WO2012062290A2 - Brennkraftmotor - Google Patents

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WO2012062290A2
WO2012062290A2 PCT/DE2011/050022 DE2011050022W WO2012062290A2 WO 2012062290 A2 WO2012062290 A2 WO 2012062290A2 DE 2011050022 W DE2011050022 W DE 2011050022W WO 2012062290 A2 WO2012062290 A2 WO 2012062290A2
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Peter-Bernhard Kathmann
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Seneca International Ag
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06—Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B69/00—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
    • F02B69/06—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types for different cycles, e.g. convertible from two-stroke to four stroke

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having a first cylinder, a second cylinder whose piston moves approximately synchronously with the piston of the first cylinder with respect to the reversal points of its movement, and an overflow connection between the expansion chambers of the cylinders which opens at the end of a compression stroke of the first cylinder.
  • Internal combustion engines with these features are evident from US Pat. No. 4,503,816 and WO 2008/101495.
  • the invention has for its object to improve the fuel efficiency of an internal combustion engine with the features mentioned in the still further.
  • the object of this invention solving internal combustion engine according to the invention is characterized in that the overflow is optionally permanently closed and / or optionally each of the two cylinders for fuel is fed.
  • the internal combustion engine according to the invention of a mode in which the overflow opens at top dead center in the compression stroke of the first cylinder for a period of time be switched to a mode in which the overflow remains permanently closed regardless of the movement of the piston and the second cylinder not just an additional one Expansion volume provides, but works with its own fuel supply.
  • the overflow connection comprises an electromechanically, in particular at variable times drivable blocking element, which can be actuated independently of a camshaft control.
  • a blocking element could be provided which can be decoupled from a camshaft control to produce the permanent closure state of the overflow connection.
  • the second cylinder expediently has its own ignition device which can be activated, in particular with a permanently closed overflow connection.
  • At least one of the cylinders may be operable in two-stroke operation.
  • FIG. 1 shows an inventive internal combustion engine in a schematic partial representation
  • FIG. 2 is a detailed view of the motor of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a detailed view of the motor of FIG. 1.
  • An internal combustion engine comprises, arranged in a row, a first cylinder 1, a second cylinder 2 and a third cylinder 3.
  • the pistons 4 of all three cylinders run synchronously with respect to their top and bottom dead center.
  • Each of the cylinders 1, 2, 3 has an intake valve 5 and an exhaust valve 6. Both between the cylinders 1 and 2 and between the cylinders 2 and 3 there is an overflow 7 or 7 ', which can be shut off by a valve spool 8. Each of the slides 8 can be actuated by an electromechanical drive 9. An electromechanical drive 10 is also provided for each of the valves 5, 6. The electromechanical drives 9, 10 are in communication with a central control device 1 1.
  • the engine can be operated in different ways and in particular easily converted with little effort to different modes.
  • the cylinders 1 and 3 work offset by 360 ° in four cycles. Each in the compression phase of the cylinder 1 or 3 at top dead center shortly before or after the ignition of the respective slide opens 8. Hot combustion gases pass according to arrow 12 ( Figure 2) via the Oberströmtress 7 and 7 'in the expansion chamber 12 of the cylinder 2. In the next work cycle performed next to the cylinder 1 or 3 and then the cylinder 2 mechanical work.
  • the outlet valve 6 of the cylinder 2 is initially opened with closed slides 8. Possibly. opens after a certain stroke in addition the inlet valve 5 of the cylinder 2, and it is filled to purge residual combustion gases under pressure fresh air.
  • To complete the charge exchange close both the exhaust valve 6 and the inlet valve 5 of the cylinder 2 and on the remaining remaining stroke is carried out to top dead center compression of the trapped gas in which, if necessary, fresh air and last remnants of combustion gases are mixed.
  • the cylinder 2 again forms an expansion space in addition to that of the cylinder 3 or 1.
