and has an unfavorable effect. "(Bosch GmbH, KTT, p. 375).
Dieser Effekt hat infolge eines hohen Saugrohr -Unterdrucks einen besonders negativen Einfluss bei drosselgesteuerten Ottomotoren. Bei Motoren mit mechanischer Aufladung ist der Druck im Saugrohr und im Einlasskanal größer als in Saugrohren drosselgesteuerter Motoren, wodurch dieser Effekt der Abgasrückführung ebenfalls, aber mit geringerer Auswirkung, auftritt.Due to a high intake manifold vacuum, this effect has a particularly negative impact on throttle-controlled gasoline engines. In engines with mechanical supercharging, the pressure in the intake manifold and in the inlet duct is greater than in intake manifolds of throttle-controlled engines, as a result of which this effect of exhaust gas recirculation also occurs, but with less impact.
Dass die Luftdichte temperaturabhängig ist, hat wesentlichen Einfluss auf Motorleistung (Drehmoment), Kraftstoffverbrauch und Abgasemission. Je dichter und kälter (bis zu einem entsprechenden Wert) die Frischladung zum Zylinder angesaugt oder aufgeladen wird, desto größer ist die Motorleistung (vgl. Bosch GmbH, KTT, S. 402).The fact that the air density is temperature-dependent has a significant impact on engine performance (torque), fuel consumption and exhaust gas emissions. The denser and colder (up to a corresponding value) the fresh charge is sucked or charged to the cylinder, the greater the engine output (see Bosch GmbH, KTT, p. 402).
Bei herkömmlichen Motoren wärmt sich die Frischladung bei der Strö- mung durch die engen Einlasskanäle in den heißen Zylinderkopf vor. Zu einer deutlichen Erwärmung kommt es am Übergang zum Einlasskanalhals, wo das Einlassventil eingebaut ist. Der Einlasskanalhals und das Einlassventil sind die wärmste Stelle im Einlasskanal. Während dieses Übergangs durch den Einlasskanalhals findet außer der Erwärmung der Frischladung eine bedeutende Abkühlung des Einlassventils und desWith conventional engines, the fresh charge warms up as it flows through the narrow intake ports into the hot cylinder head. Significant heating occurs at the transition to the inlet channel neck, where the inlet valve is installed. The inlet duct neck and inlet valve are the warmest point in the inlet duct. During this transition through the inlet channel neck, in addition to the heating of the fresh charge, there is a significant cooling of the inlet valve and the
Oberbrennraum-Bereiches statt. Die Abkühlung der Oberbrennraumwand hat wiederum einen negativen Einfluss auf die Verdampfung des Kraftstoffs, welche am Anfang des Verbrennungsprozesses stattfindet. Mit der Erwärmung der Frischladung sinkt deren Dichte, was die Motorleistung verringert. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird bei abnehmender Luftdichte fetter (vgl. Bosch GmbH, KTT, S. 402).Upper combustion chamber area. The cooling of the upper combustion chamber wall in turn has a negative influence on the evaporation of the fuel, which takes place at the beginning of the combustion process. As the fresh charge heats up, its density drops, which reduces engine performance. The air-fuel mixture becomes richer as the air density decreases (see Bosch GmbH, KTT, p. 402).
Eine weitere Ursache für die Erwärmung der Luft ist die mechanische Aufladung im Aufladegerät aufgrund von Luftverdichtung. Die Faktoren, die eine Verdünnung der Frischladung während des Ansaugtaktes und eine Erwärmung derselben verursachen, verringern die Motorleistung und führen in Folge zu größerem Kraftstoffverbrauch und vermehrten Abgasemissionen.Another reason for the warming of the air is the mechanical charging in the charger due to air compression. The factors that cause the fresh charge to dilute and warm up during the intake stroke reduce engine performance and consequently lead to greater fuel consumption and increased exhaust gas emissions.
Der Verlauf des Verbrennungsprozesses im Brennraum von Motoren mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch ist abhängig von der Temperatur der Ansaugluft, der Temperatur der Brennraumwand und der Verschmutzung der Frischladung durch die Abgasreste.The course of the combustion process in the combustion chamber of engines with a homogeneous air-fuel mixture depends on the temperature of the intake air, the temperature of the combustion chamber wall and the contamination of the fresh charge by the exhaust gas residues.
Zur Herstellung eines brennfähigen, homogenen Luft-Kraftstoff - Gemischs muss der gesamte Kraftstoff vor der Zündeinleitung verdampft sein (vgl. Bosch GmbH, KTT, S. 364). Ist die Lufttemperatur zu niedrig - wegen zu kalter angesaugter Luft oder zu kalten Brennraumwänden - erfolgt die Verdampfung und in Folge die Verbrennung nicht vollständig. Bei dieser unvollständigen Verbrennung sinkt die Motorleistung dras- tisch ab, während Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen anwachsen.To produce a combustible, homogeneous air-fuel mixture, all of the fuel must have evaporated before the ignition is initiated (see Bosch GmbH, KTT, p. 364). If the air temperature is too low - due to air that is too cold or the combustion chamber walls are too cold - the evaporation and consequently the combustion does not take place completely. With this incomplete combustion, engine output drops dramatically while fuel consumption and exhaust emissions increase.
Zu einer weiteren Behinderung im Verbrennungsprozess bei mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Motoren kann es kommen, wenn das Gemisch im Brennraum Werte (Parameter) erreicht, die eine klopfende Verbrennung verursachen. „Von klopfender Verbrennung spricht man, wenn Flammgeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit auftreten. Dies kann vor allem gegen Ende der Verbrennung auftreten, wenn das Endgas bereits hoch verdichtet ist und hohe Temperaturen aufweist." (Bosch GmbH, KTT, S. 366). Obwohl noch nicht von der Flammenfront erfasst, entzündet sich das Endgas aufgrund der Energiezufuhr durch die Schallwelle und verbrennt mit sehr großer Brenngeschwindigkeit (explodiert), was eine Druckwelle mit hoher Frequenz verursacht und in Folge zu thermischen und mecha- nischen Schäden von Bauteilen (Kolben, Dichtung, Lager) führt. Die Ursachen, die neben anderen diese Verbrennungsart fördern, sind der zu große Abstand von der Zündquelle bis zum Endgas sowie die zu hohe Temperatur des Endgases, die heißen Teilen des Brennraumes entnommen ist. Die heißen Teile sind meist die Auslassventile, die von der Zündquelle entfernt sind.A further hindrance in the combustion process for engines operated with a homogeneous air / fuel mixture can occur if the mixture in the combustion chamber reaches values (parameters) which cause knocking combustion. “Knocking combustion is used when flame speeds in the range of the speed of sound occur. This can occur especially towards the end of combustion, when the tail gas is already highly compressed and has high temperatures. "(Bosch GmbH, KTT, p. 366). Although not yet captured by the flame front, the tail gas ignites due to the energy input from the sound wave and burns at a very high burning rate (explodes), which causes a pressure wave at high frequency and consequently leads to thermal and mechanical damage to components (pistons, Seal, bearing) leads. The causes that promote this type of combustion, among others, are the excessive distance from the ignition source to the tail gas and the excessive temperature of the tail gas, which is taken from hot parts of the combustion chamber. The hot parts are mostly the exhaust valves that are removed from the ignition source.
Auch bei mit heterogenen Luft-Kraftstoff-Gemischen betriebenen Motoren kommt es zu nicht optimaler Verbrennung mit schädlichen Folgen. Nach Verbrennungsbeginn (vgl. Bosch GmbH, KTT, S. 372) verbrennt jener Anteil des Kraftstoffes sehr rasch, der während des Zündverzuges verdampft und mit Luft vermischt ist. Wenn dieser Anteil sehr hoch ist, kann eine „harte" Verbrennung mit entsprechend negativen Auswirkungen die Folge sein.Even with engines operated with heterogeneous air-fuel mixtures, there is not optimal combustion with harmful consequences. After the start of combustion (see Bosch GmbH, KTT, p. 372), that part of the fuel that evaporates during the ignition delay and is mixed with air burns very quickly. If this proportion is very high, a "hard" combustion with corresponding negative effects can result.
Je kürzer der Zündverzug, desto weniger Kraftstoff kann vor Verbrennungsbeginn ausdampfen, was die Bildung der Luft-Kraftstoff- Dampfmengen verringert. Ursache für den langen Zündverzug ist die plötzliche Temperatursenkung während der Einspritzung, weil der unter großem Druck eingespritzte und zerstäubte Kraftstoff Wärme zur Aus- dampfung benötigt.The shorter the ignition delay, the less fuel can evaporate before the start of combustion, which reduces the formation of the air-fuel vapor quantities. The cause of the long ignition delay is the sudden drop in temperature during the injection, because the fuel injected and atomized under high pressure requires heat to evaporate.
Die ersten eingespritzten Kraftstofftropfen fliegen durch die Luft und dampfen aus. Während des Fluges entnehmen sie der heißen Luft Wärme zum Ausdampfen und verwenden gleichzeitig Sauerstoff zum Verbrennen. Die weiter hinten fliegenden Tropfen haben schon weniger Wärme und Sauerstoff zur Verfügung und fliegen entweder weiter, um Wärme und Sauerstoff zu bekommen, oder erreichen die Brennraumwand und dampfen dann dort aus. In Folge sinken die Lufttemperatur und die Sauerstoffmenge in der gesamten Einspritzzone so stark, dass ohne Zufuhr von Wärme und Sauerstoff die Selbstzündung deutlich behindert ist.The first injected fuel drops fly through the air and evaporate. During the flight they take heat from the hot air to evaporate and at the same time use oxygen to burn it. The drops flying further back already have less heat and oxygen available and either fly further to get heat and oxygen or reach the wall of the combustion chamber and then evaporate there. As a result, the air temperature and the amount of oxygen in the entire injection zone drop so much that without Supply of heat and oxygen, the auto-ignition is significantly hindered.
Diese plötzliche Senkung von Temperatur und Sauerstoffgehalt fördert die Bildung von Kraftstoffdämpfen, welche die „harte" Verbrennung verursachen. Wenn sich in nächster Umgebung keine Wärmequelle befindet und die Wärme durch die Luft von entfernten Zonen des Brennraums herbei transportiert werden muss, dauern Zündverzug und Verbrennung länger und weisen nicht den normalen Verlauf auf, sondern führen zu einer schleppenden Verbrennung.This sudden drop in temperature and oxygen levels promotes the formation of fuel vapors which cause "hard" combustion. If there is no heat source in the immediate vicinity and the heat has to be transported through the air from distant zones of the combustion chamber, ignition delay and combustion take longer and do not show the normal course, but lead to sluggish combustion.
Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Kolbenmotor zu schaffen, der insbesondere aufgrund Eliminierung der für den Gaswechsel problematischen Platzverhältnisse im Zylinderkopf optimale Bedingungen für eine vollständige, maximal effektive, „saubere" Kraftstoffverbrennung, unabhängig von den Motor-Last-Zuständen und der Drehzahl des Motors ermöglicht, und mit dem gleichzeitig die oben beschriebenen ungünstigen Effekte, insbesondere klopfende Verbrennung (bei mit homogenem Gemisch betriebenen Motoren) und „harte" Verbrennung (bei mit heterogenem Gemisch betriebenen Motoren) vermieden wird.Against this background, it is an object of the present invention to provide a generic piston engine which, in particular due to the elimination of the space conditions in the cylinder head which are problematic for the gas exchange, provides optimal conditions for complete, maximally effective, "clean" fuel combustion, regardless of the engine load conditions and the speed of the engine, and with which the above-described unfavorable effects, in particular knocking combustion (in the case of engines operated with a homogeneous mixture) and "hard" combustion (in the case of engines operated with a heterogeneous mixture) are avoided.
Die Erfindung soll insbesondere die beschriebenen Probleme der aufgrund Platzmangels im Zylinderkopf zu großen Erwärmung der Frischladung, sowie der Verringerung der Frischladungsdichte bei deren Strömung durch den Einlasskanal zum Zylinder beseitigen. Ferner soll es ermöglicht werden, ungünstige Effekte wie die Restabgasverdichtung und Abgasrückführung beim Ausschubtakt zu vermeiden oder deutlich zu verringern.In particular, the invention is intended to eliminate the described problems of heating the fresh charge that is too great due to lack of space in the cylinder head, and reducing the fresh charge density when it flows through the inlet channel to the cylinder. Furthermore, it should be possible to avoid or significantly reduce unfavorable effects such as the residual exhaust gas compression and exhaust gas recirculation during the exhaust stroke.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in an sich zunächst bekannter Weise Zylinder, Kolben und Kurbelgehäuse. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Verbrennungsmotor jedoch dadurch aus, dass der Zylinderraum durch den Kolben in einen zylinderkopfseiti- gen Zylinderoberraum und in einen kurbelgehäuseseitigen Brennraum unterteilt ist. Dabei ist das Einlassventil bzw. sind die die Einlassventile in den Kolben eingebaut, wodurch ein Gasübertritt zwischen Zylinderoberraum und Brennraum ermöglicht wird. Der Brennraum ist dabei durch Kolbenboden, Zylinderwand sowie Zylinderboden begrenzt und weist im Bereich des Zylinderbodens zumindest ein Auslassventil auf.The internal combustion engine according to the present invention comprises cylinders, pistons and crankcases in a manner known per se. According to the invention, however, the internal combustion engine is characterized in that the cylinder space is subdivided by the piston into a cylinder head-side cylinder upper space and into a combustion chamber on the crankcase side. In this case, the inlet valve or the inlet valves are installed in the piston, which enables gas to pass between the cylinder upper chamber and the combustion chamber. The combustion chamber is delimited by the piston crown, cylinder wall and cylinder crown and has at least one exhaust valve in the area of the cylinder crown.
Das im Kolben eingebaute Einlassventil bzw. die im Kolben eingebautenThe inlet valve built into the piston or those built into the piston
Einlassventile ermöglichen die Füllung des Zylinders bzw. Brennraums mit Frischladung, indem mittels der Bewegung des Kolbens die Frischladung aus dem Zylinderoberraum durch das im Kolben befindliche Einlassventil zum Brennraum übergepumpt bzw. verdrängt wird.Inlet valves enable the cylinder or combustion chamber to be filled with fresh charge, in that the movement of the piston over-pumps or displaces the fresh charge from the cylinder upper space through the inlet valve in the piston to the combustion chamber.
Insbesondere da die Füllung des Brennraums und der Abgasausstoß nicht wie beim Stand der Technik an ein und demselben Ende des Brennraums, sondern erfindungsgemäß an gegenüberliegenden Enden des Brennraums erfolgt, steht für die Gaswechselorgane und für die entsprechenden Gasführungskanäle ein erheblich größerer Bauraum zur Verfügung.In particular, since the filling of the combustion chamber and the exhaust gas emission do not take place at one and the same end of the combustion chamber as in the prior art, but according to the invention at opposite ends of the combustion chamber, there is a considerably larger installation space available for the gas exchange elements and for the corresponding gas routing channels.
Aufgrund der damit möglichen erheblichen Verbesserung der Zylinderbzw. Brennraumfüllung wird zunächst einmal ein höheres Drehmoment des Motors im gesamten Drehzahlbereich und damit eine Leistungserhöhung erreicht.Due to the possible significant improvement in the cylinder or. Combustion chamber filling initially achieves a higher engine torque in the entire speed range and thus an increase in output.
Mangels jeglicher Drosselorgane ist außerdem das Drehmoment bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor nur von der eingespritzten Kraftstoffmenge abhängig. Auch die Abgase lassen sich, insbesondere aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik sehr viel größeren Strömungsquerschnitte der Gaswechselorgane, beim Ausschubtakt ohne Restabgasverdichtung und Abgasrückführungseffekt fast vollständig aus dem Zylinder entfernen. Auch die mechanischen Reibverluste und die Verluste aufgrund von Gaswiderstand beim Ansaugtakt und beim Ausschubtakt sind deutlich geringer als bei bekannten Verbrennungsmotoren.In the absence of any throttle elements, the torque in the internal combustion engine according to the invention is only dependent on the amount of fuel injected. The exhaust gases can also, in particular Due to the much larger flow cross sections of the gas exchange elements compared to the prior art, remove almost completely from the cylinder during the exhaust stroke without residual exhaust gas compression and exhaust gas recirculation effect. The mechanical friction losses and the losses due to gas resistance during the intake stroke and the exhaust stroke are also significantly lower than in known internal combustion engines.
Insbesondere aufgrund der Anordnung des Einlassventils bzw. der Einlassventile im Kolben (also an der Brennraumdecke) und des Auslassventils bzw. der Auslassventile im Bereich des Brennraumbodens wird erreicht, dass entsprechend kalte und dichte Luft während desIn particular, due to the arrangement of the inlet valve or the inlet valves in the piston (i.e. on the combustion chamber ceiling) and the outlet valve or the outlet valves in the region of the combustion chamber floor, it is achieved that correspondingly cold and dense air during the
Ansaugtaktes fast unabhängig von den Motorlastzuständen sowie nahezu ungedrosselt in den Brennraum des Zylinders einströmen und aufgeladen werden kann.Intake cycle can flow almost independently of the engine load conditions and almost unthrottled into the combustion chamber of the cylinder and can be charged.
Zusätzlich weist diese Ladung nach der Überströmung durch den Kolben im Brennraum eine Schichtladungsstruktur mit Turbulenzen im Schichtenbereich auf. Dies bedeutet, dass die wärmsten Schichten am Brennraumboden und im Bereich der Auslassventile liegen, während zum Kolben nach oben hin immer kältere Schichten folgen. Diese Schichtladung ermöglicht vollständige, sparsame und saubere Verbrennung bei allen Motorlastzuständen, verhindert gleichzeitig die klopfende Verbrennung bei mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Motoren und begrenzt die harte Verbrennung bei mit heterogenem Luft-Kraftstoff- Gemisch betriebenen Motoren.In addition, this charge has a stratified charge structure with turbulence in the stratified area in the combustion chamber after overflow through the piston. This means that the warmest layers are on the combustion chamber floor and in the area of the exhaust valves, while layers that are colder and colder follow towards the top of the piston. This stratified charge enables complete, economical and clean combustion in all engine load conditions, at the same time prevents knocking combustion in engines operated with a homogeneous air / fuel mixture and limits hard combustion in engines operated with a heterogeneous air / fuel mixture.
Außerdem ermöglichen es die besonderen Strömungsverhältnisse im Zylinder des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, auch andere Kraftstoffe als Benzin- oder Dieselöl zu verwenden. Es können Kraftstoffe verwendet werden, die als Verbrennungsprodukte beispielsweise Wasser oder verschiedene Aschen (z.B. Silikate) enthalten können. Mit dem nach unten gerichteten Ausschub und dem zusätzlichen Spülungsef- fekt der erfindungsgemäßen Strömungsführung können diese Verbrennungsprodukte einfach und vollständig entfernt werden, wobei geringe bzw. keine Verschmutzung von Zylinderrohr, Kolben und Einlassventilen auftritt.In addition, the special flow conditions in the cylinder of the internal combustion engine according to the invention make it possible to use fuels other than petrol or diesel oil. Fuels can be used which can contain, for example, water or various ashes (eg silicates) as combustion products. With the downward extension and the additional flushing effect of the flow guide according to the invention, these combustion products can be removed easily and completely, with few or there is no contamination of the cylinder tube, pistons and intake valves.
Zudem kann der Zylinder aufgrund der erfindungsgemäßen Motorbauweise auch aus anderen Baustoffen als denjenigen, die bis j etzt in Verwen- düng sind, in Form eines vollständig separaten Bauteils gefertigt werden, z.B. aus Keramik.In addition, due to the motor construction according to the invention, the cylinder can also be made from building materials other than those which are currently in use, in the form of a completely separate component, e.g. made of ceramic.
Umfasst der Motor, wie dies gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, ein Luftumlaufrohr zwischen einem Luftauslassventil und einem Lufteinlassventil, so wird eine beson- ders gute dynamische Luftaufladung bereits bei niedriger Motordrehzahl erreicht. Nicht nur bei jeder zweiten, sondern bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle um 360° wird Luft aus dem Saugrohr in den Zylinderoberraum angesaugt. Die zusätzliche Luftansaugung während des Verdichtungstaktes bewirkt, dass die Luftströmung im Saugrohr eine ca. doppelt so hohe Geschwindigkeit erreicht wie die Geschwindigkeit in Saugrohren bei gleicher Motordrehzahl in herkömmlichen Motoren.If, as is provided in accordance with a particularly preferred embodiment of the invention, the engine comprises an air circulation pipe between an air outlet valve and an air inlet valve, particularly good dynamic air charging is achieved even at a low engine speed. Air is drawn into the cylinder head from the intake manifold not only every second, but every revolution of the crankshaft through 360 °. The additional air intake during the compression cycle causes the air flow in the intake manifold to reach a speed that is approximately twice as high as the speed in intake manifolds at the same engine speed in conventional engines.
