AT402432B - INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

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AT402432B
AT402432B AT0048388A AT48388A AT402432B AT 402432 B AT402432 B AT 402432B AT 0048388 A AT0048388 A AT 0048388A AT 48388 A AT48388 A AT 48388A AT 402432 B AT402432 B AT 402432B
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Johann Ing Simperl
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Avl Verbrennungskraft Messtech
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Description

AT 402 432 BAT 402 432 B

Die Erfindung betrifft ein Brennkraftmaschine, bei der zu jedem Zylinder ein Zwischenspeicher vorgesehen ist, in den über einen von einem Überströmventil kontrollierten Verbindungskanal zum Zylinder in einer Phase hohen Druckes im Zylinder Gas nach Brennende aus dem Zylinder übergeleitet wird und der Zwischenbehälter in einer Phase niedrigen Druckes im Zylinder das Gas am Beginn der Kompression dem Zylinder wieder zuführt, wobei der Verbindungskanal zwischen Zylinder und Zwischenspeicher oberhalb des Kolbens in dessen oberer Totpunktlage direkt in den Brennraum mündet und wobei die Strömungsverbindung zwischen Zwischenspeicher und Zylinder unabhängig von der Auslaßventilsteuerung herstellbar ist.The invention relates to an internal combustion engine in which an intermediate store is provided for each cylinder, into which gas is transferred from the cylinder after the end of the combustion in a phase of high pressure in the cylinder via a connection channel controlled by an overflow valve to the cylinder, and the intermediate container in a phase of low pressure in the cylinder, the gas is fed back to the cylinder at the beginning of the compression, the connection channel between the cylinder and the intermediate store opening above the piston in its top dead center position directly into the combustion chamber and the flow connection between the intermediate store and the cylinder being able to be established independently of the exhaust valve control.

Bei bekannten Brennkraftmaschinen wird dem Zylinder in einer Phase hohen Druckes Gas entnommen und in einen Zwischenbehälter übergeleitet. Dieses Gas wird entweder zur Einbringung des Kraftstoffes in den Brennraum (Gemischeinblasung), oder, bei direkter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum, zur Verbesserung der Verbrennung indem das Gas dem Einspritzstrahl nachgeblasen wird, verwendet. Das Speichervolumen ist in beiden Fällen im Vergleich zum Hubvolumen im Hinblick auf die Aufgabe, die es zu erfüllen hat, verhältnismäßig klein.In known internal combustion engines, gas is withdrawn from the cylinder in a phase of high pressure and transferred to an intermediate container. This gas is used either to introduce the fuel into the combustion chamber (mixture injection) or, in the case of direct fuel injection into the combustion chamber, to improve the combustion by blowing the gas into the injection jet. In both cases, the storage volume is relatively small compared to the stroke volume with regard to the task that it has to perform.

Aus der DE 35 33 014 C2 ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Rückführung der gespeicherten Luft in den Brennraum in Abhängigkeit des Einspritzdruckes erfolgt. Dadurch soll eine möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffes erreicht und somit schädliche Emissionen vermindert werden. Die Gasentnahme aus dem Zylinder in den Zwischenspeicher sowie die Rückführung aus dem Zwischenspeicher über die Einspritzdüse in den Zylinder erfolgt über Rückschlagventile, wodurch die Entnahme und Rückführung stark von der Kolbenstellung und dem Einspritzdruck abhängt. Eine von der Kolbenstellung und dem Einspritzdruck unabhängige Entnahme und Rückführung ist nicht möglich.From DE 35 33 014 C2 an internal combustion engine of the type mentioned is known, in which the stored air is returned to the combustion chamber as a function of the injection pressure. This is to achieve the most complete possible combustion of the fuel and thus to reduce harmful emissions. The gas is withdrawn from the cylinder into the intermediate store and returned from the intermediate store via the injection nozzle into the cylinder via check valves, which means that the removal and return is strongly dependent on the piston position and the injection pressure. Removal and return independent of the piston position and the injection pressure is not possible.

Aus der GB-A 3 790 a.d. 1906 ist eine U-Boot-Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Zwischenspeicher über einen von einem Überströmventil kontrollierten Verbindungskanal mit dem Zylinder verbunden ist. Auch hier wird in einer Phase hohen Druckes im Zylinder Gas nach Brennende aus dem Zylinder übergeleitet, im Zwischenbehälter zwischengelagert und in einer Phase niedrigen Druckes dem Zylinder über den Verbindungskanal wieder zugeführt. Der Verbindungskanal mündet allerdings in den Auslaßkanal ein, wodurch die Strömungsverbindung zwischen dem Zwischenspeicher und dem Zylinder nur bei geöffnetem Auslaßventil möglich ist.From GB-A 3 790 a.d. A submarine internal combustion engine is known in 1906, in which an intermediate store is connected to the cylinder via a connection channel controlled by an overflow valve. Here, too, gas is transferred from the cylinder after the end of the combustion in a phase of high pressure in the cylinder, stored temporarily in the intermediate container and fed back to the cylinder via the connecting channel in a phase of low pressure. However, the connecting channel opens into the outlet channel, so that the flow connection between the intermediate store and the cylinder is only possible when the outlet valve is open.

