DE10324007B4

DE10324007B4 - Combustion 4-stroke piston engine with axialstromigem cyclical gas exchange in the cylinder and method for operating such a motor

Info

Publication number: DE10324007B4
Application number: DE10324007A
Authority: DE
Inventors: Gerard Rolka
Original assignee: Rolka Gerard Dipl-Ing
Current assignee: Rolka Gerard Dipl-Ing
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: DE10324007A1

Abstract

Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotor mit axialstromigem zyklischem Gaswechsel in einem Zylinder (13) mit getrennten, in verschiedenen Teilen des Motors liegenden Gaswechselorganen, insbesondere Einlassventile (16; 53) und Auslassventile (10), zwei Brennmulden und zweimaliger Luftansaugung durch einen Kolben (14; 52) zum Zylinderoberraum, wobei zum einen das Einlassventil (16) oder mehrere Einlassventile (53) in den Kolben eingebaut ist/sind und zum Teil durch die Wirkung der bei der Kolbenbewegung entstehenden Trägheitskraft gesteuert wird/werden, und zum anderen in einem Zylinderboden und nächster seitlicher Umgebung zu diesem als Gaswechselorgane nur Auslassventile eingebaut sind.Combustion 4-stroke piston engine with axialstromigem cyclic gas exchange in a cylinder (13) with separate gas exchange organs located in different parts of the engine, in particular intake valves (16; 53) and exhaust valves (10), two Firing troughs and double air intake by a piston (14; 52) to the cylinder upper space, wherein on the one hand the inlet valve (16) or a plurality of inlet valves (53) is / are incorporated in the piston and partly due to the effect of the piston movement inertial force is / are controlled, and on the other in a cylinder bottom and next side Environment to this as gas exchange organs only exhaust valves installed are.

Description

Die Aufgaben, die neben anderen Aufgaben in Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotoren mit offenem Prozess und innerer Verbrennung eine wichtige Rolle spielen, sind die Aufgabe der Zylinderfüllung mit einer Frischladung optimaler Temperatur und Dichte sowie die Aufgabe der optimalen Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder bei gegebenen Motor-Last-Zuständen. Diese Aufgaben stehen in direkter Verbindung zur Leistung eines Motors, seinem Kraftstoffverbrauch und der Abgasemission. Es ist bekannt, dass der Motor Luft ansaugen oder mit Luft aufgeladen werden kann.The Tasks, among other tasks in combustion 4-stroke piston engines with open process and internal combustion play an important role, are the task of cylinder filling with a fresh charge of optimum temperature and density and the Task of optimal combustion of the air-fuel mixture in the Cylinder at given engine load conditions. These tasks are available in direct relation to the power of an engine, its fuel consumption and the exhaust emission. It is known that the engine suck in air or can be charged with air.

„Die Leistung eines Motors ist proportional dem Luftdurchsatz. Da dieser proportional der Luftdichte ist, kann die Leistung eines bezüglich Hubvolumen und Drehzahl vorgegebenen Motors durch Vorverdichten der Luft vor Eintritt in den Zylinder, d. h. durch Aufladen, erhöht werden. Der Aufladegrad gibt die Dichtesteigerung im Vergleich zum Saugmotor an. Er hängt vom verwendeten Aufladesystem ab (realisierbares Druckverhältnis) und ist bei gegebener Druckerhöhung am größten, wenn die Temperatur der verdichteten Luft (Ladeluft) nicht erhöht bzw. durch die Ladeluftkühlung auf ihre Ausgangstemperatur rückgekühlt wird. Der Aufladegrad wird beim Ottomotor durch klopfende Verbrennung, beim Dieselmotor durch die maximal zulässigen Spitzendrücke begrenzt." (Robert Bosch GmbH, Stuttgart. (1995). Kraftfahr Technisches Taschenbuch [KTT]. Augsburg: Weltbild – S. 378)."The performance of an engine is proportional to the air flow. Because this is proportional The air density can be the power of one in terms of displacement and speed given engine by pre-compressing the air before entering the cylinder, d. H. by charging, be increased. The charge level is the density increase compared to the naturally aspirated engine. He depends on used charging system (realizable pressure ratio) and is at a given pressure increase greatest, though the temperature of the compressed air (charge air) is not increased or by the charge air cooling is recooled to its initial temperature. The degree of charge is in the gasoline engine by knocking combustion, limited by the maximum allowable peak pressures in the diesel engine. "(Robert Bosch GmbH, Stuttgart. (1995). Kraft Technisches Taschenbuch [KTT]. Augsburg: Worldview - S. 378).

Motoren ohne Luftaufladung (Saugmotoren ohne Vorverdichtung) für PKW und LKW werden derzeit weniger gebaut. Die neuen Motorengenerationen haben entweder eine dynamische oder eine mechanische Aufladung.Engines without air charge (naturally aspirated without pre-compression) for cars and cars Trucks are currently being built less. The new engine generations have either a dynamic or a mechanical charge.

Das Prinzip der dynamischen Aufladung ist die Umwandlung der Saugarbeit des Kolbens in kinetische Energie der Gassäule im Einlasskanal vor dem Einlassventil und diese in Verdichtungsarbeit der Frischladung.The The principle of dynamic charging is the transformation of suction work of the piston into kinetic energy of the gas column in the inlet duct in front of the inlet valve and this in compacting the fresh charge.

Bei der mechanischen Aufladung durch Aufladegeräte handelt es sich um ein ähnliches Ziel: eine entsprechend dichte Frischladung, die unter einem kleinen Überdruck steht, in den Einlasskanal vor dem Einlassventil zu bringen.at The mechanical charging by chargers is a similar Goal: a correspondingly dense fresh charge, which under a small overpressure is to bring into the inlet channel in front of the inlet valve.

In allen Aufladesystemen und auch in normalen Saugsystemen wird die Frischladung im Einlasskanal vorbereitet und während des Ansaugtaktes nach dem Öffnen des Einlassventils durch die Kolben zum Zylinder angesaugt. Dennoch ist der richtige Verlauf der Zylinderfüllung durch den Platzmangel im Zylinderkopf und weitere damit in Verbindung stehende Probleme erschwert.In all charging systems and also in normal suction systems is the Fresh charge prepared in the intake passage and after the intake stroke opening of the intake valve sucked by the piston to the cylinder. Yet is the correct course of the cylinder filling due to the lack of space in the cylinder head and other related problems difficult.

Wie bekannt (Bosch GmbH, KTT S. 395–396) gehört das Oberteil des Brennraums zum Zylinderkopf und schließt das Zylinderrohr nach oben hin ab (Das Unterteil vom Brennraum ist die Kolbenoberseite). Im Zylinderkopf befinden sich Gaswechselorgane (meistens mit Steuerung), Ein- und Auslasskanäle, Kerze (Zünd- bzw. Glühkerze) und eventuell Einspritzventile. Die Bohrungen für Ein- und Auslassventile, Kerze und Einspritzventile haben ihre Öffnungen im Oberteil vom Brennraum. Der gegebene Zylinderdurchmesser begrenzt die (geometrische) Größe des Ventildurchmessers. Der Platzmangel im Zylinderkopf begrenzt auch den Verlauf und die Größe (Querschnitt) der Ein- und Auslasskanäle. Daher ist der Einlasskanal im Zylinderkopf nicht ausreichend groß (Querschnitt). Das Volumen des Einlasskanals ist mehrfach kleiner als das Volumen des Zylinders. Während des Ansaugtakts sinkt der Druck der Frischladung im Einlasskanal deutlich ab. Noch mehr sinkt der Druck im Zylinder, weil die Strömung der Frischladung durch das im Weg stehende Einlassventil gedrosselt wird. Als Konsequenz bleibt nach der Schließung des Einlassventils eine – im Vergleich zur Dichte im Saugrohr – deutlich verdünnte Frischladung im Zylinder.As known (Bosch GmbH, KTT p. 395-396) belongs the top of the combustion chamber to the cylinder head and closes the cylinder tube upward (the lower part of the combustion chamber is the piston top). In the cylinder head are gas exchange organs (usually with control), Inlet and outlet channels, Candle (ignition or glow plug) and possibly injection valves. The bores for inlet and outlet valves, Candle and injectors have their openings in the top of the combustion chamber. The given cylinder diameter limits the (geometric) size of the valve diameter. The lack of space in the cylinder head also limits the course and the Size (cross section) the inlet and outlet channels. Therefore, the intake passage in the cylinder head is not sufficiently large (cross section). The volume of the inlet channel is several times smaller than the volume of the cylinder. While of the intake stroke, the pressure of the fresh charge in the intake passage decreases clearly off. Even more, the pressure in the cylinder decreases, because the flow of Fresh charge throttled by the standing in the way inlet valve becomes. As a consequence, after the closure of the inlet valve remains one - in comparison to the density in the intake manifold - clearly diluted Fresh charge in the cylinder.

Wegen fehlendem Platz für die Kanäle im Zylinderkopf treten auch Behinderungen während des Ausschubtakts auf. Wie vom 4-Takt-Verfahren bekannt (Bosch GmbH, KTT, S. 374) öffnet sich kurz vor dem unteren Totpunkt das Auslassventil und bei überkritischen Druckverhältnissen verlassen während dieses Vorauslassens ca. 50% der Brenngase den Brennraum. Der sich nach oben bewegende Kolben sorgt während des Ausschubtakts für eine nahezu vollständige Entfernung der Brenngase aus dem Zylinder (Hauptbrennraum). Aber die komplette Entfernung kann nicht realisiert werden. Im Zylinder verbleiben noch viele Abgase, die durch den engen Spalt zwischen Auslassventil und Sitz nicht so schnell entweichen können. Während der Weiterbewegung des Kolbens nach oben kommt es zur Restabgasverdichtung. Das Restabgas steht unter Druck und „wenn sich kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens das Einlassventil öffnet (bei noch geöffnetem Auslassventil) strömen die Abgase direkt vom Brennraum in den Einlasskanal oder vom Auslasskanal zurück in den Brennraum und dann in den Einlasskanal. Diese 'innere' Abgasrückführung findet vor allem bei Teillast und während des Leerlaufs statt und wirkt sich ungünstig aus." (Bosch GmbH, KTT, S. 375). Dieser Effekt hat infolge eines hohen Saugrohr-Unterdrucks besonders negativen Einfluss bei drosselgesteuerten Ottomotoren.Because of lack of space for the channels in the cylinder head also disabilities occur during the Ausschubtakt. As from the 4-stroke process known (Bosch GmbH, KTT, p. 374) opens shortly before the lower one Dead center the exhaust valve and at supercritical pressure conditions leave during This pre-let about 50% of the fuel gases the combustion chamber. Which The piston moving upwards almost ensures a stroke during the ejection stroke full Removal of combustion gases from the cylinder (main combustion chamber). But the complete removal can not be realized. In the cylinder There are still a lot of exhaust gases flowing through the narrow gap between Exhaust valve and seat can not escape so quickly. During the Further movement of the piston to the top it comes to the residual exhaust gas compression. The residual exhaust gas is under pressure and "if just before the upper Dead center of the piston opens the inlet valve (with the valve still open) Exhaust valve) the exhaust gases directly from the combustion chamber in the inlet channel or the outlet channel back into the combustion chamber and then into the intake duct. This 'internal' exhaust gas recirculation finds especially at partial load and during idling and has an unfavorable effect. "(Bosch GmbH, KTT, p. 375) .This effect has due to a high intake manifold vacuum particularly negative Influence on throttle-controlled gasoline engines.