Bei höheren Motordrehzahlen wird zudem ohne zusätzliche Aufladegeräte und mit minimalen Motorleistungsverlusten eine erhebliche dynamische Aufladung mit entsprechendem Druck erreicht, weil die Drosselver- luste während der Durchströmung über die großen Querschnitte in Saugrohr, Lufteinlasskanälen und Einlassventilen trotz hoher Luftgeschwindigkeiten gering sind.At higher engine speeds, a significant dynamic boost with appropriate pressure is achieved without additional chargers and with minimal engine power losses, because the throttle losses during the flow through the large cross-sections in the intake manifold, air intake ducts and intake valves are low despite high air speeds.
Ein zusätzlicher Vorteil der Ausführung s form mit Luftumlaufrohr besteht darin, dass die Luft aus dem Zylinderoberraum, die während des Verdichtungstaktes angesaugt wurde, während des Verbrennungstaktes über das Umlaufrohr zum Saugrohr übergepumpt wird, wo sie wiederum die Luftaufladung verstärkt. Hierzu saugt der Kolben während des 4- Takt-Zyklus zweimal dichte und kalte Luft aus dem Saugrohr zum Zylinderoberraum. Einmal pumpt der Kolben die Luft über das Einlass- ventil im Kolben zum Hauptbrennraum, wo sie im Verbrennungsprozess verwendet wird, beim zweiten Mal wird die Luft über das Umlaufrohr zum Saugrohr übergepumpt, was dort eine hohe Luftgeschwindigkeit und damit auch eine gute dynamische Luftaufladung bewirkt.An additional advantage of the design with air recirculation pipe is that the air from the cylinder head, which was sucked in during the compression stroke, is pumped over the recirculation pipe to the intake pipe during the combustion stroke, where it in turn increases the air charge. For this purpose, the piston sucks two times dense and cold air from the intake manifold to the cylinder head during the 4-stroke cycle. Once the piston pumps the air through the intake valve in the piston to the main combustion chamber, where it is in the combustion process is used, the second time the air is pumped over the circulation pipe to the intake manifold, which results in a high air speed and thus a good dynamic air charge.
Ein Teil der Luft aus dem Zylinderoberraum kann dabei gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch zum Abgasrohr übergeleitet werden, so dass der Katalysator abkühlen kann. Die Größe des Luftanteils, der zum Abgasrohr übergepumpt wird, ist abhängig von der Lufttemperatur und kann beispielsweise durch einen Thermostaten im Umlaufrohr gesteuert werden.According to a further embodiment of the invention, part of the air from the cylinder upper chamber can also be transferred to the exhaust pipe so that the catalytic converter can cool down. The size of the proportion of air that is pumped over to the exhaust pipe depends on the air temperature and can be controlled, for example, by a thermostat in the circulation pipe.
Die gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung vorgesehene Aufteilung des Brennraums in Hauptbrennraum und Brennmulden bzw. Hauptbrennraum und separate Brennkammer bringt insbesondere Vorteile im Bereich des Verbrennungsprozesses mit sich. In den Brennmulden bzw. in der Brennkammer im Zylinderboden laufen nach der Kraftstoffeinspritzung Verbrennungsprozesse ab, die aufgrund vollständiger Kraftstoffverbrennung in kurzer Zeit viel Wärme produzieren, was einen hohen Druck im Zylinder und ein großes Drehmoment zur Folge hat.The division of the combustion chamber into the main combustion chamber and combustion bowls or main combustion chamber and separate combustion chamber, which is provided according to further preferred embodiments of the invention, has particular advantages in the area of the combustion process. After the fuel injection, combustion processes take place in the combustion bowls or in the combustion chamber in the cylinder base, which produce a lot of heat in a short time due to complete fuel combustion, which results in high pressure in the cylinder and high torque.
Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass der Kraftstoff schnell und vollständig ausdampft, weil richtig verteilte Luftwärme und heißeOn the one hand, this is achieved by the fuel evaporating quickly and completely because the air heat is properly distributed and hot
Brennmuldenwände bzw. Brennkammerwände in der Einspritzdüsenumgebung (mit sehr geringer örtlicher Abkühlung während der Einspritzung) eine gute Ausdampfung fördern. Zusätzlich werden wegen des mit dieser Ausführungsform verbundenen großen Luftüberschusses die Abgastemperaturen und Abgasemissionen - obwohl die Temperatur während der Verbrennung entsprechend hoch wird - im Vergleich zu herkömmlichen Motoren reduziert. Zusätzlich ist Zusammensetzung der Abgasemissionen wegen der guten Bedingungen für Nachreaktionen während des Verbrennungs- und Ausschubtaktes „sauberer". Ebenso wird bei diesen Ausführungsformen eine optimale Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erreicht, wobei die Verbrennung zunächst in Brennmulden bzw. Brennkammern und erst anschließend im gesamten Hauptbrennraum stattfindet.The combustion bowl walls or combustion chamber walls in the vicinity of the injection nozzle (with very little local cooling during the injection) promote good evaporation. In addition, because of the large excess of air associated with this embodiment, the exhaust gas temperatures and exhaust gas emissions - although the temperature becomes correspondingly high during combustion - are reduced in comparison with conventional engines. In addition, the composition of the exhaust gas emissions is "cleaner" due to the good conditions for after-reactions during the combustion and exhaust cycle. Optimal combustion of the air-fuel mixture is likewise achieved in these embodiments, the combustion taking place first in combustion bowls or combustion chambers and only then in the entire main combustion chamber.
Bei der Ausführungsform mit Brennkammern werden zudem bei Teillastbetrieb Druck und Wärme der während der Verbrennung in der geschlossenen Brennkammer entstehenden Abgase sehr gut ausgenutzt. Die Abgase übergeben nach Öffnung der Brennkammer Druck und Wärme an den Luftüberschuss im Zylinder, was in zusätzliche Arbeit umgewandelt wird. Die Abgase kühlen am Ende des Verbrennungstaktes erheblich stärker ab als bei herkömmlichen Motoren und sind „sauberer" aufgrund von Nachreaktionen, die unmittelbar nach der Brennkammeröffnung (Muldentrennung) im Kontakt mit zusätzlicher Luft im Zylinder stattfinden.In the embodiment with combustion chambers, pressure and heat of the exhaust gases generated in the closed combustion chamber during combustion are also used very well during part-load operation. After opening the combustion chamber, the exhaust gases transfer pressure and heat to the excess air in the cylinder, which is converted into additional work. At the end of the combustion cycle, the exhaust gases cool down considerably more than with conventional engines and are "cleaner" due to after-reactions that take place immediately after the combustion chamber opening (bowl separation) in contact with additional air in the cylinder.
Bei Volllastbetrieb bewirkt die zweistufige Verbrennung zuerst in der Brennkammer und danach auch im Hauptbrennraum eine sehr gute Druckverteilung auf den Kolben und in Folge einen sehr gleichmäßigen Drehmomentzuwachs, was den Motor elastisch und belastungsstark macht.In full-load operation, the two-stage combustion first results in a very good pressure distribution on the pistons in the combustion chamber and then also in the main combustion chamber and subsequently a very even increase in torque, which makes the engine elastic and powerful.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to drawings which merely show exemplary embodiments.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 in sche atischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt durch die Zylindermitte;Figure 1 in schematic representation of an embodiment of a motor according to the present invention in section through the cylinder center.
Fig. 2 in einer Fig. 1 entsprechenden, vergrößerten Darstellung Kurbelgehäusebereich und Auslassventile eines Motors gemäß Fig. 1 beim Schnitt durch die Ventilebene; Fig. 3 in schematischer Darstellung Zylinder eines Motors gemäß Fig. 1 im Querschnitt mit Blickrichtung vom Zylinderkopf her auf den Zylinderboden;FIG. 2 in an enlarged representation corresponding to FIG. 1, the crankcase area and exhaust valves of an engine according to FIG. 1 when cut through the valve plane; 3 shows a schematic representation of the cylinder of an engine according to FIG. 1 in cross section looking from the cylinder head onto the cylinder bottom;
Fig. 4 in einer Fig. 2 entsprechenden Darstellung Kolbenbe- reich eines Motors gemäß Fig. 1 im Schnitt durch die4 in a representation corresponding to FIG. 2 piston area of an engine according to FIG. 1 in section through the
Kolbenmitte;Piston center;
Fig. 5 in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung Zylinder mit Kolben eines Motors gemäß Fig. 1 im Querschnitt mit Blickrichtung auf die Kolbenoberseite,5 in a representation corresponding to FIG. 3 cylinder with piston of an engine according to FIG. 1 in cross section looking towards the top of the piston,
Fig. 6 in einer Fig. 2 entsprechenden Darstellung Schmiersystem des Kolbens eines Motors gemäß Fig. 1 im abgewinkelten Längsschnitt;6 in a representation corresponding to FIG. 2, the lubrication system of the piston of an engine according to FIG. 1 in an angled longitudinal section;
Fig. 7 in schematischer Detaildarstellung Kolbenwand, Zylinderwand und Kolbenschmiersystem einer weiteren Aus- führungsform eines erfindungsgemäßen Motors im7 shows a schematic detailed illustration of the piston wall, cylinder wall and piston lubrication system of a further embodiment of an engine according to the invention in
Längsschnitt;Longitudinal section;
Fig. 8 in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung Kolbenbereich und Kolbenschmiersystem eines Motors gemäß Fig. 7 im abgestuften Schnitt durch Kolbenmitte und Ventil;FIG. 8 in a representation corresponding to FIG. 4 piston area and piston lubrication system of an engine according to FIG. 7 in a graduated section through the piston center and valve;
Fig. 9 in einer Fig. 5 entsprechenden Darstellung Zylinder und Kolben mit Einlassventilen bei einem Motor gemäß Fig. 7 und 8, im abgestuften Querschnitt mit Blickrichtung vom Zylinderkopf her;9 in a representation corresponding to FIG. 5, cylinder and piston with intake valves in an engine according to FIGS. 7 and 8, in a graduated cross section with a viewing direction from the cylinder head;
Fig. 10 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung ein weiteresFig. 10 in a representation corresponding to Fig. 1 another
Ausführungsbeispiel für einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt durch die Zylindermitte beim Ansaugtakt; Fig. 11 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung Motor gemäß Fig. 10 im abgestuften Schnitt durch Ventile und Kanäle am Ende des Verbrennungstakts;Embodiment for an engine according to the present invention in section through the cylinder center during the intake stroke; 11 shows an illustration corresponding to FIG. 1 of the engine according to FIG. 10 in a graduated section through valves and channels at the end of the combustion cycle;
Fig. 12 in einer Fig. 10 entsprechenden Darstellung Motor ge- maß Fig. 10 und 11 im Schnitt durch die Zylindermitte beim Verdichtungstakt;12 in a representation corresponding to FIG. 10 of the engine according to FIGS. 10 and 11 in a section through the cylinder center during the compression stroke;
Fig. 13 in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung Zylinder eines Motors gemäß Fig. 10 bis 12 im Querschnitt mit Blickrichtung vom Zylinderkopf her auf den Zylinderboden mit Auslassventilen;FIG. 13 in a representation corresponding to FIG. 3 cylinder of an engine according to FIGS. 10 to 12 in cross section looking from the cylinder head onto the cylinder bottom with exhaust valves;
Fig. 14 einer Fig. 9 entsprechenden Darstellung Zylinder und Kolben mit Einlassventilen bei einem Motor gemäß Fig. 10 bis 13, im Querschnitt mit Blickrichtung vom Zylinderkopf her;14 shows a representation corresponding to FIG. 9 of the cylinder and piston with intake valves in an engine according to FIGS. 10 to 13, in cross section with the viewing direction from the cylinder head;
Fig. 15 in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung Kolbenbereich eines Motors gemäß Fig. 10 im abgestuften Schnitt durch Ventile und Brennkammer;FIG. 15 in a representation corresponding to FIG. 4 piston area of an engine according to FIG. 10 in a stepped section through valves and combustion chamber;
Fig. 16 in einer Fig. 15 entsprechenden Darstellung Kolbenbereich gemäß Fig. 15 im Schnitt durch die Kolbenmitte;16 in a representation corresponding to FIG. 15 piston area according to FIG. 15 in section through the center of the piston;
Fig. 17 in einer Fig. 15 und 16 entsprechenden Darstellung Kolbenbereich gemäß Fig. 15 und 16 einschließlich Kolbenschmiersystem, im Moment der Trennung der beiden Brennkammer-Mulden im Längsschnitt durch den Kolben;17 in a representation corresponding to FIGS. 15 and 16, piston area according to FIGS. 15 and 16 including piston lubrication system, at the moment when the two combustion chamber troughs are separated in a longitudinal section through the piston;
Fig. 18 in einer Fig. 15 bis 17 entsprechenden Darstellung Kolben gemäß Fig. 15 bis 17 einschließlich Kolbenstangen sowie Zylinderhaube im Kolbenlängsschnitt; Fig. 19 in schematischer Darstellung vergrößerter Ausschnitt aus einem Motor gemäß Fig. 10 im Bereich der Auslassventile einschließlich Dichtungsbuchsenpaket im teilweise ausgebrochenen Schnitt;18 in a representation corresponding to FIGS. 15 to 17, pistons according to FIGS. 15 to 17 including piston rods and cylinder hood in the longitudinal section of the piston; FIG. 19 shows a schematic illustration of an enlarged detail from an engine according to FIG. 10 in the area of the exhaust valves including the seal bushing package in a partially broken-away section;
Fig. 20 in schematischer Darstellung Kreuzkopf eines Motors gemäß Fig. 10 bis 13 im Querschnitt; und20 shows a schematic illustration of a crosshead of an engine according to FIGS. 10 to 13 in cross section; and
Fig. 21 in einer Fig. 15 bis 17 entsprechenden Darstellung Kolbenbereich einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors mit Brennraum-Mulden im Längs- schnitt.21 in a representation corresponding to FIGS. 15 to 17, piston area of a further embodiment of an engine according to the invention with combustion chamber troughs in longitudinal section.
In den Fig. 1 bis 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit heterogenem Luft-Kraftstoffgemisch (z.B. Dieselöl) betriebenen Motors als Direkteinspritzer mit zwei unabhängigen seitlichen Brennmulden dargestellt.1 to 6 show a first exemplary embodiment of an engine operated with a heterogeneous air / fuel mixture (e.g. diesel oil) as a direct injector with two independent lateral combustion bowls.
Fig. 1 zeigt im Schnitt A - A (siehe Fig. 3), wobei der Schnitt durch die Zylindermitte verläuft, das Kurbelgehäuse 1 , in dem die Kurbelwelle 2 mit Lagern, zwei Nockenwellen 3 (für die Auslassventile 10) mit Lagern, zwei Führungsleisten 4, Führungsbuchse 5, zwei Einspritzdüsen 6, zwei Glühstifte 7, zwei Kipphebelachsen 8 und die Dichtung 12 eingebaut sind. Von unten ist das Kurbelgehäuse 1 wie bei herkömmlichen Motoren mit einer Ölwanne 9 geschlossen. Am oberen Teil des Kurbelgehäuses 1 befinden sich Anschlussnuten, in denen der Zylinder 13 zentriert und abgedichtet ist.Fig. 1 shows in section A - A (see Fig. 3), the section running through the middle of the cylinder, the crankcase 1, in which the crankshaft 2 with bearings, two camshafts 3 (for the exhaust valves 10) with bearings, two guide strips 4, guide bush 5, two injection nozzles 6, two glow plugs 7, two rocker arm axes 8 and the seal 12 are installed. The crankcase 1 is closed from below, as in conventional engines, with an oil pan 9. At the upper part of the crankcase 1 there are connection grooves in which the cylinder 13 is centered and sealed.
Der Bereich in der Mitte des runden Zentrier- und Dichtungsnutes dient als Zylinderboden, der zwei Brennmulden aufweist. An die Brennmulden sind die Einspritzdüsen 6 und die Glühstifte 7 angeschlossen. In der Mitte des Zylinderbodens ist eine Bohrung für die Führungsbuchse 5 der Kolbenstange 17. Die Kolbenstange 17 und zwei Trennungsrippen (siehe Fig. 3) „teilen" den Zylinderboden in zwei „Halbzylinderböden". Jeder „Halbzylinderboden" besitzt eine Einspritzdüse 6 und einen Glühstift 7. Unter dem Zylinderboden befinden sich Kühlungskanäle (Wasserraum), die den gesamten oberen Bereich des Kurbelgehäuses 1 kühlen. An jeder Seite des Kurbelgehäuses 1 befindet sich ein Fenster, durch das Zugang zu den Steuerorganen der Auslassventile 10 (siehe Fig. 2) möglich ist. Die Fenster sind mit Deckeln 11 geschlossen.The area in the middle of the round centering and sealing groove serves as a cylinder base, which has two combustion bowls. The injection nozzles 6 and the glow plugs 7 are connected to the combustion bowls. In the middle of the cylinder base there is a bore for the guide bush 5 of the piston rod 17. The piston rod 17 and two separating ribs (see FIG. 3) "divide" the cylinder base into two "half-cylinder bases". Each "half-cylinder base" has an injection nozzle 6 and a glow plug 7. Below the cylinder base there are cooling channels (water space) which cool the entire upper area of the crankcase 1. There is a window on each side of the crankcase 1 through which access to the control members of the outlet valves 10 (see Fig. 2) The windows are closed with covers 11.
Der Zylinder 13 ist entweder als einzelnes Rohr mit der Wassermantel- kühlung oder als Zylinderblock von oben an dem Kurbelgehäuse 1 befestigt.The cylinder 13 is fastened to the crankcase 1 either as a single tube with the water jacket cooling or as a cylinder block.
Im Zylinder 13 befindet sich der Kolben 14 mit in der Mitte eingeschraubtem Kreuzeinsatz 15, in dem Bauteile des Kolbenschmiersystems (siehe Fig. 6) eingebaut sind. Der Kolbenboden besitzt eine Öffnung (für die Kolbenstange 17), die gleichzeitig der Einlassventilsitz ist. Im Raum zwischen Kolbenboden und Kreuzeinsatz 15 ist ein Einlassventilteller 16 eingesetzt, der an der Kolbenstange 17 mit dem Gewindezapfen 18 befestigt ist.The piston 14 is located in the cylinder 13 with a cross insert 15 screwed into the center, in which components of the piston lubrication system (see FIG. 6) are installed. The piston crown has an opening (for the piston rod 17), which is also the inlet valve seat. In the space between the piston crown and cross insert 15, an inlet valve plate 16 is inserted, which is attached to the piston rod 17 with the threaded pin 18.
Der Einlassventilteller 16 kann sich in diesem Raum zusammen mit der Kolbenstange 17 entweder nach unten oder nach oben bewegen und definiert so den Hub des Einlassventils. Bei Bewegung der Kolbenstange 17 nach unten schließt der Einlassventilteller 16 die Öffnung im Kolbenboden (Einlassventil geschlossen) und kann so den Kolben nach unten ziehen. Bei Bewegung der Kolbenstange 17 nach oben öffnet sich das Einlassventil im Kolbenboden, der Einlassventilteller 16 drückt auf den Kreuzeinsatz 15 und kann so den Kolben nach oben schieben.The inlet valve plate 16 can move in this space together with the piston rod 17 either upwards or downwards and thus defines the stroke of the inlet valve. When the piston rod 17 moves downward, the inlet valve plate 16 closes the opening in the piston head (inlet valve closed) and can thus pull the piston downward. When the piston rod 17 moves upward, the inlet valve in the piston head opens, the inlet valve plate 16 presses on the cross insert 15 and can thus push the piston upward.
Die Kolbenstange 17 ist durch den Kreuzkopf 19 und das Pleuel 20 mit der Kurbelwelle 2 verbunden. Der Kreuzkopf 19 hat zwei seitliche Schlitten, die die Kolbenstange 17 zwischen den Führungsleisten 4 führen.The piston rod 17 is connected to the crankshaft 2 by the crosshead 19 and the connecting rod 20. The crosshead 19 has two lateral carriages that guide the piston rod 17 between the guide strips 4.
Die Schlitten vom Kreuzkopf 19 und die Führungsleisten übertragen die Seitenkräfte, die durch die Gaskraft während des Verbrennungstaktes im Zylinder 13 und durch die Massenkräfte während der Bewegung derThe slide from the crosshead 19 and the guide rails transmit the side forces caused by the gas force during the combustion cycle in the cylinder 13 and by the mass forces during the movement of the
Triebwerkbauteile entstehen, auf die Tragkonstruktion des Kurbelgehäuses 1.Engine components arise on the supporting structure of the crankcase 1.
