WO2010115636A2 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2010115636A2
WO2010115636A2 PCT/EP2010/002221 EP2010002221W WO2010115636A2 WO 2010115636 A2 WO2010115636 A2 WO 2010115636A2 EP 2010002221 W EP2010002221 W EP 2010002221W WO 2010115636 A2 WO2010115636 A2 WO 2010115636A2
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piston
working
crankshaft
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Ralf Stockhausen
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Willi Fechner Gmbh
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    • F02B2700/03—Two stroke engines
    • F02B2700/034—Two stroke engines with measures for charging, increasing the power
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having a crankshaft, having at least one compression piston displaceably received in a compression cylinder and at least one working piston displaceably received in a working cylinder, the movement of the compression piston and the movement of the working piston being kinematically coupled to the movement of the crankshaft, such that the compression piston reciprocates one intake stroke and one compression stroke of a four-stroke cycle during a single revolution of the crankshaft and that the working piston reciprocates one stroke and one exhaust stroke of the same four-stroke cycle during a single revolution of the crankshaft the compression cylinder has at least one intake valve for sucking air into the compression cylinder in a downward movement of the compression piston and the working cylinder at least one exhaust valve for expelling combustion gases at ei ner upward movement of the working piston has.
  • an engine which has a crankshaft which rotates about a crankshaft axis of the engine.
  • a working piston is provided which is slidably received within a first cylinder and operatively connected to the crankshaft, so that the working piston back and forth during a single revolution of the crankshaft by a stroke and a exhaust stroke of a four-stroke cycle
  • a compression piston slidably received within a second cylinder and operatively connected to the crankshaft such that during the same revolution of the crankshaft, the compression piston reciprocates one intake stroke and one compression stroke of the same four-stroke cycle.
  • the first and second cylinders are interconnected by a gas passageway, the gas passageway including an intake valve and an exhaust valve defining a pressure chamber therebetween, the intake valve and exhaust valve of the gas passage substantially maintaining at least a predetermined ignition condition gas pressure throughout the four-stroke cycle Maintained pressure chamber.
  • the crankshaft In order to reach the ignition position of the working piston, the crankshaft must rotate at least 20 ° beyond a position in which the working piston is in its upper dead center position. The ignition position is thus only reached when the working piston is in the downward movement and has reached a predetermined distance to the top dead center.
  • the known from the prior art engine also has an unsatisfactory efficiency, which is associated with higher pollutant emissions.
  • the object of the present invention is to provide an internal combustion engine which is distinguished from the engines known from the prior art by higher efficiency, good torque behavior, low pollutant emissions and low manufacturing and operating costs.
  • each combustion chamber via at least one combustion chamber Inlet valve is connected to the compression cylinder and a combustion chamber outlet valve to the working cylinder and wherein the valves are controlled such that the combustion chamber exhaust valve of a combustion chamber is opened only after the combustion of the fuel-air mixture in this combustion chamber and in that the combustion chambers be driven alternately for combustion.
  • the invention relates to a reciprocating internal combustion engine, wherein the suction and compression process is carried out by at least one compression piston and the working and Ausd Wegvorgang of at least one working piston.
  • the two pistons are arranged opposite one another.
  • the two combustion chambers are controlled alternately, in each case only every other revolution, so that there is sufficient time available for the mixture preparation of the fuel-air mixture and for the combustion in the combustion chamber. Accordingly, the control of the valves is formed, wherein after the combustion of a fuel-air mixture in a combustion chamber, the same combustion chamber is driven only after rotation of the crankshaft to 720 ° and a fuel-air mixture is burned again in this combustion chamber.
  • the alternating combustion in at least two combustion chambers ensures a substantially complete combustion of the fuel-air mixture and contributes to a lower pollutant emission.
  • the internal combustion engine according to the invention is characterized by a higher efficiency than the engines known from the prior art and has low manufacturing and operating costs.
  • the combustion chambers can basically have the same size. It is also possible for at least two combustion-chamber pairs each having two combustion chambers of the same size to be provided, wherein the combustion chambers of a first combustion-chamber pair may be larger than the combustion chambers of a second combustion-chamber pair and in each case the two combustion chambers of a combustion-chamber pair, ie each equal size combustion chambers, are alternately controlled for combustion.
  • a pair of combustion chambers can be controlled with smaller combustion chambers, thereby increasing the efficiency of the combustion.
  • the combustion chamber pair with the larger combustion chambers can be activated. This allows the fuel consumption improve combustion and ensure high combustion efficiency.
  • the combustion takes place in each case alternately in the same size combustion chambers.
  • At least two combustion chamber pairs are provided with two combustion chambers of different sizes, in each case the two different sized combustion chambers of a combustion chamber pair are jointly controlled for combustion and wherein the combustion chamber pairs alternately be controlled selnd.
  • the combustion chamber pairs each have an equal total combustion chamber volume, wherein the total combustion chamber volume composed of the volumes of a combustion chamber pair associated combustion chambers of different sizes.
  • the total volume of the larger combustion chamber and the smaller combustion chamber of a combustion chamber pair may be designed for maximum cylinder filling. For example, a large and a small combustion chamber form a combustion chamber pair and are each controlled simultaneously for combustion. In the next revolution of the crankshaft then a larger combustion chamber and a smaller combustion chamber of another combustion chamber pair are driven for combustion.
  • the larger combustion chamber can be about twice as large as the smaller combustion chamber. In principle, however, other size ratios are possible.
  • the activation or switching on and off of the valves can be done electrically, pneumatically, mechanically or hydraulically. It can also be automatic, operated by the pressure prevailing in the cylinder gas pressure valves, so-called flutter valves, may be provided.
  • the control of the valves may provide for the opening of the combustion chamber outlet valve upon rotation of the crankshaft by less than 20 °, preferably less than 10 °, in particular less than 5 °, beyond a position in which the working piston is in its upper dead center position.
  • the combustion chamber exhaust valve is opened when the working piston is immediately in the upper dead center, with a deviation of ⁇ 1 ° to 4 ° relative to the rotation of the crankshaft.
  • the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber is preferably complete or substantially complete and the combustion process so far completed.
  • the combusted mixture is then directed into the working cylinder by opening the combustor exhaust valve of the fired combustor.
  • the kinematic coupling of the movement of the compression piston and the working piston with the crankshaft is preferably such that the compression piston and the working piston move in opposite directions during a four-stroke cycle from the respective top dead center to the respective bottom dead center and back ,
  • the compression cylinder and the working cylinder are arranged side by side in a plane transverse to the longitudinal axis of the crankshaft, in particular perpendicular to the longitudinal axis of the crankshaft.
  • the working piston is articulated via a multi-part articulated connecting rod with the crankshaft
  • the articulated connecting rod has at least two connecting rods, the connecting rods end over at least one first pivot joint are connected, wherein the other end of a first connecting rod of the articulated joint is pivotally connected to the working piston and the other end of a second connecting rod of the articulated joint pivotally connected to the crankshaft, namely with a crank pin of the crankshaft, wherein at the first pivot a Querpleuel articulated end is, wherein the Querpleuel is rotatably mounted in the manner of a rocker about an axis of rotation, wherein the other end of the Querpleuels is connected via at least one second pivot articulated to at least one third connecting rod and wherein the third Ple uelstange articulated to the compression piston.
  • crank mechanism provided in the internal combustion engine according to the invention are described in the drawing and in the subclaims.
  • This embodiment of the invention again relates to a reciprocating internal combustion engine, in which the suction and compression process in a compression cylinder with compression piston and the working and Ausd Wegvorgang be performed in a working cylinder with working piston.
  • the two cylinder-piston assemblies are arranged opposite one another, as has already been described above.
  • the air can be processed in the compression chamber as a gas mixture for combustion or only after it has been "discharged" into the working cylinder, above the working piston.
  • control of the valves, the opening of the compression chamber outlet valve upon rotation of the crankshaft by more than 340 ° to 360 °, preferably more than 350 ° to 360 °, in particular more than 355 ° to 360 ° provide
  • the crankshaft is rotating, the working piston is in its upper dead center position by 360 °.
  • the introduction of the compressed air or of the compressed fuel-air mixture thus takes place immediately before the working piston has reached its upper dead center.
  • the compression chamber outlet valve preferably closes before it comes to ignite and burn the fuel-air mixture in the working cylinder. It is essential that the two compression chambers are driven alternately, ie in each case only every other revolution, as in the beginning has been described in connection with the inventive embodiment of an internal combustion engine with two combustion chambers.
  • the compression chambers may be the same size. It is also possible to provide at least two different compression chamber pairs, each with two compression chambers of the same size, wherein the compression chambers of a first compression chamber pair are larger than the compression chambers of a second compression chamber pair and wherein in each case the two same compression chambers of a compression chamber pair alternately for one Compression can be controlled. It is also possible that at least two compression chamber pairs are each provided with at least two compression chambers of different sizes, wherein in each case the two differently sized compression chambers of a compression chamber pair are jointly controllable for compression and wherein the compression chamber pairs are driven alternately.
  • the temperature of the combustion air or the fuel-air mixture can be favorably influenced.
  • Another aspect of the invention relates to a method for operating an internal combustion engine of the type described above with the method steps described with reference to the drawing.
  • the aforementioned aspects and features of the present invention, as well as the aspects and features of the present invention described below, can be implemented independently of one another, but also in any combination.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an internal combustion engine according to the invention with two combustion chambers in a cross-sectional view, wherein valves of the combustion chambers are arranged substantially parallel to the cylinder axes,
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second embodiment of an internal combustion engine according to the invention with four combustion chambers in a view from above, wherein valves of the combustion chambers are arranged substantially perpendicular to the cylinder axes,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a third embodiment of an internal combustion engine according to the invention with two compression chambers in a cross-sectional view, wherein valves of the compression chambers are arranged substantially parallel to the cylinder axes,
  • FIG. 5 is a schematic representation of a fourth embodiment of an internal combustion engine according to the invention with two compression chambers in a view from above, wherein valves of the Compression chambers are arranged substantially perpendicular to the cylinder axes,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a fifth embodiment of an internal combustion engine according to the invention with two compression chambers and at least one combustion chamber in the working piston in a cross-sectional view,
  • Fig. 7 is a schematic representation of a sixth embodiment of an internal combustion engine according to the invention with two compression chambers and at least one combustion chamber in the working piston in a cross-sectional view and
  • FIGS. 8 to 10 are perspective views of further embodiments of an internal combustion engine according to the invention, wherein the working piston is articulated via a multi-part articulated connecting rod with the crankshaft.
  • FIG. 1 an internal combustion engine 1 is shown in a schematic Queritessansicht seen.
  • the internal combustion engine 1 has a crankshaft, which is not shown in detail. Shown, however, is the longitudinal axis 2 of the crankshaft about which a crank arm 3 rotates during operation of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 has a compression piston 5 displaceably received in a compression cylinder 4 and a working piston 7 slidably received in a working cylinder 6, wherein the movement of the compression piston 5 and the movement of the working piston 7 are kinematically coupled to the movement of the crankshaft, so that the Compression piston 5 reciprocates during a single revolution of the crankshaft by a suction stroke and a compression stroke of a four-stroke cycle and that the working piston 7 reciprocates during a single revolution of the crankshaft by one stroke and one exhaust stroke of the same four-stroke cycle.
  • the compression cylinder 4 has at least two intake valves 8 for sucking air into the compression cylinder 4 in a downward movement of the compression piston and the working cylinder 7, two exhaust valves 9 for discharging combustion gases from the working cylinder 6 during an upward movement of the Working piston 7 on.
  • the intake valves 8 and the exhaust valves 9 are arranged perpendicular to the cylinder axes of the compression cylinder 4 and the working cylinder 6.
  • each combustion chamber 10-13 is connected to the cylinder 6 via at least one combustion chamber inlet valve 14a-d with the compression cylinder 4 and via at least one combustion chamber outlet valve 15a-d.