Bei Motoren mit mechanischer Aufladung ist der Druck im Saugrohr und im Einlasskanal größer als in Saugrohren drosselgesteuerter Motoren, wo dieser Effekt mit Abgasrückführung ebenfalls, aber mit geringerer Auswirkung, auftritt.at Motors with mechanical charge is the pressure in the intake manifold and in the inlet channel larger than in intake manifold throttle-controlled engines, where this effect with exhaust gas recirculation also, but with less impact, occurs.

Dass die Luftdichte temperaturabhängig ist, hat wesentlichen Einfluss auf Motorleistung (Drehmoment), Kraftstoffverbrauch und Abgas emission. Je dichter und kälter (bis zu einem entsprechenden Wert) die Frischladung zum Zylinder angesaugt oder aufgeladen wird, desto größer ist die Motorleistung (Bosch GmbH, KTT, S. 402).That the air density depends on the temperature is has a significant influence on engine power (torque), fuel consumption and exhaust emission. The denser and colder (up to a corresponding value) the fresh charge is sucked or charged to the cylinder, the more is larger the engine power (Bosch GmbH, KTT, p. 402).

Bei herkömmlichen Motoren wärmt sich die Frischladung bei der Strömung durch die engen Einlasskanäle in den heißen Zylinderkopf vor. Zu einer deutlichen Erwärmung kommt es im Übergang zum Einlasskanalhals, wo das Einlassventil eingebaut ist. Der Einlasskanalhals und das Einlassventil sind die wärmste Stelle im Einlasskanal. Während dieses Übergangs durch den Einlassventilhals findet außer der Erwärmung der Frischladung eine bedeutende Abkühlung des Einlassventils und des Oberbrennraumbereiches statt. Die Abkühlung der Oberbrennraumwand hat einen negativen Einfluss auf die Verdampfung des Kraftstoffs, welche am Anfang des Verbrennungsprozesses stattfindet.at usual Engines warms the fresh charge in the flow through the narrow inlet channels in the be called Cylinder head in front. Significant warming occurs in the transition to the inlet duct neck where the inlet valve is installed. The inlet duct neck and the inlet valve are the warmest Place in the inlet channel. While this transition through the inlet valve neck takes place except the heating of the fresh charge one significant cooling the intake valve and the upper combustion chamber area instead. The cooling of the Upper combustion chamber wall has a negative influence on the evaporation of the fuel that takes place at the beginning of the combustion process.

Mit der Erwärmung der Frischladung sinkt ihre Dichte, was die Motorleistung verringert. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird bei abnehmender Luftdichte fetter (Bosch GmbH, KTT, S. 402).With the warming the fresh charge decreases its density, which reduces the engine power. The air-fuel mixture becomes richer as the air density decreases (Bosch GmbH, KTT, p. 402).

Eine weitere Ursache für die Erwärmung der Luft ist die mechanische Aufladung im Aufladegerät aufgrund von Luftverdichtung. Die Faktoren, die eine Verdünnung der Frischladung während des Ansaugtaktes und eine Erwärmung derselbigen verursachen, verringern die Motorleistung und führen in Folge zu größerem Kraftstoffverbrauch und vermehrten Abgasemissionen.A further cause for the warming the air is due to the mechanical charge in the charger of air compression. The factors that cause a dilution of the fresh charge during the Intake stroke and heating cause the same, reduce engine performance and lead in Result to greater fuel consumption and increased exhaust emissions.

Der Verlauf des Verbrennungsprozesses im Brennraum von Motoren mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch ist abhängig von der Temperatur der Ansaugluft, der Temperatur der Brennraumwand und der Verschmutzung der Frischladung durch die Abgasreste. Zur Herstellung eines brennfähigen, homogenen Luft-Kraftstoff-Gemischs muss aller Kraftstoff vor der Zündeinleitung verdampft sein (Bosch GmbH, KTT, S. 364)Of the Course of the combustion process in the combustion chamber of engines with homogeneous Air-fuel mixture is dependent the temperature of the intake air, the temperature of the combustion chamber wall and the pollution of the fresh charge by the exhaust gas residues. to Production of a combustible, Homogeneous air-fuel mixture must be all fuel before Zündeinleitung evaporated (Bosch GmbH, KTT, p. 364)

Ist die Lufttemperatur zu niedrig – wegen zu kalter angesaugter Luft oder zu kalten Brennraumwänden – erfolgt die Verdampfung und in Folge die Verbrennung nicht vollständig. Bei dieser unvollständigen Verbrennung sinkt die Motorleistung drastisch ab, während Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen anwachsen. Zu einer weiteren Behinderung im Verbrennungsprozess bei mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Motoren kann es kommen, wenn das Gemisch im Brennraum Werte (Parameter) erreicht, die klopfende Verbrennung verursachen. „Von klopfender Verbrennung spricht man, wenn Flammgeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit auftreten. Dies kann vor allem gegen Ende der Verbrennung auftreten, wenn das Endgas bereits hoch verdichtet ist und hohe Temperaturen aufweist." (Bosch GmbH, KTT, S. 366). Obwohl noch nicht von der Flammenfront erfasst, entzündet sich das Endgas aufgrund der Energiezufuhr durch die Schallwelle und verbrennt mit sehr großer Brenngeschwindigkeit (explodiert), was eine Druckwelle mit hoher Frequenz verursacht und in Folge zu thermischen und mechanischen Schäden von Bauteilen (Kolben, Dichtung, Lager) führt.is the air temperature too low - because of to cold sucked air or to cold combustion chamber walls - takes place the evaporation and consequently the combustion is not complete. at this incomplete Combustion dramatically decreases engine performance while fuel consumption and exhaust emissions increase. Another hindrance in the combustion process in homogeneous air-fuel mixture operated engines can it comes when the mixture in the combustion chamber reaches values (parameters), cause the knocking burn. "Of knocking burn One speaks when flame velocities in the range of the speed of sound occur. This can happen especially towards the end of the combustion, when the tail gas is already highly compressed and high temperatures has. "(Bosch GmbH, KTT, p. 366). Although not yet captured by the flame front, inflamed the tail gas due to the energy supply through the sound wave and burns with very high burning speed (exploded), causing a high-frequency blast and subsequently to thermal and mechanical damage of components (pistons, Seal, bearing) leads.

Die Ursachen, die neben anderen diese Verbrennungsart fördern, sind der zu große Abstand von der Zündquelle bis zum Endgas sowie die zu hohe Temperatur des Endgases, die heißen Teilen des Brennraumes entnommen ist. Die heißen Teile sind meist die Auslassventile, die von der Zündquelle entfernt sind.The Causes that promote this type of combustion, among others too big Distance from the ignition source until the final gas and too high temperature of the final gas, the hot parts of the combustion chamber is removed. The hot parts are mostly the exhaust valves, that from the ignition source are removed.

Auch bei mit heterogenen Luft-Kraftstoff-Gemischen betriebenen Motoren kommt es zu nicht normaler Verbrennung mit schädlichen Folgen. Nach Verbrennungsbeginn (Bosch GmbH, KTT, S. 372) verbrennt jener Anteil des Kraftstoffes sehr rasch, der während des Zündverzuges verdampft und mit Luft vermischt ist. Wenn dieser Anteil sehr hoch ist, kann eine „harte" Verbrennung mit negativen Auswirkungen die Folge sein.Also in engines powered by heterogeneous air-fuel mixtures it comes to abnormal combustion with harmful consequences. After start of combustion (Bosch GmbH, KTT, p. 372) burns that portion of the fuel very quickly, during the the ignition delay vaporized and mixed with air. If this share is very high is, can be a "hard" burning with negative consequences can be the result.

Je kürzer der Zündverzug, desto weniger Kraftstoff kann vor Verbrennungsbeginn ausdampfen, was die Bildung von großen Luft-Kraftstoff-Dämpfen verringert. Ursache für den langen Zündverzug ist die plötz liche Temperatursenkung während der Einspritzung, weil der unter großem Druck eingespritzte und zerstäubte Kraftstoff Wärme zur Ausdampfung benötigt.ever shorter the ignition delay, the less fuel can evaporate before the start of combustion, what the formation of big Air-fuel-steaming reduced. Cause for the long ignition delay is the sudden Lowering the temperature during the injection because of the injected and injected under great pressure atomized Fuel heat to Evaporation needed.

Die ersten eingespritzten Kraftstofftropfen fliegen durch die Luft und dampfen aus. Während des Fluges entnehmen sie der heißen Luft Wärme zum Ausdampfen und verwenden Sauerstoff zum Verbrennen. Die weiter hinten fliegenden Tropfen haben schon weniger Wärme und Sauerstoff zur Verfügung und fliegen entweder weiter, um Wärme und Sauerstoff zu bekommen oder erreichen die Brennraumwand und dampfen dann aus. In Folge sinken die Lufttemperatur und die Sauerstoffmenge in der gesamten Einspritzzone so stark, dass ohne Zufuhr von Wärme und Sauerstoff die Selbstzündung deutlich behindert ist. Diese plötzliche Senkung von Temperatur und Sauerstoffgehalt fördern die Bildung von Kraftstoffdämpfen, welche die „harte" Verbrennung verursachen. Wenn sich in nächster Umgebung keine Wärmequelle befindet und die Wärme durch die Luft von entfernten Zonen des Brennraums herbeitransportiert werden muss, dauern Zündverzug und Verbrennung länger und haben nicht den normalen Verlauf (schleppende Verbrennung).The first injected fuel drops fly through the air and steam out. While During the flight, remove heat from the hot air to evaporate and use Oxygen for burning. The drops flying farther back already have less heat and oxygen available and either continue to fly to heat and get oxygen or reach the combustion chamber wall and then evaporate. As a result, the air temperature and the amount of oxygen decrease in the entire injection zone so strong that without supply of heat and Oxygen the auto-ignition is clearly handicapped. This sudden Lowering temperature and oxygen levels promote the formation of fuel vapors cause the "hard" combustion. If in next Environment no heat source located and the heat transported by air from remote zones of the combustion chamber must be ignition delay and burning longer and do not have the normal course (sluggish combustion).