Die DE 228 997 C beschreibt eine Brennkraftmaschine, bei welcher die Verbrennungsluft unmittelbar durch Verbrennungsprodukte eines früheren Hubes erhitzt wird. Dies geschieht in der Weise, daß am Ende des Arbeitshubes Verbrennungsprodukte in einen Aufnehmer übergeleitet werden, aus welchem sie am Ende des Saughubes oder am Anfang des Verdichtungshubes in den Zylinder strömen. Der zum Aufnehmer führende Kanal wird durch den Kolben gesteuert. Dies ergibt sehr kurze Steuerzeiten und aufgrund des starren Zusammenhanges von Kolbenbewegung relativ zum Kanal ist das Druckniveau im Aufnehmer begrenzt, womit ein großes Speichervolumen notwendig wird. Das gleiche gilt für eine aus der DE 521 920 C bekannte gemischverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine, bei der zu einem Behälter führende Öffnungen im Zylinder durch den Kolben gesteuert werden.DE 228 997 C describes an internal combustion engine in which the combustion air is heated directly by combustion products from an earlier stroke. This is done in such a way that at the end of the working stroke, combustion products are transferred to a sensor, from which they flow into the cylinder at the end of the suction stroke or at the beginning of the compression stroke. The channel leading to the transducer is controlled by the piston. This results in very short control times and, due to the rigid relationship between piston movement relative to the channel, the pressure level in the transducer is limited, which means that a large storage volume is necessary. The same applies to a mixture-compressing four-stroke internal combustion engine known from DE 521 920 C, in which openings in the cylinder leading to a container are controlled by the piston.

Bei einer nach der DE 1 751 473 A ausgeführten Brennkraftmaschine ergibt die Erzeugung eines Druckgefälles über eine Drosselung im Auspuff oder Saugrohr ein nur niedriges Druckniveau, ähnlich, wie bei bekannten Abgasrückführsystemen. Ein wesentlicher Aufladeeffekt ist auf diese Weise nicht erreichbar.In an internal combustion engine designed according to DE 1 751 473 A, the generation of a pressure gradient by throttling in the exhaust pipe or intake manifold results in only a low pressure level, similar to known exhaust gas recirculation systems. A major charging effect cannot be achieved in this way.

Auch aus der US 3 799 130 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem vom Zylinder ausgehenden, in einen Zwischenspeicher mündenden Verbindungskanal bekannt, wobei die Mündung des Verbindungskanales in den Kolben von der Kolbenstellung gesteuert wird. Auch die US 4 282 845 A verwendet dieses Prinzip. Zusätzlich kann der Eintritt in den Zwischenspeicher über ein eigenes Hubventil gesteuert werden. Trotzdem ist eine direkte Abhängigkeit von der Kolbenstellung gegeben.From US Pat. No. 3,799,130 A, an internal combustion engine is also known with a connecting channel starting from the cylinder and opening into an intermediate store, the opening of the connecting channel into the piston being controlled by the piston position. US 4,282,845 A also uses this principle. In addition, the entry into the buffer store can be controlled via its own lift valve. Nevertheless, there is a direct dependency on the piston position.

Alle diese Brennkraftmaschinen haben den Nachteil, daß die Entnahme- und Zuführung des Gases aus dem Speicher bzw. in den Speicher von der Stellung des Kolbens der Brennkraftmaschine abhängt und eine Steuerung der Entnahme- und Zuführung des Gases daher nicht uneingeschränkt möglich ist. Durch die starr von der Kolbenstellung abhängige Entnahme- und Rückführung können optimale Bedingungen nur in einzelnen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erreicht werden. In anderen Betriebsbereichen wirkt sich die starre Auslegung nachteilig auf den Wirkungsgrad, den Kraftstoffverbrauch und auf die Schadstoffemissionen aus.All these internal combustion engines have the disadvantage that the removal and supply of the gas from the store or into the store depends on the position of the piston of the internal combustion engine and control of the removal and supply of the gas is therefore not possible without restriction. Due to the removal and return that is rigidly dependent on the piston position, optimal conditions can only be achieved in individual operating areas of the internal combustion engine. In other areas of operation, the rigid design adversely affects efficiency, fuel consumption and pollutant emissions.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der genannten Art den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, deren Kraftstoffverbrauch sowie deren Schadstoffemissionen zu verbessern. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Verbindungskanal zwischen Zwischenspeicher und Zylinder die einzige Strömungsverbindung zum Zwischenspeicher ist und das Überströmventil in an sich bekannter Weise unabhängig von der Kolbenstellung und in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine aus der Gruppe 2The present invention has for its object to avoid these disadvantages and to improve the efficiency of the internal combustion engine, its fuel consumption and its pollutant emissions in an internal combustion engine of the type mentioned. According to the invention, this is done in that the connecting channel between the intermediate store and the cylinder is the only flow connection to the intermediate store and the overflow valve in a manner known per se independently of the piston position and depending on at least one operating parameter of the internal combustion engine from group 2