Die Zylinderhaube 21 schließt das Zylinderrohr 13 von oben ab und nimmt das große Lufteinlassventil 22 sowie das große Luftauslassven- til 23 mit den zugehörigen Federn, der Kolbenhubbegrenzerhülse 24 und der Einschraubführungsbuchse 26 auf. In der Kolbenhubbegrenzerhülse 24 befindet sich die Anschlagmutter 27, die durch den Zugstab 25 mit dem Kreuzeinsatz 15 im Kolben verbunden ist.The cylinder hood 21 closes off the cylinder tube 13 from above and accommodates the large air inlet valve 22 and the large air outlet valve 23 with the associated springs, the piston stroke limiting sleeve 24 and the screw-in guide bush 26. In the piston stroke limiter sleeve 24 there is the stop nut 27, which is connected by the tension rod 25 to the cross insert 15 in the piston.
Zwischen der Kolbenhubbegrenzerhülse 24 und dem Bund der Anschlag- mutter 27 ist eine Tellerfeder eingebaut. Auch zwischen der Einschraubführungsbuchse 26 und dem Bund der Kolbenhubbegrenzerhülse 24 befindet sich eine Spiralfeder. Die beiden Federn verringern den Stoß, der am Ende des Ausschubtaktes entsteht, wenn der Kolben 14 seine tiefste Lage erreicht, so dass sich der Spülungsspalt öffnen kann.A disc spring is installed between the piston stroke limiter sleeve 24 and the collar of the stop nut 27. There is also a spiral spring between the screw-in guide bush 26 and the collar of the piston stroke limiter sleeve 24. The two springs reduce the shock that occurs at the end of the extension stroke when the piston 14 reaches its lowest position, so that the flushing gap can open.
Die Zylinderhaube 21 und die Kolbenoberseite bilden den Zylinderoberraum ZO. Die Kolbenunterseite (Kolbenboden) und der Zylinderboden bilden den Hauptbrennraum HR (siehe Fig. 6).The cylinder hood 21 and the piston top form the cylinder upper space ZO. The piston underside (piston crown) and the cylinder crown form the main combustion chamber HR (see Fig. 6).
Auf einer Seite der Zylinderhaube 21 befindet sich die Nockenwelle 29 des großen Lufteinlassventils 22, auf der anderen Seite die Nockenwel- le 30 des großen Luftauslassventils 23. Jede der beiden Nockenwellen 29, 30 ist in ein Gehäuse 31 eingebaut. Die Gehäuse sind mit Schmieröl gefüllt und am Saugrohrsegment 32 bzw. am Luftumlaufrohrsegment 33 befestigt. Die beiden Segmente 32, 33 sind seitlich an die Zylinderhaube 21 angeschlossen. Die Nocken 29, 30 steuern die großen Luftventile 22, 23 jeweils über einen Bolzen 28, der in jedem großen Luftventil 22, 23 in die Mitte des Ventils 22, 23 eingeschraubt ist. Gleichzeitig werden die großen Luftventile -22, 23 durch die Bolzen 28 geführt und zentriert. Die Bolzen 28 haben einen rechteckigen Querschnitt und an den der Nockenwelle 29, 30 zugewandten Seite eine eingebaute Rolle, die über die Nocken 29, 30 rollt und die den Druck der Ventilfeder auf die Nocken 29, 30 überträgt.The camshaft 29 of the large air inlet valve 22 is located on one side of the cylinder hood 21, and the camshaft 30 of the large air outlet valve 23 is located on the other side. Each of the two camshafts 29, 30 is installed in a housing 31. The housings are filled with lubricating oil and fastened to the intake pipe segment 32 or to the air circulation pipe segment 33. The two segments 32, 33 are laterally connected to the cylinder hood 21. The cams 29, 30 control the large air valves 22, 23 each via a bolt 28 which is screwed into the center of the valve 22, 23 in each large air valve 22, 23. At the same time, the large air valves -22, 23 are guided and centered by the bolts 28. The bolts 28 have a rectangular cross-section and on the side facing the camshaft 29, 30 a built-in roller which rolls over the cams 29, 30 and which transmits the pressure of the valve spring to the cams 29, 30.
Das Saugrohr 34 ist mit dem Saugrohrsegment 32 verbunden, das Luftumlaufrohr 35 ist mit dem Luftumlaufrohrsegment 33 verbunden.The suction pipe 34 is connected to the suction pipe segment 32, the air circulation pipe 35 is connected to the air circulation pipe segment 33.
Fig. 2 zeigt im Schnitt B - B (siehe Fig. 3), wobei der Schnitt durch die Auslassventile 10 und die Auslasskanäle verläuft, den Einbau Auslassventile 10 mit Ventilsteuerung und Auslasskanälen. Die Auslassventilsitze 36 sind im Zylinderboden vertieft. Jedes Auslassventil 10 im Kurbelgehäuse 1 wird durch eine Ventilführungshülse 37 geführt und abgedich- tet. Das Auslassventil 10 wird jeweils von der Nockenwelle 3 durch den Kipphebel 38 und über die Ventilstößelmutter 39 betätigt und mit der Ventilfeder 40 zurück zum Sitz 36 gezogen. Am Anschluss des Zylinders 13 zum Kurbelgehäuse 1 sind Verbindungen zwischen der Kühlung im Zylinderwassermantel und der Kühlung im Kurbelgehäuse 1 darge- stellt. In der Mitte zwischen den Auslassventilsitzen 36 im Zylinderboden befindet sich eine Trennungsrippe.FIG. 2 shows in section BB (see FIG. 3), the section running through the outlet valves 10 and the outlet channels, the installation of outlet valves 10 with valve control and outlet channels. The exhaust valve seats 36 are recessed in the cylinder bottom. Each exhaust valve 10 in the crankcase 1 is guided and sealed by a valve guide sleeve 37. The exhaust valve 10 is actuated by the camshaft 3 through the rocker arm 38 and via the valve lifter nut 39 and pulled back to the seat 36 with the valve spring 40. At the connection of the cylinder 13 to the crankcase 1, connections between the cooling in the cylinder water jacket and the cooling in the crankcase 1 are shown. There is a separating rib in the middle between the exhaust valve seats 36 in the cylinder base.
Fig. 3 stellt im Schnitt C - C (siehe Fig. 2) eine Ansicht auf den Zylinderboden dar. Sie zeigt vier Auslassventile 10 und vier Auslassventilsitze 36, zwei Brennmulden mit den Glühstiften 7, einen Schnitt durch die Kolbenstange 17 und zwei Trennungsrippen am Zylinderboden.Fig. 3 shows in section CC (see Fig. 2) a view of the cylinder bottom. It shows four exhaust valves 10 and four exhaust valve seats 36, two combustion bowls with the glow plugs 7, a section through the piston rod 17 and two separating ribs on the cylinder bottom ,
Die Brennmulde und zwei Auslassventilsitze 36, die im Zylinderboden vertieft sind, bilden einen seitlichen Brennraumboden, der seine Lage auf einer Hälfte des Zylinderbodens hat. Auf der zweiten Hälfte des Zylinderbodens befindet sich spiegelbildlich angeordnet ein identischer Brennraumboden. Die beiden Brennraumböden sind durch die Kolbenstange 17 und die Trennungsrippen gegeneinander abgegrenzt.The combustion bowl and two exhaust valve seats 36, which are recessed in the cylinder base, form a lateral combustion chamber base, which is located on one half of the cylinder base. An identical mirror image is arranged on the second half of the cylinder base Combustion chamber floor. The two combustion chamber floors are delimited from one another by the piston rod 17 and the separating ribs.
In die Brennraumböden ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kraftstoffeinspritzung eingezeichnet. Sie erfolgt in drei Strahlrichtungen: zwei seitliche in der waagrechten Ebene und eine in der senkrechten Ebene. Die Pfeile zeigen den Kraftstoffstrahl bei der Einspritzung und die dadurch verursachten Turbulenzen.An exemplary embodiment for a fuel injection is drawn into the combustion chamber floors. It is carried out in three beam directions: two lateral in the horizontal plane and one in the vertical plane. The arrows show the fuel jet during injection and the turbulence caused by it.
In Fig. 4 ist im Schnitt D - D (siehe Fig. 5) der Kolben 14 in seiner tiefsten Lage am Ende des Ausschubtaktes gezeichnet, dort zeigt sich ein Spalt zwischen dem Ventilsitz im Kolben und dem Einlassventilteller 16. Der Schnitt in Fig. 4 verläuft durch die „Fenster" im Kolben, Brennmulden, Spritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems im Kreuzeinsatz 15, Einspritzdüsen 6, Kolbenstange 17 mit Einlassventilteller 16 und Gewindezapfen 18.4, the piston 14 is drawn in its lowest position at the end of the extension stroke in section D - D (see FIG. 5); there is a gap between the valve seat in the piston and the inlet valve plate 16. The section in FIG. 4 runs through the "windows" in the piston, combustion bowls, injection and suction cylinders of the piston lubrication system in the cross insert 15, injection nozzles 6, piston rod 17 with inlet valve disk 16 and threaded pin 18.
Die Einspritzkolben 41 und die Absaugkolben 42 des Kolbenschmiersystems sind in den Gewindezapfen 18 eingeschraubt. Im Gewindezapfen 18 sind die Bohrungen für das Schmiermedium dargestellt. Die beiden Einspritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems dienen gleichzeitig als Dämpfer gegen Stoß während der Schließung und am Ende der vollen Öffnung des Einlassventils 16 (sie verringern den Schlag desThe injection pistons 41 and the suction pistons 42 of the piston lubrication system are screwed into the threaded pin 18. The holes for the lubricant are shown in the threaded pin 18. The two injection and suction cylinders of the piston lubrication system serve simultaneously as shock absorbers during the closing and at the end of the full opening of the intake valve 16 (they reduce the impact of the
Einlassventiltellers 16 auf den Kolben 14 und den Kreuzeinsatz 15). Die weitere Abwärtsbewegung des Kolbens begrenzt der Zugstab 25, der an den Gewindenippel des Kreuzeinsatzes 15 angeschraubt ist. Der Kolben 14 hat zwei Ölabstreifringe 43 und zwei Kolbendichtringe 44. Zwischen den Olabstreifringen 43 befindet sich eine Nut für Schmiermittel.Inlet valve plate 16 on the piston 14 and the cross insert 15). The further downward movement of the piston is limited by the pull rod 25, which is screwed onto the threaded nipple of the cross insert 15. The piston 14 has two oil control rings 43 and two piston sealing rings 44. Between the oil control rings 43 there is a groove for lubricant.
Fig. 5 zeigt anhand des Querschnitts E - E durch den Zylinder 13 (siehe Fig. 4) eine Draufsicht auf den Kolben 14 und auf den in der Kolbenmitte eingeschraubten Kreuzeinsatz 15 mit Schmierölbohrungen und Schmierölventilen im Kolbenschmiersystem. Der Kolben 14 und der Kreuzeinsatz 15 haben vier gemeinsame Gewindeverbindungen, j edoch nur im Bereich der Rippen. Zwischen den Rippen befinden sich „Fenster", durch die Luft in den Raum zwischen Kolbenboden und Kreuzeinsatz 15 gelangen und bei geöffnetem Einlassventil 16 weiter zum Zylin- derhauptbrennraum HR übergepumpt werden kann. In den Rippen sind die Bohrungen und Einwegventile für das Kolbenschmiersystem dargestellt (strichliert gezeichnet). In der Mitte des Kreuzeinsatzes 15 ist ein Querschnitt durch den Zugstab 25 erkennbar.FIG. 5 shows a top view of the piston 14 and of the cross insert 15 screwed into the center of the piston with lubricating oil bores and lubricating oil valves in the piston lubrication system on the basis of the cross section E - E through the cylinder 13 (see FIG. 4). The piston 14 and the Cross insert 15 have four common threaded connections, but only in the area of the ribs. Between the ribs there are "windows" through which air can enter the space between the piston crown and cross insert 15 and can be pumped over to the main cylinder combustion chamber HR when the inlet valve 16 is open. The holes and one-way valves for the piston lubrication system are shown in the ribs (dashed lines) A cross section through the tension rod 25 can be seen in the middle of the cross insert 15.
In der Fig. 6 ist anhand der Schnittdarstellung F - F (siehe Fig. 5) der Kolben 14 während des Ansaugtaktes dargestellt. Der Schnitt in Fig. 6 verläuft dabei durch Rippen, Einspritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems im Kreuzeinsatz 15, durch den Kolben 14 im Kreuz- einsatzrippenbereich sowie durch die Schmierölkanäle und Schmierölventile des Kolbenschmiersystems im Gewindezapfen und in der Kolben- Stange 17.6 shows the piston 14 during the intake stroke on the basis of the sectional representation F - F (see FIG. 5). The section in FIG. 6 runs through ribs, injection and suction cylinders of the piston lubrication system in the cross insert 15, through the piston 14 in the cross insert rib area and through the lubricating oil channels and lubricating oil valves of the piston lubrication system in the threaded pin and in the piston rod 17.
Das Einlassventil 16 ist hier voll geöffnet. Der Einlassventilteller 16 drückt auf den Kreuzeinsatz 15 und kann den Kolben 14 nach oben schieben. Der Einspritzkolben 41 und der Absaugkolben 42 des Kolbenschmiersystems sind in ihrer höchsten Lage. In der Mitte des Einspritz- kolbens 41 befindet sich eine Bohrung, durch die der Ölnebel (Öl-Luft - Mischung) aus dem Ölzerstäuber 45 in der Kolbenstange 17 durch die Bohrung im Gewindezapfen 18 angesaugt werden kann. An der oberen Spitze des Einspritzzylinders des Kolbenschmiersystems befindet sich im Kolben 14 eine waagrechte Bohrung, die durch die Mitte der Rippen im Kreuzeinsatzes 15 gebohrt ist und von beiden Seiten mit Einwegventilen versehen ist, welche mit Gewindestopfen abgedichtet sind. Zwischen den Gewindestopfen und den Kugeln der Einwegventile befinden sich senkrechte Verbindungsbohrungen, die von unten mit Gewindestopfen abgedichtet sind und die sich mit Schrägbohrungen verbinden, die zur Schmiernut des Kolbens 14 führen. Beim Übergang durch die Gewinde zwischen Kolben und Kreuzeinsatz 15 sind kegelförmige Einschraubein- Sätze 46 (mit Bohrung in der Mitte) eingeschraubt. Die kegelförmigen Einschraubeinsätze 46 dichten den Übergang durch die Gewinde zwischen dem Kolben 14 und dem Kreuzeinsatz 15 ab und fixieren gleichzeitig deren gegenseitige Lage.The inlet valve 16 is fully open here. The inlet valve plate 16 presses on the cross insert 15 and can push the piston 14 upwards. The injection piston 41 and the suction piston 42 of the piston lubrication system are in their highest position. In the middle of the injection piston 41 there is a bore through which the oil mist (oil-air mixture) from the oil atomizer 45 in the piston rod 17 can be sucked in through the bore in the threaded pin 18. At the top of the injection cylinder of the piston lubrication system there is a horizontal bore in the piston 14, which is drilled through the center of the ribs in the cross insert 15 and is provided on both sides with one-way valves which are sealed with threaded plugs. There are vertical connecting bores between the threaded plugs and the balls of the one-way valves, which are sealed from below with threaded plugs and which connect with oblique bores which lead to the lubricating groove of the piston 14. When passing through the thread between the piston and cross insert 15, conical screw-in Sets 46 (with a hole in the middle) screwed in. The conical screw-in inserts 46 seal the transition through the thread between the piston 14 and the cross insert 15 and at the same time fix their mutual position.
Der Absaugzylinder im Kreuzeinsatz 15 des Kolbenschmiersystems hat ebenfalls Bohrungen, durch die er gebrauchtes Schmieröl aus der Schmiernut und den Olabstreifringen 43 absaugen kann: zwei senkrechte Bohrungen, die vom Absaugzylinder nach oben gebohrt sind und eine Verbindung zu kurzen waagrechten Bohrungen haben, welche vom Außengewinde des Kreuzeinsatzes 15 in Richtung Mitte Kreuzeinsatz 15 führen und von außen mit einem Gewindestopfen abgedichtet sind. Die waagrechten kurzen Bohrungen sind auch in der Rippenmitte des Kreuzeinsatzes 15 und auf der gleichen Höhe wie die durch die Mitte gebohrten Einspritzbohrungen angebracht, aber in den zu den oben genannten um 90° gedrehten Rippen. Mit diesen Bohrungen sind andere senkrechte Bohrungen verbunden, die Einwegventile haben und von unten mit dem Gewinde stopfen abgedichtet sind. Hinter den Einwegventilen befinden sich waagrechte Bohrungen mit kegelförmigen Einschraubeinsätzen 47. Sie ähneln denjenigen der Einschraubeinsätze 46 und haben dieselbe Funktion wie diese.The suction cylinder in the cross insert 15 of the piston lubrication system also has holes through which it can extract used lubricating oil from the lubrication groove and the oil scraper rings 43: two vertical holes which are drilled upwards from the suction cylinder and have a connection to short horizontal holes which are connected to the outside thread of the Guide cross insert 15 towards the center of cross insert 15 and are sealed from the outside with a threaded plug. The horizontal short holes are also made in the center of the rib of the cross insert 15 and at the same height as the injection holes drilled through the center, but in the ribs rotated by 90 ° to the above. With these holes, other vertical holes are connected, which have one-way valves and are sealed from below with the thread plug. There are horizontal bores behind the one-way valves with conical screw-in inserts 47. They are similar to those of the screw-in inserts 46 and have the same function as these.
Im Kolben 14 hinter den Einschraubeinsätzen 47 befinden sich senkrechte, von oben mit Stopfen abgedichtete Bohrungen, die zur Schmiernut und zu den beiden Olabstreifringen 43 weitere Verbindungen haben.In the piston 14 behind the screw-in inserts 47 there are vertical bores sealed from above with plugs, which have 43 further connections to the lubrication groove and to the two oil control rings.
Im Gewindezapfen 18 sind seitliche senkrechte Bohrungen, durch welche durch den Absaugkolben 42 zum Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems abgesaugtes verbrauchtes Öl zur Kolbenstange 17 ausgeblasen werden kann.In the threaded pin 18 there are lateral vertical bores through which used oil drawn off by the suction piston 42 to the suction cylinder of the piston lubrication system can be blown out to the piston rod 17.
Unten am Gewindezapfen 18 befindet sich eine Scheibe 48 mit Feder, die als Einwegventil dient. Die Fig. 7 bis 9 enthalten Teilschnitte eines weiteren Ausführungsbeispiels (Kolben mit vier Einlassventilen), in dem ein mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebener Motor als Direkteinspritzer mit zwei unabhängigen seitlichen Brennmulden dargestellt ist.At the bottom of the threaded pin 18 is a washer 48 with a spring, which serves as a one-way valve. 7 to 9 contain partial sections of a further exemplary embodiment (piston with four intake valves), in which an engine operated with a heterogeneous air-fuel mixture is shown as a direct injector with two independent lateral combustion bowls.
Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt durch den Einspritzzylinder 49 eines7 shows a partial section through the injection cylinder 49
Kolbenschmiersystems, das bei diesem Ausführungsbeispiel (Kolbenkonstruktion mit vier Einlassventilen im Kolben) verwendet werden kann. Der Schnitt in Fig. 7 verläuft dabei durch den Einspritzzylinder 49 im Kolbenschmiersystem und den Anschluss des Einspritzölkanals am Motorkolben 52. In die Zylinderhaube 50 ist der Einspritzzylinder 49 eingebaut. Oben im Einspritzzylinder 49 befindet sich ein Anschluss zu einem Schmierölzerstäuber mit Einwegventil. Im Einspritzzylinder befinden sich der Einspritzkolben 51 mit Einwegventil und einer Bohrung in der Mitte, durch die der Ölnebel aus dem Ölzerstäuber zum Kolben 52 eingespritzt wird. Der Einspritzkolben 51 ist in den Boden des Kolbens 52 eingeschraubt. Durch die Bohrungen im Kolben 52 wird der Ölnebel vom Einspritzzylinder 49 zur Schmiernut im Kolben eingespritzt.Piston lubrication system that can be used in this embodiment (piston construction with four inlet valves in the piston). The section in FIG. 7 runs through the injection cylinder 49 in the piston lubrication system and the connection of the injection oil channel to the engine piston 52. The injection cylinder 49 is installed in the cylinder hood 50. At the top of the injection cylinder 49 there is a connection to a lubricating oil atomizer with a one-way valve. In the injection cylinder there are the injection piston 51 with a one-way valve and a hole in the middle through which the oil mist is injected from the oil atomizer to the piston 52. The injection piston 51 is screwed into the bottom of the piston 52. The oil mist is injected from the injection cylinder 49 to the lubrication groove in the piston through the bores in the piston 52.