Aus der DE 551 814 C ist zwar ein Ansatz zur Leistungssteigerung einer Viertakt-Brennkraftmaschine bekannt, bei der im Kolben ein zusätzliches automatisches oder gesteuertes Überdruckventil zum Durchlass eines Gasgemisches angeordnet ist, jedoch soll dieses Überdruckventil bezeichnenderweise durch einen im Kurbelgehäuse herrschenden Überdruck betätigt werden.From the DE 551 814 C Although an approach for increasing the performance of a four-stroke internal combustion engine is known in which an additional automatic or controlled pressure relief valve is arranged in the piston for the passage of a gas mixture, but this pressure relief valve is typically operated by a pressure prevailing in the crankcase pressure.

Der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, Konstruktionen für Motorteile zu schaffen, die den Platzmangel im Zylinderkopf beseitigen, der eine zu große Erwärmung der Frischladung bei der Strömung zum Zylinder durch den Einlasskanal während des Ansaugtaktes bewirkt, welche eine bedeutende Senkung der Frischladungsdichte verursacht sowie ungünstige Effekte wie die Restabgasver dichtung und Abgasrückführung beim Ausschubtakt zu vermeiden oder deutlich zu begrenzen.Of the The invention in the main claim is based on the problem Constructions for engine parts to eliminate the lack of space in the cylinder head, the one too big warming the fresh charge in the flow to the cylinder through the intake passage during the intake stroke causes which causes a significant reduction in the fresh charge density as well as unfavorable Effects such as the Restabgasver seal and exhaust gas recirculation to the exhaust stroke to avoid or significantly limit.

Den in den Patentansprüchen 2 und 3 angegebenen Erfindungen liegen die Probleme zugrunde, einen Brennraum zu schaffen, der optimale Bedingungen für eine vollständige, maximal „saubere" Kraftstoffverbrennung während des Verbrennungstaktes unabhängig von den Motor-Last-Zuständen und der Drehzahl des Motors ermöglicht und gleichzeitig ungünstige Effekte wie bei mit homogenem Gemisch betriebenen Motoren klopfende Verbrennung und bei mit heterogenem Gemisch betriebenen Motoren „harte" Verbrennung zu vermeiden.The in the claims 2 and 3 specified inventions are based on the problems, a To create a combustion chamber, the optimal conditions for a complete, maximum "clean" fuel combustion while the combustion cycle independently from the engine load conditions and the speed of the engine allows and at the same time unfavorable Effects as with tapping with homogeneous mixture engines Combustion and heterogeneous mixture engines avoid "hard" combustion.

Die erstgenannten Probleme werden mit den im Hauptanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst:

a) das ein Einlassventil oder mehrere Einlassventile in den Kolben eingebaut ist/sind und zum Teil durch die Wirkung der bei der Kolbenbewegung entstehenden Trägheitskraft gesteuert wird/werden,
b) in einen Zylinderboden und nächster seitlicher Umgebung zu diesem als Gaswechselorgane nur Auslassventile eingebaut sind.

The former problems are solved with the features listed in the main claim:

a) the one or more intake valves are / are incorporated in the piston and are in part controlled by the action of the inertial force resulting from the piston movement,
b) are installed in a cylinder bottom and next lateral environment to this as gas exchange organs only exhaust valves.

Das zweite Problem wird mit den in den Patentansprüchen 2 und 3 aufgeführten Merkmalen gelöst:

c) dass sich im Zylinderboden zwei Brennmulden mit je einer Einspritzdüse und je einer Kerze (abhängig von Motorart Glüh- oder Zündkerze) befinden,
d) dass die Brennmulden zwischen den Auslassventilen symmetrisch zur Längsmotorachse (Kurbelwellenachse) angeordnet und durch eine Kolbenstange getrennt sind.

The second problem is solved with the features listed in claims 2 and 3:

c) that in the cylinder bottom are two fuel troughs with one injector and one candle each (depending on engine type glow plug or spark plug),
d) that the fuel troughs between the exhaust valves are arranged symmetrically to the longitudinal motor axis (crankshaft axis) and separated by a piston rod.

Mit diesen Erfindungen wird erreicht, dass entsprechend kalte und dichte Luft während des Ansaugtaktes fast unabhängig von den Motorlastzuständen zum Hauptbrennraum im Zylinder aufgeladen wird. Zusätzlich weist diese Ladung im Zylinder eine Schichtladungsstruktur mit Turbulenzen im Schichtenbereich auf, d. h. unten bei den Brennmulden liegen die wärmsten Schichten und nach oben immer kältere. Die Schichtladung ermöglicht vollständige, sparsame und „saubere" Verbrennung bei allen Motorlastzuständen und verhindert gleichzeitig „klopfende Verbrennung" bei mit homogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Motoren und begrenzt die „harte Verbrennung" bei mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Motoren.With These inventions achieved that correspondingly cold and dense Air during the intake stroke almost independently from engine load conditions is charged to the main combustion chamber in the cylinder. Additionally points this charge in the cylinder is a stratified charge structure with turbulence in the layer area, d. H. lying at the bottom of the burners the warmest Layers and upwards colder. The layer charge allows complete, economical and "clean" combustion all engine load conditions while preventing "knocking Combustion "at with homogeneous air-fuel mixture operated engines and limited the "hard Combustion "at with heterogeneous air-fuel mixture powered engines.

Mit einer sehr guten Zylinderfüllung wird ein höheres Drehmoment des Motors im gesamten Drehzahlbereich und damit eine hohe Leistung erreicht. Auch die Abgase werden beim Ausschubtakt fast vollständig aus dem Zylinder ohne Restabgasverdichtung und Abgasrückführungseffekt entfernt. Die mechanischen Reibeverluste und die Verluste wegen Gaswiderstand beim Ansaugtakt und beim Ausschubtakt sind deutlich geringer als in herkömmlichen Motoren.With a very good cylinder filling becomes a higher one Torque of the engine in the entire speed range and thus one high performance achieved. The exhaust gases are almost at the exhaust stroke Completely from the cylinder without residual exhaust gas compression and exhaust gas recirculation effect away. Mechanical friction losses and losses due to Gas resistance during the intake stroke and the exhaust stroke are clear less than in conventional Engines.

Die in den Patentansprüchen 2 und 3 angegebenen Erfindungen bringen Vorteile im Bereich des Verbrennungsprozesses. Mit der Erfindung wird zum einen erreicht, dass der Kraftstoff schnell und vollständig ausdampft, weil richtig verteilte Luftwärme und heiße Brennmuldenwände in der Einspritzdüsenumgebung (mit sehr geringer örtlicher Abkühlung während der Einspritzung) diese gute Ausdampfung fördern. Zum anderen wird eine kurze Einspritz- und Verbrennungszeit erreicht, da nur die Hälfte vom in den Zylinder eingespritzten Kraftstoff in einer Brennmulde verdampfen und anschließend verbrennen muss (gleichzeitig zwei parallele Verbrennungsverläufe). Zusätzlich werden wegen großem Luftüberschuss die Abgastemperaturen und Abgasemissionen (obwohl die Temperatur während der Verbrennung entsprechend hoch wird) kleiner als bei herkömmlichen Motoren. Zusätzlich ist Zusammensetzung der Abgasemissionen wegen der guten Bedingungen für Nachreaktionen während des Verbrennungs- und Ausschubtaktes „sauberer".The in the claims 2 and 3 specified inventions bring advantages in the field of Combustion process. With the invention is achieved on the one hand that the fuel evaporates quickly and completely because right distributed air heat and hot Fire trough walls in the injector environment (with very little local Cooling down during the Injection) promote this good evaporation. On the other hand, a short injection and combustion time reached, since only half of vaporizing fuel injected into the cylinder in a firing trough and subsequently burn (at the same time two parallel combustion processes). In addition will be because of big Excess air the exhaust gas temperatures and exhaust emissions (although the temperature while combustion becomes high) smaller than conventional Engines. additionally is composition of exhaust emissions because of good conditions for after-reactions while of the combustion and exhaust stroke "cleaner".

Mit der im Patentanspruch 4 angegebenen Erfindung wird eine ausreichend dynamische Luftaufladung bei niedriger Motordrehzahl erreicht. Bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle um 360° wird Luft aus dem Saugrohr in den Zylinderoberraum angesaugt. Die zusätzliche Luftansaugung während des Verdichtungstaktes bewirkt, dass die Luftströmung im Saugrohr eine ca. doppelt so hohe Geschwindigkeit erreicht wie die Geschwindigkeit in Saugrohren bei gleicher Motordrehzahl in herkömmlichen Motoren.With the invention specified in claim 4 is sufficient dynamic air charging achieved at low engine speed. at every revolution of the crankshaft 360 ° is air from the intake manifold sucked into the cylinder upper space. The additional air intake during the compression stroke causes the airflow in the Suction tube reaches about twice as high speed as the Speed in intake manifolds at the same engine speed in conventional Engines.

Bei höheren Motordrehzahlen wird eine große dynamische Aufladung mit entsprechendem Druck ohne zusätzliche Aufladegeräte und mit minimalen Motorleistungsverlusten erreicht, weil die Drosselverluste während der Durchströmung über die großen Querschnitte in Saugrohr, Lufteinlasskanälen und Einlassventilen trotz hoher Luftgeschwindigkeit gering sind.At higher engine speeds, a large dynamic charge with corresponding pressure without additional chargers and with mini paint engine power losses achieved because the throttle losses during the flow through the large cross-sections in intake manifold, air intake ducts and intake valves are low despite high air velocity.