  • the valves 8, 9, 14a-d, 15a-d are controlled such that the combustion chamber exhaust valve 15a-d of a combustion chamber 10-13 is opened only after the combustion of the fuel-air mixture in this combustion chamber 10-13 and that the combustion chambers 10 - 13 are controlled alternately for combustion. As a result, a substantially complete combustion of the fuel in the combustion chambers 10 - 13 can be ensured, which leads to a higher efficiency and a lower pollutant emission of the illustrated internal combustion engine 1.
  • Fig. 1 only a combustion chamber 10 is shown with a combustion chamber inlet valve 14a and a combustion chamber exhaust valve 15a.
  • the combustion chamber valves 14a, 15a are arranged parallel to the longitudinal axes of the compression cylinder 4 and the working cylinder 6.
  • FIG. 2 a second embodiment of an internal combustion engine 1 with four combustion chambers 10 - 13 is shown, in which case the combustion chamber inlet valves 14a - d and the combustion chamber exhaust valves 15a - d arranged perpendicular to the longitudinal axis of the compression cylinder 4 and perpendicular to the longitudinal axis of the working cylinder 6 are.
  • the combustion of the fuel in the combustion chambers 10 - 13 is disturbed as little as possible by the valves 14a - d, 15a - d.
  • combustion chamber intake valves 14a-d and / or the combustion chamber exhaust valves 15a-d can be arranged parallel to the longitudinal axis of the compression cylinder 4 or to the longitudinal axis of the working cylinder 6.
  • the combustion chambers 10 and 13 have a larger combustion chamber volume than the combustion chambers 11 and 12.
  • the smaller combustion chambers 11, 12 are driven alternately, whereby the combustion efficiency increases.
  • the larger combustion chambers 10, 13 can be controlled alternately.
  • combustion chambers 10-13 it is also possible to select the sizes of the combustion chambers 10-13 such that the combustion chamber volume of the larger combustion chambers 10, 13 is approximately twice as large as the combustion chamber volume of the smaller combustion chambers 11, 12.
  • the total combustion chamber volume of a larger combustion chamber 10 , 13 and a smaller combustion chambers 11, 12 may then be sufficient for maximum cylinder filling.
  • the combustion chambers 10 and 11 and the combustion chambers 12 and 13 could each be controlled simultaneously. It is understood that the invention is not limited to the size ratios shown in Fig. 2.
  • Air is sucked through the open intake valves 8 in the downward movement of the compression piston 5 in the compression cylinder 4.
  • the combustion chamber inlet valve 14a of the first combustion chamber 10 opens. This is shown schematically in FIGS. 3a and 3b.
  • the air is now prepared for combustion by injecting fuel through a nozzle 16 into the combustion chamber 10 and thereby incinerating it by autoignition.
  • petrol, gas, hydrogen or alcohol is used as the fuel
  • direct injection is used to prepare the air for combustion by injecting fuel through the nozzle 16 and then through Spark ignition is brought by means of a spark plug, not shown in the combustion chamber 10 for combustion.
  • gasoline, gas, hydrogen or alcohol is used as the fuel, the enrichment of the air can also take place in a suction pipe or an inlet channel 17 of the cylinder head. Then, the compressed mixture contained in the combustion chamber 10 is brought to combustion by spark ignition by means of a spark plug.
  • the enrichment of the combustion air with fuel can also be done in the compression cylinder 4 through a nozzle 18. Subsequently, the compressed mixture contained in the combustion chamber 10 is brought to combustion by spark ignition by means of a spark plug.
  • the enrichment of the air can also be done partially in the intake manifold or in the intake passage 17 in the cylinder head, in the compression cylinder 4 through the nozzle 18 and / or in the combustion chamber 10 through the nozzle 16. It is understood that the other combustion chambers 11, 12, 13 may also have corresponding nozzles 16. Subsequently, the compressed fuel-air mixture located in the combustion chamber 10 is brought to combustion by spark ignition by means of a spark plug.
  • the working piston 7 is approximately in the lower dead center (see Fig. 3f), which causes the combustion chamber exhaust valve 15a of the first combustion chamber 10 closes.
  • the power piston 7 pushes the expanded, burnt mixture through the open exhaust valves 9 from the power cylinder 6 through the exhaust port 19 of the cylinder head into the exhaust.
  • the compression piston 4 is on the way to the lower dead center. Through the open intake valves 8 air is sucked.
  • the exhaust valves 9 are closed and the burnt mixture in the first combustion chamber 10 is now directed into the working cylinder 6 by opening the first combustion chamber exhaust valve 15a.
  • the second combustion chamber inlet valve 14b of the second same-sized combustion chamber 13 is opened and on the way of the compression piston 5 from the bottom dead center to the top dead center, the previously aspirated air or the fuel-air mixture is now in the Combustion chamber 13 is pressed and compressed.
  • the working piston 7 is on the way from the top dead center to the bottom dead center.
  • the first combustion chamber exhaust valve 15a and the exhaust valves 9 open wherein the compression piston 5 is approximately at the top dead center.
  • the second combustion chamber intake valve 14b closes and the intake valves 8 open.
  • the compression cylinder 4 and the working cylinder 6 are arranged next to one another in a plane perpendicular to the longitudinal axis 2 of the crankshaft.
  • the working piston 5 is articulated to the crankshaft via a multi-part articulated connecting rod 20, the articulated connecting rod 20 having at least two connecting rods 21, 22, the connecting rods 21, 22 being connected at the end via at least one first rotary joint 23 are connected, wherein the other end of the first connecting rod 21 of the articulated 20 is pivotally mounted to the working piston 7 and the other end of the second connecting rod 22 of the articulated joint articulated to a crank arm 3 of the crankshaft.
  • a Querpleuel 24 is articulated end, wherein the Querpleuel 24 is rotatably mounted about a rotation axis 25 in the manner of a Wippstange.
  • the Querpleuel 24 must not necessarily have a straight shape.
  • the other end of the Querpleuels 24 is pivotally connected via at least one second pivot 26 with at least one third connecting rod 27 with the compression piston 5.
  • the illustrated form of the kinematic coupling of compression piston 5, working piston 7 and crankshaft causes the compression piston 5 and the working piston 7 always perform an opposite movement during the four-stroke cycle. Due to the articulated connection via articulated connecting rod 20 and transverse connecting rod 24, the compression piston 5 and the working piston 7 can be moved up and down with lower friction losses, which leads to an increase in the overall efficiency in fuel combustion.
  • the longitudinal axis 2 of the crankshaft is below the axis of rotation of the first rotary joint 23 and below that of the first rotary joint 23
  • Rotary axis of the second pivot 26 is arranged.
  • the Longitudinal axis 2 of the crankshaft extending below the axis of rotation 25 of the Querpleuels 24.
  • the longitudinal axis 2 of the crankshaft is spaced laterally in the horizontal direction from the axis of rotation of the first rotary joint 23 and, preferably, in the region between the axes of rotation of the first rotary joint 23 and the second rotary joint 26. This structure leads to very low friction losses and thus to a high degree of energy utilization in fuel combustion.
  • the longitudinal axis 2 of the crankshaft extends in the horizontal direction in the region between the axis of rotation 25 of the transverse splint 24 and the axis of rotation of the first rotary joint 23. In the horizontal direction, the longitudinal axis 2 of the crankshaft is correspondingly spaced from the central longitudinal axis of the working piston 7.
  • the connecting rods 21, 27 are each articulated in the region of the central longitudinal axis of the working piston 7 and of the compression piston 5.
  • the axis of rotation 25 of the transverse splint 24 is located in the vertical direction between the axis of rotation of the first pivot joint 23 and the axis of rotation of the second pivot joint 26.
  • an eccentric mounting of the transverse splint 24 may be provided to allow the movement of the piston 5, 7 with even lower friction losses in the cylinders 4, 6.
  • the eccentric bearing has an effect on the connecting rod of the two connecting rods 21, 27, which are hinged to the piston 5, 7 or the bearing are changed by means of servomotor in position.
  • the Querpleuel 24 may be mounted eccentrically on a rotating shaft. It is also possible that different widely spaced positions are given, at which the Querpleuel 24 can store centric or eccentric.
  • the bearing defining the axis of rotation 25 of the transverse splint 24 can be arranged on a bolt, a step-adjustable bolt or a rotating shaft, which can also be mounted eccentrically.
  • the cylinders 5, 7 can be arranged inclined to the vertical motor axis. Here there can be a positive or negative inclination to the motor axis. In principle, however, the cylinders 5, 7 can also be arranged parallel to one another.
  • the compression piston 5 can also be arranged on the, relative to FIG. 1, right side of the working piston 7, with the same arrangement of the longitudinal axis 2 of the crankshaft. In principle, however, other arrangements of crank axle to piston 5, 7 are also advantageous and possible.
  • the articulated trunnion 20 can also consist of more than two connecting rods 21, 22. Further connecting rods may be provided in order to achieve a desired minimization of the friction losses during the up and down movement of the pistons 5, 7 in the cylinders 4, 6.
  • the compression cylinder 4 and the working cylinder 6 may also have different cylinder volumes with respect to the cylinder volume between the top dead center and the bottom dead center of the compression piston 5 and the working piston 7.
  • the same or different cylinder geometries are possible.
  • pistons 5, 7 of round cross-sectional shape can be combined with pistons 5, 7 of oval cross-sectional shape.
  • the illustrated internal combustion engine 1 can also be operated with turbo or compressor charging.
  • a change in the cylinder volume can also be achieved by changing the length of the transverse splint 24 or the arrangement of the axis of rotation 25 of the cross-control rod 24, which has a change in the stroke of the compression piston 5 result.
  • FIGS. 4 to 6 show alternative embodiments of internal combustion engines 28, wherein the components which correspond to the internal combustion engine 1 illustrated and described in FIGS. 1 to 3 have been provided with the same reference numerals. Hereinafter, only the differences between the internal combustion engines 1 and 28 will be described.
  • the internal combustion engine 28 has at the location of combustion chambers at least two separate and the compression cylinder 4 and the working cylinder 6 interconnecting compression chambers 29, 30, which may have the same size as shown in FIG. 5.
  • the compression chambers 29, 30 are provided for compressing air or for compressing a fuel-air mixture, wherein the ignition and the combustion of the fuel-air mixture in the embodiment shown in Fig. 4 in the working cylinder 6 take place.
  • Each compression chamber 29, 30 is connected via at least one compression chamber inlet valve 31a, 31b to the compression cylinder 4 and via at least one compression chamber outlet valve 32a, 32b to the working cylinder 6.
  • the valves 8, 31a, 31b, 32a, 32b, 9 are controlled such that the compression chambers 29, 30 are alternately drivable for compression.
  • the valves 8, 31a, 31b, 32a, 32b, 9 are arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the working cylinder 4 and the compression cylinder 6, respectively.
  • the compression chamber inlet valves 31a, 31b and the compression chamber exhaust valves 32a, 32b are arranged perpendicular to the respective cylinder longitudinal axis.
  • more than two compression chambers 29, 30 may be provided.
  • the operation of the internal combustion engine 28 shown in FIG. 4 will be described below.
  • the air is sucked through the open intake valves 8 in the downward movement of the compression piston 5 in the compression cylinder 4.
  • the compression chamber inlet valve 31a of the first compression chamber 29 opens.
  • the sucked air is pressed into the first compression chamber 29, in which the compression chamber outlet valve 32 a is closed.
  • the first compression chamber inlet valve 31a closes.
  • the working piston 7 now begins approximately the way up and pushes the relaxed exhaust gases from the open exhaust valves 9 through the outlet passage 19 into the exhaust.
  • the compression piston 5 has now arrived again approximately at the bottom dead center in the compression cylinder 4 and has sucked in the air through the open intake valves 8.
  • the working piston 7 is now just before a position at 360 ° crankshaft revolution.
  • the compressed air is now prepared for combustion by being directed from the first compression chamber 29 through the now open compression chamber outlet valve 32a into the power cylinder 6.
  • fuel is injected. Due to the high pressure, the fuel in the cylinder 6 is brought to combustion by auto-ignition.