In der Fig. 8 ist anhand der Schnittdarstellung G - G, (siehe Fig. 9) der Kolben 52 als Ausführungsbeispiel mit vier Einlassventilen 53 dargestellt. Der Schnitt in Fig. 8 verläuft dabei durch Kolben 52, Einlassventil 53 mit Einlassventilhaltern 54, 55, Anschluss der Absaugkolben 61 zum Absaugölkanal des Kolbenschmiersystems im Kolben 52 sowie Brennmulden und Einspritzdüsen 6. Der Kolben 52 ist am Ende des Verdichtungstaktes in seiner tiefsten Lage. Alle Einlassventile 53 sind geschlossen. Die Einlassventile 53 sind von der Unterseite des Kolbenbodens her eingebaut und von der Kolbenoberseite mittels der Einlassventilhalter (unterer 54, oberer 55) befestigt.8 shows the piston 52 as an exemplary embodiment with four inlet valves 53 on the basis of the sectional representation G - G (see FIG. 9). The section in FIG. 8 runs through piston 52, inlet valve 53 with inlet valve holders 54, 55, connection of the suction piston 61 to the suction oil channel of the piston lubrication system in the piston 52, and combustion bowls and injection nozzles 6. The piston 52 is at its lowest position at the end of the compression stroke. All intake valves 53 are closed. The inlet valves 53 are installed from the underside of the piston head and are fastened from the top of the piston by means of the inlet valve holders (lower 54, upper 55).
Jedes Ventil hat einen Ventilsitz 58, das von unten in den Kolbenboden eingepresst ist. Die Einlassventilhalter 54, 55 sind an dem Zentrierbolzen 56 zentriert und werden zusammen mit dem Zugstab 60 daran befes- tigt. Zwischen den Einlassventilhaltern 54, 55 befindet sich eine Distanzhülse 59. Die Einlassventilhalter 54, 55 sind mit vier Stiften 62 untereinander verbunden. Der Zentrierbolzen 56 ist von unten in dem Gewindezapfen 57 durch eine Führung mit rechteckigem Querschnitt zentriert und gegen Verdrehungen gesichert. In der Mitte des Kolbenbodens befindet sich eine Bohrung, durch die der Kolben 52 mit dem Gewindezapfen 57 an der Kolbenstange 17 befestigt ist.Each valve has a valve seat 58 which is pressed into the piston crown from below. The inlet valve holders 54, 55 are centered on the centering bolt 56 and are fastened thereon together with the pull rod 60. Untitled. A spacer sleeve 59 is located between the inlet valve holders 54, 55. The inlet valve holders 54, 55 are connected to one another by four pins 62. The centering pin 56 is centered from below in the threaded pin 57 by a guide with a rectangular cross section and secured against rotation. In the middle of the piston head there is a bore through which the piston 52 is fastened to the piston rod 17 with the threaded pin 57.
An der zeichnungsbezogen rechten Seite der Schnittdarstellung gemäß Fig. 8 ist ein Anschluss des Absaugkolbens 61 des Kolbenschmiersys- tems dargestellt. Durch die Bohrung im Absaugkolben 61 und Bohrungen im Kolben 52 wird das gebrauchte Schmieröl aus der Schmiernut und den beiden Olabstreifringen 43 durch die Absaugkolben 61 zum Absaugzylinder abgesaugt.A connection of the suction piston 61 of the piston lubrication system is shown on the right-hand side of the sectional view according to FIG. 8. Through the hole in the suction piston 61 and holes in the piston 52, the used lubricating oil is sucked out of the lubrication groove and the two oil scraper rings 43 through the suction piston 61 to the suction cylinder.
Fig. 9 zeigt einen gestuften Querschnitt H - H (siehe Fig. 8) durch den Zylinder 13, den Zentrierbolzen 56, die Distanzhülse 59, den Einlassventilschaft 53, die Einspritzkolben 51 und die Absaugkolben 61 des Kolbenschmiersystems, den Zugstab 60 sowie eine Ansicht von oben auf den Kolben 52, die Einlassventilhalter - oberer 55, unterer 54 (Teilansicht), den Gewindezapfen 57 und die Einlassventile 53.FIG. 9 shows a stepped cross section H - H (see FIG. 8) through the cylinder 13, the centering pin 56, the spacer sleeve 59, the inlet valve stem 53, the injection pistons 51 and the suction pistons 61 of the piston lubrication system, the pull rod 60 and a view of on top of the piston 52, the inlet valve holders - upper 55, lower 54 (partial view), the threaded pin 57 and the inlet valves 53.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Motors beschrieben, der mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch im 4-Takt-Verfahren betrieben wird.The mode of operation of the engine shown in FIGS. 1 to 6, which is operated with a heterogeneous air-fuel mixture in the 4-stroke process, is described below.
Bei Bewegung der Kolbenstange 17 zusammen mit dem an ihr befestigten Einlassventilteller 16 nach unten (während des Ausschubtaktes) bewegt sich auch der Kolben 14, der durch den Einlassventilteller 16 nach unten gezogen wird, und schiebt die Abgase aus dem Hauptbrennraum HR (zwischen Kolbenunterseite und Zylinderboden) durch die geöffneten Auslassventile 10 zu den Auslasskanälen. Die Abgase leisten einen wesentlich kleineren Widerstand als in herkömmlichen Motoren, weil vier Auslassventile 10 zusammen einen großen Auslassquerschnitt ergeben und kurze Abgaswege den Ausschub erleichtern. Gleichzeitig saugt die Kolbenoberseite während der Kolben- bewegung nach unten die Luft aus dem Saugrohr 34 durch das geöffnete große Lufteinlassventil 22 zum Zylinderoberraum ZO (zwischen Zylinderhaube 21 und Kolbenoberseite). Das große Luftauslassventil 23 ist geschlossen.When the piston rod 17 moves downward together with the intake valve plate 16 attached to it (during the exhaust stroke), the piston 14, which is pulled downward by the intake valve plate 16, also moves and pushes the exhaust gases out of the main combustion chamber HR (between the underside of the piston and the cylinder bottom ) through the opened outlet valves 10 to the outlet channels. The exhaust gases have a significantly lower resistance than in conventional engines, because four exhaust valves 10 together result in a large exhaust cross section and short exhaust gas paths facilitate the extension. At the same time, the upper side of the piston sucks the air from the suction pipe 34 through the opened large air inlet valve 22 to the upper cylinder area ZO (between the cylinder hood 21 and the upper side of the piston) during the piston movement downward. The large air outlet valve 23 is closed.
Wenn die Kolbenstange 17 zusammen mit dem an ihr befestigten Ein- lassventilteller 16 den unteren Totpunkt erreicht, bewegt sich der nicht mit der Kolbenstange 17 verbundene Kolben 14 aufgrund von Trägheitswirkung weiter nach unten, bis er durch die Kolbenhubbegrenzer 24 gestoppt wird. Während dieser Weiterbewegung des Kolbens 14 nach unten öffnet sich ein Spalt zwischen dem Einlassventilteller 16 und seinem Ventilsitz im Kolben. Gleichzeitig aus dem Saugrohr 34 zum Zylinderoberraum ZO strömende Luft verdichtet sich im Zylinderoberraum ZO aufgrund einer schnellen Kolbeneinbremsung (dynamischer Aufladungseffekt). Ein Teil dieser Luft strömt weiter durch den Spalt zwischen Einlassventilteller 16 und seinem Ventilsitz im Kolben in die Brennräume und weiter durch die noch geöffneten Auslassventile 10 zu den Auslasskanälen. Diese durch den Spalt strömende Luft spült am Ende des Ausschubtaktes den gesamten Hauptbrennraum HR von Abgasen frei.When the piston rod 17, together with the inlet valve plate 16 attached to it, reaches bottom dead center, the piston 14, which is not connected to the piston rod 17, moves further downward due to inertia until it is stopped by the piston stroke limiter 24. During this further movement of the piston 14 downwards, a gap opens between the inlet valve plate 16 and its valve seat in the piston. Air flowing simultaneously from the intake manifold 34 to the cylinder upper chamber ZO is compressed in the cylinder upper chamber ZO due to rapid piston braking (dynamic supercharging effect). A portion of this air flows further through the gap between the inlet valve plate 16 and its valve seat in the piston into the combustion chambers and further through the still open exhaust valves 10 to the outlet channels. This air flowing through the gap flushes the entire main combustion chamber HR free of exhaust gases at the end of the exhaust stroke.
Nun beginnt der Ansaugtakt und die Auslassventile 10 schließen sich. Die Kolbenstange 17 bewegt sich vom unteren Totpunkt aus nach oben. Der Spalt zwischen Einlassventilteller 16 und seinem Ventilsitz imThe intake stroke now begins and the exhaust valves 10 close. The piston rod 17 moves upwards from bottom dead center. The gap between the inlet valve plate 16 and its valve seat in the
Kolben wird größer und erzielt seine maximale Öffnung, wenn der Rand vom Einlassventilteller 16 die untere Fläche des Kreuzeinsatzes 15 erreicht (siehe Fig. 6). Gleichzeitig mit Bewegung der Kolbenstange 17 vom unteren Totpunkt bis zu dem Punkt, wo der Einlassventilteller 16 die untere Fläche vom Kreuzeinsatz 15 erreicht, verdichtet sich der aus dem Ölzerstäuber 45 in der Kolbenstange 17 durch die Einspritzkol- ben 41 zum Einspritzzylinder des Kolbenschmiersystems im Kreuzeinsatz 15 angesaugte Ölnebel (Öl-Luft-Gemisch).The piston becomes larger and reaches its maximum opening when the edge of the intake valve plate 16 reaches the lower surface of the cross insert 15 (see FIG. 6). Simultaneously with the movement of the piston rod 17 from the bottom dead center to the point where the inlet valve plate 16 reaches the lower surface of the cross insert 15, the oil atomizer 45 in the piston rod 17 is compressed by the injection piston. ben 41 oil mist (oil-air mixture) sucked into the injection cylinder of the piston lubrication system in the cross insert 15.
Dieses Öl-Luft-Gemisch wird durch Bohrungen und Einwegventile in die Schmiernut im Kolben eingespritzt. Dort setzt sich Öl aus Ölnebel auf der Zylinderwand ab und verringert bei Kolbenbewegung die Reibung. Parallel zum Einspritzzylinder verdichtet sich auch die im Absaugzylinder aus der Schmiernut und zwei Olabstreifringen 43 durch die Absaugkolben 42 abgesaugte Luft-Abgas-Mischung mit gebrauchtem Öl. Anschließend wird die mit gebrauchtem Öl verdichtete Luft-Abgas- Mischung durch die Bohrungen im Gewindezapfen 18 und das Einwegventil zur Kolbenstange 17 und weiter durch die Bohrungen in der Kolbenstangenwand zum Kurbelraum ausgeblasen.This oil-air mixture is injected through bores and one-way valves into the lubrication groove in the piston. There, oil from oil mist settles on the cylinder wall and reduces friction when the piston moves. Parallel to the injection cylinder, the air-exhaust gas mixture extracted in the suction cylinder from the lubrication groove and two oil scraper rings 43 by the suction piston 42 is compressed with used oil. Then the air-exhaust gas mixture compressed with used oil is blown out through the bores in the threaded pin 18 and the one-way valve to the piston rod 17 and further through the bores in the piston rod wall to the crank chamber.
Der Absaugzylinder hat ein mehrfach größeres Hubvolumen als der Einspritzzylinder, weil während der Absaugung von gebrauchtem Öl zusätzlich Luft und Abgas angesaugt wird. Am Anfang der Kolbenstangenbewegung nach oben bewirkt die Verdichtung des Ölnebels im Einspritzzylinder der Luft-Abgas-Mischung im Absaugzylinder, dass der Kolben 14 sich nach oben zu bewegen beginnt, obwohl der Rand des Einlassventiltellers 16 die untere Fläche des Kreuzeinsatzes 15 noch nicht erreicht hat.The suction cylinder has a stroke volume that is several times greater than that of the injection cylinder because air and exhaust gas are also sucked in during the extraction of used oil. At the beginning of the upward movement of the piston rod, the compression of the oil mist in the injection cylinder of the air-exhaust gas mixture in the suction cylinder causes the piston 14 to start moving upward, even though the edge of the inlet valve plate 16 has not yet reached the lower surface of the cross insert 15.
Kurz darauf haben die beiden Zylinder 13 des Kolbenschmiersystems die Öl-Luft- Abgas-Mischungen übergepumpt und jetzt drückt der Rand des Einlassventiltellers 16 auf die untere Fläche des Kreuzeinsatzes 15 und schiebt den Kolben 14 nach oben. Während der Bewegung des Kol- bens 14 nach oben schließt sich das große Lufteinlassventil 22. Trotz voll geöffnetem Einlassventil 16 im Kolben 14 verdichtet sich die Luft im Zylinderoberraum ZO und gleichzeitig sinkt der Luftdruck unter dem Kolben 14 im Hauptbrennraum HR ab.Shortly thereafter, the two cylinders 13 of the piston lubrication system over-pumped the oil-air-exhaust gas mixtures and now the edge of the inlet valve plate 16 presses on the lower surface of the cross insert 15 and pushes the piston 14 upwards. The large air inlet valve 22 closes when the piston 14 moves upward. Despite the fully open inlet valve 16 in the piston 14, the air in the cylinder upper chamber ZO is compressed and at the same time the air pressure under the piston 14 in the main combustion chamber HR drops.
Die Luft strömt vom Zylinderoberraum ZO über das Einlassventil 16 zum Hauptbrennraum HR. Der erste Luftanteil (erste Schicht) verbleibt beim Zylinderboden und wärmt sich von den heißen Flächen des Auslassventils 10 und der Brennmuldenwände. Diese Luft weist Turbulenzen auf, die bei der Strömung durch das Einlassventil 16 gleich am Anfang der Kolbenbewegung nach oben verursacht wurden. Die weitere Luft, die in den Hauptbrennraum HR strömt, hält sich wegen eines Saugeffektes unter dem Kolbenboden des sich nach oben bewegenden Kolbens 14 und weist viel stärkere Turbulenzen auf, die durch eine größere Kolbengeschwindigkeit als zu Beginn des Ansaugtaktes verursacht werden.The air flows from the cylinder upper chamber ZO via the inlet valve 16 to the main combustion chamber HR. The first portion of air (first layer) remains with Cylinder bottom and heats up from the hot surfaces of the exhaust valve 10 and the combustion bowl walls. This air has turbulence that was caused in the flow through the inlet valve 16 right at the beginning of the upward piston movement. The additional air that flows into the main combustion chamber HR remains under the piston crown of the piston 14 moving upward due to a suction effect and has much stronger turbulence, which is caused by a higher piston speed than at the beginning of the intake stroke.
Während der weiteren Bewegung des Kolbens 14 nach oben und der größer werdenden Luftmenge bilden sich immer neue Turbulenzen.During the further movement of the piston 14 upwards and the increasing amount of air, new turbulence is always formed.
Gegen Ende des Ansaugtaktes lässt die Geschwindigkeit der Kolbenstange 17 bei Bewegung nach oben nach und beträgt am oberen Totpunkt null. Gleichzeitig bewegt sich der nicht mit der Kolbenstange 17 verbundene Kolben 14 aufgrund der Trägheitskraft nach oben weiter, bis er durch den Ventilteller 16 angehalten wird. Der Stoß zwischen demTowards the end of the intake stroke, the speed of the piston rod 17 decreases when moving upwards and is zero at top dead center. At the same time, the piston 14, which is not connected to the piston rod 17, continues to move upward due to the inertial force until it is stopped by the valve disk 16. The shock between that
Ventilteller 16 und dessen Sitz im Kolben 14 wird durch die dämpfende Wirkung von Einspritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems sowie durch den Gaswiderstand der zum Hauptbrenntraum strömenden Luft verringert. Die vom Einspritz- und Absaugzylinder ausgehende dämpfende Wirkung entsteht im Moment der Einlassventilschließung, wo der Einspritzkolben 41 die Öl-Luft-Mischung aus dem Zerstäuber 45 in der Kolbenstange 17 zum Einspritzzylinder hinübersaugt und der Absaugkolben 42 das gebrauchte Schmieröl zusammen mit Luft und Abgas aus der Schmiernut und den Olabstreifringen zum Absaugzylinder hin- übersaugt.Valve plate 16 and its seat in the piston 14 is reduced by the damping effect of the injection and suction cylinder of the piston lubrication system and by the gas resistance of the air flowing to the main combustion chamber. The damping effect emanating from the injection and suction cylinder arises at the moment the inlet valve closes, where the injection piston 41 sucks the oil-air mixture from the atomizer 45 in the piston rod 17 over to the injection cylinder and the suction piston 42 the used lubricating oil together with air and exhaust gas from the Lubrication groove and the oil scraper rings sucked over to the suction cylinder.
Noch während der Einlassventilschließung öffnet sich das große Lufteinlassventil 22. Mit der Schließung des Einlassventils im Kolben endet der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt beginnt.The large air intake valve 22 opens while the intake valve is closing. When the intake valve in the piston closes, the intake stroke ends and the compression stroke begins.
Die sich nach unten bewegende Kolbenstange 17 zieht mit dem an ihr befestigten Einlassventilteller 16 den Kolben 14. Der Kolben verdichtet zusammen mit dem Einlassventilteller 16 die Luft im Hauptbrennraum HR. Gleichzeitig strömt Luft aus dem Saugrohr 34 in den Zylinderoberraum ZO, die durch den sich nach unten bewegenden Kolben 14 angesaugt wird. Kurz vor dem unteren Totpunkt wird Kraftstoff gleichzeitig aus den Einspritzdüsen 6 in die beiden Brennmulden, die sich in der Mitte der Brennräume befinden, eingespritzt und bei sehr guten thermischen Bedingungen zur Selbstzündung gebracht.The piston rod 17, which moves downward, pulls the piston 14 with the inlet valve plate 16 attached to it. The piston, together with the inlet valve plate 16, compresses the air in the main combustion chamber MR. At the same time, air flows from the intake manifold 34 into the upper cylinder space ZO, which is drawn in by the piston 14 moving downward. Shortly before bottom dead center, fuel is injected simultaneously from the injection nozzles 6 into the two combustion bowls, which are located in the middle of the combustion chambers, and is auto-ignited under very good thermal conditions.
Ab dem Moment der Kraftstoffeinspritzung in die Brennmulden beginnt der Verbrennungstakt. Das große Lufteinlassventil 22 schließt sich und das große Luftauslassventil 23 öffnet sich. Die erste Phase der Verbren- nung läuft parallel in beiden Brennmulden ab, die Verbrennung breitet sich aber gleich auf die Brennräume (Auslassventilbereich) aus. Anschließend verbinden sich die Flammen aus den beiden Brennräumen und verbreiten sich auf den gesamten Hauptbrenn träum. Die beiden Brennquellen errichten in kurzer Zeit eine große Flammenfläche und erzeugen viel Wärme, daher wächst der Druck im Zylinder 13 rasch. Im Verbrennungsprozess nicht verbrauchte Luft dehnt sich im Zylinder 13 aus und bewirkt zusätzlichen Druck.The combustion cycle begins from the moment the fuel is injected into the combustion bowls. The large air inlet valve 22 closes and the large air outlet valve 23 opens. The first phase of combustion takes place in parallel in both combustion bowls, but the combustion spreads immediately to the combustion chambers (exhaust valve area). Then the flames from the two combustion chambers combine and spread over the entire main combustion dream. The two combustion sources quickly build up a large flame area and generate a lot of heat, so the pressure in the cylinder 13 increases rapidly. Air not used in the combustion process expands in the cylinder 13 and causes additional pressure.
Jetzt zieht der Kolben 14 zusammen mit dem Einlassventilteller 16 die Kolbenstange 17 nach oben. Der Kolben 14, dessen Bodenfläche viel größer ist als die Fläche des Einlassventiltellers 16, entfaltet eine größere Zugkraft, welche die korrekte Schließung des Einlassventiltellers 16 sichert. Die Zugkraft wird von der Kolbenstange 17 auf den Pleuel 20 übertragen, wo sie in das Drehmoment des Motors umgewandelt wird. Die entstehenden Seitenkräfte werden durch die Schlitten im Kreuz- köpf 19 und die Führungsleisten 4 auf die Tragkonstruktion des Kurbelgehäuses 1 übertragen. Aufgrund von sehr guten Schmierbedingungen sind die Reibungsverluste zwischen dem Schlitten des Kreuzkopfs und den Führungsleisten gering.Now the piston 14 together with the inlet valve plate 16 pulls the piston rod 17 upwards. The piston 14, the bottom surface of which is much larger than the surface of the inlet valve plate 16, exerts a greater tensile force, which ensures the correct closure of the inlet valve plate 16. The tensile force is transmitted from the piston rod 17 to the connecting rod 20, where it is converted into the torque of the engine. The resulting lateral forces are transmitted to the supporting structure of the crankcase 1 by the slides in the crosshead 19 and the guide strips 4. Due to very good lubrication conditions, the friction losses between the crosshead slide and the guide rails are low.