AT 402 432 BAT 402 432 B

Last, Drehzahl, Brennraumdruck und Brennraumtemperatur steuerbar ist. Die Vorteile dieser Restgaszwi-schenspeicherung und Rückführung desselben bei Beginn des Verdichtungstaktes, sind die Erzielung einer variablen Gesamtladungsmasse im Brennraum bei festgehaltener Frischluftladungsmasse. Damit kann ein variables effektives Verdichtungsverhältnis erzielt werden. Bei Otto-Motoren bedeutet dies z.B. in leerlaufnahen Teillastgebieten eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades um etwa 30 %. Außerdem tritt eine Verkürzung des Zündverzuges bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen durch Anhebung der Ladungstemperatur ein. Die Stickoxidemission zufolge eines erhöhten Anteiles an Inertgas an der Gesamtladung wird verringert. Weiters ist von Vorteil, daß das geometrische Verdichtungsverhältnis für den Motor ohne interner Abgasrückführung abgesenkt werden kann. Das Startverhalten wird aufgrund der zufolge der Restgasüberschiebung möglichen hohen Ladungsmasse sowie Ladungstemperatur verbessert.Load, speed, combustion chamber pressure and combustion chamber temperature is controllable. The advantages of this intermediate gas storage and recirculation at the beginning of the compression stroke are the achievement of a variable total charge mass in the combustion chamber with the fresh air charge mass being retained. A variable effective compression ratio can thus be achieved. For Otto engines, this means e.g. in partial load areas close to idle, an improvement in thermal efficiency of about 30%. In addition, the ignition delay in auto-ignition internal combustion engines is shortened by increasing the charge temperature. The nitrogen oxide emission due to an increased proportion of inert gas in the total charge is reduced. Another advantage is that the geometric compression ratio for the engine can be reduced without internal exhaust gas recirculation. The starting behavior is improved due to the high charge mass and charge temperature that are possible due to the residual gas thrust.

Bei selbstzündenden mischungsgeregelten Brennkraftmaschinen ergibt sich durch die interne Abgas-rückführung in Teillastgebieten ein partieller Aufladeeffekt. Dies deswegen, weil aufgrund der herrschenden hohen Luftzahlen im Restgas noch ein ausreichender Anteil an unverbranntem Sauerstoff vorhanden ist.In the case of self-igniting, mixture-controlled internal combustion engines, the internal exhaust gas recirculation results in a partial charging effect in part-load areas. This is because, due to the high air numbers in the residual gas, there is still a sufficient amount of unburned oxygen.

Das Auslaßventil der Brennkraftmaschine kann dabei nur auf einen Teil, z.B. 90 % vom möglichen Gesamthub geöffnet und dann sehr schnell bis auf einen Hub von z.B. 10 % geschlossen werden, wobei im Zylinder der Brennkraftmaschine komprimiertes Gas über ein über die Nockenwelle betätigtes Steuerventil in den Zwischenbehälter übergeschoben wird, und die Rückführung in den Zylinder vor Beginn der Kompression über das Steuerventil erfolgt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß für das Steuerventil keine Phasenverschiebung zur Kurbelwellenlage zufolge unterschiedlicher Brennraumdrücke benötigt wird.The exhaust valve of the internal combustion engine can only be part of it, e.g. 90% of the possible total stroke opened and then very quickly up to a stroke of e.g. 10% are closed, with compressed gas in the cylinder of the internal combustion engine being pushed into the intermediate container via a control valve actuated by the camshaft, and the return to the cylinder before the commencement of the compression takes place via the control valve. This solution has the advantage that no phase shift to the crankshaft position due to different combustion chamber pressures is required for the control valve.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Volumen des Zwischenbehälters weniger als 50 %, vorzugsweise 15 bis 30 % des Hubvolumens des Zylinders beträgt. Durch die relative Größe des Zwischenbehälters können die genannten Vorteile optimiert werden.In a further embodiment of the invention it can be provided that the volume of the intermediate container is less than 50%, preferably 15 to 30% of the stroke volume of the cylinder. The advantages mentioned can be optimized by the relative size of the intermediate container.

Die zur Steuerung des Überströmventiles herangezogene Betriebskenngröße kann vorzugsweise die Last und die Drehzahl der Brennkraftmaschine oder der Brennraumdruck und die Brennraumtemperatur der Brennkraftmaschine sein.The operating parameter used to control the overflow valve can preferably be the load and the speed of the internal combustion engine or the combustion chamber pressure and the combustion chamber temperature of the internal combustion engine.