  • gasoline, gas, hydrogen or alcohol is used as the fuel, in direct injection, the air for combustion is prepared by being directed into the power cylinder 6 through the open compression chamber exhaust valve 32a.
  • fuel is injected through a nozzle 33 and then brought to combustion with a spark plug 34.
  • the enrichment of the air can also be done in the intake manifold or in the inlet channel 17 of the cylinder head.
  • the compressed mixture contained in the first compression chamber 29 is passed through the open compression chamber discharge valve 32a into the working cylinder 6 and, after closing the compression chamber discharge valve 32a by spark ignition, is caused to burn by spark plug 34.
  • the enrichment of the air can also be done in the compression cylinder through the nozzle 18.
  • the compression chamber 29 located in the first compression chamber te mixture in turn passed through the open compression chamber outlet valve 32 a in the working cylinder 6 and brought to close the compression chamber outlet valve 32 a by spark ignition for combustion.
  • the enrichment of the air can also be done partially in the intake manifold or inlet port 17 in the cylinder head, in the compression cylinder 4 through the nozzle 18 and / or in the compression chamber 29 through the nozzle 16. It is understood that the second compression chamber 30 may have a corresponding nozzle 16. Then, in turn, the compressed mixture contained in the first compression chamber 29 is passed through the open compression chamber outlet valve 32a into the working cylinder 6 and, after closing of the compression chamber outlet valve 32a, brought to combustion by spark ignition.
  • the working piston 7 is after the ignition back on the way down and thereby pushes the compression cylinder 4 located in the compression piston 5 by means of Querpleuels 24 upwards.
  • the compression piston 5 now pushes the air through the opened compression chamber inlet valve 3 Ib in the second compression chamber 30th
  • the working piston 7 is approximately at the bottom dead center, which causes the combustion chamber exhaust valve 32a closes.
  • the power piston 7 pushes the expanded, combusted mixture through the open exhaust valves 9 through the exhaust port 19 of the cylinder head into the exhaust.
  • the compression piston 5 is on the way to the bottom dead center and sucks through the open intake valves 8 air.
  • the outlet valves 9 are closed and the pressure in the second compression chamber 30 is passed through the compression chamber outlet valve 32b into the working cylinder 6 above the working piston 7. Now proceed as described above, based on the second compression chamber 30th
  • valves 31a, 31b, 32a, 32b of the compression chamber may or may not necessarily have mers 29, 30 may be arranged substantially perpendicular to the respective cylinder axis.
  • a preferably vase-shaped combustion chamber 35 is provided in the working piston 7.
  • the combustion chamber 35 is arranged in the working piston 7 and has a cross-sectional geometry such that the air flowing out of the respective compression chamber 29, 30 for combustion of the fuel is conducted into the combustion chamber 35 so that a rotational flow or a vortex of the inflowing Forms the air, in the middle area then fuel is injected.
  • This requires a corresponding geometry of the combustion chamber 35, which is preferably vase-shaped in the illustrated embodiment. From the respective compression chamber 29, 30, the outflowing air strikes the inner wall 36 of the combustion chamber 35 and is thereby deflected, so that a rotating wall flow in the combustion chamber 35 results.
  • the outlet opening of the respective compression chamber 29, 30 may be aligned accordingly aligned with the combustion chamber 35 and may have a correspondingly adapted exit geometry.
  • combustion chamber 35 is shown only schematically in Fig. 6.
  • the combustion chamber 35 can also be arranged further adjacent to the outlet opening of the compression chamber 29, 30.
  • the combustion chamber 35 could also have a different cross-sectional shape, which favors the formation of a rotational flow on the inner wall 36 of the combustion chamber 35.
  • a plurality of combustion chambers 35 may be provided, each combustion chamber 35 being spatially associated with a specific compression chamber 29, 30.
  • a fifth embodiment of an internal combustion engine 28 is shown, which corresponds substantially to the embodiment shown in Fig. 6, but with a mirrored arrangement of compression piston 5 and piston 7, which is another arrangement of the connecting rod for kinematic coupling of the pistons 5, 7th conditionally.
  • FIG. 8 to 10 further embodiments of internal combustion engines 28 are shown, wherein the working piston 7 is articulated via a multi-part articulated connecting rod 20 with the crankshaft.
  • the articulated trunnion 20 in turn has in each case two connecting rods 21, 22, the connecting rods 21, 22 being connected to each other at the end via at least one first swivel joint 23.
  • the other end of a first connecting rod 21 is pivotally connected to the working piston 7 and the other end of a second connecting rod 22 hingedly connected to two crank pins 37 which receive the second connecting rod 22 and write in operation a circular path about the axis of rotation of the crankshaft.
  • the crank pins 37 are connected to a shaft journal 38 of the crankshaft.
  • each connecting rod 39, 40 is articulated via at least one second pivot 26 to a third connecting rod 27.
  • the third connecting rod 27 is pivotally connected respectively to the compression piston 5.
  • the distance between the connecting rods 39, 40 may be chosen so large that a swinging through the crank pin 37 is possible.
  • the axis of rotation 25 can be arranged closer to the axis of rotation of the crankshaft, which has an advantageous effect on the efficiency of fuel combustion and requires a lower overall height.
  • the second connecting rod 22 via a second pivot 41 with the connecting rods 39, 40 is pivotally connected.
  • the first connecting rod 21 is connected via the first pivot 23 to the connecting rods 39, 40.
  • the connecting rods 21, 22 need not necessarily be connected via a common pivot with the Querpleuel, which may also apply to the previously described embodiments of internal combustion engines 1, 28.
  • the transverse connecting rod 24 has a first rocker arm 42 which is articulated to a third connecting rod 27 and extends up to the axis of rotation 25.
  • the Querpleuel 24 has two mutually parallel legs 43, 44 which receive at the ends of the two connecting rods 21, 22 and are pivotally connected to the connecting rods 21, 22.

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verbrennungsmotor (1) mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder (4) verschiebbar aufgenommenen Kompressionskolben (5) und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (6) verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben (7), wobei die Bewegung des Kompressionskolbens (5) und die Bewegung des Arbeitskolbens (7) kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressionskolben (5) während einer einzigen Umdrehung der KurbelwelIe um einen Ansaughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben (7) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder (4) wenigstens ein Einlaßventil (8) zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder (4) bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens (5) und der Arbeitszylinder (6) wenigstens ein Auslaßventil (9) zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder (6) bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens (7) aufweist. Erfindungsgemäß sind zwei voneinander getrennte und den Kompressionszylinder (4) und den Arbeitszylinder (6) miteinander verbindende Brennkammern (10 - 13) zum Zünden und Verbrennen eines Kraftstoff-Luft- Gemisches vorgesehen, wobei jede Brennkammer (10 - 13) über wenigstens ein Brennkammer-Einlaßventil (14a - d) mit dem Kompressionszylinder (4) und über wenigstens ein Brennkammer- Auslaßventil (15a - d) mit dem Arbeitszylinder (6) verbunden ist und wobei die Ventile (8, 9, 14a - d, 15a - d) derart gesteuert sind, daß das Brennkammer- Auslaßventil (15a - d) einer Brennkammer (10 - 13) erst nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dieser Brennkammer (10 - 13) geöffnet wird und daß die Brennkammern (10 - 13) abwechselnd für eine Verbrennung ansteuerbar sind.

Description

Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder verschiebbar aufgenomme- nen Kompressionskolben und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben, wobei die Bewegung des Kompressionskolbens und die Bewegung des Arbeitskolbens kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressionskolben während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaug- hub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder wenigstens ein Einlaßventil zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder bei einer Ab- wärtsbewegung des Kompressionskolbens und der Arbeitszylinder wenigstens ein Auslaßventil zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens aufweist.
Als Verbrennungsmotoren zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, Maschinen und dergleichen werden derzeit fast ausschließlich Hubkolbenmotoren, die nach dem Otto- oder Diesel-Prinzip arbeiten, verwendet. Die Mängel dieser Motoren, unter anderem nicht zufriedenstellender Wirkungsgrad, hohe Schadstoffemission, insbesondere beim Kaltstart, erhebliche Geräuschentwicklung und dergleichen sind bekannt und beruhen zum großen Teil darauf, daß die Über- führung des flüssigen Brennstoffes in den gasförmigen Zustand, die Gemischbildung, die Zündung und die Verbrennung alle innerhalb eines sehr kleinen, kurz dauernden Teiles des Arbeitszyklus sowie unter stark wechselnden und daher schlecht beherrschbaren Strömungsverhältnissen stattfinden müssen.
Aus der DE 602 25 451 T2 ist ein Motor bekannt, der eine Kurbelwelle aufweist, die um eine Kurbelwellenachse des Motors rotiert. Darüber hinaus ist ein Arbeitskolben vorgesehen, der verschiebbar innerhalb eines ersten Zylinders aufgenommen ist und operativ mit der Kurbelwelle verbunden ist, so daß sich der Arbeitskolben während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub eines Viertaktzyklus hin- und
BESTÄTIGUNG8KOPJE herbewegt. Weiter ist ein Kompressionskolben vorgesehen, der verschiebbar innerhalb eines zweiten Zylinders aufgenommen ist und operativ mit der Kurbelwelle verbunden ist, so daß sich der Kompressionskolben während derselben Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaughub und einen Kompressi- onshub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt. Der erste und der zweite Zylinder sind durch einen Gasdurchgang miteinander verbunden, wobei der Gasdurchgang ein Einlaßventil und ein Auslaßventil enthält, die zwischen sich eine Druckkammer definieren, wobei das Einlaßventil und das Auslaßventil des Gasdurchgangs während des gesamten Viertaktzyklus im wesentlichen mindestens einen vorgegebenen Zündbedingungsgasdruck in der Druckkammer aufrecht erhalten. Um die Zündposition des Arbeitskolbens zu erreichen, muß die Kurbelwelle um mindestens 20° über eine Position hinaus rotieren, in der sich der Arbeitskolben in seiner oberen Todpunktposition befindet. Die Zündposition wird somit erst dann erreicht, wenn der Arbeitskolben in der Abwärtsbewegung ist und einen vorgegebenen Abstand zum oberen Todpunkt erreicht hat. Der aus dem Stand der Technik bekannte Motor weist ebenfalls einen nicht zufriedenstellenden Wirkungsgrad auf, der mit höheren Schadstoffemissionen verbunden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, der sich von den aus dem Stand der Technik bekannten Motoren durch einen höheren Wirkungsgrad, ein gutes Drehmomentverhalten, eine geringe Schadstoffemission und geringe Herstellungs- sowie Betriebskosten auszeichnet.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe sind bei einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art bei einer ersten alternativen Ausführungsform der Erfindung wenigstens zwei voneinander getrennte und den Kompressionszylinder und den Arbeitszylinder miteinander verbindende Brennkammern zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen, wobei jede Brennkammer über wenigstens ein Brennkammer-Einlaßventil mit dem Kompressionszylinder und über ein Brennkammer-Auslaßventil mit dem Arbeitszylinder verbunden ist und wobei die Ventile derart gesteuert sind, daß das Brennkammer-Auslaßventil einer Brennkammer erst nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dieser Brennkammer geöffnet wird und daß die Brennkammern abwechselnd für eine Verbrennung angesteuert werden. Die Erfindung betrifft einen Hubkolben- Verbrennungsmotor, wobei der Ansaug- und Verdichtungsvorgang von wenigstens einem Kompressionskolben und der Arbeits- und Ausdrückvorgang von wenigstens einem Arbeitskolben ausgeführt wird. Die beiden Kolben sind gegenüberliegend angeordnet. Zwischen dem Arbeitszylinder und dem Kompressionszylinder besteht eine Verbindung durch wenigstens zwei im Zylinderkopf befindliche Brennkammern, in denen das Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Verbrennung gebracht wird, was durch Fremd- oder durch Selbstzündung (Dieselkraftstoff/Biodiesel) gesche- hen kann. Die beiden Brennkammern werden abwechselnd, jeweils nur jede zweite Umdrehung angesteuert, so daß für die Gemischaufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und für die Verbrennung in der Brennkammer ausreichend Zeit zur Verfügung steht. Dementsprechend ist die Steuerung der Ventile ausgebildet, wobei nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft- Gemisches in einer Brennkammer dieselbe Brennkammer erst nach Drehung der Kurbelwelle um 720° angesteuert und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch erneut in dieser Brennkammer verbrannt wird. Die abwechselnde Verbrennung in wenigstens zwei Brennkammern stellt eine weitgehend vollständige Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches sicher und trägt zu einer geringeren Schadstoffemission bei. In der Folge zeichnet sich der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor durch einen höheren Wirkungsgrad aus als die aus dem Stand der Technik bekannten Motoren und weist geringe Herstellungs- sowie Betriebskosten auf.