Der sich dabei nach oben bewegende Kolben 14 drängt die Luft aus dem Zylinderoberraum ZO durch das große Luftauslassventil 23 in das Luftumlaufrohr 35 hinaus. Diese hinausgedrängte Luft gelangt zum Teil zum Saugrohr 35, zum Teil zum Abgasrohr. Die Entscheidung darüber hängt ab von der Lufttemperatur (Regelung mit einem Thermostat) sowie vom Lastzustand des Motors (Regelung mit einer Steuerungsanlage).The piston 14, which moves upwards, forces the air out of the cylinder upper chamber ZO through the large air outlet valve 23 into the air circulation pipe 35. This air, which is forced out, partly reaches the Intake pipe 35, partly to the exhaust pipe. The decision depends on the air temperature (control with a thermostat) and the load state of the engine (control with a control system).
Wenn der Kolben seinen höchsten Punkt erreicht - Kolbenstange 17 oberer Totpunkt - endet der Verbrennungstakt und der Ausschubtakt beginnt. Gleichzeitig schließt sich das große Luftauslassventil 23 und das große Lufteinlassventil 22 öffnet sich. An diese Öffnung schließt sich wieder der Beginn des 4-Takt- Verfahrens an.When the piston reaches its highest point - piston rod 17 top dead center - the combustion stroke ends and the exhaust stroke begins. At the same time, the large air outlet valve 23 closes and the large air inlet valve 22 opens. This opening is followed by the beginning of the 4-stroke process.
Der Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 6 und dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 bis 9, wobei das letztere einen mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebener Motor darstellt, besteht nur in Abweichungen in der Konstruktion von Kolben, Einlassventilen und Kolbenschmiersystem, die Wirkungsweise bleibt aber dieselbe. Die Wirkungen des großen Lufteinlass- und Luftauslass- ventils sowie der Auslassventile 10 sind j eweils identisch.The difference between the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 6 and the exemplary embodiment according to FIGS. 7 to 9, the latter representing an engine operated with a heterogeneous air / fuel mixture, consists only in deviations in the design of the pistons, intake valves and piston lubrication system, the mode of action remains the same. The effects of the large air inlet and outlet valve as well as the outlet valves 10 are each identical.
Bei Bewegung der Kolbenstange 17 nach unten schiebt der Kolben 52, der mit dem Gewindezapfen 57 fest in die Kolbenstange 17 eingeschraubt ist, die Abgase aus dem Hauptbrennraum HR durch die Auslassventile 10 zu den Auslasskanälen. Die Einlassventile 53 sind geschlos- sen, weil im Hauptbrennraum HR ein geringer Überdruck herrscht und im Zylinderoberraum ZO gleichzeitig ein kleiner Unterdruck.When the piston rod 17 moves downward, the piston 52, which is firmly screwed into the piston rod 17 with the threaded pin 57, pushes the exhaust gases from the main combustion chamber HR through the exhaust valves 10 to the exhaust ports. The intake valves 53 are closed because there is a slight overpressure in the main combustion chamber HR and at the same time a small underpressure in the cylinder upper chamber ZO.
Wenn die Kolbenstange 17 zusammen mit dem Kolben 52 den unteren Totpunkt erreicht, bewegen sich die Einlassventile 53 mit dem Einlassventilpaket (Einlassventilhalter 54, 55, Stifte 62, Zentrierbolzen 56, Distanzhülse 59 und Zugstab 60) unter Wirkung der Trägheitskraft weiter nach unten, bis sie durch den Zugstab 60 gestoppt werden. Während dieser Nach-unten- Bewegung öffnen sich Spalten zwischen den Einlassventilen 53 und ihren Sitzen 58, die in den Kolben 52 eingepresst sind. Durch diese Spalten strömt Luft aus dem Zylinderoberraum ZO und drängt die Abgasreste aus den beiden Brennräumen und Brennmulden durch die noch geöffneten Auslassventile 10 in die Auslasskanäle.When the piston rod 17 together with the piston 52 reaches bottom dead center, the intake valves 53 with the intake valve package (intake valve holder 54, 55, pins 62, centering pin 56, spacer sleeve 59 and tension rod 60) continue to move downward under the action of the inertial force until they be stopped by the pull rod 60. During this downward movement, gaps open between the inlet valves 53 and their seats 58, which are pressed into the piston 52. Air flows through these gaps from the upper cylinder area ZO and pushes the exhaust gas residues from the two combustion chambers and combustion bowls through the still open exhaust valves 10 into the exhaust ducts.
In diesem Moment endet der Ausschubtakt und der Ansaugtakt beginnt. Die Kolbenstange 17 mit dem Kolben 52 beginnt, sich nach oben zu bewegen. Die Auslassventile 10 schließen sich. Die Einlassventile 53 befinden sich noch in ihrer tiefsten Lage und bewegen sich, wenn der Gewindezapfen 57 den Zentrierbolzen 56 mit nach oben nimmt. Die Luft aus dem Zylinderoberraum ZO strömt durch die voll geöffneten Einlassventile im Kolben 52 in den Hauptbrennraum HR. Die erste Luftschicht verbleibt im Zylinderboden und erwärmt sich durch die heißen Flächen des Auslassventils 10 und der Brennmuldenwände. Diese Luft weist Turbulenzen auf, die bei der Strömung durch die Einlassventile entstanden sind.At this moment the exhaust stroke ends and the suction stroke begins. The piston rod 17 with the piston 52 begins to move upward. The exhaust valves 10 close. The inlet valves 53 are still in their lowest position and move when the threaded pin 57 takes the centering pin 56 upwards. The air from the upper cylinder area ZO flows through the fully opened intake valves in the piston 52 into the main combustion chamber HR. The first air layer remains in the cylinder bottom and heats up due to the hot surfaces of the exhaust valve 10 and the combustion bowl walls. This air has turbulence created by the flow through the intake valves.
Während der Bewegung des Kolbens 52 nach oben bilden sich immer neue Schichten mit Turbulenzen. Diese haben keinen wesentlichen Einfluss auf die erste Schicht, die im Zylinderboden entstanden ist.As the piston 52 moves upward, new layers with turbulence are always formed. These have no significant influence on the first layer that was created in the cylinder base.
Wenn die Kolbenstange 17 mit dem Kolben 52 ihren oberen Totpunkt erreicht, bewegt sich das Einlassventilpaket 54, 55, 62, 56, 59, 60 aufgrund von Trägheitskraft weiter nach oben bis die Einlassventile 53 ihre Sitze erreichen. Der Stoß zwischen den Einlassventilen 53 und ihren Sitzen wird durch den Zugstab 60 verringert, der in der Zylinderhaube 50 einen Dämpfer hat.When the piston rod 17 with the piston 52 reaches its top dead center, the intake valve package 54, 55, 62, 56, 59, 60 continues to move upward due to inertia until the intake valves 53 reach their seats. The shock between the intake valves 53 and their seats is reduced by the tension rod 60, which has a damper in the cylinder hood 50.
Mit der Schließung der Einlassventile 53 endet der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt beginnt. Der Verlauf des Verdichtungstakts und des darauf folgenden Verbrennungstakts ist genauso wie im weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.When the intake valves 53 are closed, the intake stroke ends and the compression stroke begins. The course of the compression stroke and the subsequent combustion stroke is the same as in the first exemplary embodiment described above.
Im Folgenden wird die Wirkung des Kolbenschmiersystems im zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Kolben hat vier Anschlüsse für das Schmiersystem: zwei Einspritz- und zwei Absauganschlüsse. Die Anschlüsse haben den gleichen Abstand von der Kolbenmitte und sind abwechselnd um 90° platziert.The effect of the piston lubrication system in the second exemplary embodiment is described below. The piston has four connections for the lubrication system: two injection and two suction connections. The connections have the same distance from the center of the piston and are alternately placed at 90 °.
Bei jeder Bewegung des Kolbens 52 nach unten saugt der Einspritzkol- ben 51 den Ölnebel (Öl-Luft-Mischung) durch die Einwegventile aus dem Ölzerstäuber in den Einspritzzylinder 49. Wenn der Kolben 52 seinen unteren Totpunkt erreicht und sich nach oben zu bewegen beginnt, schließt sich das beim Ölzerstäuber gelegene Einwegventil und das Einwegventil im Einspritzkolben 51 öffnet sich. Bei der weiteren Bewe- gung des Kolbens 52 nach oben wird der Ölnebel im Einspritzzylinder 49 durch die Bohrungen in Einspritzkolben 51 und Kolben 52 zur Schmiernut übergespritzt.With each movement of the piston 52 downward, the injection piston 51 sucks the oil mist (oil-air mixture) through the one-way valves from the oil atomizer into the injection cylinder 49. When the piston 52 reaches its bottom dead center and begins to move upward, the one-way valve located at the oil atomizer closes and the one-way valve in the injection piston 51 opens. As the piston 52 continues to move upward, the oil mist in the injection cylinder 49 is sprayed through the bores in the injection piston 51 and piston 52 to the lubrication groove.
Parallel zur Ölnebeleinspritzung saugt der Absaugkolben 61 bei jeder Bewegung des Kolbens 52 nach unten das gebrauchte Schmieröl zusam- men mit Luft und Abgas aus der Schmiernut und den beiden Olabstreifringen durch die Kanäle im Kolben, die Bohrung und das Einwegventil im Absaugkolben 61 zum Absaugzylinder.In parallel to the oil mist injection, the suction piston 61 sucks the used lubricating oil together with air and exhaust gas from the lubrication groove and the two oil control rings through the channels in the piston, the bore and the one-way valve in the suction piston 61 to the suction cylinder with each movement of the piston 52 downward.
Wenn der Kolben 52 seinen unteren Totpunkt erreicht und sich nach oben zu bewegen beginnt, schließt sich das Einwegventil im Absaugkolben 61 und das Einwegventil im Absaugzylinder öffnet sich. Bei der Weiterbewegung des Kolbens 52 nach oben wird die aus gebrauchtem Öl, Abgas und Luft bestehende Mischung im Absaugzylinder durch das Einwegventil zur Leitung für gebrauchtes Öl übergepumpt. Der Absaugzylinder besitzt ein mindestens zweimal so großes Hubvolumen wie der Einspritz- zylinder.When the piston 52 reaches its bottom dead center and begins to move upward, the one-way valve in the suction piston 61 closes and the one-way valve in the suction cylinder opens. When the piston 52 moves upward, the mixture consisting of used oil, exhaust gas and air in the suction cylinder is over-pumped through the one-way valve to the line for used oil. The suction cylinder has a stroke volume that is at least twice as large as that of the injection cylinder.
In Bezug auf die Steuerung des Einlassventils 16 bzw. der Einlassventile 53 im Kolben 14, 52 bei beiden Ausführungsbeispielen soll noch angemerkt werden, dass mit Hilfe einer elektromagnetischen Anlage in der Zylinderhaube 21 , 80 und unter Verwendung eines Steuergerätes die Öffnung und Schließung des Einlassventils 16 bzw. der Einlassventile 53 mit entsprechend umkonstruierten Zugstäben 25 bzw. 60 noch präziser gesteuert werden kann.With regard to the control of the intake valve 16 and the intake valves 53 in the pistons 14, 52 in both exemplary embodiments, it should also be noted that with the aid of an electromagnetic system in the cylinder hood 21, 80 and using a control device, the opening and closing of the intake valve 16 or the intake valves 53 can be controlled even more precisely with appropriately redesigned tension rods 25 or 60.
In den Fig. 10 bis 21 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch, beispielsweise Benzin, betriebenen Motors mit geteiltem, in der Mitte des Hauptbrennraums HR liegendem Brennraum dargestellt, in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird.10 to 21 show a further exemplary embodiment of an engine operated with a homogeneous air / fuel mixture, for example gasoline, with a divided combustion chamber located in the center of the main combustion chamber HR, into which the fuel is injected directly.
Dabei ist der Luft-Weg-Verlauf vom Zylinderoberraum ZO zum Hauptbrennraum HR im Zylinder 13 während des Ansaugtaktes mit Pfeilen dargestellt.The air-path profile from the upper cylinder space ZO to the main combustion chamber HR in the cylinder 13 is shown by arrows during the intake stroke.
Fig. 10 zeigt im Schnitt A - A (Schnittverlauf durch die Zylindermitte, siehe Fig. 13) das Kurbelgehäuse 1 , in dem die Kurbelwelle 2 mit Lagern und Pleuel 20, zwei Nockenwellen 3 (für Auslassventile 10) mit Lagern, die Einspritzdüse 6, die Zündkerze 63, zwei Kipphebelachsen 8 und die Dichtung 12 eingebaut sind. Die Darstellung der Fig. 10 entspricht dem Ansaugtakt des Motors.10 shows in section A - A (section through the cylinder center, see FIG. 13) the crankcase 1, in which the crankshaft 2 with bearings and connecting rods 20, two camshafts 3 (for exhaust valves 10) with bearings, the injection nozzle 6, the spark plug 63, two rocker arm axles 8 and the seal 12 are installed. 10 corresponds to the intake stroke of the engine.
Von unten ist das Kurbelgehäuse 1 wie bei herkömmlichen Motoren mit einer Ölwanne 9 geschlossen. Am oberen Teil des Kurbelgehäuses 1 befinden sich Anschlussnuten, in denen der Zylinder 13 zentriert ist. Der Bereich des Kurbelgehäuses 1, der durch das Zylinderrohr abgegrenzt ist, dient als Zylinderboden. In der Mitte des Zylinderbodens befindet sich die Zylinderbodenmulde, die einen hochstehenden Bund aufweist. In der Zylinderbodenmulde sind die Einspritzdüse 6 und die Zündkerze 63 angeschlossen. Unter dem Zylinderboden befinden sich Kühlungskanäle (Wasserraum), die den gesamten oberen Bereich des Kurbelgehäuses 1 kühlen. An jeder Seite des Kurbelgehäuses 1 befindet sich ein „Fenster", durch das Zugang zu den Steuerorganen des Auslassventils 10 (siehe Fig. 11) möglich ist. Die „Fenster" sind mit Deckeln 11 verschlossen.The crankcase 1 is closed from below, as in conventional engines, with an oil pan 9. At the upper part of the crankcase 1 there are connection grooves in which the cylinder 13 is centered. The area of the crankcase 1, which is delimited by the cylinder tube, serves as the cylinder bottom. In the middle of the cylinder base is the cylinder base recess, which has a raised collar. The injection nozzle 6 and the spark plug 63 are connected in the cylinder bottom recess. There are cooling channels (water space) under the cylinder bottom, which cool the entire upper area of the crankcase 1. On each side of the crankcase 1 there is a “window” through which access to the control members of the exhaust valve 10 (see FIG. 11) is possible. The “windows” are closed with covers 11.
Der Zylinder 13 ist entweder als einzelnes Rohr mit der Wassermantelkühlung oder als Zylinderblock von oben am Kurbelgehäuse 1 befestigt. Im Zylinder 13 befindet sich der Kolben 14 mit einem in der Mitte eingebauten pneumatischen Dämpfer 64 (siehe Fig. 15), der mit dem Einlassventilpaket verbunden ist.The cylinder 13 is attached to the crankcase 1 either as a single tube with the water jacket cooling or as a cylinder block. The piston 14 is located in the cylinder 13 with a pneumatic damper 64 installed in the middle (see FIG. 15), which is connected to the intake valve package.
Die Zylinderhaube 21 schließt das Zylinderrohr 13 von oben ab und nimmt das große Lufteinlassventil 22 sowie das große Luftauslassventil 23 mit den zugehörigen Federn 78 auf. Die Zylinderhaube 21 und die Kolbenoberseite bilden den Zylinderoberraum ZO. Die Kolbenunterseite (Kolbenboden) und der Zylinderboden bilden den Hauptbrennraum HR.The cylinder hood 21 closes off the cylinder tube 13 from above and accommodates the large air inlet valve 22 and the large air outlet valve 23 with the associated springs 78. The cylinder hood 21 and the piston top form the cylinder upper space ZO. The piston underside (piston crown) and the cylinder crown form the main combustion chamber HR.
Auf einer Seite der Zylinderhaube befindet sich die Nockenwelle 29 des großen Lufteinlassventils, auf der anderen Seite die Nockenwelle 30 des großen Luftauslassventils. Jede der beiden Nockenwellen 29, 30 ist in ein Gehäuse 31 eingebaut. Die Gehäuse 31 sind mit Schmieröl gefüllt und am Saugrohrsegment 32 bzw. am Umlaufrohrsegment 33 befestigt. Die beiden Rohrsegmente 32, 33 sind seitlich an die Zylinderhaube 21 angeschlossen.The camshaft 29 of the large air inlet valve is located on one side of the cylinder hood, and the camshaft 30 of the large air outlet valve is located on the other side. Each of the two camshafts 29, 30 is installed in a housing 31. The housings 31 are filled with lubricating oil and fastened to the intake pipe segment 32 or to the circulation pipe segment 33. The two pipe segments 32, 33 are laterally connected to the cylinder hood 21.
Die Nocken 29, 30 steuern die großen Luftventile 22, 23 über die flachen Schieber 65, die in beiden großen Luftventilen 22, 23 in der Ventilmitte eingeschraubt sind. Gleichzeitig werden die großen Luftventile 22, 23 durch die Schieber 65 geführt und zentriert. Die Schieber 65 haben an den den Nockenwellen 29, 30 zugewandten Seiten eingebaute Rollen, die über die Nocken 29, 30 rollen und die den Druck der Ventilfedern auf die Nocken 29, 30 übertragen.The cams 29, 30 control the large air valves 22, 23 via the flat slide 65, which are screwed into the middle of the valve in both large air valves 22, 23. At the same time, the large air valves 22, 23 are guided and centered by the slide 65. The sliders 65 have built-in rollers on the sides facing the camshafts 29, 30 which roll over the cams 29, 30 and which transmit the pressure of the valve springs to the cams 29, 30.
Das Saugrohr 34 ist mit dem Saugrohrsegment 32 verbunden, das Umlaufrohr 35 ist mit dem Umlaufrohrsegment 33 verbunden.The suction pipe 34 is connected to the suction pipe segment 32, the circulation pipe 35 is connected to the circulation pipe segment 33.
Fig. 11 zeigt im Schnitt B - B (siehe Fig. 13) den Einbau des Einlassventils 53 und eines Teils der Einlasskanäle in den Kolben 14 im Moment des Endes des Verbrennungstakts. Der Schnitt verläuft dabei durch Einlassventile 53 und Einlasskanäle im Kolben 14, Auslassventile 10, Auslasskanäle und durch eine von zwei Kolbenstangen 67, 68 mit Dich- tungsbuchsenpaket 66 und Führungsleisten 4. Im Kurbelgehäuse 1 ist der Einbau des Auslassventils 10 mit Steuerung und Auslasskanälen, einer der beiden Kolbenstangen 67 (68) mit Dichtungsbuchse 66, der Führungsleisten 4 und des Kreuzkopfbolzens 69 dargestellt. Jede der beiden Kolbenstangen 67, 68 ist im Kolben 14 befestigt, im Zylinderbodenbereich mit einer Dichtungsbuchse 66 abgedichtet und über den Kreuzkopfbolzen 69 und das Pleuel 20 (s. Fig. 10) mit der Kurbelwelle 2 verbunden.Fig. 11 shows in section BB (see Fig. 13) the installation of the intake valve 53 and part of the intake ports in the piston 14 at the moment of the end of the combustion stroke. The section runs through inlet valves 53 and inlet channels in the piston 14, outlet valves 10, outlet channels and through one of two piston rods 67, 68 with sealing tion bushing package 66 and guide strips 4. In the crankcase 1, the installation of the exhaust valve 10 with control and exhaust channels, one of the two piston rods 67 (68) with a sealing bush 66, the guide strips 4 and the cross-head bolt 69 is shown. Each of the two piston rods 67, 68 is fastened in the piston 14, sealed in the cylinder bottom area with a sealing bush 66 and connected to the crankshaft 2 via the cross-head bolt 69 and the connecting rod 20 (see FIG. 10).