Zusätzliche Vorteile dieser Erfindung: Die Luft aus dem Zylinderoberraum, die während des Verdichtungstaktes angesaugt wurde, wird während des Verbrennungstaktes zum Saugrohr übergepumpt und verstärkt dort die Luftaufladung. Ein Teil der Luft aus dem Zylinderoberraum kann zum Abgasrohr übergepumpt werden, so dass der Katalysator abkühlen kann. Die Größe des Luftanteils, der zum Abgasrohr übergepumpt wird, ist abhängig von der Lufttemperatur und wird im Luftumlaufrohr durch ein Thermostat gesteuert.additional Advantages of this invention: The air from the cylinder top, the while the compression stroke was sucked during the combustion cycle pumped to the intake manifold and reinforced there the air charge. A part of the air from the cylinder upper space can be pumped to the exhaust pipe so that the catalyst can cool down. The size of the air fraction, pumped over to the exhaust pipe becomes dependent from the air temperature and is in the air circulation pipe by a thermostat controlled.

Allgemeine vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 1 bis 3 angegeben. Die Weiterbildung nach den Patentansprüchen 1 bis 3 ermöglicht es, andere Kraftstoffe als Benzin- oder Dieselöl zu verwenden, welche als Verbrennungsprodukte Wasser oder verschiedene Aschen (z. B. Silikate) enthalten können.General advantageous embodiments of the invention are in the claims 1 to 3 indicated. The development according to claims 1 to 3 allows to use fuels other than gasoline or diesel which are considered to be Products of combustion water or various ashes (eg silicates) can contain.

Mit dem nach unten gerichteten Ausschub können diese Verbrennungsprodukte einfach und vollständig entfernt werden mit geringer bzw. keiner Verschmutzung von Zylinderrohr, Kolben und Einlassventilen. Zusätzlich kann der Zylinder aus anderen Baustoffen als denen, die bis jetzt in Verwendung sind, als vollständig separates Teil gefertigt werden, z. B. aus Keramik.With Downward ejection can produce these products of combustion simple and complete be removed with little or no contamination of cylinder tube, Pistons and intake valves. additionally The cylinder may be made of building materials other than those that are up to now are in use as complete be made separate part, z. B. ceramic.

Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung (Kolben mit einem Einlassventil) wird anhand der 1 bis 6 erläutert.The first embodiment of the invention (piston with an inlet valve) is based on the 1 to 6 explained.

Es zeigenIt demonstrate

1: Verkleinerung – Querschnitt A-A (siehe 3) durch den Motor – Schnittverlauf durch die Zylindermitte 1 : Reduction - Section AA (see 3 ) through the engine - section through the center of the cylinder

2: Verkleinerung – Querschnitt B-B (siehe 3) durch den Motor – Schnittverlauf durch die Auslassventile und Auslasskanäle 2 : Reduction - Section BB (see 3 through the engine - cutting path through the exhaust valves and exhaust ports

3: Schnitt C-C (siehe 2) – Ansicht auf Zylinderboden mit Brennmulden und Auslassventilen 3 : Section CC (see 2 ) - View on cylinder bottom with combustion troughs and exhaust valves

4: Teilschnitt D-D (siehe 5) – Schnittverlauf durch die „Fenster" im Kolben, Brennmulden, Spritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems im Kreuzeinsatz, Einspritzdüsen, Kolbenstange mit Einlassventilteller und Gewindezapfen 4 : Partial section DD (see 5 ) - Cutting through the "windows" in the piston, combustion troughs, injection and suction cylinder of the piston lubrication system in the cross insert, injectors, piston rod with inlet valve plate and threaded pin

5: Teilschnitt E-E (siehe 4) – Querschnitt durch den Zylinder. Ansicht von oben auf: Kolben sowie Kreuzeinsatz mit (unsichtbar gezeichnet) Schmierbohrungen und Schmierölventilen im Kolbenschmiersystem 5 : Partial section EE (see 4 ) - Cross section through the cylinder. Top view on: Piston and cross insert with (invisibly drawn) lubrication holes and lube valves in the piston lubrication system

6: Teilschnitt F-F (siehe 5) – Schnittverlauf durch die Rippen, Einspritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems im Kreuzeinsatz, durch den Kolben im Kreuzeinsatzrippenbereich sowie durch die Schmierölkanäle und Schmierölventile des Kolbenschmiersystems im Gewindezapfen und in der Kolbenstange Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung (Kolben mit vier Einlassventilen) wird anhand der 7 bis 9 erläutert. 6 : Partial section FF (see 5 Through the ribs, injection and suction cylinder of the piston lubrication system in the cross insert, by the piston in the cross insert rib area and by the lubricating oil channels and lubricating oil valves of the piston lubrication system in the threaded stem and in the piston rod The second embodiment of the invention (piston with four inlet valves) is based on 7 to 9 explained.

7: Teilschnitt – Schnittverlauf durch die Einspritzzylinder im Kolbenschmiersystem und Anschluss des Einspritzölkanals zum Kolben 7 : Partial section - section through the injection cylinder in the piston lubrication system and connection of the injection oil channel to the piston

8: Teilschnitt G-G (siehe 9) – Schnittverlauf durch Kolben, Einlassventil mit Einlassventilhaltern, Anschluss der Absaugkolben zum Absaugölkanal des Kolbenschmiersystems im Kolben sowie Brennmulden und Einspritzdüsen 8th : Partial section GG (see 9 ) - Cutting process through piston, inlet valve with inlet valve holders, connection of the suction piston to the suction oil channel of the piston lubrication system in the piston and combustion troughs and injectors

9: Teilschnitt H-H (siehe 8) – Ansicht von oben auf den Kolben mit vier Einlassventilen und auf die Einlassventilhalter 9 : Partial section HH (see 8th ) - top view of the piston with four inlet valves and the inlet valve holder

In den 1–6 ist das erste Ausführungsbeispiel als mit heterogenem Luft-Kraftstoffgemisch (z. B. Dieselöl) betriebenem Motor und als Direkteinspritzer mit zwei unabhängigen seitlichen Brennmulden dargestellt.In the 1 - 6 For example, the first embodiment is shown as a heterogeneous air-fuel mixture (eg, diesel oil) -running engine and as a direct-injection engine having two independent side-burners.

1 zeigt das Kurbelgehäuse 1, in dem die Kurbelwelle 2 mit Lagern, zwei Nockenwellen 3 (für Auslassventile) mit Lagern, zwei Führungsleisten 4, Führungsbuchse 5, zwei Einspritzdüsen 6, zwei Glühstifte 7, zwei Kipphebelachsen 8 und die Dichtung 12 eingebaut sind. Von unten ist das Kurbelgehäuse wie bei herkömmlichen Motoren mit einer Ölwanne 9 geschlossen. Am oberen Teil des Kurbelgehäuses befinden sich Anschlussnuten, in denen der Zylinder 13 zentriert und abgedichtet ist. Der Bereich in der Mitte der runden Zentrier- und Dichtungsnut dient als Zylinderboden, der zwei Brennmulden aufweist. In die Brennmulden sind die Einspritzdüsen 6 und die Glühstifte 7 eingeschlossen. In der Mitte des Zylinderbodens ist eine Bohrung für die Führungsbuchse 5 der Kolbenstange 17. Die Kolbenstange und zwei Trennungsrippen (siehe 3) „teilen" den Zylinderboden in zwei „Halbzylinderböden". Jeder „Halbzylinderboden" hat eine Einspritzdüse 6 und einen Glühstift 7. Unter dem Zylinderboden befinden sich Kühlungskanäle (Wasserraum), die den gesamten oberen Bereich des Kurbelgehäuses kühlen. An jeder Seite des Kurbelgehäuses befindet sich ein Fenster, durch das Zugang zu den Steuerorganen des Auslassventils möglich ist. Die Fenster sind mit Deckeln 11 geschlossen. 1 shows the crankcase 1 in which the crankshaft 2 with bearings, two camshafts 3 (for exhaust valves) with bearings, two guide rails 4 , Guide bush 5 , two injectors 6 , two glow pins 7 , two rocker axes 8th and the seal 12 are installed. From the bottom, the crankcase as in conventional engines with an oil pan 9 closed. At the upper part of the crankcase there are connecting grooves in which the cylinder 13 centered and sealed. The area in the center of the round centering and sealing groove serves as a cylinder bottom, which has two combustion troughs. Into the fuel troughs are the injectors 6 and the glow plugs 7 locked in. In the middle of the cylinder bottom is a hole for the guide bushing 5 the piston rod 17 , The piston rod and two separating ribs (see 3 ) "Divide" the cylinder bottom into two "half cylinder bottoms". Each "semi-cylinder bottom" has an injection nozzle 6 and a glow plug 7 , Under the cylinder bottom are cooling channels (water space), which cool the entire upper area of the crankcase. On each side of the crankcase is a window through which access to the control organs the exhaust valve is possible. The windows are with lids 11 closed.

Der Zylinder 13 ist entweder als einzelnes Rohr mit der Wassermantelkühlung oder als Zylinderblock von oben an das Kurbelgehäuse befestigt.The cylinder 13 is attached either as a single tube with the water jacket cooling or as a cylinder block from above to the crankcase.

Im Zylinder befindet sich der Kolben 14 mit in der Mitte eingeschraubtem Kreuzeinsatz 15, in dem Bauteile des Kolbenschmiersystems (siehe 6) eingebaut sind. Der Kolbenboden hat eine Öffnung (für die Kolbenstange 17), die gleichzeitig der Einlassventilsitz ist. Im Raum zwischen Kolbenboden und Kreuzeinsatz ist ein Einlassventilteller 16 eingesetzt, der an der Kolbenstange 17 mit dem Gewindezapfen 18 befestigt ist.The cylinder is in the piston 14 with cross insert screwed in in the middle 15 , in which components of the piston lubrication system (see 6 ) are installed. The piston head has an opening (for the piston rod 17 ), which is also the intake valve seat. In the space between the piston crown and cross insert is an inlet valve plate 16 inserted on the piston rod 17 with the threaded pin 18 is attached.

Der Einlassventilteller kann sich in diesem Raum zusammen mit der Kolbenstange entweder nach unten oder nach oben bewegen und stellt den Hub des Einlassventils dar. Bei Bewegung der Kolbenstange nach unten schließt der Einlassventilteller die Öffnung im Kolbenboden (Einlassventil geschlossen) und kann den Kolben nach unten ziehen. Bei Bewegung der Kolbenstange nach oben öffnet sich das Einlassventil im Kolbenboden, der Einlassventilteller drückt auf den Kreuzeinsatz und kann den Kolben weiter nach oben schieben.Of the Inlet valve plate may be in this room together with the piston rod move either down or up and represents the stroke of the When the piston rod moves downwards, the inlet valve disc closes the opening in the intake valve Piston bottom (intake valve closed) and can the piston after pull down. When the piston rod moves upwards, it opens Inlet valve in the piston head, the intake valve plate presses the cross insert and can push the piston further up.