Die Brennkammern können grundsätzlich eine gleiche Größe aufweisen. Es können auch wenigstens zwei Brennkammer-Paare mit jeweils zwei Brennkammern gleicher Größe vorgesehen sein, wobei die Brennkammern eines ersten Brennkammer-Paars größer als die Brennkammern eines zweiten Brennkammer-Paars sein können und wobei jeweils die beiden Brennkammern ei- nes Brennkammer-Paars, d. h. jeweils gleich große Brennkammern, abwechselnd für eine Verbrennung ansteuerbar sind. Bei langsamer Fahrt im Stadtverkehr, wenn die Zylinder einen geringeren Füllgrad haben, kann ein Brennkammer-Paar mit kleineren Brennkammern angesteuert und dadurch der Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht werden. Bei schnellerer Fahrt und maxi- maier Zylinderfüllung kann dagegen das Brennkammer-Paar mit den größeren Brennkammern angesteuert werden. Dadurch lassen sich die Kraftstoffausnut- zung verbessern und ein hoher Wirkungsgrad der Verbrennung sicherstellen. Die Verbrennung findet dabei jeweils abwechselnd in gleich großen Brennkammern statt.
Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß wenigstens zwei Brennkammer-Paare mit jeweils zwei Brennkammern unterschiedlicher Größe vorgesehen sind, wobei jeweils die beiden unterschiedlich großen Brennkammern eines Brennkammer-Paars gemeinsam für eine Verbrennung ansteuerbar sind und wobei die Brennkammer-Paare abwech- selnd angesteuert werden. Auch hier ist es vorzugsweise so, daß die Brennkammer-Paare jeweils ein gleich großes Gesamtbrennkammervolumen aufweisen, wobei sich das Gesamtbrennkammervolumen zusammensetzt aus den Volumina der einem Brennkammer-Paar zugeordneten Brennkammern mit unterschiedlicher Größe. Das Gesamtvolumen der größeren Brennkammer und der kleineren Brennkammer eines Brennkammer-Paars kann für eine maximale Zylinderfüllung ausgelegt sein. Beispielsweise können eine große und eine kleine Brennkammer ein Brennkammerpaar bilden und jeweils gleichzeitig für eine Verbrennung angesteuert werden. Bei der nächsten Umdrehung der Kurbelwelle werden dann eine größere Brennkammer und eine kleinere Brennkammer eines weiteren Brennkammer-Paars für eine Verbrennung angesteuert. In diesem Zusammenhang kann die größere Brennkammer ca. doppelt so groß wie die kleinere Brennkammer sein. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Größenverhältnisse möglich.
Das Ansteuern bzw. An- und Abschalten der Ventile kann elektrisch, pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch geschehen. Es können auch selbsttätige, durch den im Zylinder herrschenden Gasdruck betätigte Ventile, sogenannte Flatterventile, vorgesehen sein.
Die Ansteuerung der Ventile kann das Öffnen des Brennkammer-Auslaßventils bei Rotation der Kurbelwelle um weniger als 20°, vorzugsweise weniger als 10°, insbesondere weniger als 5°, über eine Position hinaus vorsehen, in der sich der Arbeitskolben in seiner oberen Todpunktposition befindet. Vorzugsweise wird das Brennkammer-Auslaßventil geöffnet, wenn sich der Arbeitskolben unmittelbar im oberen Todpunkt befindet, mit einer Abweichung von ± 1° bis 4° bezogen auf die Rotation der Kurbelwelle. Beim Öffnen des Brennkammer-Auslaßventils ist die Verbrennung des Kraftstoff-Luft- Gemisches in der Brennkammer vorzugsweise vollständig oder im wesentlichen vollständig erfolgt und der Verbrennungsvorgang insoweit abgeschlossen. Das verbrannte Gemisch wird dann durch Öffnen des Brennkammer- Auslaßventils der angesteuerten Brennkammer in den Arbeitszylinder geleitet.
In konstruktiver Hinsicht wird die kinematische Kopplung der Bewegung von Kompressionskolben und Arbeitskolben mit der Kurbelwelle vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Kompressionskolben und der Arbeitskolben wäh- rend eines Viertaktzyklus bei der Bewegung vom jeweiligen oberen Todpunkt in den jeweiligen unteren Todpunkt und zurück durchgehend eine gegenläufige Bewegung ausführen. Vorzugsweise sind dabei der Kompressionszylinder und der Arbeitszylinder nebeneinander in einer Ebene quer zur Längsachse der Kurbelwelle, insbesondere senkrecht zur Längsachse der Kurbelwelle, an- geordnet. Dies führt zu einem platzsparenden Aufbau des Verbrennungsmotors und ermöglicht eine kinematische Kopplung der Bewegung von Kompressionskolben und Arbeitskolben bei geringen Reibungsverlusten, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist bei einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß bei einer alternativen Ausfuhrungsform vorgesehen, daß der Arbeitskolben über ein mehrteiliges Knickpleuel mit der Kurbelwelle gelenkig verbunden ist, wobei das Knickpleuel wenigstens zwei Pleuelstangen aufweist, wobei die Pleuelstangen endseitig über wenigstens ein erstes Drehgelenk verbunden sind, wobei das andere Ende einer ersten Pleuelstange des Knickpleuels gelenkig mit dem Arbeitskolben und das andere Ende einer zweiten Pleuelstange des Knickpleuels gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden ist, nämlich mit einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle, wobei an dem ersten Drehgelenk ein Querpleuel endseitig angelenkt ist, wobei das Querpleuel in der Art einer Wippstange um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das andere Ende des Querpleuels über wenigstens ein zweites Drehgelenk mit wenigstens einer dritten Pleuelstange gelenkig verbunden ist und wobei die dritte Pleuelstange mit dem Kompressionskolben gelenkig verbunden ist. Durch die vorgeschlagene kinematische Kopplung von Kompressionskolben, Arbeitskolben und Kurbelwelle können in der Auf- und Abbewegung der Kolben die Reibkräfte an den Zylinderwänden verrin- gert werden, was eine verbesserte Kraftübertragung auf die Kurbelwelle bewirkt und somit zu einer Drehmomentsteigerung führt. Durch die Teilung des Knickpleuels unter dem Arbeitskolben wird eine verbesserte Krafteinbringung in die Rotation der Kurbelwelle erreicht, wobei durch die Verbindung des Ar- beitskolbens mit dem Kompressionskolben durch das Querpleuel der Druck über dem Arbeitskolben nahezu ohne Verluste zur Verdichtung genutzt werden kann. Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen gelenkigen Verbindung zwischen dem Arbeitskolben und dem Kompressionskolben mit der Kurbelwelle muß weniger Energie aus der Rotation entnommen werden, um die Ver- dichtung über dem Kompressionskolben zu bewirken. Dabei wird die Restenergie der verbrannten Gase im Arbeitszylinder, bevor der Arbeitskolben den unteren Todpunkt erreicht hat, noch ausgenutzt, um den Kompressionskolben nach oben zu bewegen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Motoren geht dieser Restenergieanteil verloren mit dem Ausdrücken des verbrann- ten Gases in das Abgassystem. Der beschriebene Kurbeltrieb des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors trägt somit zu einem höheren Wirkungsgrad, einem besseren Drehmomentverhalten sowie geringeren Schadstoffemissionen bei geringen Herstellungs- und Betriebskosten bei.
Weitere Vorteile und Merkmale des bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor vorgesehenen Kurbeltriebes sind in der Zeichnung und in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgesehen, daß wenigstens zwei voneinander getrennte und den Kompressionszylinder und den Arbeitszylinder miteinander verbindende Kompressionskammern zum Verdichten von Luft oder zum Verdichten eines Kraftstoff-Luft- Gemisches vorgesehen sind, bzw. zur Aufnahme von im Kompressionszylin- der verdichteter Luft bzw. zur Aufnahme eines verdichteten Kraftstoff-Luft- Gemisches, wobei das Zünden und die Verbrennung des Kraftstoff-Luft- Gemisches im Arbeitszylinder erfolgen, wobei jede Kompressionskammer über wenigstens ein Kompressionskammer-Einlaßventil mit dem Kompressionszylinder und über wenigstens ein Kompressionskammer-Auslaßventil mit dem Arbeitszylinder verbunden ist und wobei die Ventile derart gesteuert sind, daß die Kompressionskammern abwechselnd für eine Verdichtung ansteuerbar sind.
Diese Ausführungsform der Erfindung betrifft wiederum einen Hubkolben- Verbrennungsmotor, bei dem der Ansaug- und Verdichtungsvorgang in einem Kompressionszylinder mit Kompressionskolben und der Arbeits- und Ausdrückvorgang in einem Arbeitszylinder mit Arbeitskolben ausgeführt werden. Vorzugsweise sind die beiden Zylinder-Kolben-Anordnungen gegenüberliegend angeordnet, so wie dies oben bereits beschrieben worden ist. Zwischen dem Kompressionszylinder und dem Arbeitszylinder besteht eine Verbindung durch wenigstens zwei im Zylinderkopf befindliche Kompressionskammern, in die die durch den Kompressionskolben angesaugte Luft während des Verdichtungstaktes hineingedrückt wird. Die Luft kann in der Kompressionskammer als Gasgemisch für die Verbrennung oder erst nachdem sie in den Arbeitszylinder "entlassen" worden ist, über dem Arbeitskolben aufbereitet werden. Gezündet wird jedoch erst im Arbeitszylinder, je nach Kraftstoffart durch Selbstzündung oder durch Fremdzündung. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor mit zwei Kompressionskammern führt zu einem höheren Wirkungsgrad bei der Kraftstoffverbrennung, zu einem besseren Drehmo- mentverhalten und zu geringeren Schadstoffemissionen bei gleichzeitig geringen Herstellungs- und Betriebskosten.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die Ansteuerung der Ventile das Öffnen des Kompressionskammer-Auslaßventils bei Rotation der Kurbelwelle um mehr als 340° bis 360°, vorzugsweise mehr als 350° bis 360°, insbesondere mehr als 355° bis 360°, vorsehen, wobei sich der Arbeitskolben bei Rotation der Kurbelwelle um 360° in seiner oberen Todpunktposition befindet. Vorzugsweise erfolgt das Einleiten der verdichteten Luft bzw. des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches somit unmittelbar, bevor der Arbeitskol- ben seinen oberen Todpunkt erreicht hat. Mit dem Einleiten des Druckes aus einer Kompressionskammer in den Arbeitszylinder wird somit vor dem Erreichen einer 360°-Kurbelwellenumdrehung begonnen. Das Kompressionskammer-Auslaßventil schließt vorzugsweise, bevor es zum Zünden und Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Arbeitszylinder kommt. Wesent- lieh dabei ist, daß die beiden Kompressionskammern abwechselnd, d.h. jeweils nur jede zweite Umdrehung, angesteuert werden, so wie dies eingangs im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform eines Verbrennungsmotors mit zwei Brennkammern beschrieben worden ist.