Der Kopf jeder Kolbenstange 67, 68 hat zwei seitliche Schlitten, die die Kolbenstange 67, 68 zwischen den Führungsleisten 4 führen. Die Schlitten der Kolbenstangenköpfe und die Führungsleisten 4 übertragen die Seitenkräfte, die durch den Gasdruck während des Verbrennungstaktes im Zylinder 13 und durch die Massenkräfte während der Bewegung der Triebwerkbauteile entstehen, auf die Tragkonstruktion des Kurbelgehäu- ses 1.The head of each piston rod 67, 68 has two lateral slides which guide the piston rod 67, 68 between the guide strips 4. The carriages of the piston rod heads and the guide strips 4 transmit the side forces which arise from the gas pressure during the combustion cycle in the cylinder 13 and from the inertial forces during the movement of the engine components to the supporting structure of the crankcase 1.
Die Auslassventilsitze 36 sind im Zylinderboden vertieft. Jedes Auslassventil 10 im Kurbelgehäuse 1 ist durch die Ventilführungshülse 37 geführt und abgedichtet. Die Auslassventile 10 werden von Nockenwellen 3 durch die Kipphebel 38 und die Ventilstößelmuttern 39 betätigt und mit den Ventilfedern 40 zurück zu den Sitzen 36 gezogen.The exhaust valve seats 36 are recessed in the cylinder bottom. Each exhaust valve 10 in the crankcase 1 is guided and sealed by the valve guide sleeve 37. The exhaust valves 10 are actuated by camshafts 3 through the rocker arms 38 and the valve tappet nuts 39 and are pulled back to the seats 36 with the valve springs 40.
Am Anschluss des Zylinders 13 zum Kurbelgehäuse 1 sind Verbindungen zwischen der Kühlung im Zylinderwassermantel und der Kühlung im Kurbelgehäuse 1 dargestellt.At the connection of the cylinder 13 to the crankcase 1, connections between the cooling in the cylinder jacket and the cooling in the crankcase 1 are shown.
Fig. 12 zeigt im Schnitt A - A (siehe Fig. 13) den Motor während des Verdichtungstaktes im Moment der Kraftstoffeinspritzung. Als Beispiel sind Kraftstoffstrahlen - einer nach oben in Richtung Kolbenmulde KM, ein zweiter in Richtung der Zündkerze 63 - mit „Wolken" dargestellt. Gleichzeitig kommt es zur Luftansaugung aus dem Saugrohr 34 durch den Kolben 14 zum Zylinderoberraum ZO über das geöffnete große Lufteinlassventil 22. Die Pfeile zeigen den Verlauf der Luftbewegung. In Fig. 13 ist im Schnitt D - D (siehe Fig. 10), Schnittverlauf durch Zylinder 13 und Kolbenstangen 67, 68, eine Ansicht auf den Zylinderboden mit Zylinderbodenmulde ZM und Auslassventilen 10 dargestellt. Fig. 13 zeigt vier Auslassventile 10, die in der Mitte liegende Zylinder- bodenmulde mit der Einspritzdüse 6 und der Zündkerze 63 sowie zwei Kolbenstangen 67, 68 - Kolbenstange 67 mit Bohrung für die Schmierölzufuhr und Kolbenstange 68 mit Bohrung für die Absaugung von gebrauchtem Schmieröl.Fig. 12 shows in section A - A (see Fig. 13) the engine during the compression stroke at the moment of fuel injection. As an example, fuel jets - one upwards in the direction of the piston recess KM, a second in the direction of the spark plug 63 - are represented by "clouds". At the same time, air is drawn in from the intake manifold 34 through the piston 14 to the cylinder upper chamber ZO via the open large air inlet valve 22. The arrows show the course of the air movement. In FIG. 13, in section D - D (see FIG. 10), section through cylinder 13 and piston rods 67, 68, a view of the cylinder bottom with cylinder bottom recess ZM and exhaust valves 10 is shown. FIG. 13 shows four outlet valves 10, the cylinder bottom recess in the middle with the injection nozzle 6 and the spark plug 63, and two piston rods 67, 68 - piston rod 67 with a bore for the supply of lubricating oil and piston rod 68 with a bore for the suction of used lubricating oil.
Fig. 14 zeigt im Schnitt E - E (siehe Fig. 10) eine Draufsicht auf Kolben 14, Einlassventilpaket und Kolbenstangen 67, 68. Der Kolben 14 hat zwei große Vertiefungen mit je zwei Einlasskanälen, in welche die Einlassventile 53 eingebaut sind. Die Einlassventile 53 werden von gerundeten Federn des Kolbens geführt und sind über den kreuzförmigen Ventilhalter 55 mit dem pneumatischen Dämpfer 64 verbunden. Zu Beginn des Ansaugtaktes öffnen sich die Einlassventile 53 (s. Fig. 16 ) und die Luft wird über die Einlasskanäle aus dem Zylinderoberraum ZO zum Hauptbrennraum HR übergepumpt.FIG. 14 shows in section E-E (see FIG. 10) a top view of the piston 14, intake valve package and piston rods 67, 68. The piston 14 has two large depressions, each with two intake channels, into which the intake valves 53 are installed. The inlet valves 53 are guided by rounded springs of the piston and are connected to the pneumatic damper 64 via the cross-shaped valve holder 55. At the beginning of the intake stroke, the inlet valves 53 open (see FIG. 16) and the air is pumped over from the cylinder upper chamber ZO to the main combustion chamber HR via the inlet channels.
In Fig. 15 ist im Schnitt F - F (siehe Fig. 14) der Kolben 14 in seiner tiefsten Lage - dem unteren Totpunkt - gezeichnet, an dem der Verdich- tungstakt endet und der Verbrennungstakt beginnt. Der Schnitt verläuft dabei durch Einlassventile 53 mit Führung, Einlasskanäle im Kolben 14, Einlassventilhalter 54, 55, pneumatischer Dämpfer 64, Auslassventile 10, Auslasskanäle und geschlossene Brennkammer KM, ZM. Die verdichtete Luft im Hauptbrennraum HR außerhalb der geschlossenen Brennkammer (Mulden KM, ZM) ist durch dunkle Punkte dargestellt. Inzwischen hält in der geschlossenen Brennkammer KM, ZM die Luft-Kraftstoff- Gemisch-Verbrennung an (als Punkte und Wolken dargestellt). Die Lage der voll geöffneten Einlassventile 53 und Auslassventile 10 ist mit strichpunktierten Linien dargestellt.15 shows in section F - F (see FIG. 14) the piston 14 in its lowest position - bottom dead center - at which the compression stroke ends and the combustion stroke begins. The section runs through inlet valves 53 with guide, inlet channels in the piston 14, inlet valve holders 54, 55, pneumatic damper 64, outlet valves 10, outlet channels and closed combustion chamber KM, ZM. The compressed air in the main combustion chamber HR outside the closed combustion chamber (hollows KM, ZM) is shown by dark dots. In the meantime, the air-fuel mixture combustion stops in the closed combustion chamber KM, ZM (shown as points and clouds). The position of the fully open intake valves 53 and exhaust valves 10 is shown with dash-dotted lines.
Fig. 15 zeigt auch den kompletten Zusammenbau des Einlassventilpakets und des pneumatischen Dämpfers 64. Die Einlassventile 53 sind ge- schlössen. Sie sind von der Unterseite des Kolbenbodens her eingebaut und mit einem gewissen Spiel in den Kolbenfedern geführt. Jedem Ventil ist ein Ventilsitz 76 zugeordnet, der von unten in den Kolbenboden eingepresst ist. Oben sind alle Einlassventile 53 mit dem kreuzförmigen Ventilhalter 55 verbunden (ebenfalls mit einem gewissen Spiel), der wiederum auf dem pneumatischen Dämpfer 64 befestigt ist. Der Ventilhalter 55 besteht aus mindestens zwei identischen kreuzförmigen, flachen Federn, die an der Stoßbuchse 70 zentriert und mit zwei Muttern daran festgeschraubt sind. Der Bolzen des pneumatischen Dämpfers 64 ist in die Stoßbuchse 70 eingeschraubt und wird mit einer Mutter gegen Lockerung gesichert. Der Bolzen wird in zwei Buchsen - obere 71 und untere 72 - geführt. Die obere Buchse 71 ist in die Einschraubbuchse 73 eingebaut, welche wiederum in den Kolben 14 eingeschraubt ist. Die Einschraubbuchse 73 dient als Deckel für den Zylinder des pneumati- sehen Dämpfers 64 und als Anschlag für die Stoßbuchse 70. Zwischen den Buchsen (Stoßbuchse 70 und Einschraubbuchse 73) befindet sich eine Tellerfeder 74, die den Stoß des Einlassventilpakets, der bei voller Öffnung der Einlassventile 53 entsteht, verringert. Die Tellerfeder 74 ist mittels des Einschraubrings 75 mit einem gewissen Spiel so befestigt, dass der Einschraubring 75 gleichzeitig die Einschraubbuchse 73 gegen Lockerung sichert.15 also shows the complete assembly of the inlet valve package and the pneumatic damper 64. The inlet valves 53 are concluded. They are installed from the underside of the piston crown and are guided with a certain amount of play in the piston springs. Each valve is assigned a valve seat 76 which is pressed into the piston crown from below. At the top, all inlet valves 53 are connected to the cross-shaped valve holder 55 (also with a certain amount of play), which in turn is fastened on the pneumatic damper 64. The valve holder 55 consists of at least two identical, cross-shaped, flat springs which are centered on the shock bushing 70 and are screwed onto it with two nuts. The bolt of the pneumatic damper 64 is screwed into the shock bushing 70 and is secured against loosening with a nut. The bolt is guided in two bushings - upper 71 and lower 72. The upper bush 71 is installed in the screw bush 73, which in turn is screwed into the piston 14. The screw-in bushing 73 serves as a cover for the cylinder of the pneumatic damper 64 and as a stop for the shock bushing 70. Between the bushes (shock bushing 70 and screw-in bushing 73) there is a plate spring 74 which absorbs the shock of the inlet valve package which, when the Intake valves 53 arises, reduced. The plate spring 74 is fastened with a certain play by means of the screw-in ring 75 so that the screw-in ring 75 simultaneously secures the screw-in bushing 73 against loosening.
Fig. 16 zeigt im Schnitt A - A (siehe Fig. 13) den Kolben 14 in seiner tiefsten Lage - im unteren Totpunkt am Ende des Ausschubtaktes und Anfang des Ansaugtaktes. Der Schnitt verläuft dabei durch Zylindermit- te, Kolben 14 mit pneumatischem Dämpfer 64 und Kolbenmulde KM, Zylinderboden, Zylinderbodenmulde ZM mit Einspritzdüse 6 und Zündkerze 63. Die Einlassventile 53 sind voll geöffnet, die Stoßbuchse 70 drückt auf die Tellerfeder 74, der pneumatische Dämpfer 64 hat seine tiefste Stelle erreicht. Die Auslassventile 10 sind noch nicht geschlossen, was die Spülung des Hauptbrennraums HR ermöglicht. Pfeile zeigen die dabei stattfindende Luftbewegung (die verdeckten Einlass- und Auslasskanäle sind dabei strichliert dargestellt). Fig. 17 zeigt im Schnitt A - A (siehe Fig. 13) den Verbrennungstakt des Motors (der Kolben bewegt sich in Pfeilrichtung nach oben), in dem Moment, in dem sich die beiden Mulden KM, ZM teilen und heiße, brennende, unter Druck stehende Abgase die bis jetzt geschlossene Brennkammer KM, ZM verlassen. Sie spritzen durch kleine Nuten im Außenbund der Zylinderbodenmulde ZM und durch einen Spalt zwischen den Muldenbunden in den Hauptbrennraum HR, wo sich verdichtete Luft befindet.Fig. 16 shows in section A - A (see Fig. 13) the piston 14 in its lowest position - in the bottom dead center at the end of the extension stroke and the beginning of the intake stroke. The section runs through the cylinder center, piston 14 with pneumatic damper 64 and piston recess KM, cylinder base, cylinder base recess ZM with injection nozzle 6 and spark plug 63. The inlet valves 53 are fully open, the shock bushing 70 presses on the plate spring 74, and the pneumatic damper 64 has reached its lowest point. The exhaust valves 10 are not yet closed, which enables the main combustion chamber HR to be flushed. Arrows show the air movement taking place (the concealed inlet and outlet channels are shown with dashed lines). FIG. 17 shows in section AA (see FIG. 13) the combustion stroke of the engine (the piston moves upward in the direction of the arrow) at the moment when the two depressions KM, ZM divide and hot, burning, underneath Exhaust gases under pressure leave the closed combustion chamber KM, ZM. They spray through small grooves in the outer collar of the cylinder bottom trough ZM and through a gap between the trough collars into the main combustion chamber HR, where compressed air is located.
In Fig. 17 ist zusätzlich der Verlauf der Kanäle des Kolbenschmiersys- tems dargestellt. Öl unter niedrigem Druck wird durch die Kurbelwelle 2, das Pleuel 20, den Kreuzkopfbolzen 69 und die Kolbenstange 67 zum Kolben 14 gepumpt und weiter durch einen Kanal mit kleinem Durchmesser in mindestens vier Punkten am Kolbenumfang zur Nut des Schmierrings 77 gepumpt. Öl füllt somit die Nut des Schmierrings 77 und schmiert gleichzeitig bei der Kolbenbewegung die Innenfläche des Zylinderrohrs.17 also shows the course of the channels of the piston lubrication system. Low pressure oil is pumped through the crankshaft 2, the connecting rod 20, the cross head pin 69 and the piston rod 67 to the piston 14 and further pumped through a small diameter channel in at least four points on the piston circumference to the groove of the lubricating ring 77. Oil thus fills the groove of the lubrication ring 77 and at the same time lubricates the inner surface of the cylinder tube during the piston movement.
Der Kolben besitzt zwei Ölabstreifringe 43. Ein Ölabstreifring 43 befindet sich oberhalb, der andere unterhalb des Schmierrings 77. Die Ölabstreifringe 43 sammeln das gebrauchte Öl aus der Zylinderinnenrohrflä- ehe in ihren Nuten. Aus diesen Nuten wird das gebrauchte Öl durch die Kanäle (mindestens vier Kanäle am Kolbenumfang), einen großen Kanal im Kolben 14, die Kolbenstange 68, den Kreuzkopfbolzen 69, das Pleuel 20 und die Kurbelwelle 2 durch die Absaugpumpe abgesaugt. Kleine Pfeile in den Kanälen zeigen den Öldurchfluss im Kolben 14.The piston has two oil scraper rings 43. One oil scraper ring 43 is located above, the other below the lubrication ring 77. The oil scraper rings 43 collect the used oil from the inside of the cylinder tube in their grooves. The used oil is extracted from these grooves through the channels (at least four channels on the piston circumference), a large channel in the piston 14, the piston rod 68, the cross-head bolt 69, the connecting rod 20 and the crankshaft 2 through the suction pump. Small arrows in the channels show the oil flow in the piston 14.
Fig. 18 zeigt einen Längsschnitt G - G (siehe Fig. 14) durch die Zylinderhaube 21 und den Kolben 14 mit pneumatischem Dämpfer 64, zwei Kolbenstangen 67, 68 und Kolbenmulde KM. In die Zylinderhaube 21 ist das große Luftauslassventil 23 eingebaut, das durch den Schieber 65 geführt und geöffnet und anschließend durch zwei Federn 78 zurück zu seinem Sitz gedrängt wird. Im Kolben 14 sind beide Kolbenstangen 67 und 68 befestigt. Der Kolben 14 befindet sich in seiner höchsten Lage. Das große Lufteinlassventil 22 ist identisch gebaut wie das große Luftauslassventil 23 und liegt spiegelbildlich zur Schnittfläche auf der anderen Seite des Zylinders 13.18 shows a longitudinal section G - G (see FIG. 14) through the cylinder hood 21 and the piston 14 with a pneumatic damper 64, two piston rods 67, 68 and piston recess KM. In the cylinder cover 21, the large air outlet valve 23 is installed, which is guided and opened by the slide 65 and then pushed back to its seat by two springs 78. Both piston rods 67 and 68 are fastened in the piston 14. The piston 14 is in its highest position. The large air inlet valve 22 is constructed identically to the large air outlet valve 23 and is a mirror image of the cut surface on the other side of the cylinder 13.
In der Fig. 19 ist im ausgebrochenen Schnitt durch Kolbenstange 67 und Dichtungsbuchse 66 das Paket der Dichtungsbuchse 66 im Umfeld der Auslassventile 10 dargestellt. Die Dichtungsbuchsenpakete ermöglichen die Abdichtung der Kolbenstangen 67, 68 am Übergang durch den Zylinderboden, auch dann, wenn sich der Abstand zwischen den beiden fest im Kolben verankerten Kolbenstangen 67, 68 aufgrund von Wärmeausdehnung des Kolbens 14 ändert. Das Dichtungsbuchsenpaket besteht aus der Einschraubbuchse 79, der Dichtungsbuchse 66, der Einschraubdruckbuchse 80 und dem Tellerfederpaket 81.FIG. 19 shows the broken-out section through the piston rod 67 and the sealing bush 66, the package of the sealing bush 66 in the vicinity of the exhaust valves 10. The seal bushing packages enable the sealing of the piston rods 67, 68 at the transition through the cylinder base, even if the distance between the two piston rods 67, 68 firmly anchored in the piston changes due to thermal expansion of the piston 14. The seal bushing package consists of the screw-in bushing 79, the sealing bushing 66, the screw-in pressure bushing 80 and the disk spring assembly 81.
Die Einschraubbuchse 79 besitzt oben eine Bohrung, deren Durchmesser um ca. den doppelten Wert der Wärmeausdehnung zwischen den Kolbenstangen größer ist als der Durchmesser der Kolbenstange 17. Unterhalb dieser Bohrung der Einschraubbuchse 79, innerhalb der Einschraubbuchse 79, befindet sich eine kleine hochpolierte Fläche, an die die hochpolierte Stirn der Dichtungsbuchse 66 durch das Tellerfederpaket 81 angedrückt ist. Das Tellerfederpaket 81 wird durch die Einschraubdruckbuchse 80 gespannt. Weil der innere Durchmesser der Einschraubbuchse 79 größer ist als der Durchmesser der Dichtungsbuchse 66, verschiebt sich bei Verschiebung der Kolbenstange 17 auch die Dichtungsbuchse. Trotz dieser Verschiebung bleibt die Abdichtung zwischen Hauptbrenn- räum HR und Kurbelraum erhalten. Die Dichtungsbuchse dient auch als Ölabstreifbuchse.The screw-in bush 79 has a bore at the top, the diameter of which is approximately twice the thermal expansion between the piston rods than the diameter of the piston rod 17. Below this bore of the screw-in bush 79, inside the screw-in bush 79, there is a small, highly polished surface which the highly polished face of the sealing bush 66 is pressed by the plate spring assembly 81. The plate spring assembly 81 is tensioned by the screw-in pressure bushing 80. Because the inner diameter of the screw-in bushing 79 is larger than the diameter of the sealing bushing 66, the sealing bushing also shifts when the piston rod 17 is displaced. Despite this shift, the seal between the main combustion chamber HR and crank chamber remains. The sealing bush also serves as an oil wiper bush.
Fig. 20 zeigt den Schnitt K - K (s. Fig. 11) durch den Kreuzkopfbol- zen 69, den Pleuelkopf 20, die Köpfe mit Schlitten der Kolbenstangen 67; 68 mit den zugehörigen Lagern sowie den Verlauf und die Verbindung zwischen den Kanälen für die Ölzufuhr und Ölabsaugung, die sich in den genannten Bauteilen befinden. Zusätzlich sind die Auslassventile 10 mit den Ventilführungshülsen 37, das Kurbelgehäuse 1 lassventile 10 mit den Ventilführungshülsen 37, das Kurbelgehäuse 1 und die Führungsleisten 4 dargestellt.20 shows the section K - K (see FIG. 11) through the cross-head bolt 69, the connecting rod head 20, the heads with slides of the piston rods 67; 68 with the associated bearings and the course and the connection between the channels for the oil supply and oil extraction, which are located in the components mentioned. In addition, the exhaust valves 10 with the valve guide sleeves 37 are the crankcase 1 Lassventile 10 with the valve guide sleeves 37, the crankcase 1 and the guide strips 4 shown.
Fig. 21 schließlich zeigt im Schnitt A - A (siehe Fig. 13) ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Kolbenmulde KM und die Zylinderbodenmul- de ZM als Einsätze 82 bzw. 83 ausgeführt sind. In dieser Ausführung können die Muldeneinsätze 82, 83 aus anderen als denjenigen Baustoffen gefertigt werden, die in Kolben 14 oder Kurbelgehäuse 1 Verwendung finden.Finally, in section A - A (see FIG. 13), FIG. 21 shows an exemplary embodiment in which the piston recess KM and the cylinder base recess ZM are designed as inserts 82 and 83, respectively. In this embodiment, the trough inserts 82, 83 can be made from building materials other than those that are used in the piston 14 or crankcase 1.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des in den Fig. 10 bis 21 darge- stellten Motors dargestellt, wobei der Motor im 4-Takt-Verfahren mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird.The mode of operation of the engine shown in FIGS. 10 to 21 is shown below, the engine being operated in a 4-stroke process with a homogeneous air / fuel mixture.