Bei einer Steuerung des Überströmventiles in Abhängigkeit vom Brennraumdruck der Brennkraftmaschine kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Betätigung des Überströmventiles zum Verlauf des Druckes im Zylinder phasenverschiebbar sein.When the overflow valve is controlled as a function of the combustion chamber pressure of the internal combustion engine, according to a further feature of the invention, the actuation of the overflow valve can be phase-shifted to the course of the pressure in the cylinder.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schnitt durch die Zylinderachse, Fig. 2 ein Funktionsdiagramm zur Brennkraftmaschine nach Fig. 1, Fig. 3 ein Detail einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und Fig. 4 dazu ein Federdiagramm. Fig. 5 zeigt Funktionskennlinien einer weiteren Ausführungsform der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine for carrying out the method according to the invention in section through the cylinder axis, FIG. 2 shows a function diagram for the internal combustion engine according to FIG. 1, FIG. 3 shows a detail of an internal combustion engine according to the invention and FIG. 4 shows a spring diagram. 5 shows functional characteristics of a further embodiment of the internal combustion engine according to the invention.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist der Zylinder mit 1, der Kolben mit 2 und der Zylinderkopf mit 3 bezeichnet. Der Ladungswechsel des Brennraumes 4 erfolgt über den durch das Einlaßventil 5 gesteuerten Einlaßkanal 6 beziehungsweise über den Auslaßkanal 7, welcher durch das Auslaßventil 8 gesteuert wird. Im oder in Verbindung mit dem Zylinderkopf 3 ist ein Zwischenspeicher 9 angeordnet, der über den Verbindungskanal 10 mit dem Brennraum 4 verbunden ist. Das in diesem Verbindungskanal 10 angeordnete Überströmventil ist mit 11 bezeichnet. Das Volumen des Zwischenspeichers 9 beträgt weniger als 50 % des Hubvolumens des Zylinders 1, vorzugsweise jedoch 15 bis 30 % davon.In the four-stroke internal combustion engine shown in FIG. 1 according to the invention, the cylinder is denoted by 1, the piston by 2 and the cylinder head by 3. The charge change of the combustion chamber 4 takes place via the inlet channel 6 controlled by the inlet valve 5 or via the outlet channel 7, which is controlled by the outlet valve 8. An intermediate store 9 is arranged in or in connection with the cylinder head 3 and is connected to the combustion chamber 4 via the connecting duct 10. The overflow valve arranged in this connecting channel 10 is designated 11. The volume of the intermediate store 9 is less than 50% of the stroke volume of the cylinder 1, but preferably 15 to 30% thereof.

Das Überströmventil 11 ist derart gesteuert, daß das Gas dem Zylinder nach Brennende entnommen, dem Zwischenbehälter 9 zugeleitet und aus dem Zwischenbehälter 9 vor Beginn der Kompression dem Brennraum 4 wieder zugeleitet wird. Das Ein- und Ausströmen von Gas in den Zwischenbehälter 9 beziehungsweise aus diesem Zwischenbehälter ist durch die Pfeile 12 beziehungsweise 13 symbolisiert.The overflow valve 11 is controlled in such a way that the gas is removed from the cylinder after the end of the combustion, fed to the intermediate container 9 and fed back to the combustion chamber 4 from the intermediate container 9 before the start of compression. Arrows 12 and 13 symbolize the inflow and outflow of gas into the intermediate container 9 or from this intermediate container.

Fig. 2 zeigt zur Brennkraftmaschine nach Fig. 1, über dem Kurbelwinkel für zwei Kurbelwellenumdrehungen aufgetragen, die Ventilerhebung 8’ des Auslaßventiles 8, die Ventilerhebung 5’ des Einlaßventils 5 sowie die Ventilerhebung 11' des Überströmventiles 11 in mm. Außerdem ist über dem Kurbelwinkel der Zylinderdruck 14 aufgetragen. Im ersten Kurbelwinkelabschnitt 0 bis 180 ·, der mit 15 bezeichnet ist, findet die Verbrennung beziehungsweise das Expandieren im Zylinder 1 statt. Im zweiten Abschnitt 16 der bis zum oberen Totpunkt reicht, wird das Gas ausgeschoben, im dritten Abschnitt 17 findet das Ansaugen und im vierten Abschnitt 18 bis zum oberen Totpunkt das Verdichten statt.Fig. 2 shows the internal combustion engine according to Fig. 1, plotted over the crank angle for two crankshaft revolutions, the valve lift 8 'of the exhaust valve 8, the valve lift 5' of the intake valve 5 and the valve lift 11 'of the overflow valve 11 in mm. In addition, the cylinder pressure 14 is plotted over the crank angle. In the first crank angle section 0 to 180 ·, which is denoted by 15, the combustion or expansion takes place in cylinder 1. In the second section 16, which extends to the top dead center, the gas is pushed out, in the third section 17 the suction takes place and in the fourth section 18 to the top dead center, the compression takes place.