Die Kompressionskammern können eine gleiche Größe aufweisen. Es können auch wenigstens zwei unterschiedliche Kompressionskammerpaare mit jeweils zwei Kompressionskammern gleicher Größe vorgesehen sein, wobei die Kompressionskammern eines ersten Kompressionskammer-Paars größer sind als die Kompressionskammern eines zweiten Kompressionskammer-Paars und wobei jeweils die beiden gleichen Kompressionskammern eines Kompressi- onskammer-Paars abwechselnd für eine Verdichtung ansteuerbar sind. Auch ist es möglich, daß wenigstens zwei Kompressionskammer-Paare mit jeweils wenigstens zwei Kompressionskammern unterschiedlicher Größe vorgesehen sind, wobei jeweils die beiden unterschiedlich großen Kompressionskammern eines Kompressionskammer-Paars gemeinsam für eine Verdichtung ansteuer- bar sind und wobei die Kompressionskammer-Paare abwechselnd angesteuert werden.
Durch Wasser, destilliertes Wasser oder auch deren Gemische in Verbindung mit Alkohol und gegebenenfalls weiteren Komponenten kann die Temperatur der Verbrennungsluft bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorteilhaft beeinflußt werden. In diesem Zusammenhang ist es bei einer vierten alternativen Ausführungsform der Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgesehen, daß wenigstens eine Einrichtung zum Einspritzen von Wasser und/oder destilliertem Wasser und/oder Alkohol und/oder einer Mischung aus Wasser und Alkohol und gegebenenfalls weiteren Stoffen in den Kompressionszylinder und/oder in eine den Kompressionszylinder und den Arbeitszylinder miteinander verbindende Brennkammer und/oder in eine den Kompressionszylinder und den Arbeitszylinder miteinander verbindende Kompressionskammer und/oder in einen Ansaugtrakt des Kompressionszylinders vorgese- hen ist. Durch einen ausreichend hohen Wasseranteil im Kraftstoff-Luft- Gemisch kann insbesondere eine Selbstzündung bei der Kompression des Gasgemisches ausgeschlossen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors der vorbeschriebenen Art mit den anhand der Zeichnung beschriebenen Verfahrensschritten. Die vorgenannten Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die nachfolgend beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in einer beliebigen Kom- bination realisiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Aus- führungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Aus fiihrungs form eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei Brennkammern in einer Querschnittsansicht, wobei Ventile der Brennkammern im wesentlichen parallel zu den Zylinderachsen ange- ordnet sind,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit vier Brennkammern in einer Ansicht von oben, wobei Ventile der Brennkam- mern im wesentlichen senkrecht zu den Zylinderachsen angeordnet sind,
Fig. 3a bis f eine schematische Darstellung des Viertakt-Zyklus des in Fig. 1 dargestellten Verbrennungsmotors beim Betrieb des Verbren- nungsmotors,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei Kompressionskammern in einer Querschnittsansicht, wobei Ventile der Kompressionskammern im wesentlichen parallel zu den Zylinderachsen angeordnet sind,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei Kompres- sionskammern in einer Ansicht von oben, wobei Ventile der Kompressionskammern im wesentlichen senkrecht zu den Zylinderachsen angeordnet sind,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei Kompressionskammern und wenigstens einer Brennkammer im Arbeitskolben in einer Querschnittsansicht,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit zwei Kompressionskammern und mit wenigstens einer Brennkammer im Arbeitskolben in einer Querschnittsansicht und
Fig. 8 bis 10 Perspektivische Darstellungen weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei der Arbeitskolben über ein mehrteiliges Knickpleuel mit der Kurbelwelle gelenkig verbunden ist.
In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 in einer schematischen Querschnittsan- sieht dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Kurbelwelle auf, die nicht im einzelnen dargestellt ist. Dargestellt ist jedoch die Längsachse 2 der Kurbelwelle, um die ein Kurbelarm 3 beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 rotiert. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen in einem Kompressionszylinder 4 verschiebbar aufgenommenen Kompressionskolben 5 und einen in einem Arbeitszylinder 6 verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben 7 auf, wobei die Bewegung des Kompressionskolbens 5 und die Bewegung des Arbeitskolbens 7 kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressionskolben 5 während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzy- klus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben 7 während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt. Der Kompressionszylinder 4 weist wenigstens zwei Einlaßventile 8 zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder 4 bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens und der Arbeitszylinder 7 zwei Auslaßventile 9 zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder 6 während einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens 7 auf. Die Einlaßventile 8 und die Auslaßventile 9 sind senkrecht zu den Zylinderachsen von Kompressionszylinder 4 und Arbeitszylinder 6 angeordnet.
Um für die Gemischaufbereitung und die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft- Gemisches ausreichend Zeit zur Verfügung zu stellen, sind wenigstens zwei, vorzugsweise vier voneinander getrennte und den Kompressionszylinder 4 und den Arbeitszylinder 6 miteinander verbindende Brennkammern 10 - 13 zum Zünden und Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen. Dies ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Jede Brennkammer 10 - 13 ist über wenigstens ein Brennkammer-Einlaßventil 14a - d mit dem Kompressionszylinder 4 und über wenigstens ein Brennkammer-Auslaßventil 15a - d mit dem Arbeitszylinder 6 verbunden. Die Ventile 8, 9, 14a - d, 15a - d sind derart gesteuert, daß das Brennkammer- Auslaßventil 15a - d einer Brennkammer 10 - 13 erst nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dieser Brennkammer 10 - 13 geöffnet wird und daß die Brennkammern 10 - 13 abwechselnd für eine Verbrennung ansteuerbar sind. Dadurch kann eine weitgehend vollständige Verbrennung des Kraftstoffes in den Brennkammern 10 - 13 sichergestellt werden, was zu einem höheren Wirkungsgrad und einer geringe- ren Schadstoffemission des dargestellten Verbrennungsmotors 1 führt. In Fig. 1 ist lediglich eine Brennkammer 10 dargestellt mit einem Brennkammer- Einlaßventil 14a und einem Brennkammer-Auslaßventil 15a. Die Brennkammerventile 14a, 15a sind parallel zu den Längsachsen des Kompressionszylinders 4 und des Arbeitszylinders 6 angeordnet.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Verbrennungsmotors 1 mit vier Brennkammern 10 - 13 dargestellt, wobei hier die Brennkammer- Einlaßventile 14a - d und die Brennkammer-Auslaßventile 15a - d senkrecht zur Längsachse des Kompressionszylinders 4 und senkrecht zur Längsachse des Arbeitszylinders 6 angeordnet sind. Dadurch wird die Verbrennung des Kraftstoffs in den Brennkammern 10 - 13 möglichst wenig durch die Ventile 14a - d, 15a - d gestört. Grundsätzlich ist es aber auch hier möglich, daß die Brennkammer-Einlaßventile 14a - d und/oder die Brennkammer- Auslaßventile 15a - d parallel zu der Längsachse des Kompressionszylinders 4 bzw. zur Längsachse des Arbeitszylinders 6 angeordnet sind. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, weisen die Brennkammern 10 und 13 ein größeres Brennkammervolumen auf als die Brennkammern 11 und 12. Bei langsamer Fahrt im Stadtverkehr, wenn die Zylinder einen geringeren Füllgrad haben, können die kleineren Brennkammern 11, 12 abwechselnd angesteuert werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht. Für eine maximale Zylinderfüllung können dagegen die größeren Brennkammern 10, 13 abwechselnd angesteuert werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Größen der Brennkammern 10 - 13 so zu wählen, daß das Brennkammervolumen der größeren Brennkammern 10, 13 ca. doppelt so groß ist wie das Brennkammervo- lumen der kleineren Brennkammern 11, 12. Das Gesamtbrennkammervolumen einer größeren Brennkammer 10, 13 und einer kleineren Brennkammern 11, 12 kann dann für eine maximale Zylinderfüllung ausreichend sein. Dann könnten beispielsweise die Brennkammern 10 und 11 und die Brennkammern 12 und 13 jeweils gleichzeitig angesteuert werden. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die in Fig. 2 dargestellten Größenverhältnisse beschränkt ist.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Verbrennungsmotors 1 im einzelnen beschrieben. Luft wird durch die geöffneten Einlaßventile 8 bei der Ab- wärtsbewegung des Kompressionskolbens 5 in den Kompressionszylinder 4 eingesaugt. Am unteren Todpunkt des Kompressionskolbens 5 schließt die Einlaßventile 8 und das Brennkammer-Einlaßventil 14a der ersten Brennkammer 10 öffnet. Dies ist schematisch in den Fig. 3a und 3b dargestellt.
Bei der Aufwärtsbewegung des Kompressionskolbens 5 (vgl. Fig. 3c - 3f) wird die angesaugte Luft in die erste Brennkammer 10 gedrückt, bei der das Brennkammer- Auslaßventil 15a zunächst geschlossen ist. Wenn der Kompressionskolben 5 am oberen Todpunkt angekommen ist, schließt das erste Brennkammer-Einlaßventil 14a der Brennkammer 10.
Wird als Kraftstoff Diesel oder Bioöl eingesetzt, wird jetzt die Luft für die Verbrennung vorbereitet, indem Kraftstoff durch eine Düse 16 in die Brennkammer 10 eingespritzt und dabei durch Selbstzündung zur Verbrennung gebracht wird. Wird als Kraftstoff Benzin, Gas, Wasserstoff oder Alkohol einge- setzt, wird bei Direkteinspritzung die Luft für die Verbrennung vorbereitet, indem Kraftstoff durch die Düse 16 eingespritzt und anschließend durch Fremdzündung mittels einer nicht dargestellten Zündkerze in der Brennkammer 10 zur Verbrennung gebracht wird. Wird als Kraftstoff Benzin, Gas, Wasserstoff oder Alkohol eingesetzt, kann die Anreicherung der Luft auch in einem Saugrohr oder einem Einlaßkanal 17 des Zylinderkopfes geschehen. Dann wird das in der Brennkammer 10 befindliche verdichtete Gemisch durch Fremdzündung mittels Zündkerze zur Verbrennung gebracht. Die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Kraftstoff kann auch im Kompressionszylinder 4 durch eine Düse 18 erfolgen. Anschließend wird das in der Brennkammer 10 befindliche verdichtete Gemisch durch Fremdzündung mittels Zündkerze zur Verbrennung gebracht. Die Anreicherung der Luft kann auch teilweise im Saugrohr oder im Einlaßkanal 17 im Zylinderkopf, im Kompressionszylinder 4 durch die Düse 18 und/oder in der Brennkammer 10 durch die Düse 16 geschehen. Es versteht sich, daß die anderen Brennkammern 11, 12, 13 ebenfalls entsprechende Düsen 16 aufweisen können. Anschließend wird das in der Brennkammer 10 befindliche verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Fremdzündung mittels Zündkerze zur Verbrennung gebracht.
Sobald der Kompressionskolben 5 im oberen Todpunkt ist, befindet sich der Arbeitskolben 7 ungefähr im unteren Todpunkt (vgl. Fig. 3f), was dazu führt, daß das Brennkammer- Auslaßventil 15a der ersten Brennkammer 10 schließt. Als nächstes drückt der Arbeitskolben 7 das entspannte, verbrannte Gemisch durch die geöffneten Auslaßventile 9 aus dem Arbeitszylinder 6 durch den Auslaßkanal 19 des Zylinderkopfes in den Auspuff.
Gleichzeitig ist der Kompressionskolben 4 auf dem Weg zum unteren Todpunkt. Durch die geöffneten Einlaßventile 8 wird Luft angesaugt. Ist der Arbeitskolben 7 im oberen Todpunkt angekommen, werden die Auslaßventile 9 geschlossen und das in der ersten Brennkammer 10 befindliche verbrannte Gemisch wird jetzt durch Öffnen des ersten Brennkammer- Auslaßventils 15a in den Arbeitszylinder 6 geleitet.