  • a second mode of operation of the cylinder 2 operates with its own fuel supply in two cycles, ie at each discharge stroke is carried out via the inlet valve 5 under pressure, a supply of a fuel air mixture, and there is a rinsing process.
  • Both at the top dead center of the piston 4 of the cylinder 2 open both slide 8 and ignited fuel air mixture also passes into the expansion chambers of the cylinders 1 and 3. In the following clock then all three cylinders are driven simultaneously by the expanding gases. Fuel may also be injected into the cylinder 2 at the end of each compression stroke.
  • cylinder 2 In a third mode, cylinder 2, as described, operates in two cycles and cylinder 1 with its own fuel supply in four cycles. Cylinder 3 expands without its own fuel supply with open slides 8 with cylinder 1 and cylinder 2.
  • cylinder 2 In a fourth mode, cylinder 2 operates in two strokes and cylinder 3 in four strokes, while cylinder 1 expands with cylinders 2 and 3.
  • cylinder 1 operates in four-stroke operation, cylinder 2 in two-stroke operation and cylinder 3 in four-stroke operation, each with its own fuel supply.
  • the engine may also be controllable such that all three cylinders operate in four-stroke or two-stroke operation as a conventional engine.
  • the modes can be adjusted without mechanical changes.
  • the engine can be easily adapted to different load conditions and operating conditions, allowing for optimal fuel utilization.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor mit einem ersten Zylinder (1), einem zweiten Zylinder (2), dessen Kolben (4) sich bezogen auf die Umkehrpunkte seiner Bewegung etwa synchron mit dem Kolben des ersten Zylinders bewegt und einer am Ende eines Verdichtungstakts des ersten Zylinders öffnenden Überströmverbindung zwischen den Expansionsräumen der Zylinder. Erfindungsgemäß ist die Überslrömverbindung wahlweise dauerhaft verschließbar und/oder der zweite Zylinder weist eine wahlweise aktivierbare eigene Kraftstoffzuführung auf.

Description

Beschreibung: SENECA International AG, L- 11 40 Luxembourg (Luxembourg) „Brennkraftmotor"
Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor mit einem ersten Zylinder, einem zweiten Zylinder, dessen Kolben sich bezogen auf die Umkehrpunkte seiner Bewegung etwa synchron mit dem Kolben des ersten Zylinders bewegt, und einer am Ende eines Verdichtungstakts des ersten Zylinders öffnenden Überströmverbindung zwischen den Expansionsräumen der Zylinder. Brennkraftmotoren mit diesen Merkmalen gehen aus der US 4,503,816 sowie der WO 2008/101495 hervor. Durch Vergrößerung des Expansionsvolumens bei
Zuschaltung des Expansionsraums des zweiten Zylinders lässt sich ein höherer Anteil der bei der Kraftstoffverbrennung erzeugten Wärme in mechanische Arbeit umsetzen und damit Kraftstoff einsparen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kraftstoffverwertung eines Brennkraftmotors mit den eingangs erwähnten Merkmalen noch weiter zu verbessern.
Der diese Aufgabe lösende Brennkraftmotor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmverbindung wahlweise dauerhaft verschließbar ist und/oder wahlweise jedem der beiden Zylinder für sich Kraftstoff zuführbar ist.
Vorteilhaft kann der Brennkraftmotor nach der Erfindung von einer Betriebsweise, in der die Überströmverbindung jeweils beim oberen Totpunkt im Verdichtungstakt des ersten Zylinders für einen Zeitabschnitt öffnet, auf eine Betriebsart umgestellt werden, in der die Überströmverbindung unabhängig von der Bewegung der Kolben ständig geschlossen bleibt und der zweite Zylinder nicht nur ein zusätzliches Expansionsvolumen zur Verfügung stellt, sondern mit eigener Kraftstoffzufuhr arbeitet. Vorteilhaft kann ein solcher Motor unterschiedlichen Betriebsanforderungen angepasst werden. Vorzugsweise umfasst die Überströmverbindung ein elektromechanisch, insbesondere zu variablen Zeitpunkten antreibbares Sperrelement, das sich unabhängig von einer Nockenwellensteuerung betätigen lässt. Alternativ könnte ein Sperrelement vorgesehen sein, das sich zur Herstellung des dauerhaften Verschlusszustands der Überströmverbindung von einer Nockenwellensteuerung abkoppeln lässt.