Wie ersichtlich, sind die Ventilerhebungen des Auslaßventiles und des Einlaßventiles etwa gleich groß und überschneiden sich bei 360* Kurbelwinkel nur ganz wenig. Im Kurbelwinkelbereich 19 zwischen etwa 60* und 100* wird das Überströmventil 11 von einem auf einer mit halber Motordrehzahl umlaufenden Nockenwelle sitzenden Nocken etwa 2 mm angehoben, wobei eine Verbindung zwischen Brennraum 4 und Zwischenspeicher 9 entsteht. Dasselbe geschieht im Kurbelwinkelbereich 20 zwischen 580* und 620* durch einen zweiten Nocken. In der ersten Öffnungsperiode, vor dem Ende des Abschnittes 15, wo noch ein 3As can be seen, the valve lifts of the exhaust valve and the intake valve are approximately the same size and overlap only slightly at 360 * crank angle. In the crank angle range 19 between approximately 60 * and 100 *, the overflow valve 11 is raised approximately 2 mm by a cam seated on a camshaft rotating at half the engine speed, a connection being established between the combustion chamber 4 and the intermediate store 9. The same happens in the crank angle range 20 between 580 * and 620 * by a second cam. In the first opening period, before the end of section 15, where a third

AT 402 432 B Überdruck im Zylinder herrscht, strömt Gas aus dem Zylinder 1 in den Zwischenspeicher 9 ein. Umgekehrt strömt im Abschnitt 18, im Kurbelwinkelbereich 20, das verdichtete Gas aus dem Zwischenspeicher 9 in den Brennraum 4, sodaß eine zusätzliche Ladungsverdichtung unter Vermehrung des Zylinderinhaltes stattfindet.AT 402 432 B If there is overpressure in the cylinder, gas flows from cylinder 1 into the intermediate store 9. Conversely, in section 18, in the crank angle region 20, the compressed gas flows from the intermediate store 9 into the combustion chamber 4, so that an additional charge compression takes place while increasing the cylinder content.

Das Überströmventil 11 kann auf verschiedene Weise (pneumatisch, mechanisch, elektrisch, hydraulisch usw.) betätigt werden.The overflow valve 11 can be operated in various ways (pneumatic, mechanical, electrical, hydraulic, etc.).

Bei konstanten Steuerzeiten für das Überströmventil 11 ist der Druck im Zwischenspeicher 9 eine Funktion vom Motorbetriebszustand. Je nach Last und Drehzahl ist nämlich der Zylinderdruckverlauf in der Expansionsphase unterschiedlich.With constant control times for the overflow valve 11, the pressure in the intermediate store 9 is a function of the engine operating state. Depending on the load and speed, the cylinder pressure curve in the expansion phase is different.

Um diesem Phänomen bei Bedarf Rechnung zu tragen, kann im Rahmen der Erfindung das Überströmventil 11 zum Zylinderdruckverlauf phasenverschiebbar betätigt werden. Es kann aber auch der Steuermechanismus für dieses Überströmventil 11 von der Last, der Drehzahl oder von Druck und Temperatur im Zylinder abhängig gemacht werden.In order to take this phenomenon into account, if necessary, the overflow valve 11 can be actuated in a phase-shifting manner in relation to the cylinder pressure curve. However, the control mechanism for this overflow valve 11 can also be made dependent on the load, the speed or on pressure and temperature in the cylinder.

Ein einfaches mechanisches Ausführungsbeispiel einer vom Druck im Zylinder abhängigen Steuerung des Überströmventiles 11 ist in Fig. 3 dargestellt und in seiner Funktion in Fig. 4 näher erläutert.A simple mechanical embodiment of a control of the overflow valve 11 which is dependent on the pressure in the cylinder is shown in FIG. 3 and its function is explained in more detail in FIG. 4.

Das in Fig. 3 dargestellte Überströmventil 11 steuert den Verbindungskanal 10 und ist als Tellerventil ausgebildet. Die wirksame Fläche des Ventiltellers 21 ist mit A bezeichnet. Das Überströmventil weist auf seinem dem Ventilteller gegenüberliegenden Ende einen hohlzylindrischen Ansatz 22 auf, der über seinen Zwischenboden 23 mit dem Schaft 24 des Überströmventils 11 fest verbunden ist. An der Unterseite des Zwischenbodens 23 greift eine Schraubendruckfeder F2 an, welche das Überströmventil 11 in Schließrichtung belastet. Über dem Überströmventil 11 befindet sich eine Nockenwelle 25, deren Achse 25' die Achse 11" des Überströmventiles 11 schneidet. Diese Nockenwelle 25 läuft mit halber Motordrehzahl um und weist zwei um etwa 180* versetzte Nocken 26 und 27 auf, von denen einer das Überströmen von Gas in den Zwischenspeicher 9 in der Expansiosnphase und der andere das Einblasen des gespeicherten Gases in den Zylinder in der Verdichtungsphase steuert. Die Nocken 26 und 27 arbeiten mit einem Stößel 28 zusammen, der ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist und durch die Schraubendruckfeder F1, welche sich an der Oberseite des Zwischenbodens 23 abstützt, an die Nockenwelle 25 angepreßt wird und so mit dieser kraftschlüssig verbunden ist. Der maximale Hub des Stößels 28 gegenüber dem hohlzylindrischen Ansatz 22 ist mit H1, der maximale Hub des hohlzylindrischen Ansatzes 22 gegenüber der Auflagefläche 29 der Feder F2 ist mit H2 bezeichnet.The overflow valve 11 shown in FIG. 3 controls the connecting channel 10 and is designed as a poppet valve. The effective area of the valve plate 21 is designated A. The overflow valve has on its end opposite the valve plate a hollow cylindrical extension 22 which is fixedly connected to the stem 24 of the overflow valve 11 via its intermediate base 23. A helical compression spring F2, which loads the overflow valve 11 in the closing direction, engages on the underside of the intermediate base 23. Above the overflow valve 11 is a camshaft 25, the axis 25 'of which is the axis 11 " of the overflow valve 11 cuts. This camshaft 25 rotates at half the engine speed and has two cams 26 and 27 offset by approximately 180 *, one of which is the overflow of gas into the intermediate store 9 in the expansion phase and the other is the blowing of the stored gas into the cylinder in the compression phase controls. The cams 26 and 27 work together with a tappet 28, which is also hollow-cylindrical and is pressed against the camshaft 25 by the helical compression spring F1, which is supported on the top of the intermediate floor 23, and is thus connected to the camshaft in a force-locking manner. The maximum stroke of the plunger 28 with respect to the hollow cylindrical extension 22 is denoted by H1, the maximum stroke of the hollow cylindrical extension 22 with respect to the contact surface 29 of the spring F2 is denoted by H2.