Die Kolbenstange 17 ist durch den Kreuzkopf 19 und das Pleuel 20 mit der Kurbelwelle 2 verbunden.The piston rod 17 is through the crosshead 19 and the connecting rod 20 with the crankshaft 2 connected.

Der Kreuzkopf 19 hat zwei seitliche Schlitten, die die Kolbenstange 17 zwischen den Führungsleisten 4 führen.The crosshead 19 has two side slides, which are the piston rod 17 between the guide rails 4 to lead.

Die Schlitten vom Kreuzkopf und die Führungsleisten übertragen die Seitenkräfte, die durch die Gaskraft während des Verbrennungstaktes im Zylinder und durch die Massenkräfte während der Bewegung der Triebwerkbauteile entstehen, auf die Tragkonstruktion des Kurbelgehäuses 1. Die Zylinderhaube 21 schließt das Zylinderrohr 13 von oben ab und nimmt das große Lufteinlassventil 22 sowie das große Luftauslassventil 23 mit den zugehörigen Federn, der Kolbenhubbegrenzerhülse 24 und der Einschraubführungsbuchse 26 auf. In der Kolbenhubbegrenzerhülse befindet sich die Anschlagmutter 27, die durch den Zugstab 25 mit dem Kreuzeinsatz 15 im Kolben verbunden ist.The carriages of the crosshead and the guide rails transmit the lateral forces generated by the gas force during the combustion stroke in the cylinder and by the inertial forces during the movement of the engine components to the supporting structure of the crankcase 1 , The cylinder hood 21 closes the cylinder tube 13 from the top and takes the big air inlet valve 22 as well as the big air outlet valve 23 with the associated springs, the Kolbenhubbegrenzerhülse 24 and the Einschraubführungsbuchse 26 on. The stop nut is located in the piston stroke limiter sleeve 27 passing through the pull rod 25 with the cross insert 15 connected in the piston.

Zwischen der Kolbenhubbegrenzerhülse und dem Bund der Anschlagmutter ist eine Tellerfeder eingebaut. Auch zwischen der Einschraubführungsbuchse 26 und dem Bund der Kolbenhubbegrenzerhülse befindet sich eine Spiralfeder. Die beiden Federn verringern den Stoß, der am Ende des Ausschubtaktes entsteht, wenn der Kolben seine tiefste Lage erreicht, so dass sich der Spülungsspalt öffnen kann.Between the Kolbenhubbegrenzerhülse and the collar of the stop nut, a plate spring is installed. Also between the screw-in bushing 26 and the collar of Kolbenhubbegrenzerhülse is a coil spring. The two springs reduce the shock that occurs at the end of the Ausschubtaktes when the piston reaches its lowest position, so that the flushing gap can open.

Die Zylinderhaube 21 und die Kolbenoberseite bilden den Zylinderoberraum. Die Kolbenunterseite (Kolbenboden) und der Zylinderboden bilden den Hauptbrennraum.The cylinder hood 21 and the piston top form the cylinder top space. The piston bottom (piston crown) and the cylinder bottom form the main combustion chamber.

Auf einer Seite der Zylinderhaube befindet sich die Nockenwelle 29 des großen Lufteinlassventils, auf der anderen Seite die Nockenwelle 30 des großen Luftauslassventils. Jede der beiden Nockenwellen ist in ein Gehäuse 31 eingebaut. Die Gehäuse sind mit Schmieröl gefüllt und am Saugrohrsegment 32 bzw. am Luftumlaufrohrsegment 33 befestigt. Die beiden Segmente sind seitlich an die Zylinderhaube 21 angeschlossen.On one side of the cylinder cover is the camshaft 29 the large air intake valve, on the other side the camshaft 30 the big air outlet valve. Each of the two camshafts is in a housing 31 built-in. The housings are filled with lubricating oil and on the intake manifold segment 32 or at the air circulation pipe segment 33 attached. The two segments are laterally to the cylinder cover 21 connected.

Die Nocken steuern die großen Luftventile über den Bolzen 28, der in jedem großen Luftventil in die Mitte des Ventils eingeschraubt ist. Gleichzeitig werden die großen Luftventile durch die Bolzen geführt und zentriert. Die Bolzen haben einen rechteckigen Querschnitt und an den der Nockenwelle zugewandten Seite eine eingebaute Rolle, die über die Nocken rollt und die den Druck der Ventilfeder auf die Nocken überträgt.The cams control the large air valves over the bolt 28 , which is screwed into the middle of the valve in each large air valve. At the same time, the large air valves are guided through the bolts and centered. The bolts have a rectangular cross-section and on the side facing the camshaft a built-in roller that rolls over the cams and transmits the pressure of the valve spring to the cams.

Das Saugrohr 34 ist mit dem Saugrohrsegment 32 verbunden, das Luftumlaufrohr 35 ist mit dem Luftumlaufrohrsegment 33 verbunden.The suction tube 34 is with the intake manifold segment 32 connected, the air circulation pipe 35 is with the air circulation pipe segment 33 connected.

2 zeigt den Einbau des Auslassventils 10 mit Steuerung und Auslasskanälen. Die Auslassventilsitze 36 sind im Zylinderboden vertieft. Jedes Auslassventil im Kurbelgehäuse wird durch die Ventilführungshülse 37 geführt und abgedichtet. Das Auslassventil wird von der Nockenwelle 3 durch den Kipphebel 38 und die Ventilstößelmutter 39 betätigt und mit der Ventilfeder 40 zurück zum Sitz 36 gezogen. Am Anschluss des Zylinders zum Kurbelgehäuse sind Verbindungen zwischen der Kühlung im Zylinderwassermantel und der Kühlung im Kurbelgehäuse dargestellt. In der Mitte zwischen den Auslassventilsitzen im Zylinderboden befindet sich eine Trennungsrippe. 2 shows the installation of the exhaust valve 10 with control and exhaust ducts. The exhaust valve seats 36 are recessed in the cylinder bottom. Each exhaust valve in the crankcase passes through the valve guide sleeve 37 guided and sealed. The exhaust valve is from the camshaft 3 through the rocker arm 38 and the valve stem nut 39 operated and with the valve spring 40 back to the seat 36 drawn. At the connection of the cylinder to the crankcase connections between the cooling in the cylinder water jacket and the cooling in the crankcase are shown. In the middle between the exhaust valve seats in the cylinder bottom is a separation rib.

In 3 ist eine Ansicht auf den Zylinderboden dargestellt. Sie zeigt vier Auslassventile 10 und vier Auslassventilsitze 36, zwei Brennmulden mit den Glühstiften 7, einen Schnitt durch die Kolbenstange 17 und zwei Trennungsrippen vom Zylinderboden.In 3 a view is shown on the cylinder bottom. It shows four exhaust valves 10 and four exhaust valve seats 36 , two burners with the glow plugs 7 , a section through the piston rod 17 and two separation ribs from the cylinder bottom.

Die Brennmulde und zwei Auslassventilsitze, die im Zylinderboden vertieft sind, bilden einen seitlichen Brennraumboden, der seine Lage auf einer Hälfte des Zylinderbodens hat. Auf der zweiten Hälfte des Zylinderbodens befindet sich spiegelbildlich angeordnet ein identischer Brennraumboden. Die beiden Brennraumböden sind durch die Kolbenstange und die Trennungsrippen gegeneinander abgegrenzt.The combustion bowl and two exhaust valve seats, which are recessed in the cylinder bottom, form a lateral combustion chamber bottom, which has its position on one half of the cylinder bottom. On the second half of the cylinder bottom is mirror image arranged an identical combustion chamber floor. The two combustion chamber bottoms are offset by the piston rod and the separation ribs against each other borders.

In die Brennraumböden ist ein Beispiel für eine Kraftstoffeinspritzung eingezeichnet. Sie erfolgt in drei Strahlrichtungen: zwei seitliche in der waagrechten Ebene und eine in der senkrechten Ebene. Die Pfeile zeigen den Kraftstoffstrahl bei der Einspritzung und die dadurch verursachten Turbulenzen.In the combustion chamber floors is an example of one Fuel injection plotted. It takes place in three beam directions: two lateral in the horizontal plane and one in the vertical Level. The arrows show the fuel spray during the injection and the turbulence caused by it.

In der 4 ist der Kolben 14 in seiner tiefsten Lage am Ende des Ausschubtaktes gezeichnet, dort zeigt sich ein Spalt zwischen dem Ventilsitz im Kolben und dem Einlassventilteller 16. Die Einspritzkolben 41 und die Absaugkolben 42 des Kolbenschmiersystems sind in den Gewindezapfen 18 eingeschraubt. Im Gewindezapfen sind die Bohrungen für das Schmiermedium dargestellt. Die beiden Einspritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems dienen gleichzeitig als Dämpfer gegen Stoß während der Schließung und am Ende der vollen Öffnung des Einlassventils (sie verringern den Schlag des Einlassventiltellers 16 auf den Kolben 14 und den Kreuzeinsatz 15). Die weitere Abwärtsbewegung des Kolbens begrenzt den Zugstab 25, der an den Gewindenippel des Kreuzeinsatzes 15 angeschraubt ist. Der Kolben 14 hat zwei Ölabstreifringe 43 und zwei Kolbendichtringe 44. Zwischen den Ölabstreifringen befindet sich eine Nut für Schmiermittel.In the 4 is the piston 14 drawn in its lowest position at the end of the Ausschubtaktes, there is a gap between the valve seat in the piston and the intake valve plate 16 , The injection pistons 41 and the suction pistons 42 of the piston lubrication system are in the threaded stem 18 screwed. In the threaded pin, the holes for the lubricant are shown. The two injection and exhaust cylinders of the piston lubrication system simultaneously serve as shock absorbers during the closure and at the end of the full opening of the intake valve (they reduce the impact of the intake valve plate 16 on the piston 14 and the cross insert 15 ). The further downward movement of the piston limits the tension rod 25 attached to the threaded nipple of the cross insert 15 screwed on. The piston 14 has two oil scraper rings 43 and two piston seals 44 , Between the oil scraper rings there is a groove for lubricant.