Ungefähr zeitgleich schließen die Einlaßventile 8, das zweite Brennkammer- Einlaßventil 14b der zweiten gleich großen Brennkammer 13 wird geöffnet und auf dem Weg des Kompressionskolbens 5 vom unteren Todpunkt zum oberen Todpunkt wird die vorher angesaugte Luft bzw. das Kraftstoff-Luft- Gemisch nun in die Brennkammer 13 gedrückt und dabei verdichtet. An- schließend wird jetzt wie oben beschrieben verfahren, lediglich in bezug auf die Brennkammer 13. Dabei ist der Arbeitskolben 7 auf dem Weg vom oberen Todpunkt zum unteren Todpunkt. Beim unteren Todpunkt schließt das erste Brennkammer-Auslaßventil 15a und die Auslaßventile 9 öffnen, wobei sich der Kompressionskolben 5 ungefähr am oberen Todpunkt befindet. Dann schließt das zweite Brennkammer-Einlaßventil 14b und die Einlaßventile 8 öffnen.
Gemäß Fig. 1 sind der Kompressionszylinder 4 und der Arbeitszylinder 6 ne- beneinander in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 2 der Kurbelwelle angeordnet.
Wie sich aus Fig. 1 weiter ergibt, ist der Arbeitskolben 5 über ein mehrteiliges Knickpleuel 20 mit der Kurbelwelle gelenkig verbunden, wobei das Knick- pleuel 20 wenigstens zwei Pleuelstangen 21, 22 aufweist, wobei die Pleuelstangen 21, 22 endseitig über wenigstens ein erstes Drehgelenk 23 verbunden sind, wobei das andere Ende der ersten Pleuelstange 21 des Knickpleuels 20 gelenkig mit dem Arbeitskolben 7 und das andere Ende der zweiten Pleuelstange 22 des Knickpleuels gelenkig an einem Kurbelarm 3 der Kurbelwelle gelagert ist. An dem ersten Drehgelenk 23 ist ein Querpleuel 24 endseitig angelenkt, wobei das Querpleuel 24 in der Art einer Wippstange um eine Drehachse 25 drehbar gelagert ist. Das Querpleuel 24 muß nicht zwingend eine gerade Form haben. Das andere Ende des Querpleuels 24 ist über wenigstens ein zweites Drehgelenk 26 mit wenigstens einer dritten Pleuelstange 27 mit dem Kompressionskolben 5 gelenkig verbunden. Die dargestellte Form der kinematischen Kopplung von Kompressionskolben 5, Arbeitskolben 7 und Kurbelwelle führt dazu, daß der Kompressionskolben 5 und der Arbeitskolben 7 stets eine gegenläufige Bewegung während des Viertaktzyklusses ausführen. Durch die gelenkige Verbindung über Knickpleuel 20 und Querpleuel 24 kön- nen der Kompressionskolben 5 und der Arbeitskolben 7 bei geringeren Reibungsverlusten auf- und abbewegt werden, was zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades bei der Kraftstoffverbrennung führt.
Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt, ist die Längsachse 2 der Kurbelwelle unter- halb von der Drehachse des ersten Drehgelenkes 23 und unterhalb von der
Drehachse des zweiten Drehgelenkes 26 angeordnet. Darüber hinaus kann die Längsachse 2 der Kurbelwelle unterhalb von der Drehachse 25 des Querpleuels 24 verlaufen. Die Längsachse 2 der Kurbelwelle ist in horizontaler Richtung seitlich von der Drehachse des ersten Drehgelenkes 23 beabstandet und, vorzugsweise, im Bereich zwischen den Drehachsen des ersten Drehgelenkes 23 und des zweiten Drehgelenkes 26 angeordnet. Dieser Aufbau führt zu sehr geringen Reibungsverlusten und damit zu einem hohen Grad der Energieausnutzung bei der Kraftstoffverbrennung. Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Längsachse 2 der Kurbelwelle in horizontaler Richtung im Bereich zwischen der Drehachse 25 des Querpleuels 24 und der Drehachse des ersten Drehgelenkes 23 verläuft. In horizontaler Richtung ist die Längsachse 2 der Kurbelwelle von der Mittellängsachse des Arbeitskolbens 7 entsprechend beabstandet.
Die Pleuelstangen 21, 27 sind jeweils im Bereich der Mittellängsachse des Arbeitskolbens 7 bzw. des Kompressionskolbens 5 angelenkt. Die Drehachse 25 des Querpleuels 24 befindet sich in vertikaler Richtung zwischen der Drehachse des ersten Drehgelenks 23 und der Drehachse des zweiten Drehgelenks 26.
Schematisch dargestellt ist, daß auch eine exzentrische Lagerung des Querpleuels 24 vorgesehen sein kann, um die Bewegung der Kolben 5, 7 bei noch geringeren Reibungsverlusten in den Zylindern 4, 6 zu ermöglichen. Die exzentrische Lagerung hat Auswirkungen auf die Pleuelstellung der beiden Pleuel 21, 27, die an den Kolben 5, 7 angelenkt sind oder das Lager mittels Stellmotor in seiner Lage verändert werden. Das Querpleuel 24 kann exzentrisch auf einer rotierenden Welle gelagert sein. Auch ist es möglich, daß unterschiedlich weit voneinander beabstandete Positionen vorgegeben sind, an denen sich das Querpleuel 24 zentrisch oder exzentrisch lagern läßt. Das die Drehachse 25 des Querpleuels 24 festlegende Lager kann auf einem Bolzen, einem stufenweise verstellbaren Bolzen oder einer rotierenden Welle angeordnet sein, die auch exzentrisch gelagert sein kann.
Gemäß Fig. 1 können die Zylinder 5, 7 geneigt zur vertikalen Motorachse angeordnet sein. Hier kann eine positive oder negative Neigung zur Motorachse vorliegen. Grundsätzlich können die Zylinder 5, 7 aber auch parallel zueinander angeordnet sein. Der Kompressionskolben 5 kann auch auf der, bezogen auf Fig. 1, rechten Seite des Arbeitskolbens 7 angeordnet sein, bei gleicher Anordnung der Längsachse 2 der Kurbelwelle. Grundsätzlich sind aber auch andere Anord- nungen von Kurbelachse zu Kolben 5, 7 vorteilhaft und möglich.
Im übrigen kann das Knickpleuel 20 auch aus mehr als zwei Pleuelstangen 21 , 22 bestehen. Es können weitere Pleuelstangen vorgesehen sein, um eine gewünschte Minimierung der Reibungsverluste bei der Auf- und Abbewegung der Kolben 5, 7 in den Zylindern 4, 6 zu erreichen.
Der Kompressionszylinder 4 und der Arbeitszylinder 6 können auch unterschiedlich große Zylindervolumina aufweisen mit Bezug auf das Zylindervolumen zwischen dem oberen Todpunkt und dem unteren Todpunkt des Kom- pressionskolbens 5 bzw. des Arbeitskolbens 7. Hier sind gleiche oder unterschiedliche Zylindergeometrien möglich. Beispielsweise können Kolben 5, 7 mit runder Querschnittsform mit Kolben 5, 7 mit ovaler Querschnittsform kombiniert werden. Der dargestellte Verbrennungsmotor 1 kann auch mit Turbo- oder Kompressoraufladung betrieben werden.
Eine Änderung des Zylindervolumens läßt sich auch durch eine Änderung der Länge des Querpleuels 24 oder der Anordnung der Drehachse 25 des Querpleuels 24 erreichen, was eine Änderung des Hubs des Kompressionskolbens 5 zur Folge hat.
In einer bestimmten nicht dargestellten symmetrischen Anordnung der Kolben 5, 7 und der Anordnungen von Längsachse 2 der Kurbelwelle und der Drehachse 25 des Querpleuels 24 ist es grundsätzlich möglich, ein weiteres Pleuel, das nicht im einzelnen dargestellt ist, an dem Kurbelarm 3 einerseits und am zweiten Drehgelenk 26 andererseits anzulenken. Dadurch kann eine Verbindung zwischen der Kurbelwelle, dem Querpleuel 24 und der dritten Pleuelstange 27 erreicht werden. Das weitere Pleuel muß nicht zwingend auf demselben Kurbelzapfen gelagert sein wie die Pleuelstange 22.
Die Längenverhältnisse der Pleuelstangen 21, 22 und 27 sowie des Querpleuels 24 sind nicht auf die in Fig. 1 dargestellten Verhältnisse beschränkt. In den Fig. 4 bis 6 sind alternative Ausfuhrungsformen von Verbrennungsmotoren 28 dargestellt, wobei die mit dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten und beschriebenen Verbrennungsmotor 1 übereinstimmenden Bauteile mit glei- chen Bezugszeichen versehen worden sind. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede zwischen den Verbrennungsmotoren 1 und 28 beschrieben.
Der Verbrennungsmotor 28 weist an der Stelle von Brennkammern wenigstens zwei voneinander getrennte und den Kompressionszylinder 4 und den Arbeitszylinder 6 miteinander verbindende Kompressionskammern 29, 30 auf, die gemäß Fig. 5 gleich große Volumina aufweisen können. Die Kompressionskammern 29, 30 sind zum Verdichten von Luft oder zum Verdichten eines Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen, wobei das Zünden und die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfüh- rungsform im Arbeitszylinder 6 erfolgen.
Jede Kompressionskammer 29, 30 ist über wenigstens ein Kompressionskammer-Einlaßventil 31a, 31b mit dem Kompressionszylinder 4 und über wenigstens ein Kompressionskammer-Auslaßventil 32a, 32b mit dem Arbeitszy- linder 6 verbunden. Die Ventile 8, 31a, 31b, 32a, 32b, 9 sind derart gesteuert, daß die Kompressionskammern 29, 30 abwechselnd für eine Verdichtung ansteuerbar sind. Bei den in den Fig. 4 und 6 dargestellten Verbrennungsmotoren 28 sind die Ventile 8, 31a, 31b, 32a, 32b, 9 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Arbeitszylinders 4 bzw. des Kompressionszylinders 6 ange- ordnet. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Kompressionskammer-Einlaßventile 31a, 31b und die Kompressionskammer- Auslaßventile 32a, 32b senkrecht zur jeweiligen Zylinderlängsachse angeordnet. Darüber hinaus versteht sich, daß grundsätzlich auch mehr als zwei Kompressionskammern 29, 30 vorgesehen sein können. Es können Kompressionskammern mit unterschiedlicher Größe vorgesehen sein, so wie dies für die Brennkammern 10 - 13 in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Funktionsweise des in Fig. 4 dargestellten Verbrennungsmotors 28 wird nachfolgend beschrieben. Die Luft wird durch die geöffneten Einlaßventile 8 bei der Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens 5 in den Kompressionszylinder 4 eingesaugt. Am unteren Todpunkt des Kompressionskolbens 5 schließen die Einlaßventile 8 und das Kompressionskammer-Einlaßventil 31a der ersten Kompressionskammer 29 öffnet. Bei der Aufwärtsbewegung des Kompressionskolbens 5 wird die angesaugte Luft in die erste Kompressionskammer 29, bei der das Kompressionskammer-Auslaßventil 32a geschlossen ist, gedrückt. Wenn der Kompressionskolben 5 am oberen Todpunkt angekommen ist, schließt das erste Kompressionskammer-Einlaßventil 31a. Der Arbeitskolben 7 beginnt jetzt ungefähr den Weg nach oben und drückt die entspannten Abgase aus den geöffneten Auslaßventilen 9 durch den Auslaßkanal 19 in den Auspuff.
Der Kompressionskolben 5 ist jetzt wieder ungefähr am unteren Todpunkt im Kompressionszylinder 4 angekommen und hat die Luft durch die geöffneten Einlaßventile 8 angesaugt. Der Arbeitskolben 7 befindet sich nun kurz vor einer Stellung bei 360° Kurbelwellenumdrehung.