Der Summenkraft aus Ventilkraft, bestimmt durch die Ventiltellerfläche A und dem Druck p im Brennraum 4, sowie der Federkraft F2 wirkt die Federkraft F1 entgegen, welche durch die Nocken 26 und 27 aus der gezeichneten Grundstellung heraus vergrößert wird.The total force from the valve force, determined by the valve disk surface A and the pressure p in the combustion chamber 4, and the spring force F2 is counteracted by the spring force F1, which is increased by the cams 26 and 27 from the basic position shown.

Das Kräftediagramm enthält Fig. 4. Es sind hier die in Richtung der Achse 11" des Überströmventiles 11 wirksamen Kräfte F über dem Hub H des Übertrömventiles 11 beziehungsweise, der Zeit t aufgetragen. Ein gewünschter konstanter Zylinderdruckwert p bei Beginn des Steuerventilhubes ergibt sich, wenn die Federkraft F1 gleich der Summenkraft aus der dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechenden "Zylinderkraft FZi, FZ2l..." und der Federkraft F2 wird. Das Steuerventil 11 öffnet, wennThe force diagram is shown in FIG. 4. Here are the force curves in the direction of the axis 11 " of the overflow valve 11 effective forces F plotted over the stroke H of the overflow valve 11 or, respectively, the time t. A desired constant cylinder pressure value p at the beginning of the control valve stroke results when the spring force F1 is equal to the total force from the " cylinder force FZi, FZ2l ... " corresponding to the respective operating state of the internal combustion engine. and the spring force F2. The control valve 11 opens when

Fi = F2 + FZ! = f2 + fz2 usw. ist. Die gewünschte konstante Öffnungskraft ist mit C bezeichnet.Fi = F2 + FZ! = f2 + fz2 etc. The desired constant opening force is denoted by C.

Die Funktionsweise ist beispielsweise folgende: Aus der in Fig. 3 dargestellten Schließlage des Überströmventiles 11 heraus wird die Spannung der Feder Fl bei Drehung der Nockenwelle erhöht, sodaß das Überströmventil 11 bei einem bestimmten Zylinderdruck p öffnet. Bei Nachlassen der Federkraft F1 infolge Weiterdrehung der Nockenwelle 25 überwiegt wiederum die "Zylinderkraft" und das Überströmventil 11 wird wieder geschlossen. Bei höheren Lasten kann ohne weiteres erreicht werden, daß dieses Überströmventil 11 nicht öffnet, weil der Druck p den hiefür notwendigen geringen Wert nicht erreicht. Das Öffnen und Schließen des Überströmventiles 11 in den durch die beiden Nocken 26 und 27 bestimmten Punkten ist also abhängig vom Druck p im Brennraum 4 und somit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine.The mode of operation is, for example, as follows: from the closed position of the overflow valve 11 shown in FIG. 3, the tension of the spring F1 is increased when the camshaft rotates, so that the overflow valve 11 opens at a specific cylinder pressure p. When the spring force F1 decreases due to further rotation of the camshaft 25, the " cylinder force " and the overflow valve 11 is closed again. At higher loads it can easily be achieved that this overflow valve 11 does not open because the pressure p does not reach the low value required for this. The opening and closing of the overflow valve 11 in the points determined by the two cams 26 and 27 is therefore dependent on the pressure p in the combustion chamber 4 and thus on the operating state of the internal combustion engine.