5 zeigt eine Draufsicht auf den Kolben und auf den in der Kolbenmitte eingeschraubten Kreuzeinsatz 15. Der Kolben und der Kreuzeinsatz haben vier gemeinsame Gewindeverbindungen, aber nur im Rippenbereich. Zwischen den Rippen befinden sich „Fenster", durch die Luft in den Raum zwischen Kolbenboden und Kreuzeinsatz gelangen und bei geöffnetem Einlassventil weiter zum Zylinderhauptbrennraum übergepumpt werden kann. In den Rippen sind die Bohrungen und Einwegventile für das Kolbenschmiersystem dargestellt (unsichtbar gezeichnet). In der Mitte des Kreuzeinsatzes ist ein Querschnitt durch den Zugstab 25 gezeichnet. 5 shows a plan view of the piston and the screwed into the center of the piston cross insert 15 , The piston and the cross insert have four common threaded connections, but only in the rib area. Between the ribs there are "windows", through which air can enter the space between the piston crown and the cross insert and can be pumped on to the cylinder main combustion chamber with the inlet valve open.The bores and the one-way valves for the piston lubrication system are shown (invisibly drawn) Center of the cross insert is a cross section through the tie rod 25 drawn.

In der 6 ist der Kolben während des Ansaugtaktes dargestellt. Das Einlassventil ist voll geöffnet. Der Einlassventilteller 16 drückt auf den Kreuzeinsatz 15 und kann den Kolben nach oben schieben. Der Einspritzkolben 41 und der Absaugkolben 42 des Kolbenschmiersystems sind in ihrer höchsten Lage. In der Mitte des Einspritzkolbens 41 befindet sich eine Bohrung, durch die der Ölnebel (Öl-Luft-Mischung) aus dem Ölzerstäuber 45 in der Kolbenstange durch die Bohrung im Gewindezapfen angesaugt werden kann. An der oberen Spitze des Einspritzzylinders des Kolbenschmiersystems befindet sich eine waagrechte Bohrung, die durch die Mitte der Rippen im Kreuzeinsatzes 15 gebohrt ist und von beiden Seiten Einwegventile hat, welche mit Gewindestopfen abgedichtet sind. Zwischen den Gewindestopfen und den Kugeln der Einwegventile befinden sich senkrechte Verbindungsbohrungen, die von unten mit dem Gewindestopfen abgedichtet sind und die sich Schrägbohrungen verbinden, die zur Schmiernut führen. Beim Übergang durch die Gewinde zwischen Kolben und Kreuzeinsatz sind kegelförmige Einschraubeinsätze 46 (mit Bohrung in der Mitte) eingeschraubt. Die kegelförmigen Einschraubeinsätze dichten den Übergang durch die Gewinde zwischen dem Kolben 14 und dem Kreuzeinsatz 15 ab und fixieren gleichzeitig deren gegenseitige Lage.In the 6 the piston is shown during the intake stroke. The inlet valve is fully open. The inlet valve plate 16 press on the cross insert 15 and can push the piston up. The injection piston 41 and the suction piston 42 of the piston lubrication system are in their highest position. In the middle of the injection plunger 41 There is a hole through which the oil mist (oil-air mixture) from the oil atomizer 45 in the piston rod can be sucked through the hole in the threaded stem. At the top of the injection cylinder of the piston lubrication system there is a horizontal hole through the center of the ribs in the cross insert 15 is drilled and from both sides has one-way valves, which are sealed with threaded plug. Between the threaded plugs and the balls of the one-way valves are vertical connecting holes, which are sealed from below with the threaded plug and connect the oblique holes that lead to the lubrication. When passing through the threads between the piston and the cross insert cone-shaped Einschraubeinsätze 46 (with hole in the middle) screwed. The tapered male inserts seal the passage through the threads between the piston 14 and the cross insert 15 at the same time fixing their mutual position.

Der Absaugzylinder im Kreuzeinsatz 15 des Kolbenschmiersystems hat ebenfalls Bohrungen, durch die er gebrauchtes Schmieröl aus der Schmiernut und den Ölabstreifringen 43 absaugen kann: zwei senkrechte Bohrungen, die vom Absaugzylinder nach oben gebohrt sind und eine Verbindung zu kurzen waagrechten Bohrungen haben, welche vom Außengewinde des Kreuzeinsatzes 15 in Richtung Mitte Kreuzeinsatz führen und von außen mit einem Gewindestopfen abgedichtet sind. Die waagrechten kurzen Bohrungen sind auch in der Rippenmitte des Kreuzeinsatzes 15 und auf der gleichen Höhe wie die durch die Mitte gebohrten Einspritzbohrungen angebracht, aber in den zu den oben genannten um 90° gedrehten Rippen. Mit diesen Bohrungen sind andere senkrechte Bohrungen verbunden, die Einwegventile haben und von unten mit dem Gewindestopfen abgedichtet sind. Hinter den Einwegventilen befinden sich waagrechte Bohrungen mit kegelförmigen Einschraubeinsätzen 47. Sie ähneln denjenigen der Einschraubeinsätze 46 und haben dieselbe Funktion wie diese.The suction cylinder in the cross insert 15 The piston lubrication system also has holes through which it uses used lubricating oil from the lubrication groove and oil scraper rings 43 can suck: two vertical holes, which are drilled from the suction cylinder upwards and have a connection to short horizontal holes, which from the external thread of the cross insert 15 lead in the direction of the middle cross insert and are sealed from the outside with a threaded plug. The horizontal short holes are also in the middle of the rib of the cross insert 15 and at the same height as the injection holes drilled through the center, but in the ribs turned 90 ° to the above. These holes are connected to other vertical holes that have one-way valves and are sealed from below with the threaded plug. Behind the one-way valves are horizontal bores with conical screw-in inserts 47 , They are similar to those of the screw-in inserts 46 and have the same function as this one.

Im Kolben 14 hinter den Einschraubeinsätzen 47 befinden sich senkrechte, von oben mit Stopfen abgedichtete Bohrungen, die zur Schmiernut und zu den beiden Ölabstreifringen 43 weitere Verbindungen haben.In the piston 14 behind the screw-in inserts 47 are vertical, sealed from above with plugs bores, the lubrication groove and the two oil scraper rings 43 have further connections.

Im Gewindezapfen 18 sind seitliche senkrechte Bohrungen, durch welche durch den Absaugkolben 42 zum Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems abgesaugtes verbrauchtes Öl zur Kolbenstange 17 ausgeblasen werden kann.In the threaded pin 18 are lateral vertical holes, through which through the suction piston 42 to the suction cylinder of the piston lubrication system extracted used oil to the piston rod 17 can be blown out.

Unten am Gewindezapfen 18 befindet sich eine Scheibe 48 mit Feder, die als Einwegventil dient.At the bottom of the threaded stem 18 there is a disk 48 with spring, which serves as a one-way valve.

In der 6 ist der Luft-Weg-Verlauf von Zylinderoberraum zum Hauptbrennraum im Zylinder während des Ansaugtaktes mit Pfeilen dargestellt.In the 6 is the air-way history of cylinder upper space to the main combustion chamber in the cylinder during the intake stroke with arrows.

Die 7–9 enthalten Teilschnitte des zweiten Ausführungsbeispiels, in dem ein mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebener Motor als Direkteinspritzer mit zwei unabhängigen seitlichen Brennmulden dargestellt ist.The 7 - 9 contain partial sections of the second embodiment, in which a heterogeneous air-fuel mixture operated engine is shown as a direct injection with two independent lateral firewoods.

7 zeigt einen Teilschnitt durch die zweite Ausführung des Einspritzzylinders in das Kolbenschmiersystem, die bei einer Kolbenkonstruktion mit vier Einlassventilen im Kolben verwendet werden kann. In die Zylinderhaube 50 ist der Einspritzzylinder 49 eingebaut. Oben im Einspritzzylinder befindet sich ein Anschluss zu einem Schmierölzerstäuber mit Einwegventil. Im Einspritzzylinder befinden sich der Einspritzkolben 51 mit Einwegventil und einer Bohrung in der Mitte, durch die der Ölnebel aus dem Ölzerstäuber zum Kolben 52 eingespritzt wird. Der Einspritzkolben ist in den Boden des Kolbens 52 eingeschraubt. Durch die Bohrungen im Kolben 52 wird der Ölnebel vom Einspritzzylinder 49 zur Schmiernut im Kolben eingespritzt. 7 shows a partial section through the second Design of the injection cylinder in the piston lubrication system, which can be used in a piston design with four intake valves in the piston. In the cylinder hood 50 is the injection cylinder 49 built-in. At the top of the injection cylinder is a connection to a lubricating oil atomizer with one-way valve. In the injection cylinder are the injection piston 51 with one-way valve and a hole in the middle, through which the oil mist from the oil atomizer to the piston 52 is injected. The injection piston is in the bottom of the piston 52 screwed. Through the holes in the piston 52 the oil mist becomes from the injection cylinder 49 injected to the lubrication groove in the piston.

In der 8 ist der Kolben 52 als Ausführungsbeispiel mit vier Einlassventilen 53 dargestellt. Der Kolben ist am Ende des Verdichtungstaktes in seiner tiefsten Lage. Alle Einlassventile sind geschlossen. Die Einlassventile sind von der Unterseite des Kolbenbodens her eingebaut und von der Kolbenoberseite durch die Einlassventilhalter (unterer 54, oberer 55) befestigt. Jedes Ventil hat einen Ventilsitz 58, das von unten in den Kolbenboden eingepresst ist. Die Einlassventilhalter sind an dem Zentrierbolzen 56 zentriert und werden mit dem Zugstab 60 daran befestigt. Zwischen den Einlassventilhaltern befindet sich eine Distanzhülse 59. Die Einlassventilhalter sind mit vier Stiften 62 zusammen verbunden.In the 8th is the piston 52 as an exemplary embodiment with four intake valves 53 shown. The piston is in its lowest position at the end of the compression stroke. All inlet valves are closed. The intake valves are installed from the bottom of the piston crown and from the piston top through the intake valve holders (lower 54 , upper 55 ) attached. Each valve has a valve seat 58 , which is pressed from below into the piston head. The inlet valve holders are on the centering bolt 56 centered and be with the tie rod 60 attached to it. Between the inlet valve holders is a spacer sleeve 59 , The inlet valve holders are with four pins 62 connected together.