Zweckmäßig weist der zweite Zylinder eine eigene, insbesondere bei dauerhaft geschlossener Überströmverbindung aktivierbare Zündeinrichtung auf. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auch ein Einlass- oder/und Auslassventil des ersten und zweiten Zylinders, und ggf. eines dritten Zylinders, elektromechanisch, vorzugsweise zu variablen Zeitpunkten, betreibbar.
Wenigstens einer der Zylinder kann im Zweitaktbetrieb betreibbar sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf eines dieser Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Brennkraftmotor in schematischer Teildarstellung, und
Fig. 2 eine Detailansicht des Motors von Fig. 1 .
Ein Brennkraftmotor umfasst, angeordnet in einer Reihe, einen ersten Zylinder 1 , einen zweiten Zylinder 2 und einen dritten Zylinder 3. Die Kolben 4 aller drei Zylinder laufen bezogen auf ihren oberen und unteren Totpunkt miteinander synchron.
Jeder der Zylinder 1 ,2,3 weist ein Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6 auf. Sowohl zwischen den Zylindern 1 und 2 als auch zwischen den Zylindern 2 und 3 besteht eine Überströmverbindung 7 bzw. 7' , die sich durch einen Ventilschieber 8 absperren lässt. Jeder der Schieber 8 lässt sich durch einen elektromechanischen Antrieb 9 betätigen. Auch für die Ventile 5,6 ist jeweils ein elektromechanischer Antrieb 10 vorgesehen. Die elektromechanischen Antriebe 9, 10 stehen in Verbindung mit einer zentralen Steuereinrichtung 1 1 .
Durch die Möglichkeit zur Betätigung der Schieber 8 und Ventile 5,6 unabhängig von einer durch die Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle zu variablen Zeitpunkten mit Hilfe der Steuereinrichtung 1 1 kann der Brennkraftmotor in unterschiedlicher Weise betrieben und insbesondere problemlos mit geringem Aufwand auf unterschiedliche Betriebsarten umgestellt werden.
Vorhandene Zündeinrichtungen für jeden der Zylinder 1 bis 3 sind in den Figuren nicht gezeigt.
In einer ersten Betriebsart arbeiten die Zylinder 1 und 3 um 360 ° versetzt in vier Takten. Jeweils in der Verdichtungsphase des Zylinders 1 oder 3 am oberen Totpunkt öffnet kurz vor oder nach dem Zündzeitpunkt der betreffende Schieber 8. Heiße Verbrennungsgase gelangen gemäß Pfeil 12 (Fig. 2) über die Oberströmverbindung 7 bzw. 7' auch in den Expansionsraum 12 des Zylinders 2. Im darauffolgenden Arbeitstakt verrichtet neben dem Zylinder 1 oder 3 dann auch der Zylinder 2 mechanische Arbeit.