Wird als Kraftstoff Diesel oder Bioöl eingesetzt, wird die verdichtete Luft jetzt für die Verbrennung vorbereitet, indem sie aus der ersten Kompressionskammer 29 durch das nun geöffnete Kompressionskammer-Auslaßventil 32a in den Arbeitszylinder 6 geleitet wird. Nach Schließen des Kompressions- kammer-Auslaßventils 32a wird Kraftstoff eingespritzt. Durch den hohen Druck wird der Kraftstoff im Zylinder 6 durch Selbstzündung zur Verbrennung gebracht. Wird als Kraftstoff Benzin, Gas, Wasserstoff oder Alkohol eingesetzt, wird bei Direkteinspritzung die Luft für die Verbrennung vorbereitet, indem sie durch das offene Kompressionskammer- Auslaßventil 32a in den Arbeitszylinder 6 geleitet wird. Nach Schließen des Kompressionskammer- Auslaßventils 32a wird Kraftstoff durch eine Düse 33 eingespritzt und anschließend mit einer Zündkerze 34 zur Verbrennung gebracht.
Die Anreicherung der Luft kann auch im Saugrohr oder im Einlaßkanal 17 des Zylinderkopfes geschehen. Nach der Anreicherung wird das in der ersten Kompressionskammer 29 befindliche verdichtete Gemisch durch das offene Kompressionskammer-Auslaßventil 32a in den Arbeitszylinder 6 geleitet und nach Schließen des Kompressionskammer-Auslaßventils 32a durch Fremdzündung mittels Zündkerze 34 zur Verbrennung gebracht. Die Anreicherung der Luft kann auch im Kompressionszylinder durch die Düse 18 geschehen. Danach wird das in der ersten Kompressionskammer 29 befindliche verdichte- te Gemisch wiederum durch das offene Kompressionskammer-Auslaßventil 32a in den Arbeitszylinder 6 geleitet und nach Schließen des Kompressionskammer-Auslaßventils 32a durch Fremdzündung zur Verbrennung gebracht. Schließlich kann die Anreicherung der Luft auch teilweise im Saugrohr oder Einlaßkanal 17 im Zylinderkopf, im Kompressionszylinder 4 durch die Düse 18 und/oder in der Kompressionskammer 29 durch die Düse 16 geschehen. Es versteht sich, daß auch die zweite Kompressionskammer 30 eine entsprechende Düse 16 aufweisen kann. Dann wird wiederum das in der ersten Kompressionskammer 29 befindliche verdichtete Gemisch durch das geöffnete Kom- pressionskammer- Auslaß ventil 32a in den Arbeitszylinder 6 geleitet und nach Schließen des Kompressionskammer-Auslaßventils 32a durch Fremdzündung zur Verbrennung gebracht.
Der Arbeitskolben 7 ist nach der Zündung wieder auf dem Weg nach unten und drückt dadurch den im Kompressionszylinder 4 befindlichen Kompressionskolben 5 mittels des Querpleuels 24 nach oben. Der Kompressionskolben 5 drückt jetzt die Luft durch das geöffnete Kompressionskammer-Einlaßventil 3 Ib in die zweite Kompressionskammer 30.
Sobald der Kompressionskolben 5 den oberen Todpunkt erreicht hat, befindet sich der Arbeitskolben 7 ungefähr im unteren Todpunkt, was dazu führt, daß das Brennkammer-Auslaßventil 32a schließt. Als nächstes drückt der Arbeitskolben 7 das entspannte, verbrannte Gemisch durch die geöffneten Auslaßventile 9 durch den Auslaßkanal 19 des Zylinderkopfes in den Auspuff. Gleichzeitig ist der Kompressionskolben 5 auf dem Weg zum unteren Todpunkt und saugt durch die geöffneten Einlaßventile 8 Luft an. Ist der Arbeitskolben 7 kurz vor der Stellung bei einer 360° Kurbelwellenumdrehung angekommen, werden die Auslaßventile 9 geschlossen und der in der zweiten Kompressionskammer 30 befindliche Druck wird durch das Kompressions- kammer-Auslaßventil 32b in den Arbeitszylinder 6 über dem Arbeitskolben 7 geleitet. Jetzt wird wie zuvor beschrieben weiter verfahren, bezogen auf die zweite Kompressionskammer 30.
Bei der Verwendung von Diesel oder Bioöl als Kraftstoff können, müssen aber nicht zwingend, die Ventile 31a, 31b, 32a, 32b der Kompressionskam- mern 29, 30 im wesentlichen senkrecht zu der jeweiligen Zylinderachse angeordnet sein.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verbrennungsmotor 28 ist ein vorzugsweise vasenförmiger Brennraum 35 im Arbeitskolben 7 vorgesehen. Der Brennraum 35 ist derart im Arbeitskolben 7 angeordnet und weist eine Querschnittsgeometrie derart auf, daß die zur Verbrennung des Kraftstoffs aus der jeweiligen Kompressionskammer 29, 30 ausströmende Luft so in den Brennraum 35 geleitet wird, daß sich eine Rotationsströmung bzw. ein Strudel der einströmen- den Luft ausbildet, in deren mittlerem Bereich anschließend Kraftstoff eingespritzt wird. Dies erfordert eine entsprechende Geometrie des Brennraums 35, der bei der dargestellten Ausführungsform vorzugsweise vasenförmig ist. Aus der jeweiligen Kompressionskammer 29, 30 trifft die ausströmende Luft auf die innere Wandung 36 des Brennraums 35 und wird dabei umgelenkt, so daß sich eine rotierende Wandströmung im Brennraum 35 ergibt. Es kommt also zu einem gerichteten Austreten der Luft aus der jeweiligen Kompressionskammer 29, 30 in Richtung auf die inneren Seitenwandflächen des Brennraums 35 im oberen Bereich der Seitenwandflächen. Es versteht sich, daß abweichend zu der in Fig. 6 schematisch dargestellten Ausführungsform die Austrittsöffnung der jeweiligen Kompressionskammer 29, 30 entsprechend ausgerichtet sein kann auf den Brennraum 35 ausgerichtet und eine entsprechend angepaßte Austrittsgeometrie aufweisen kann.
Im Brennraum 35 des Kolbens 7 befinden sich nach der Verbrennung des Kraftstoffs und dem Ausdrücken der verbrannten Gase noch warme Restgase. Beim darauffolgenden Einströmen der Frischgase aus der jeweiligen Kompressionskammer 29, 30 für den nächsten Verbrennungsvorgang werden diese Restgase abgekühlt. Diese Abkühlung wird durch die Ausbildung einer Rotationsströmung an der inneren Wandung 36 des Brennraums 35 verlangsamt. Insbesondere bei Betrieb des Verbrennungsmotors 28 mit Dieselkraftstoff werden bei der Verbrennung die für die Verbrennung nicht benötigten kälteren LufWGasmassen durch die ausgebildete Rotationsströmung nach außen gedrückt und verhindern so ein schnelles Abkühlen der Gase bzw. des verbrannten Gemisches am Arbeitskolben 7. Die für die Verbrennung nicht benö- tigten kälteren LufWGasmassen bilden dabei an der inneren Wandung 36 des Brennraums 35 ein Luftpolster aus, das isolierend wirkt. Dadurch wird der Druckabbau im Arbeitszylinder 6 verringert. Es versteht sich, daß der Brennraum 35 lediglich schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Der Brennraum 35 kann auch weiter benachbart zur Austrittsöffnung der Kompressionskammer 29, 30 angeordnet sein. Grundsätzlich könnte der Brennraum 35 auch eine an- dere Querschnittsform aufweisen, die die Ausbildung einer Rotationsströmung an der inneren Wandung 36 des Brennraums 35 begünstigt. Zudem können mehrere Brennräume 35 vorgesehen sein, wobei jeder Brennraum 35 einer bestimmten Kompressionskammer 29, 30 räumlich zugeordnet ist.
In Fig. 7 ist eine fünfte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors 28 dargestellt, die im wesentlichen der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform entspricht, allerdings bei gespiegelter Anordnung von Kompressionskolben 5 und Arbeitskolben 7, was eine andere Anordnung der Pleuel zur kinematischen Kopplung der Kolben 5, 7 bedingt.
In den Fig. 8 bis 10 sind weitere Ausführungsformen von Verbrennungsmotoren 28 dargestellt, wobei der Arbeitskolben 7 über ein mehrteiliges Knickpleuel 20 mit der Kurbelwelle gelenkig verbunden ist. Das Knickpleuel 20 weist wiederum jeweils zwei Pleuelstangen 21, 22 auf, wobei die Pleuelstan- gen 21, 22 endseitig über wenigstens ein erstes Drehgelenk 23 miteinander verbunden sind. Das andere Ende einer ersten Pleuelstange 21 ist gelenkig mit dem Arbeitskolben 7 und das andere Ende einer zweiten Pleuelstange 22 gelenkig mit zwei Hubzapfen 37 verbunden, die die zweite Pleuelstange 22 aufnehmen und im Betrieb eine Kreisbahn um die Drehachse der Kurbelwelle be- schreiben. Die Hubzapfen 37 sind mit einem Wellenzapfen 38 der Kurbelwelle verbunden.
Im Bereich des ersten Drehgelenkes 23 sind gemäß Fig. 8 zwei parallel und beabstandet voneinander angeordnete Pleuelstangen 39, 40 endseitig an den Pleuelstangen 21, 22 angelenkt. Die Pleuelstangen 39, 40 sind in der Art einer Wippe um eine Drehachse 25 schwenkbar gelagert. Die Pleuelstangen 39, 40 bilden bei den in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten Ausführungsformen ein Querpleuel, über das die Bewegungen von Arbeitskolben 7 und Kompressionskolben 5 gekoppelt sind. An dem anderen Ende ist jede Pleuelstange 39, 40 über wenigstens ein zweites Drehgelenk 26 mit einer dritten Pleuelstange 27 gelenkig verbunden. Die dritte Pleuelstange 27 ist jeweils mit dem Kompressionskolben 5 gelenkig verbunden.
Wie sich aus den Fig. 8 und 9 ergibt, kann der Abstand zwischen den Pleuelstangen 39, 40 derart groß gewählt sein, daß ein Durchschwingen der Hubzapfen 37 möglich ist. Dadurch läßt sich die Drehachse 25 näher zur Drehachse der Kurbelwelle anordnen, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad bei der Kraftstoffverbrennung auswirkt und eine geringere Bauhöhe bedingt.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausfiihrungsform ist die zweite Pleuelstange 22 über ein zweites Drehgelenk 41 mit den Pleuelstangen 39, 40 gelenkig verbunden. Die erste Pleuelstange 21 ist über das erste Drehgelenk 23 mit den Pleuelstangen 39, 40 verbunden. Die Pleuelstangen 21, 22 müssen somit nicht zwingend über ein gemeinsames Drehgelenk mit dem Querpleuel verbunden sein, was auch für die zuvor beschriebenen Ausführungsformen von Verbrennungsmotoren 1, 28 gelten kann.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform weist das Querpleuel 24 einen mit einer dritten Pleuelstange 27 gelenkig verbundenen ersten Wippenarm 42 auf, der sich bis zur Drehachse 25 erstreckt. Am anderen Ende weist das Querpleuel 24 zwei parallel zueinander angeordnete Schenkel 43, 44 auf, die an den Enden die beiden Pleuelstangen 21, 22 aufnehmen und gelenkig mit den Pleuelstangen 21, 22 verbunden sind.

Claims

Patentansprüche:
1. Verbrennungsmotor (1) mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder (4) verschiebbar aufgenommenen Kompressions- kolben (5) und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (6) verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben (7), wobei die Bewegung des Kompressionskolbens (5) und die Bewegung des Arbeitskolbens (7) kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressionskolben (5) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen An- saughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben (7) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder (4) wenigstens ein Einlaßventil (8) zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder (4) bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens (5) und der Arbeitszylinder (6) wenigstens ein Auslaßventil (9) zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder (6) bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (7) über ein mehrteiliges Knickpleuel (20) mit der Kurbelwelle gelenkig verbun- den ist, wobei das Knickpleuel (20) wenigstens zwei Pleuelstangen (21, 22) aufweist, wobei die Pleuelstangen (21, 22) endseitig über wenigstens ein erstes Drehgelenk (23) verbunden sind, wobei das andere Ende einer ersten Pleuelstange (21) des Knickpleuels (20) gelenkig mit dem Arbeitskolben (7) und das andere Ende einer zweiten Pleuelstange (22) des Knickpleuels (20) gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei an dem ersten Drehgelenk (23) ein Querpleuel (24) endseitig angelenkt ist, wobei das Querpleuel (24) in der Art einer Wippstange um eine Drehachse (25) drehbar gelagert ist, wobei das andere Ende des Querpleuels (24) über wenigstens ein zweites Drehgelenk (26) mit wenigstens einer dritten Pleuelstange (27) gelenkig verbunden ist und wobei die dritte Pleuelstange (27) mit dem Kompressionskolben (5) gelenkig verbunden ist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (2) der Kurbelwelle in vertikaler Richtung unterhalb von der Drehachse des ersten Drehgelenkes (23) und unterhalb von der Drehachse des zweiten Drehgelenkes (26) verläuft.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (2) der Kurbelwelle in vertikaler Richtung unterhalb von der
Drehachse (25) des Querpleuels (24) verläuft.