Der Zentrierbolzen 56 ist von unten in dem Gewindezapfen 57 durch eine Führung mit rechteckigem Querschnitt zentriert und gegen Verdrehungen gesichert. In der Mitte des Kolbenbodens befindet sich eine Bohrung, durch die der Kolben 52 mit dem Gewindezapfen 57 an der Kolbenstange 17 befestigt ist.The centering bolt 56 is from below in the threaded stem 57 centered by a guide with rectangular cross section and secured against twisting. In the middle of the piston head is a hole through which the piston 52 with the threaded pin 57 on the piston rod 17 is attached.

An der rechten Seite von Teilschnitt G-G ist ein Anschluss des Absaugkolbens 61 vom Kolbenschmiersystem dargestellt. Durch die Bohrung im Absaugkolben und Bohrungen im Kolben 52 wird das gebrauchte Schmieröl aus der Schmiernut und den beiden Ölabstreifringen 43 durch die Absaugkolben zum Absaugzylinder abgesaugt.On the right side of partial section GG is a connection of the suction piston 61 represented by the piston lubrication system. Through the hole in the suction piston and holes in the piston 52 The used lubricating oil is removed from the lubrication groove and the two oil scraper rings 43 sucked through the suction piston to the suction cylinder.

9 zeigt einen Querschnitt H-H (siehe 8) durch den Zylinder 13, den Zentrierbolzen 56, die Distanzhülse 59, den Einlassventilschaft 53, die Einspritzkolben 51 und die Absaugkolben 61 des Kolbenschmiersystems, den Zugstab 60 sowie eine Ansicht auf den Kolben 52, die Einlassventilhalter – oberer 55, unterer 54 (Teilansicht) –, den Gewindezapfen 57 und die Einlassventile 53. 9 shows a cross section HH (see 8th ) through the cylinder 13 , the centering bolt 56 , the spacer sleeve 59 , the inlet valve stem 53 , the injection pistons 51 and the suction pistons 61 of the piston lubrication system, the tension rod 60 and a view of the piston 52 , the inlet valve holder - upper 55 , lower 54 (Partial view) -, the threaded pin 57 and the intake valves 53 ,

Wirkungeffect

Wirkung des in den 1 bis 6 dargestellten Motors, der mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird.Effect of in the 1 to 6 shown engine, which is operated with heterogeneous air-fuel mixture.

4-Takt-Verfahren4-stroke process

Bei Bewegung der Kolbenstange 17 zusammen mit dem an ihr befestigten Einlassventilteller 16 nach unten (während des Ausschubtaktes) bewegt sich auch der Kolben 14, der durch den Einlassventilteller nach unten gezogen wird, und schiebt die Abgase aus dem Hauptbrennraum (zwischen Kolbenunterseite und Zylinderboden) durch die geöffneten Auslassventile 10 zu den Auslasskanälen. Die Abgase leisten einen wesentlich kleineren Widerstand als in herkömmlichen Motoren, weil vier Auslassventile zusammen einen großen Auslassquerschnitt ergeben und kurze Abgaswege den Ausschub erleichtern. Gleichzeitig saugt die Kolbenoberseite während der Kolbenbewegung nach unten die Luft aus dem Saugrohr 34 durch das geöffnete große Lufteinlassventil 22 zum Zylinderoberraum (zwischen Zylinderhaube 21 und Kolbenoberseite). Das große Luftauslassventil 23 ist geschlossen. Wenn die Kolbenstange zusammen mit dem an ihr befestigten Einlassventilteller den unteren Totpunkt erreicht, bewegt sich der nicht mit der Kolbenstange verbundene Kolben 14 aufgrund von Trägheitswirkung weiter nach unten, bis er durch die Kolbenhubbegrenzer gestoppt wird. Während dieser Weiterbewegung des Kolbens nach unten öffnet sich ein Spalt zwischen dem Einlassventilteller und seinem Ventilsitz im Kolben. Gleichzeitig aus dem Saugrohr 34 zum Zylinderoberraum strömende Luft verdichtet sich im Zylinderoberraum aufgrund einer schnellen Kolbeneinbremsung (dynamischer Aufladungseffekt). Ein Teil dieser Luft strömt weiter durch den Spalt in die Brennräume und weiter durch die noch geöffneten Auslassventile zu den Auslasskanälen. Diese durch den Spalt strömende Luft spült am Ende des Ausschubtaktes den gesamten Hauptbrennraum von Abgasen frei. Nun beginnt der Ansaugtakt und die Auslassventile schließen sich. Die Kolbenstange bewegt sich vom unteren Totpunkt aus nach oben. Der Spalt wird größer und erzielt seine maximale Öffnung, wenn der Rand vom Einlassventilteller die untere Fläche des Kreuzeinsatzes 15 erreicht (siehe 6). Gleichzeitig mit Bewegung der Kolbenstange vom unteren Totpunkt bis zu dem Punkt, wo der Einlassventilteller die untere Fläche vom Kreuzeinsatz erreicht, verdichtet sich der aus dem Ölzerstäuber 45 in der Kolbenstange durch die Einspritzkolben 41 zum Einspritzzylinder des Kolbenschmiersystems im Kreuzeinsatz angesaugte Ölnebel (Öl-Luft-Gemisch). Dieses Öl-Luft-Gemisch wird durch Bohrungen und Einwegventile in die Schmiernut im Kolben eingespritzt. Dort setzt sich Öl aus Ölnebel auf der Zylinderwand ab und verringert bei Kolbenbewegung die Reibung. Parallel zum Einspritzzylinder verdichtet sich auch die im Absaugzylinder aus der Schmiernut und zwei Ölabstreifringen 43 durch die Absaugkolben 42 abgesaugte Luft-Abgas-Mischung mit gebrauchtem 61. Anschließend wird die mit gebrauchtem Öl verdichtete Luft-Abgas-Mischung durch die Bohrungen im Gewindezapfen 18 und das Einwegventil zur Kolbenstange und weiter durch die Bohrungen in der Kolbenstangenwand zum Kurbelraum ausgeblasen. Der Absaugzylinder hat ein mehrfach größeres Hubvolumen als der Einspritzzylinder, weil während der Absaugung von gebrauchtem 61 zusätzlich Luft und Abgas angesaugt wird. Am Anfang der Kolbenstangenbewegung nach oben bewirkt die Verdichtung des Ölnebels im Einspritzzylinder die der Luft-Abgas-Mischung im Absaugzylinder, dass der Kolben sich nach oben zu bewegen beginnt, obwohl der Rand des Einlassventiltellers die untere Fläche des Kreuzeinsatzes noch nicht erreicht hat. Kurz darauf haben die beiden Zylinder des Kolbenschmiersystems die Öl-Luft-Abgas-Mischungen übergepumpt und jetzt drückt der Rand des Einlassventiltellers auf die untere Fläche vom Kreuzeinsatz und schiebt den Kolben nach oben. Während der Bewegung des Kolbens nach oben schließt sich das große Lufteinlassventil 22. Trotz voll geöffnetem Einlassventil im Kolben verdichtet sich die Luft im Zylinderoberraum und gleichzeitig sinkt der Luftdruck unter dem Kolben im Hauptbrennraum ab. Die Luft strömt vom Zylinderoberraum über das Einlassventil zum Hauptbrennraum. Der erste Luftanteil (erste Schicht) verbleibt beim Zylinderboden und wärmt sich von den heißen Flächen des Auslassventils und der Brennmuldenwände. Diese Luft hat Turbulenzen, die bei der Strömung durch das Einlassventil gleich am Anfang der Kolbenbewegung nach oben verursacht wurden. Die weitere Luft, die in den Hauptbrenn raum strömt, hält sich wegen eines Saugeffektes unter dem Kolbenboden des sich nach oben bewegenden Kolbens und weist viel stärkere Turbulenzen auf, die durch eine größere Kolbengeschwindigkeit als zu Beginn des Ansaugtaktes verursacht werden.When moving the piston rod 17 along with the inlet valve plate attached to it 16 downwards (during the ejection stroke), the piston also moves 14 , which is pulled down by the intake valve plate, and pushes the exhaust gases from the main combustion chamber (between the piston bottom and cylinder bottom) through the open exhaust valves 10 to the outlet channels. The exhaust gases perform a much smaller resistance than in conventional engines, because four exhaust valves together give a large outlet cross section and short exhaust paths facilitate the Ausschub. At the same time, the piston top sucks the air out of the intake manifold while the piston is moving downwards 34 through the open large air inlet valve 22 to the cylinder upper space (between cylinder hood 21 and piston top). The big air outlet valve 23 is closed. When the piston rod, together with the intake valve plate attached to it, reaches the bottom dead center, the piston not connected to the piston rod moves 14 due to inertia further down until it is stopped by the piston stroke limiter. During this further movement of the piston downwards, a gap between the inlet valve plate and its valve seat in the piston opens. At the same time from the intake manifold 34 air flowing to the cylinder upper space condenses in the cylinder upper space due to a fast piston braking (dynamic charging effect). Part of this air continues to flow through the gap into the combustion chambers and on through the still open exhaust valves to the exhaust ports. This air flowing through the gap flushes the entire main combustion chamber of exhaust gases at the end of the exhaust stroke. Now starts the intake stroke and the exhaust valves close. The piston rod moves upwards from bottom dead center. The gap becomes larger and achieves its maximum opening when the rim of the inlet valve plate is the bottom surface of the cross insert 15 reached (see 6 ). Simultaneously with movement of the piston rod from bottom dead center to the point where the inlet valve disk reaches the bottom surface of the cross insert, the one from the oil atomizer compresses 45 in the piston rod through the injection pistons 41 to the injection cylinder of the piston lubrication system sucked in cross-refining oil mist (oil-air mixture). This oil-air mixture is injected through holes and one-way valves into the lubrication groove in the piston. There, oil from oil mist settles on the cylinder wall and reduces the friction when the piston moves. Parallel to the injection cylinder also condenses in the suction cylinder from the lubrication groove and two oil scraper rings 43 through the suction piston 42 extracted air-exhaust mixture with used 61 , Subsequently The compressed with used oil air-exhaust mixture through the holes in the threaded stem 18 and the one-way valve to the piston rod and further blown through the holes in the piston rod wall to the crank chamber. The suction cylinder has a much larger displacement than the injection cylinder, because during the extraction of used 61 In addition, air and exhaust gas is sucked. At the beginning of the piston rod movement upward, the compression of the oil mist in the injection cylinder causes the air-exhaust mixture in the exhaust cylinder to start moving upward, although the edge of the inlet valve disk has not yet reached the bottom surface of the cross insert. Shortly thereafter, the two cylinders of the piston lubrication system have pumped over the oil-air-exhaust mixtures and now presses the edge of the intake valve plate on the lower surface of the cross insert and pushes the piston upwards. As the piston moves upwards, the large air inlet valve closes 22 , Despite the intake valve being fully open in the piston, the air in the cylinder upper chamber condenses and at the same time the air pressure under the piston in the main combustion chamber decreases. The air flows from the cylinder upper space via the inlet valve to the main combustion chamber. The first portion of air (first layer) remains at the bottom of the cylinder and warms up from the hot surfaces of the outlet valve and the combustion bowl walls. This air has turbulence caused by the flow through the inlet valve right at the beginning of the piston movement. The additional air that flows into the main combustion chamber, holds because of a suction effect under the piston crown of the piston moving upwards and has much greater turbulence, which are caused by a larger piston speed than at the beginning of the intake stroke.