In der nachfolgenden Ausstoßphase ist bei geschlossenen Schiebern 8 das Auslassventil 6 des Zylinders 2 zunächst geöffnet. Ggf. öffnet nach einer bestimmten Hubstrecke zusätzlich das Einlassventil 5 des Zylinders 2, und es wird zwecks Ausspülung restlicher Verbrennungsgase unter Druck Frischluft eingefüllt. Zur Beendigung des Ladungswechsels schließen sowohl das Auslassventil 6 als auch das Einlassventil 5 des Zylinders 2 und auf der verbliebenen restlichen Hubstrecke erfolgt bis zum oberen Totpunkt eine Komprimierung des eingeschlossenen Gases, in dem ggf. Frischluft und letzte Reste von Verbrennungsgasen gemischt sind. Im nächsten Takt bildet der Zylinder 2 wieder einen Expansionsraum zusätzlich zu dem des Zylinders 3 oder 1 . In einer zweiten Betriebsart arbeitet der Zylinder 2 mit eigener Kraftstoffzufuhr in zwei Takten, d.h. bei jedem Ausstoßhub erfolgt über das Einlassventil 5 unter Druck auch eine Zufuhr eines Kraftstoffluftgemisches, und es findet ein Spülprozess statt. Jeweils am oberen Totpunkt des Kolbens 4 des Zylinders 2 öffnen beide Schieber 8 und entzündetes Kraftstoffluftgemisch gelangt zusätzlich in die Expansionsräume der Zylinder 1 und 3. Im folgenden Takt werden dann alle drei Zylinder gleichzeitig durch die sich ausdehnenden Gase angetrieben. Kraftstoff kann in den Zylinder 2 am Ende jedes Verdichtungstakts auch erst eingespritzt werden.
In einer dritten Betriebsart arbeitet Zylinder 2, wie beschrieben, in zwei Takten und Zylinder 1 mit eigener Kraftstoffzufuhr in vier Takten. Zylinder 3 expandiert ohne eigene Kraftstoffzufuhr bei geöffneten Schiebern 8 mit Zylinder 1 und Zylinder 2.
In einer vierten Betriebsart arbeitet Zylinder 2 in zwei Takten und Zylinder 3 in vier Takten, während Zylinder 1 mit Zylinder 2 und 3 expandiert.
In einer weiteren Betriebsart arbeitet Zylinder 1 im Viertaktbetrieb, Zylinder 2 im Zweitaktbetrieb und Zylinder 3 im Viertaktbetrieb, jeweils mit eigener Kraftstoffzufuhr.
Es versteht sich, dass der Motor auch so steuerbar sein kann, dass alle drei Zylinder im Viertakt- oder im Zweitaktbetrieb wie ein konventioneller Motor arbeiten.
Durch die Steuereinrichtung 1 1 lassen sich die Betriebsarten ohne mechanische Veränderungen einstellen. Der Motor lässt sich problemlos unterschiedlichen Belastungszuständen und Betriebsbedingungen anpassen, wodurch eine optimale Nutzung des Kraftstoffs ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Brennkraftmotor mit einem ersten Zylinder ( 1 ), einem zweiten Zylinder (2), dessen Kolben (4) sich bezogen auf die Umkehrpunkte seiner Bewegung etwa synchron mit dem Kolben (4) des ersten Zylinders ( 1 ) bewegt, und einer am Ende eines Verdichtungstakts des ersten Zylinders (1 ) öffnenden Öberströmverbindung (7) zwischen den Expansionsräumen (12) der Zyiinder, dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberströmverbindung (7) wahlweise dauerhaft verschließbar und/oder wahlweise jedem der beiden Zylinder für sich Kraftstoff zuführbar ist.
2. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberströmverbindung (7) ein elektromechanisch, vorzugsweise variablen Zeitpunkten betreibbares oder/und von einer Nockenwellensteuerung abkoppelbares Verschlusselement (8) umfasst.
3. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Zylinder (2) eine eigene Zündeinrichtung aufweist.
4. Brennkraftmotor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eigene Zündeinrichtung bei dauerhaft geschlossener
Überströmverbindung aktivierbar ist.
5. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein dritter, zu dem ersten im Gegentakt arbeitender Zylinder (3) und eine entsprechende Überströmverbindung (7' ) zwischen dem zweiten und dritten Zylinder (2,3) vorgesehen sind.
6. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Einiassventil und/oder Auslassventil des ersten, zweiten oder/und dritten Zylinders ( 1 -3) elektromechanisch, vorzugsweise variablen Zeitpunkten, betreibbar ist.
7. Brennkraftmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einer der Zylinder ( 1 -3) Im Zweitaktverfahren betreibbar ist.
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