Dabei sind für beide durch die Nocken 26 und 27 gesteuerten Öffnungsphasen des Überströmventiles 11 prinzipiell folgende Hubverläufe denkbar: 4In principle, the following stroke profiles are conceivable for both opening phases of the overflow valve 11 controlled by the cams 26 and 27: 4

Claims (5)

AT 402 432 B 1. ) Bei einem Nockenhub kleiner H1 wird die Öffnung des Überströmventiles lediglich durch den Zylinderdruck p + Feder F1 bestimmt und kann für bestimmte Betriebszustände - beispielsweise im Vollastbetrieb · überhaupt entfallen. 2. ) Bei einem Nockenhub zwischen H1 und H1 + H2 erfolgt in jedem Fall zu einem bestimmten von der Nockenkontur vorgegebenen Zeitpunkt eine Öffnung des Überströmventiles 11. Dieser erzwungenen Öffnung kann jedoch - abhängig vom jeweils herrschenden Zylinderdruck p eine vom Zylinderdruck gesteuerte Öffnung vorausgehen und/oder nachfolgen. 3. ) Schließlich ist es auch denkbar, asymmetrische Nocken 26 und 27 auszubilden, welche sich sowohl in ihrer Kontur als auch in ihrem Nockenhub unterscheiden um unterschiedliche Druckverhältnisse während dem Oberströmen der Gase in den Zwischenspeicher und deren Einblasen in den Zylinder durch unterschiedliche Öffnungszeiten ausgleichen zu können. Das in Fig. 5 dargestellte Verfahren unterscheidet sich von jenem nach Fig. 2 dadurch, daß das Auslaßventil 8 nur mehr z.B. 90 % des Gesamthubes geöffnet und dann sehr schnell bis auf einen Hub von z.B. 10 % geschlossen wird. Aufgrund der Ausschiebewirkung des Kolbens 2 der Brennkraftmaschine wird ein Druck p im Zylinder 1 aufgebaut. Dieser wird in den Zwischenspeicher 9 übergeschoben. Auch in diesem Falle ist ein Überströmventil 11 vorhanden, welches aber im Vergleich zum Verfahren nach Fig. 2 den Einlaß in den Zwischenspeicher wesentlich später steuert, nämlich zwischen 240 und 280* Kurbelwinkel. Der Kurbelwinkelbereich für das Einströmen in den Zwischenspeicher ist mit 29 bezeichnet. Vom Beginn der Überströmung bei 240* Kurbelwinkel an weist die Zylinderdruckkurve 14 einen leichten Anstieg auf, weil der noch nicht ausgeschobene Ladungsteil wieder etwas komprimiert wird. Das Überströmen zum Zwischenbehälter wird wiederum von einer Nockenwelle gesteuert, analog wie bei der Ausführung nach Fig. 2. Auch das Überströmen vom Zwischenbehälter 9 zum Zylinder während des Ansaugtaktes muß von einem Nocken gesteuert werden, analog wie in Fig. 2 dargestellt. Für einen Dieselmotor mit einem Zylinderhubvolumen von 0.53 I wurde der Effekt einer derartigen internen Abgasrückführung thermodynamisch berechnet. Damit ergaben sich für einen Teillastpunkt von pmi = 3.48 bar bei 1300 U/min. Geometrisches Verdichtungsverhältnis Standard 20.5:1 Standard mit Abgasrückführung 20.5:1 Standard abgesenkt 16:1 Zwischenspeichervolumen 0 0.13 0.13 Ladungsmasse (g) 0.521 0.576 0.584 effektives Verdichtungsverhältnis 20.5 24.7 20.5 Ladungstemperatur (* K) 1036 1226 1155 Zündverzug (· Kurbelwinkel) 5.4 3.4 4.1 Es gilt, daß mit dem abgesenkten geometrischen Verdichtungsverhältnis von 16 : 1 in der Teillast mit interner Abgasrückführung das gleiche effektive Verdichtungsverhältnis von 20.5 : 1 gefahren wird, wie für den Standardausgangspunkt. Die Ladungstemperatur steigt auf 1155* K gegenüber 1036* K was eine Zündverzugsverkürzung um 1.3* Kurbelwinkel von 5.4 auf 4.1 · Kurbelwinkel entspricht. Richtung Nennleistung kann ohne interner Abgasrückführung mit dem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 16 : 1 gefahren werden. Patentansprüche 1. Brennkraftmaschine, bei der zu jedem Zylinder ein Zwischenspeicher vorgesehen ist, in den über einen von einem Überströmventil kontrollierten Verbindungskanal zum Zylinder in einer Phase hohen Druckes im Zylinder Gas nach Brennende aus dem Zylinder übergeleitet wird und der Zwischenbehälter in einer Phase niedrigen Druckes im Zylinder das Gas am Beginn der Kompression dem Zylinder wieder zuführt, wobei der Verbindungskanal zwischen Zylinder und Zwischenspeicher oberhalb des Kolbens in dessen oberer Totpunktlage direkt in den Brennraum mündet und wobei die Strömungsverbindung zwischen Zwischenspeicher und Zylinder unabhängig von der Auslaßventilsteuerung herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (10) zwischen Zwischenspeicher (9) und Zylinder (1) die einzige Strömungsverbindung zum Zwischenspeicher (9) ist und das Überströmventil (11) in an sich bekannter Weise unabhängig von der Kolbenstellung und in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine aus der Gruppe Last, Drehzahl, Brennraumdruck und 5 AT 402 432 B Brennraumtemperatur steuerbar ist.AT 402 432 B 1.) With a cam stroke of less than H1, the opening of the overflow valve is only determined by the cylinder pressure p + spring F1 and can be omitted for certain operating conditions - for example in full load operation. 2.) In the event of a cam stroke between H1 and H1 + H2, the overflow valve 11 is opened at a certain point in time specified by the cam contour. However, this forced opening - depending on the prevailing cylinder pressure p - is preceded by an opening controlled by the cylinder pressure and / or follow. 