4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (2) der Kurbelwelle in horizontaler Rich- tung seitlich beabstandet von der Drehachse des ersten Drehgelenkes (23) und, vorzugsweise, im Bereich zwischen den Drehachsen (25) des ersten Drehgelenkes (23) und des zweiten Drehgelenkes (26) verläuft.
5. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (2) der Kurbelwelle in horizontaler Richtung im Bereich zwischen der Drehachse (25) des Querpleuels (24) und der Drehachse des ersten Drehgelenkes (23) verläuft.
6. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (2) der Kurbelwelle in horizontaler Richtung von der Mittellängsachse des Arbeitskolbens (7) beabstandet ist.
7. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pleuelstange (21) im Bereich der Mittellängs- achse des Arbeitskolbens (7) an dem Arbeitskolben (7) und/oder die zweite Pleuelstange (27) im Bereich der Mittellängsachse des Kompressionskolbens
(5) an dem Kompressionskolben (5) angelenkt sind.
8. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Querpleuel (24) exzentrisch gelagert ist.
9. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionszylinder (4) und der Arbeitszylinder
(6) geneigt zur vertikalen Motorachse angeordnet sind.
10. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionszylinder (4) und der Arbeitszylinder
(6) unterschiedlich große Zylindervolumina aufweisen mit Bezug auf das Zylindervolumen zwischen dem oberen Todpunkt und dem unteren Todpunkt des Kolbens (5, 7).
11. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionszylinder (4) und der Arbeitszylinder
(7) eine unterschiedliche Querschnittsgeometrie aufweisen.
12. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Pleuelstange zur gelenkigen Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem weiteren Drehgelenk (26) des Querpleuels (24) vorgesehen ist.
13. Verbrennungsmotor (28) mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder (4) verschiebbar aufgenommenen Kompressionskolben (5) und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (6) verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben (7), wobei die Bewegung des Kom- pressionskolbens (5) und die Bewegung des Arbeitskolbens (7) kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressionskolben (5) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben (7) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder (4) wenigstens ein Einlaßventil (8) zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder (4) bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens (5) und der Arbeitszylinder (6) wenigstens ein Auslaßventil (9) zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder (6) bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens (7) aufweist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei voneinander getrennte und den Kompressionszylinder (4) und den Arbeitszylinder (6) miteinander verbindende Kompressionskammern (29, 30) zum Verdichten von Luft oder zum Verdichten eines Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen sind, wobei Zünden und Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Arbeitszylinder (6) erfolgt, wobei jede Kompressionskammer (29, 30) über wenigstens ein Kompressionskammer-Einlaßventil (31a, 31b) mit dem Kompressionszylinder (4) und über wenigstens ein Kompressionskammer-Auslaßventil (32a, 32b) mit dem Arbeitszylinder (6) verbunden ist und wobei die Ventile (8, 9, 31a, 31b, 32a, 32b) derart gesteuert sind, daß die Kompressionskammern (29, 30) abwechseln für eine Verdichtung ansteuerbar sind.
14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Ventile (8, 9, 31a, 31b, 32a, 32b) das Öffnen des Kompressi- onskammer- Auslaßventils (32a, 32b) vorsieht bei Rotation der Kurbelwelle um mehr als 340° bis 360°, vorzugsweise mehr als 350° bis 360°, insbesondere mehr als 355° bis 360°, wobei sich der Arbeitskolben (7) bei Rotation der Kurbelwelle um 360° in seiner oberen Todpunktposition befindet.
15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionskammern (29, 30) eine gleiche Größe aufweisen.
16. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kompressionskammer-Paare mit jeweils wenigstens zwei Kompressionskammern gleicher Größe vorgesehen sind, wobei die Kompressionskammern eines ersten Kompressionskammer-Paars größer sind als die Kompressionskammern eines zweiten Kompressionskammer-Paars und wobei jeweils die Kompressionskammern eines Kompressionskammer-Paars abwechselnd für eine Verdichtung ansteuerbar sind.
17. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kompressionskammer-Paare mit jeweils wenigstens zwei Kompressionskammern unterschiedlicher Größe vorgesehen sind, wobei jeweils die beiden Kompressionskammern eines Kompressionskammer-Paars gemeinsam für eine Verdichtung ansteuerbar sind und wobei die Kompressionskammer-Paare abwechselnd angesteuert werden.
18. Verbrennungsmotor (28) mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder (4) verschiebbar aufgenommenen Kompressi- onskolben (5) und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (6) verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben (7), wobei die Bewegung des Kompressionskolbens (5) und die Bewegung des Arbeitskolbens (7) kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressi- onskolben (5) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben (7) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder (4) wenig- stens ein Einlaßventil (8) zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder (4) bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens (5) und der Arbeitszylinder (6) wenigstens ein Auslaßventil (9) zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder (6) bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens (7) aufweist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine den Kompressionszylinder (4) und den Arbeitszylinder (6) miteinander verbindende Kompressionskammer (29, 30) zum Verdichten von Luft oder zum Verdichten eines Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist, wobei Zünden und Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im wesentlichen in einem Brennraum (35) im Arbeitskolben (7) erfolgt, wobei die Kompressionskammer (29, 30) über wenigstens ein Kompressionskammer-Einlaßventil (31a, 31b) mit dem Kompressionszylinder (4) und über wenigstens ein Kompressionskammer-Auslaßventil (32a, 32b) mit dem Arbeitszylinder (6) verbunden ist und wobei eine Aus- trittsöffhung der Kompressionskammer (29, 30) zum Arbeitszylinder (6) der- art auf den Brennraum (35) ausgerichtet und der Brennraum (35) eine Querschnittsgeometrie derart aufweist, daß die verdichtete Luft bzw. das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Ausströmen aus der Kompressionskammer (29, 30) in den Brennraum (35) einströmt und an der inneren Wandung (36) des Brennraums (35) unter Ausbildung einer Rotationsströmung umgelenkt wird.
19. Verbrennungsmotor (1, 28) mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder (4) verschiebbar aufgenommenen Kompressionskolben (5) und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (6) ver- schiebbar aufgenommenen Arbeitskolben (7), wobei die Bewegung des Kompressionskolbens (5) und die Bewegung des Arbeitskolbens (7) kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so daß sich der Kompressionskolben (5) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und daß sich der Arbeitskolben (7) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder (4) wenigstens ein Einlaßventil (8) zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder (4) bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens (5) und der Arbeitszylinder (6) wenigstens ein Auslaßventil (9) zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder (6) bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens (7) aufweist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Einrichtung zum Einspritzen von Wasser und/oder Alkohol und/oder einer Mischung aus Wasser und Alkohol und gegebenenfalls weiteren Stoffen in den Kompressionszy- linder (4) und/oder in eine den Kompressionszylinder (4) und den Arbeitszylinder (6) miteinander verbindende Brennkammer (10 - 13) und/oder in eine den Kompressionszylinder (4) und den Arbeitszylinder (6) miteinander verbindende Kompressionskammer (29, 30) und/oder in einen Ansaugtrakt des Kompressionszylinders (4) vorgesehen ist.
20. Verbrennungsmotor (1) mit einer Kurbelwelle, mit wenigstens einem in einem Kompressionszylinder (4) verschiebbar aufgenommenen Kompressionskolben (5) und mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (6) verschiebbar aufgenommenen Arbeitskolben (7), wobei die Bewegung des Kom- pressionskolbens (5) und die Bewegung des Arbeitskolbens (7) kinematisch an die Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt sind, so dass sich der Kompressionskolben (5) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Ansaughub und einen Kompressionshub eines Viertaktzyklus hin- und herbewegt und dass sich der Arbeitskolben (7) während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle um einen Arbeitshub und einen Auspuffhub desselben Viertaktzyklus hin- und herbewegt, wobei der Kompressionszylinder (4) wenigstens ein Einlassventil (8) zum Ansaugen von Luft in den Kompressionszylinder (4) bei einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens (5) und der Arbeitszylinder (6) wenigstens ein Auslassventil (9) zum Ausstoßen von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder (6) bei einer Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens (7) aufweist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei voneinander getrennte und den Kompressionszylinder (4) und den Arbeitszylinder (6) miteinander verbindende Brennkammern (10 - 13) zum Zünden und Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen sind, wobei jede Brennkammer (10 - 13) über wenigstens ein Brennkammer-Einlassventil (14a - d) mit dem Kompressionszylinder (4) und über wenigstens ein Brennkammer- Auslassventil (15a - d) mit dem Arbeitszylinder (6) verbunden ist und wobei die Ventile (8, 9, 14a - d, 15a - d) derart gesteuert sind, dass das Brennkammer-Auslassventil (15a - d) einer Brennkammer (10 - 13) erst nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dieser Brennkammer (10 - 13) geöffnet wird und dass die Brennkammern (10 - 13) abwechselnd für eine Verbrennung ansteuerbar sind.
21. Verbrennungsmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammern (10 - 13) eine gleiche Größe aufweisen.
22. Verbrennungsmotor nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brennkammer-Paare mit jeweils wenigstens zwei Brennkammern (10 - 13) gleicher Größe vorgesehen sind, wobei die Brenn- kammern (10 - 13) eines ersten Brennkammer-Paars größer sind als die Brennkammern (10 - 13) eines zweiten Brennkammer-Paars und wobei jeweils die Brennkammern (10 - 13) eines Brennkammer-Paars abwechselnd für eine Verbrennung ansteuerbar sind.
23. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brennkammer-Paare mit jeweils wenigstens zwei Brennkammern (10 - 13) unterschiedlicher Größe vorgesehen sind, wobei jeweils die beiden Brennkammern (10 - 13) eines Brennkammer-Paars gemeinsam für eine Verbrennung ansteuerbar sind und wobei die Brennkammer-Paare abwechselnd angesteuert werden.
24. Verbrennungsmotor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtbrennkammervolumen der größeren Brennkammer (10, 13) und der kleineren Brennkammer (11, 12) eines Brennkammer-Paars für eine maximale Zylinderfüllung ausgelegt ist.
25. Verbrennungsmotor nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkammervolumen der größeren Brennkammer (10, 13) ca. doppelt so groß ist wie das Brennkammervolumen der kleineren Brennkammer (11, 12).
26. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Ventile (8, 9, 14a - d, 15a - d) das Öffnen des Brennkammer- Auslassventils (15a - d) vorsieht bei Rotation der Kurbelwelle um weniger als 20°, vorzugsweise weniger als 10°, insbeson- dere weniger als 5°, über eine Position hinaus, in der sich der Arbeitskolben (7) in seiner oberen Todpunktposition befindet.
27. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionskolben (5) und der Arbeits- kolben (7) während des Viertaktzyklus bei der Bewegung vom jeweiligen oberen Todpunkt in den jeweiligen unteren Todpunkt durchgehend eine gegenläufige Bewegung ausfuhren.
28. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionszylinder (4) und der Arbeitszylinder (6) nebeneinander in einer Ebene quer zur Längsachse (2) der Kurbelwelle, insbesondere senkrecht zur Längsachse (2), angeordnet sind.
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