Während des Ausschubtaktes ziehen die zwei Kolbenstangen 67; 68 den Kolben 14 nach unten und der Kolben 14 schiebt die Abgase aus dem Hauptbrennraum HR (zwischen der Kolbenunterseite und dem Zylinder- boden) durch die geöffneten Auslassventile 10 zu den Auslasskanälen.During the extension stroke, the two piston rods 67; 68 the piston 14 downwards and the piston 14 pushes the exhaust gases out of the main combustion chamber HR (between the underside of the piston and the cylinder bottom) through the opened exhaust valves 10 to the exhaust ports.
Die Abgase leisten dabei einen wesentlich geringeren Widerstand als in herkömmlichen Motoren, weil vier Auslassventile 10 zusammen einen großen Auslassquerschnitt ergeben und zudem kurze Abgaswege den Ausschub erleichtern.The exhaust gases have a much lower resistance than in conventional engines, because four exhaust valves 10 together result in a large exhaust cross-section and, in addition, short exhaust gas paths facilitate the extension.
Gleichzeitig saugt die Kolbenoberseite während der Kolbenbewegung nach unten die Luft aus dem Saugrohr 34 durch das geöffnete große Lufteinlassventil 22 zum Zylinderoberraum ZO (zwischen der Zylinderhaube 21 und der Kolbenoberseite). Das große Luftauslassventil 23 bleibt geschlossen. Wenn der Kolben 14 in die Nähe des unteren Tot- punktes kommt und seine Geschwindigkeit deutlich verringert, bewegen sich die mit dem Kolben 14 nicht fest verbundenen Einlassventile 53 zusammen mit dem pneumatischen Dämpfer 64 aufgrund von Trägheitswirkung weiter nach unten. Zu Beginn drosselt der pneumatische Dämpfer 64 die Bewegung der Einlassventile 53 nach unten so lange, bis der Bund des Dämpfers 64 die obere Passbohrung im Dämpferzylinder verlässt und sich zu einer breiteren Stelle im Dämpferzylinder hin verschiebt.At the same time, the upper side of the piston sucks the air from the suction pipe 34 through the opened large air inlet valve 22 to the cylinder upper chamber ZO (between the cylinder hood 21 and the upper side of the piston) during the piston movement downward. The large air outlet valve 23 remains closed. When the piston 14 comes close to the bottom dead center and significantly reduces its speed, the inlet valves 53 which are not fixedly connected to the piston 14 move further down together with the pneumatic damper 64 due to the effect of inertia. At the beginning, the pneumatic damper 64 throttles the movement of the intake valves 53 down until the The collar of the damper 64 leaves the upper fitting bore in the damper cylinder and moves to a wider position in the damper cylinder.
Anschließend kommt es zu einer schnellen Bewegung der Einlassventi- le 53 nach unten, bis kurz vor dem unteren Totpunkt des Kolbens der Bund des Dämpfers 64 die untere Passbohrung im Dämpferzylinder erreicht. Anschließend wird die weitere Bewegungsgeschwindigkeit der Einlassventile bis zu deren unterster Position, an welcher die Stoßbuchse 70 die Tellerfeder 74 erreicht, wieder deutlicht gedämpft.Then there is a rapid movement of the inlet valves 53 downwards, until shortly before the bottom dead center of the piston the collar of the damper 64 reaches the lower fitting bore in the damper cylinder. The further movement speed of the inlet valves is then clearly dampened again down to their lowest position, at which the shock bushing 70 reaches the plate spring 74.
In diesem Moment, wenn der pneumatische Dämpfer 64 seine tiefste Stelle erreicht, sind die Einlassventile 53 voll geöffnet. Aus dem Saugrohr 34 strömende Luft verdichtet sich im Zylinderoberraum ZO aufgrund einer schnellen Geschwindigkeitsabnahme der Kolbenbewegung (dynamischer Aufladungseffekt). Ein Teil dieser Luft strömt weiter durch die bereits geöffneten Einlassventile zum Hauptbrennraum HR, spült diesen Raum von Restabgasen frei und strömt weiter durch die noch geöffneten Auslassventile 10 zu den Auslasskanälen (s. Fig. 16 ). Hier endet der Ausschubtakt und der Ansaugtakt beginnt.At this moment, when the pneumatic damper 64 reaches its lowest point, the intake valves 53 are fully opened. Air flowing out of the intake manifold 34 is compressed in the cylinder upper chamber ZO due to a rapid decrease in the speed of the piston movement (dynamic supercharging effect). A part of this air flows further through the already opened inlet valves to the main combustion chamber HR, flushes this space from residual exhaust gases and flows further through the still open outlet valves 10 to the outlet channels (see FIG. 16). The exhaust stroke ends here and the suction stroke begins.
Die Kolbenstangen 67, 68 drücken gegen den Kolben 14, woraufhin der Kolben 14 beginnt, sich vom unteren Totpunkt aus nach oben zu bewegen. Die Auslassventile 10 schließen sich. Während der Bewegung des Kolbens 14 nach oben schließt sich das große Lufteinlassventil 22. Trotz voll geöffneter Einlassventile 53 im Kolben verdichtet sich die Luft im Zylinderoberraum ZO und gleichzeitig sinkt der Luftdruck unter dem sich nach oben bewegenden Kolben 14 im Hauptbrennraum HR ab. Die Luft strömt vom Zylinderoberraum ZO über die Einlassventile zum Hauptbrennraum HR. Der erste Luftanteil (erste Schicht) verbleibt am Zylinderboden und wärmt sich an den heißen Flächen der Auslassventile 10 und der Muldenwände. Diese Luftschicht weist Turbulenzen auf, die bei der Strömung durch die Einlassventile 53 bei der Kolbenbewegung nach oben verursacht wurden. Nach der Trennung der Brennkammermulden KM, ZM spült diese turbulente Luft die beiden getrennten Mulden KM, ZM von Restabgasen frei. Die kleinere Abgasmenge aus der Brennkammer KM, ZM vermischt sich mit der frischen Luft, die gerade aus den Einlassventilen gekommen ist. Bei sehr großem Luftüberschuss hat die kleine Abgasmenge keinen negativen Einfluss auf den weiteren Verbrennungsverlauf, sondern wirkt im Gegenteil als Mittel zur Absenkung der Stickstoffemissionen.The piston rods 67, 68 press against the piston 14, whereupon the piston 14 begins to move upward from bottom dead center. The exhaust valves 10 close. During the movement of the piston 14 upward, the large air inlet valve 22 closes. In spite of the fully open inlet valves 53 in the piston, the air in the cylinder upper chamber ZO is compressed and at the same time the air pressure drops under the piston 14 moving upward in the main combustion chamber HR. The air flows from the upper cylinder area ZO via the intake valves to the main combustion chamber HR. The first portion of air (first layer) remains on the cylinder bottom and heats up on the hot surfaces of the exhaust valves 10 and the trough walls. This air layer has turbulence that was caused in the flow through the inlet valves 53 when the piston moved upward. After separating the combustion chamber troughs KM, ZM, this turbulent air flushes the two separate troughs KM, ZM from residual exhaust gases. The smaller amount of exhaust gas from the combustion chamber KM, ZM mixes with the fresh air that has just come out of the intake valves. If there is a large excess of air, the small amount of exhaust gas does not have a negative impact on the further course of combustion, but on the contrary acts as a means of reducing nitrogen emissions.
Die weitere Luft, die in den Hauptbrennraum HR strömt, verbleibt aufgrund eines Saugeffektes einen kurzen Moment lang unter dem Kolbenboden des sich nach oben bewegenden Kolbens 14. Diese Luft weist viel stärkere Turbulenzen auf, die durch eine größere Kolbengeschwindigkeit verursacht werden, als sie zu Beginn des Ansaugtaktes vorhanden ist. Sie wird anschließend durch nachströmende Luftschichten ersetzt. Gegen Ende des Ansaugtaktes lässt die Kolbengeschwindigkeit nach und beträgt am oberen Totpunkt null. Die deutliche Verminderung der Kolbengeschwindigkeit kurz vor dem oberen Totpunkt bewirkt, dass das nicht fest mit dem Kolben 14 verbundene Einlassventilpaket sich aufgrund von Trägheitskraft weiter nach oben bewegt.The additional air that flows into the main combustion chamber HR remains for a short moment under the piston head of the upwardly moving piston 14 due to a suction effect. This air has much stronger turbulence, which is caused by a higher piston speed than at the beginning of the intake stroke is present. It is then replaced by inflowing air layers. At the end of the intake stroke, the piston speed drops and is zero at top dead center. The significant reduction in the piston speed shortly before the top dead center causes the inlet valve package which is not firmly connected to the piston 14 to move further upward due to inertia.
Zu Beginn wird diese Bewegung durch die Wirkung des pneumatischen Dämpfers 64 so lange gedrosselt, bis der Bund des Dämpfers 64 die untere Passbohrung im Dämpferzylinder verlässt und sich zu einer breiteren Stelle im Dämpferzylinder verschiebt. Anschließend kommt es zu einer schnellen Bewegung des Einlassventilpakets nach oben, bis der Bund des Dämpfers die obere Passbohrung im Dämpferzylinder erreicht und erneut die Bewegung des Einlassventilpakets drosselt, bis die Einlassventile ihre Sitze erreichen. Der pneumatische Dämpfer 64 bewegt sich aufgrund von Trägheitskraft weiter nach oben und spannt die kreuz- förmigen Ventilhalter 55. Die Einlassventile sind geschlossen, in diesem Moment endet der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt beginnt. Noch während der Einlassventilschließung im Kolben 14 öffnet sich das große Lufteinlassventil 22 in der Zylinderhaube 21. Die Kolbenstangen 67, 68 ziehen jetzt den Kolben 14 nach unten. Die Einlassventile 53 und der pneumatische Dämpfer 64 stehen aufgrund der Wende der Kol- benbewegung weiter unter Einwirkung der Trägheitskraft, die Einlassventile 53 sind an ihre Sitze 76 angedrückt. Der schnell wachsende Druck im Hauptbrennraum HR verstärkt diesen Druck auf die Einlassventile 53. Der sich nach unten bewegende Kolben 14 verdichtet die Luft im Hauptbrennraum HR. Gleichzeitig strömt Luft aus dem Saugrohr 34 in den Zylinderoberraum ZO, die durch den sich nach unten bewegenden Kolben 14 angesaugt wird.At the beginning, this movement is throttled by the action of the pneumatic damper 64 until the collar of the damper 64 leaves the lower fitting bore in the damper cylinder and moves to a wider position in the damper cylinder. Then there is a rapid movement of the intake valve package until the collar of the damper reaches the upper fitting hole in the damper cylinder and throttles the movement of the intake valve package again until the intake valves reach their seats. The pneumatic damper 64 moves upward due to inertia and tensions the cross-shaped valve holders 55. The intake valves are closed, at this moment the intake stroke ends and the compression stroke begins. The large air intake valve 22 in the cylinder hood 21 opens while the intake valve is closing in the piston 14. The piston rods 67, 68 now pull the piston 14 downward. The inlet valves 53 and the pneumatic damper 64 are still under the influence of inertia due to the turning of the piston movement, the inlet valves 53 are pressed against their seats 76. The rapidly increasing pressure in the main combustion chamber HR increases this pressure on the inlet valves 53. The piston 14 moving downward compresses the air in the main combustion chamber HR. At the same time, air flows from the intake manifold 34 into the upper cylinder space ZO, which is drawn in by the piston 14 moving downward.
Im Folgenden wird die Motorsteuerung im Teillastbetrieb beschrieben.The engine control in partial load operation is described below.
Wenn der Kolben 14 ca. ein Viertel des Abstands vom unteren Totpunkt erreicht, spritzt die Einspritzdüse 6 die Kraftstoffstrahlen in die beiden Mulden KM, ZM. Der in Richtung Kolbenmulde KM gespritzte Kraftstoffstrahl bewegt sich in verdichteter Luft, trifft auf eine Seite der Kolbenmulde KM (s. Fig. 12) und verursacht auf der geneigten Fläche der Mulde KM einen kugelförmigen Drall aus Luft-Kraftstoff-Gemisch.When the piston 14 reaches approximately a quarter of the distance from the bottom dead center, the injection nozzle 6 injects the fuel jets into the two depressions KM, ZM. The fuel jet sprayed in the direction of the piston bowl KM moves in compressed air, strikes one side of the piston bowl KM (see FIG. 12) and causes a spherical swirl of the air / fuel mixture on the inclined surface of the bowl KM.
Der zweite kleinere Kraftstoffstrahl wird in Richtung Zündkerze 63 mit Neigung in den Muldenboden ZM abgespritzt. Dieser Kraftstoff strahl verursacht ebenfalls einen kugelförmigen Drall aus Luft-Kraftstoff- Gemisch, der aber eine andere Drehrichtung hat als derjenige in der Kolbenmulde KM. Die Kolbenmulde KM hat eine niedrige Temperatur (wegen längerem Kontakt mit strömender Frischluft beim Ansaugtakt) als die Zylinderbodenmulde ZM, die sich zwischen den vier Auslassventilen 10 befindet. Trotz niedriger Temperatur hat der in die Kolbenmulde KM eingespritzte Kraftstoff, aufgrund einer kleinen Kraftstoffmenge, einem langen Weg zur Mulde KM und einem intensiven Drall, ausreichend Zeit zu verdampfen. Der Kolben 14 bewegt sich weiter nach unten. Der Bund der Kolbenmulde KM kommt in Berührung mit dem Außenbund der Zylinderbodenmulde ZM. Von diesem Moment an bilden die beiden Mulden KM, ZM eine geschlossene Brennkammer KM, ZM, die die Luft-Kraftstoffdampf- Gemische aus beiden Mulden KM, ZM abschließt. Der Kolbenmuldenbund taucht mit sehr geringem Spiel in den Zylinderbodenmuldenbund. In der geschlossenen Brennkammer KM, ZM wächst das Verdichtungsverhältnis des Luft-Kraftstoffdampf-Gemisches aufgrund des Volumen- verlusts durch den eintauchenden Kolbenmuldenbund schneller als das Verdichtungsverhältnis der Luft außerhalb der Brennkammer im Hauptbrennraum HR. Der Druckverlust in der Brennkammer KM, ZM ist aufgrund des kleinen Spiels zwischen den beiden Bunden gering.The second smaller fuel jet is sprayed towards the spark plug 63 at an incline into the trough bottom ZM. This fuel jet also causes a spherical swirl of air-fuel mixture, but which has a different direction of rotation than that in the piston bowl KM. The piston recess KM has a lower temperature (because of longer contact with flowing fresh air during the intake stroke) than the cylinder base recess ZM, which is located between the four exhaust valves 10. Despite the low temperature, the fuel injected into the KM piston bowl has sufficient time to evaporate due to a small amount of fuel, a long way to the KM bowl and an intense swirl. The piston 14 continues to move downward. The collar of the KM piston recess comes into contact with the outer collar of the ZM cylinder base recess. From this moment on, the two troughs KM, ZM form a closed combustion chamber KM, ZM, which closes off the air-fuel vapor mixtures from both troughs KM, ZM. The piston bowl collar plunges into the cylinder bowl bowl with very little play. In the closed combustion chamber KM, ZM, the compression ratio of the air / fuel vapor mixture grows faster than the compression ratio of the air outside the combustion chamber in the main combustion chamber HR due to the volume loss due to the immersion of the piston recess. The pressure loss in the combustion chamber KM, ZM is low due to the small play between the two coils.
Zu diesem Zeitpunkt schließt sich das große Lufteinlassventil 22 und das große Luftauslassventil 23 öffnet sich. Kurz vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 14 zündet die Zündkerze 63 das Luft-Kraftstoffdampf- Gemisch und nach kurzem Zündverzug kommt es zur Flammenausbreitung in der gesamten Brennkammer KM, ZM.At this time, the large air intake valve 22 closes and the large air exhaust valve 23 opens. Shortly before the bottom dead center of the piston 14, the spark plug 63 ignites the air / fuel vapor mixture and after a short delay in ignition, the flame spreads throughout the combustion chamber KM, ZM.
Bei weiterer Bewegung nach unten erreicht der Kolben 14 seinen unteren Totpunkt und die Brennkammer KM, ZM ihr kleinstes Volumen. Ab diesem Moment endet der Verdichtungstakt und der Verbrennungstakt beginnt. In der geschlossenen Brennkammer KM, ZM hält die Verbrennung an, und aufgrund von Wärmefreisetzung wächst der Druck rasch. Wegen günstiger Platzierung der Zündkerze 63 im wärmsten Teil der Brennkammer KM, ZM, nämlich in der Zylinderbodenmulde ZM, wegen des kleinen Volumens der kugelförmigen Brennkammer KM, ZM und wegen der kälteren Wände der gegenüber liegenden Kolbenmulde KM kommt es trotz möglichst großem Verdichtungsverhältnis nicht zur klopfenden Verbrennung.With further movement downward, the piston 14 reaches its bottom dead center and the combustion chamber KM, ZM reaches its smallest volume. From this moment the compression cycle ends and the combustion cycle begins. The combustion stops in the closed combustion chamber KM, ZM, and the pressure increases rapidly due to the release of heat. Because of the favorable placement of the spark plug 63 in the warmest part of the combustion chamber KM, ZM, namely in the cylinder bottom bowl ZM, because of the small volume of the spherical combustion chamber KM, ZM and because of the colder walls of the opposite piston bowl KM, there is no knocking despite the largest possible compression ratio Combustion.
Der Kolben 14 bewegt sich nun nach oben. Kurz vor Trennung der Brennkammermulden KM, ZM spritzen darin enthaltene brennende, heiße Gase durch einen kleinen Spalt zwischen dem Innenbund der Kolbenmul- de KM und dem Außenbund der Zylinderbodenmulde ZM, sowie auch durch kleine Vertiefungen im Außenbund der Zylinderbodenmulde ZM, gezielt nach oben und nach unten in den Hauptbrennraum HR zu unter Druck stehender kälterer, aber dichterer Luft. Die genannten Vertiefun- gen befinden sich im Bereich der Bundeinführungsfase, s. Fig. 17.The piston 14 now moves upwards. Shortly before the combustion chamber troughs KM, ZM are separated, burning hot gases contained therein spray through a small gap between the inner collar of the piston troughs. de KM and the outer collar of the cylinder bottom recess ZM, as well as through small recesses in the outer collar of the cylinder bottom recess ZM, targeted upwards and downwards into the main combustion chamber HR to pressurized colder but denser air. The aforementioned specializations are in the area of the federal introductory phase, see Fig. 17.
Die Luft im Hauptbrennraum HR dehnt sich rasch aus. Die Verbrennung von nicht in der geschlossenen Brennkammer KM, ZM verbrannten Kraftstoffdämpfen und anderen brennbaren Gasen, z.B. CO, die jetzt an Sauerstoff gelangt sind, hält an und Nachreaktionen finden statt. Der Druck im Hauptbrennraum HR wächst rasch. Nun zieht der Kolben 14 die Kolbenstangen 67, 68 nach oben. Die Zugkraft wird von den Kolbenstangen 67, 68 auf das Pleuel 20 übertragen, wo sie in das Drehmoment des Motors umgewandelt wird. Der sich nach oben bewegende Kolben 14 drängt die Luft aus dem Zylinderoberraum ZO durch das große Luftaus- lassventil 23 in das Umlaufrohr 35 hinaus. Diese hinausgedrängte Luft gelangt zum Teil ins Saugrohr 34, zum Teil ins Abgasrohr. Die Entscheidung darüber hängt wiederum ab von der Lufttemperatur (Regelung mit einem Thermostat) sowie vom Lastzustand des Motors (Regelung mit einer Steuerungsanlage).The air in the main combustion chamber HR expands quickly. The combustion of fuel vapors and other combustible gases not burned in the closed combustion chamber KM, ZM, e.g. CO, which has now reached oxygen, continues and after-reactions take place. The pressure in the main combustion chamber HR is growing rapidly. Now the piston 14 pulls the piston rods 67, 68 upwards. The pulling force is transmitted from the piston rods 67, 68 to the connecting rod 20, where it is converted into the torque of the engine. The piston 14 moving upward forces the air out of the cylinder upper chamber ZO through the large air outlet valve 23 into the circulation pipe 35. This expelled air goes partly into the intake pipe 34, partly into the exhaust pipe. The decision in turn depends on the air temperature (control with a thermostat) and the load state of the engine (control with a control system).
Kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 14 schließt sich das große Luftauslassventil 23 und das große Lufteinlassventil 22 öffnet sich.Shortly before the top dead center of the piston 14, the large air outlet valve 23 closes and the large air inlet valve 22 opens.
Wenn der Kolben 14 seinen oberen Totpunkt erreicht, endet der Verbrennungstakt und der Ausschubtakt beginnt. Ab diesem Moment schließt sich der Teillastbetrieb im 4-Takt-Verfahren an.When the piston 14 reaches top dead center, the combustion stroke ends and the exhaust stroke begins. From this moment on, part-load operation follows in the 4-stroke process.
In Teillastbetrieb wird abhängig vom Bedarf nach Motorleistung Kraftstoff in entsprechenden Mengen in die Mulden KM, ZM eingespritzt. Die Einspritzmenge wird so berechnet, dass in der geschlossenen Brennkammer KM, ZM das homogene Gemisch sich im Bereich von λ=0,8 bis λ=l ,2 (abhängig von der angegebenen Motorlast) befindet, was eine „saubere" Verbrennung in der Brennkammer KM, ZM ergibt. Der weitere Verlauf der Verbrennung erfolgt im Moment der Brennkammertrennung, wenn die noch brennenden Gase zu der verdichteten Luft rund um die Brennkammer in den Hauptbrennraum HR „eingespritzt" und weitere Nachreaktionen verursacht werden. Durch die zweistufige Verbrennungs- kombination werden äußerst schadstoffarme Abgase ausgestoßen und es wird eine optimale Luftausnutzung mit sehr geringen Leistungsverlusten beim Ladungswechsel (Ein-, Ausströmung) erreicht.In part-load operation, fuel is injected into the troughs KM, ZM in appropriate quantities, depending on the need for engine power. The injection quantity is calculated so that in the closed combustion chamber KM, ZM the homogeneous mixture is in the range from λ = 0.8 to λ = 1.2 (depending on the specified engine load), which means "clean" combustion in the combustion chamber KM, ZM results The course of the combustion takes place at the moment of the combustion chamber separation, when the still burning gases are "injected" into the compressed air around the combustion chamber into the main combustion chamber HR and further after-reactions are caused. The two-stage combustion combination releases extremely low-emission gases and it becomes one optimal air utilization with very low power losses when changing loads (inflow and outflow).
Nachfolgend wird die Motorsteuerung im Vollastbetrieb beschrieben.The engine control in full load operation is described below.
Bei steigender Motorbelastung reicht die Leistung, die die zentral lie- gende Brennkammer, bestehend aus den beiden Mulden KM, ZM erbringt, trotz Verwendung eines „fetten" Luft-Kraftstoff-Gemischs mit einem λ -Wert von 0,8 nicht aus. In diesem Fall wird in den Zylinder 13, namentlich in den Hauptbrennraum HR, zusätzlich Kraftstoff eingespritzt.When the engine load increases, the power that the central combustion chamber, consisting of the two troughs KM, ZM, produces is insufficient, despite the use of a "rich" air / fuel mixture with a λ value of 0.8 In addition, fuel is additionally injected into the cylinder 13, specifically into the main combustion chamber HR.
Unmittelbar nach Trennung der Brennkammer KM, ZM zu Beginn des Ansaugtaktes wird aus der Einspritzdüse 6 Kraftstoff in die beiden Mulden KM, ZM gespritzt. In diese Mulden strömt Luft aus den Einlassventilen, die große Turbulenzen aufweist, und die die Mulden von Restabgasen frei spült. Gleichzeitig nimmt sie extrem feine Kraftstoff- tropfen mit, die in guten thermischen Bedingungen (warme Muldenwände und von den Auslassventilen angewärmte Luft) schnell ausdampfen und ein Luft-Kraftstoffdampf-Gemisch bilden.Immediately after separation of the combustion chamber KM, ZM at the beginning of the intake stroke, fuel is injected from the injection nozzle 6 into the two depressions KM, ZM. Air flows into these troughs from the inlet valves, which has great turbulence, and which flushes the troughs free of residual exhaust gases. At the same time, it takes extremely fine droplets of fuel with it, which evaporate quickly in good thermal conditions (warm trough walls and air warmed by the exhaust valves) and form an air-fuel vapor mixture.
Dieses Gemisch verbleibt in den untersten warmen Luftschichten in der Nähe der Zylinderbodenmulde, weil es durch die aus den Einlassventilen neu ankommenden Luftschichten zusammengedrückt wird. Der Kolben bewegt sich weiter nach oben und in die oberen Teile des Hauptbrennraums HR gelangt nur reine, kühle und dichte Luft.This mixture remains in the lowermost warm air layers near the cylinder floor recess, because it is compressed by the air layers arriving from the intake valves. The piston continues to move upwards and only clean, cool and dense air enters the upper parts of the main combustion chamber HR.
In der Nähe des oberen Totpunktes des Kolbens 14 schließen sich die Einlassventile 53 und der Verdichtungstakt beginnt. Das gleiche Verfah- ren wie im Teillastbetrieb wiederholt sich, nur mit dem Unterschied, dass sich außerhalb der geschlossenen Brennkammer KM, ZM keine reine Luft wie im Teillastbetrieb, sondern zwei Gasschichten befinden: eine wärmere aus Luft-Kraftstoffdampf-Gemisch, die am Zylinderboden verbleibt und eine zweite aus fast reiner Luft, die am kälteren Kolbenboden und den Einlassventilen verbleibt und die die erste Schicht vor Wärmeverlusten isoliert.In the vicinity of the top dead center of the piston 14, the intake valves 53 close and the compression stroke begins. The same procedure Repeat as in part-load operation, only with the difference that outside the closed combustion chamber KM, ZM there is no pure air as in part-load operation, but two gas layers: a warmer one made of air-fuel vapor mixture that remains on the cylinder bottom and a second one out almost pure air, which remains on the colder piston crown and the intake valves and which isolates the first layer from heat loss.
Einen anderen Verlauf als im Teillastbetrieb hat der Verbrennungstakt nach der Brennkammertrennung. Heiße, brennende Gase spritzen aus den getrennten Brennkammern (Mulden) und verursachen eine Verbrennung des Luft-Kraftstoffdampf-Gemisches, das sich im Zylinderbodenbereich konzentriert. Anschließend wächst der Druck im Hauptbrennraum HR viel stärker an als im Teillastbetrieb und wird in ein deutlich größeres Drehmoment des Motors umgewandelt. Wegen großem Luftüberschuss im Hauptbrennraum HR verläuft die Verbrennung optimal, es kommt auch zu Nachreaktionen und zu einer deutlichen Temperatursenkung der Abgase bereits am Ende des Verbrennungstaktes. Als Folge werden die Abgase genauso schadstoffarm aus dem Hauptbrennraum HR ausgeschoben wie im Teillastbetrieb.The combustion cycle after the combustion chamber separation has a different course than in part-load operation. Hot, burning gases spurt out of the separate combustion chambers (depressions) and cause combustion of the air-fuel vapor mixture, which is concentrated in the cylinder bottom area. The pressure in the main combustion chamber HR then increases much more than in part-load operation and is converted into a significantly higher torque of the engine. Because of the large excess of air in the main combustion chamber HR, the combustion runs optimally, there are also after-reactions and a significant reduction in the temperature of the exhaust gases at the end of the combustion cycle. As a result, the exhaust gases are pushed out of the main combustion chamber HR with as little pollution as in part-load operation.
In beiden Fällen - im Teillast- und im Volllastbetrieb - ist die Menge der zum Hauptbrennraum HR übergepumpten Luft fast gleich. Eine geringe Differenz zwischen den Mengen der zum Hauptbrennraum HR übergepumpten Luft kommt zustande durch unterschiedliche Luftgeschwindigkeit im Saugrohr während der Ansaugung, weil von dieser Luftgeschwindigkeit die dynamische Aufladung abhängig ist.In both cases - in part-load and full-load operation - the amount of air pumped over to the main combustion chamber HR is almost the same. A small difference between the quantities of air pumped over to the main combustion chamber HR is caused by different air speeds in the intake manifold during the intake, because the dynamic charge is dependent on this air speed.
Bei dieser Motorkonstruktion gibt es keine Drosselorgane als Steuerorgane, die Luft wird ungedrosselt zum Zylinderoberraum ZO angesaugt und während des Ansaugtaktes nur in den Hauptbrennraum HR übergepumpt. Der Motor wird in verschiedenen Lastzuständen nur durch die Menge des eingespritzten Kraftstoffs gesteuert. In Teillastbetrieb erfolgt die Einspritzung nur einmal in die sich schließenden Mulden, in Vollastbetrieb zweimal (oder mehrmals): das erste Mal zu Beginn des Ansaugtaktes in die sich trennenden Mulden KM, ZM, das zweite Mal am Ende des Verdichtungstaktes in die sich schließenden Mulden KM, ZM. In this engine design, there are no throttling elements as control elements, the air is drawn into the cylinder upper chamber ZO unthrottled and is only over-pumped into the main combustion chamber HR during the intake stroke. The engine is only controlled by the amount of fuel injected in various load conditions. In partial load operation, the injection takes place only once in the closing troughs, in full load operation twice (or several times): the first time at the start of the intake stroke in the separating troughs KM, ZM, the second time at the end of the compression stroke in the closing troughs KM , ZM.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Kurbelgehäusecrankcase
Kurbelwellecrankshaft
Nockenwellecamshaft
Führungsleisteguide rail
Führungsbuchseguide bush
Einspritzdüseinjection
GlühstiftGlow plug
Kipphebelachserocker shaft
Ölwanneoil pan
Auslassventiloutlet valve
Deckelcover
Dichtungpoetry
Zylindercylinder
Kolbenpiston
Kreuzeinsatzcross use
EinlassventiltellerIntake valve actuator
Kolbenstangepiston rod
Gewindezapfenthreaded pin
KreuzkopfPhillips
Pleuelpleuel
Zylinderhaubecylinder cowl
LufteinlassventilAir inlet valve
Luftauslass ventilAir outlet valve
KolbenhubbegrenzerhülseKolbenhubbegrenzerhülse
Zugstabtension rod
EinschraubführungsbuchseEinschraubführungsbuchse
Anschlagmutterstop nut
Bolzenbolt
Nocken bzw. Nockenwelle des Lufteinlassventils 48Cam or camshaft of the air intake valve 48
0 Nocken bzw. Nockenwelle des Luftauslassventils 1 Gehäuse 2 Saugrohrsegment 3 Luftumlaufrohrsegment 4 Saugrohr0 Cam or camshaft of the air outlet valve 1 housing 2 intake manifold segment 3 air recirculation tube segment 4 intake manifold
35 Luftumlaufrohr35 air circulation pipe
36 Auslass Ventilsitz36 Valve seat outlet
37 Ventilführungshülse37 valve guide sleeve
38 Kipphebel38 rocker arm
39 Ventilstößelmutter39 valve lifter nut
40 Ventilfeder40 valve spring
41 Einspritzkolben41 injection pistons
42 Absaugkolben42 suction pistons
43 Ölabstreifring43 Oil scraper ring
44 Kolbendichtring44 piston sealing ring
45 Ölzerstäuber45 oil atomizers
46 Einschraubeinsatz46 screw-in insert
47 Einschraubeinsatz47 screw-in insert
48 Scheibe48 disc
49 Einspritzzylinder49 injection cylinders
50 Zylinderhaube50 cylinder hood
51 Einspritzkolben51 injection pistons
52 Kolben52 pistons
53 Einlassventil53 inlet valve
54 Unterer Einlassventilhalter54 Lower intake valve holder
55 Oberer Einlassventilhalter55 Upper inlet valve holder
56 Zentrierbolzen56 centering bolts
57 Gewindezapfen57 threaded pin
58 Ventilsitz58 valve seat
59 Distanzhülse59 spacer sleeve
60 Zugstab60 tension rod
61 Absaugkolben Stift61 suction pistons pen
Zündkerzespark plug
Pneumatischer DämpferPneumatic damper
Schieberpusher
Dichtungsbuchsesealing bush
Kolbenstange - OlzufuhrPiston rod - oil supply
Kolbenstange - OlabsaugungPiston rod - oil suction
KreuzkopfbolzenPhillips bolts
Stoßbuchseimpact socket
Buchse - obenSocket - top
Buchse - untenSocket - below
Einschraubbuchsescrew bushing
TellerfederBelleville spring
Einschraubringscrew ring
EinlassventilsitzInlet valve seat
Schmierringlubricating ring
Federfeather
Einschraubbuchsescrew bushing
EinschraubdruckbuchseEinschraubdruckbuchse
TellerfederpaketBelleville spring assembly
Kolbenmulde - EinsatzPiston recess - insert
Zylinderbodenmulde - Einsatz Cylinder floor recess - insert

Claims

Patentansprüche claims
1. Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotor, der Motor umfassend Zylinder (13), Kolben (14) und Kurbelgehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum durch den Kolben (14) in einen zylinderkopf- seitigen Zylinderoberraum (ZO) und in einen kurbelgehäuseseitigen1. Combustion 4-stroke piston engine, the engine comprising cylinder (13), piston (14) and crankcase (1), characterized in that the cylinder space through the piston (14) in a cylinder head-side cylinder space (ZO) and in a crankcase side
Brennraum (HR) unterteilt ist, wobei der Kolben (14) zumindest ein Einlassventil (16, 53) zum Gasübertritt zwischen Zylinderoberraum (ZO) und Brennraum (HR) umfasst, und wobei der Brennraum (HR) durch Kolbenboden, Zylinderwand sowie Zylinderboden begrenzt ist und zumindest ein Auslassventil (10) im Bereich des Zylinderbodens aufweist.Combustion chamber (HR) is divided, the piston (14) comprising at least one inlet valve (16, 53) for gas transfer between the cylinder upper chamber (ZO) and the combustion chamber (HR), and the combustion chamber (HR) being delimited by the piston crown, cylinder wall and cylinder crown and has at least one exhaust valve (10) in the region of the cylinder base.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) mittels Kreuzkopf (19) und zumindest einer Kolbenstange (17, 67, 68) mit einem Pleuel (20) des Motors verbunden ist, wobei der Zylinderboden von der Kolbenstange (17, 67, 68) durchdrungen ist.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the piston (14) by means of a crosshead (19) and at least one piston rod (17, 67, 68) is connected to a connecting rod (20) of the engine, the cylinder bottom being separated from the piston rod ( 17, 67, 68) is permeated.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderoberraum (ZO) zumindest ein Lufteinlassventil (22) zur Frischluftansaugung angeordnet ist.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that at least one air inlet valve (22) for fresh air intake is arranged in the cylinder upper chamber (ZO).
4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderoberraum (ZO) zumindest ein Luftauslassventil (23) zur Entleerung des Zylinderoberraums (ZO) angeordnet ist. 4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the cylinder upper chamber (ZO) at least one air outlet valve (23) for emptying the cylinder upper chamber (ZO) is arranged.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch ein Luftumlaufrohr (35) zur Aufladung der Ansaugluft, wobei das Luftumlaufrohr (35) eine Verbindung zwischen Luftauslassventil (23) und Lufteinlassventil (22) bildet.5. Internal combustion engine according to claim 3 and 4, characterized by an air circulation pipe (35) for charging the intake air, the air circulation pipe (35) forming a connection between the air outlet valve (23) and the air inlet valve (22).
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftumlaufrohr (35) eine Verbindung zu einem Abgasrohr aufweist.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the air circulation pipe (35) has a connection to an exhaust pipe.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine steuerbar veränderliche Öffnung aufweist.7. Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the connection has a controllably variable opening.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des im Kolben angeordneten Einlassventils (16,8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the control of the inlet valve arranged in the piston (16,
53) so eingerichtet ist, dass das Einlassventil (16, 53) während des Ansaugtakts zum Zweck der Überströmung der Frischladung aus dem Zylinder ob erraum (ZO) in den Hauptbrennraum (HR) geöffnet ist.53) is set up in such a way that the inlet valve (16, 53) is opened during the intake stroke for the purpose of overflowing the fresh charge from the cylinder chamber (ZO) into the main combustion chamber (HR).
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs- und/oder Schließbewegung des Einlassventils zumindest teilweise aufgrund von Trägheitskräften jeweils im Bereich der Kolbenwende erfolgt. 9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the opening and / or closing movement of the inlet valve takes place at least in part due to inertial forces in the region of the piston turn.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung des Motors so eingerichtet ist, dass während der vier Takte eines Motorzyklus eine zweimalige Frischladungsan- saugung in den Zylinder (13) erfolgt.10. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the valve control of the engine is set up in such a way that two fresh charge intake into the cylinder (13) takes place during the four cycles of an engine cycle.
11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung des Motors so eingerichtet ist, dass die erste Frischladungsansaugung bei geöffnetem Einlassventil (16, 53) und geöffnetem Auslassventil (10) den Brennraum (HR) spült und die zweite Frischladungsansaugung bei geöffnetem Einlassventil (16, 53) und geschlossenem Auslassventil (10) die Verbrennungsluft liefert.11. Internal combustion engine according to claim 10, characterized in that the valve control of the engine is set up in such a way that the first fresh charge suction when the inlet valve (16, 53) and the outlet valve (10) is open flushes the combustion chamber (HR) and the second fresh charge suction when the inlet valve is open (16, 53) and closed exhaust valve (10) which supplies combustion air.
12. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum in Hauptbrennraum (HR) und zumindest eine12. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the combustion chamber in the main combustion chamber (HR) and at least one
Brennmulde geteilt ist.Burning tray is divided.
13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum in Hauptbrennraum (HR) und separate Brenn- kammer (KM, ZM) geteilt ist, wobei die Brennkammer (KM, ZM) räumlich im Hauptbrennraum (HR) enthalten und aus Zylinderbodenmulde (ZM) und Kolbenmulde (KM) gebildet ist. 13. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the combustion chamber is divided into the main combustion chamber (HR) and separate combustion chamber (KM, ZM), the combustion chamber (KM, ZM) spatially in the main combustion chamber (HR) included and is formed from the cylinder bottom recess (ZM) and piston recess (KM).
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Zylinderbodenmulde (ZM) und Kolbenmulde (KM) jeweils einen erhabenen Bund aufweisen, wobei Außenumfangsform und -große bzw. Außendurchmesser eines der Muldenbünde der Innenumfangs- form und -große bzw. dem Innendurchmesser des anderen Muldenbunds entsprechen, so dass bei gegenseitigem Eingriff der Muldenbünde eine geschlossene Brennkammer aus den beiden Mulden gebildet ist.4. Internal combustion engine according to claim 13, characterized in that the cylinder bottom recess (ZM) and piston recess (KM) each have a raised collar, the outer circumferential shape and size or outer diameter of one of the recesses of the inner circumferential shape and size or the inner diameter of the other Corresponding bowl collars, so that when the bowl collars engage each other, a closed combustion chamber is formed from the two bowls.
15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbodenmulde (ZM) größer ist als die Kolbenmulde (KM).15. Internal combustion engine according to claim 13 or 14, characterized in that the cylinder bottom recess (ZM) is larger than the piston recess (KM).
16. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor pro Kolben (14) zwei Kolbenstangen (67, 68) aufweist, wobei die Zylinderbodenmulde (ZM) zwischen den Kolbenstangen in der Mitte des Zylinderbodens und die Kolbenmulde (KM)ebenfalls zwischen den Kolbenstangen (67, 68) in der Mitte des Kolbenbodens angeordnet ist.16. Internal combustion engine according to one of claims 13 to 15, characterized in that the internal combustion engine per piston (14) has two piston rods (67, 68), the cylinder bottom recess (ZM) between the piston rods in the middle of the cylinder bottom and the piston recess (KM ) is also arranged between the piston rods (67, 68) in the middle of the piston crown.
17. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an Brennmulde bzw. Brennkammer (KM, ZM) jeweils zumindest eine Einspritzdüse (6) und zumindest eine Zündkerze (63) bzw. Glühkerze (7) angeschlossen sind. 17. Internal combustion engine according to one of claims 12 to 16, characterized in that at least one injection nozzle (6) and at least one spark plug (63) or glow plug (7) are connected to the combustion bowl or combustion chamber (KM, ZM).
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass Einspritzdüse (6) und Zündkerze (63) bzw. Glühkerze (7) im Bereich der Zylinderbodenmulde (ZM) an die Brennkammer (KM, ZM) angeschlossen sind. 8. Internal combustion engine according to claim 13 and 17, characterized in that the injection nozzle (6) and spark plug (63) or glow plug (7) in the region of the cylinder bottom recess (ZM) are connected to the combustion chamber (KM, ZM).
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