3.) Finally, it is also conceivable to form asymmetrical cams 26 and 27, which differ both in their contour and in their cam stroke in order to compensate for different pressure conditions during the overflow of the gases into the intermediate store and their blowing into the cylinder through different opening times can. The method shown in Fig. 5 differs from that according to Fig. 2 in that the outlet valve 8 is only e.g. 90% of the total stroke opened and then very quickly up to a stroke of e.g. 10% is closed. Due to the pushing-out effect of the piston 2 of the internal combustion engine, a pressure p is built up in the cylinder 1. This is pushed into the buffer 9. In this case too, an overflow valve 11 is present, which, however, controls the inlet into the intermediate store much later, in comparison with the method according to FIG. 2, namely between 240 and 280 * crank angle. The crank angle range for the inflow into the intermediate store is designated by 29. From the beginning of the overflow at a crank angle of 240 *, the cylinder pressure curve 14 shows a slight increase because the part of the load which has not yet been pushed out is somewhat compressed again. The overflow to the intermediate container is in turn controlled by a camshaft, analogously to the embodiment according to FIG. 2. The overflow from the intermediate container 9 to the cylinder during the intake stroke must also be controlled by a cam, analogously to that shown in FIG. 2. The effect of such an internal exhaust gas recirculation was thermodynamically calculated for a diesel engine with a cylinder displacement of 0.53 l. This resulted in a partial load point of pmi = 3.48 bar at 1300 rpm. Geometric compression ratio standard 20.5: 1 standard with exhaust gas recirculation 20.5: 1 standard lowered 16: 1 buffer volume 0 0.13 0.13 charge mass (g) 0.521 0.576 0.584 effective compression ratio 20.5 24.7 20.5 charge temperature (* K) 1036 1226 1155 ignition delay (crank angle) 5.4 3.4 4.1 Es applies that with the reduced geometric compression ratio of 16: 1 in partial load with internal exhaust gas recirculation the same effective compression ratio of 20.5: 1 is used as for the standard starting point. The charge temperature rises to 1155 * K compared to 1036 * K, which corresponds to a shortening of the ignition delay by 1.3 * crank angle from 5.4 to 4.1 crank angle. The direction of nominal power can be driven without internal exhaust gas recirculation with the geometric compression ratio of 16: 1. 1. Internal combustion engine, in which an intermediate store is provided for each cylinder, in which gas is transferred from the cylinder to the cylinder via a connection channel controlled by an overflow valve in a phase of high pressure in the cylinder after the end of combustion and the intermediate container in a phase of low pressure Cylinder supplies the gas to the cylinder again at the beginning of the compression, the connection channel between the cylinder and the intermediate store opening above the piston in its top dead center position directly into the combustion chamber and the flow connection between the intermediate store and the cylinder being able to be established independently of the exhaust valve control, characterized in that the connecting channel (10) between the intermediate store (9) and the cylinder (1) is the only flow connection to the intermediate store (9) and the overflow valve (11) in a manner known per se independently of the piston position and depending on at least one ns an operating parameter of the internal combustion engine from the group load, speed, combustion chamber pressure and 5 AT 402 432 B combustion chamber temperature can be controlled. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Zwischenspeichers (9) weniger als 50 %, vorzugsweise 15 bis 30 % des Hubvolumens des Zylinders (1), beträgt.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the volume of the intermediate store (9) is less than 50%, preferably 15 to 30% of the stroke volume of the cylinder (1). 3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebskenngrößen zur Steuerung des Überströmventiles (11) die Last und die Drehzahl der Brennkraftmaschine sind.3. Internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the operating parameters for controlling the overflow valve (11) are the load and the speed of the internal combustion engine. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebskenngrößen zur Steuerung des Überströmventiles (11) der Brennraumdruck und die Brennraumtemperatur der Brennkraftmaschine sind.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the operating parameters for controlling the overflow valve (11) are the combustion chamber pressure and the combustion chamber temperature of the internal combustion engine. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die zumindest eine Betriebskenngröße der Brennraumdruck ist, oder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Betätigung des Überströmventiles (11) zum Verlauf des Druckes im Zylinder (1) phasenverschiebbar ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 65. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the at least one operating parameter is the combustion chamber pressure, or according to claim 4, characterized in that the actuation of the overflow valve (11) to the course of the pressure in the cylinder (1) is phase shiftable. Including 2 sheets of drawings 6
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