Während der weiteren Bewegung des Kolbens nach oben und der größer werdenden Luftmenge bilden sich immer neue Turbulenzen. Gegen Ende des Ansaugtaktes lässt die Geschwindigkeit der Kolbenstange bei Bewegung nach oben nach und beträgt am oberen Totpunkt null. Gleichzeitig bewegt sich der nicht mit der Kolbenstange verbundene Kolben aufgrund der Trägheitskraft nach oben weiter, bis er durch die Ventilteller 16 angehalten wird. Der Stoß zwischen dem Ventilteller und dessen Sitz im Kolben wird durch die dämpfende Wirkung von Einspritz- und Absaugzylinder des Kolbenschmiersystems sowie durch den Gaswiderstand der zum Hauptbrenntraum strömenden Luft verringert. Die vom Einspritz- und Absaugzylinder ausgehende dämpfende Wirkung entsteht im Moment der Einlassventilschließung, wo der Einspritzkolben die Öl-Luft-Mischung aus dem Zerstäuber in der Kolbenstange zum Einspritzzylinder hinübersaugt und der Absaugkolben das gebrauchte Schmieröl zusammen mit Luft und Abgas aus der Schmiernut und den Ölabstreifringen zum Absaugzylinder hinübersaugt.During the further movement of the piston upwards and the increasing amount of air always new turbulences are formed. Towards the end of the intake stroke, the speed of the piston rod decreases when moving upwards and is zero at top dead center. At the same time, the piston not connected to the piston rod continues to move upwardly due to the inertial force until it passes through the valve plates 16 is stopped. The impact between the valve disk and its seat in the piston is reduced by the damping action of the injection and exhaust cylinders of the piston lubrication system and by the gas resistance of the air flowing to the main combustion chamber. The steaming effect of the injector and exhaust cylinder occurs at the moment of intake valve closing, where the injector piston sucks the oil-air mixture from the atomizer in the piston rod to the injection cylinder and the suction piston sucks the used lubricating oil together with air and exhaust gas from the lubrication groove and oil scraper rings sucked over to the suction cylinder.

Noch während der Einlassventilschließung öffnet sich das große Lufteinlassventil 22. Mit der Schließung des Einlassventils im Kolben endet der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt beginnt.Even during the intake valve closing, the large air intake valve opens 22 , With the closure of the intake valve in the piston, the intake stroke ends and the compression stroke begins.

Die sich nach unten bewegende Kolbenstange zieht mit dem an ihr befestigten Einlassventilteller den Kolben. Der Kolben verdichtet zusammen mit dem Einlassventilteller die Luft im Hauptbrennraum. Gleichzeitig strömt Luft aus dem Saugrohr 34 in den Zylinderoberraum, die durch den sich nach unten bewegenden Kolben angesaugt wird. Kurz vor dem unteren Totpunkt wird Kraftstoff gleichzeitig aus den Einspritzdüsen 6 in die beiden Brennmulden, die sich in der Mitte der Brennräume befinden, eingespritzt und bei sehr guten thermischen Bedingungen zur Selbstzündung gebracht. Ab dem Moment der Kraftstoffeinspritzung in die Brennmulden beginnt der Verbrennungstakt. Das große Lufteinlassventil 22 schließt sich und das große Luftauslassventil 23 öffnet sich. Die erste Phase der Verbrennung läuft parallel in beiden Brennmulden ab, die Verbrennung breitet sich aber gleich auf die Brennräume (Auslassventilbereich) aus. Anschließend verbinden sich die Flammen aus den beiden Brennräumen und verbreiten sich auf den gesamten Hauptbrenntraum. Die beiden Brennquellen errichten in kurzer Zeit eine große Flammenfläche und erzeugen viel Wärme, daher wächst der Druck im Zylinder rasch. Im Verbrennungsprozess nicht verbrauchte Luft dehnt sich im Zylinder aus und bewirkt zusätzlichen Druck.The downwardly moving piston rod draws the piston with the intake valve plate attached to it. The piston, together with the intake valve plate, compresses the air in the main combustion chamber. At the same time, air flows out of the intake manifold 34 in the cylinder upper space, which is sucked by the downwardly moving piston. Shortly before the bottom dead center fuel is simultaneously from the injectors 6 injected into the two combustion troughs, which are located in the middle of the combustion chambers, and brought to self-ignition in very good thermal conditions. From the moment of fuel injection into the combustion troughs, the combustion cycle begins. The big air inlet valve 22 closes and the big air outlet valve 23 opens. The first phase of the combustion takes place in parallel in both combustion troughs, but the combustion spreads immediately to the combustion chambers (outlet valve area). Subsequently, the flames from the two combustion chambers connect and spread to the entire main combustion chamber. The two burners build a large flame surface in a short time and generate a lot of heat, so the pressure in the cylinder grows rapidly. In the combustion process unused air expands in the cylinder and causes additional pressure.

Jetzt zieht der Kolben zusammen mit dem Einlassventilteller die Kolbenstange nach oben. Der Kolben, dessen Bodenfläche viel größer ist als die Fläche des Einlassventiltellers entfaltet eine größere Zugkraft, welche die richtige Schließung des Einlassventiltellers sichert. Die Zugkraft wird von der Kolbenstange auf den Pleuel 20 übertragen, wo sie in das Drehmoment des Motors umgewandelt wird. Die entstehenden Seitenkräfte werden durch die Schlitten im Kreuzkopf 19 und die Führungsleisten 4 auf die Tragkonstruktion des Kurbelgehäuses übertragen. Aufgrund von sehr guten Schmierbedingungen sind die Reibungsverluste zwischen dem Schlitten des Kreuzkopfs und den Führungsleisten gering.Now pull the piston together with the intake valve plate, the piston rod upwards. The piston, the bottom surface of which is much larger than the area of the inlet valve plate, develops a greater tensile force which ensures the proper closure of the inlet valve plate. The pulling force is from the piston rod to the connecting rod 20 transferred where it is converted into the torque of the engine. The resulting lateral forces are caused by the carriages in the crosshead 19 and the guide rails 4 transferred to the support structure of the crankcase. Due to very good lubrication conditions, the friction losses between the carriage of the crosshead and the guide rails are low.

Der sich gleichzeitig nach oben bewegende Kolben drängt die Luft aus dem Zylinderoberraum durch das große Luftauslassventil 23 in das Luftumlaufrohr 35 hinaus. Diese hinausgedrängte Luft gelangt zum Teil zum Saugrohr 35, zum Teil zum Abgasrohr. Die Entscheidung darüber hängt ab von der Lufttemperatur (Regelung mit einem Thermostat) sowie vom Lastzustand des Motors (Regelung mit einer Steuerungsanlage).The simultaneously moving piston urges the air from the cylinder upper space through the large air outlet valve 23 in the air circulation pipe 35 out. This pushed out air passes partly to the intake manifold 35 , partly to the exhaust pipe. The decision depends on the air temperature (regulation with a thermostat) as well as the load condition of the engine (regulation with a control system).

Wenn der Kolben seinen höchsten Punkt erreicht – Kolbenstange oberer Totpunkt – endet der Verbrennungstakt und der Ausschubtakt beginnt. Gleichzeitig schließt sich das große Luftauslassventil 23 und das große Lufteinlassventil 22 öffnet sich. An diese Öffnung schließt sich das 4-Takt-Verfahren an.When the piston reaches its highest point extends - piston rod top dead center - ends the combustion cycle and the Ausschubtakt begins. At the same time, the large air outlet valve closes 23 and the big air intake valve 22 opens. At this opening, the 4-stroke process follows.

Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in den 7–9 als mit heterogenem Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebener Motor dargestellt ist, besteht nur in Abweichungen in der Konstruktion von Kolben, Einlassventilen und Kolbenschmiersystem, die Wirkung bleibt aber ähnlich. Die Wirkung des großen Lufteinlass- und Luftauslassventils sowie der Auslassventile ist identisch.The difference between the first and the second embodiment, which in the 7 - 9 is shown as a heterogeneous air-fuel mixture operated engine, there is only a difference in the design of piston, intake valves and piston lubrication system, but the effect remains similar. The effect of the large air intake and exhaust valves and the exhaust valves is identical.

Bei Bewegung der Kolbenstange nach unten schiebt der Kolben, der mit dem Gewindezapfen 57 fest in die Kolbenstange eingeschraubt ist, die Abgase aus dem Hauptbrennraum durch die Auslassventile zu den Auslasskanälen. Die Einlassventile sind geschlossen, weil im Hauptbrennraum ein kleiner Druck ist und im Zylinderoberraum ein kleiner Unterdruck. Wenn die Kolbenstange zusammen mit dem Kolben den unteren Totpunkt erreicht, bewegen sich die Einlassventile 53 mit dem Einlassventilpaket (Einlassventilhalter 54, 55, Stifte 62, Zentrierbolzen 56, Distanzhülse 59 und Zugstab 60) unter Wirkung der Trägheitskraft weiter nach unten, bis sie durch den Zugstab 60 gestoppt werden. Während dieser Nach-unten-Bewegung öffnen sich Spalten zwischen den Einlassventilen und ihren Sitzen 58, die in den Kolben eingepresst sind. Durch diese Spalten strömt Luft aus dem Zylinderoberraum und drängt die Abgasreste aus den beiden Brennräumen und Brennmulden durch die noch geöffneten Auslassventile in die Auslasskanäle.Upon movement of the piston rod down the piston pushes, which with the threaded pin 57 is firmly screwed into the piston rod, the exhaust gases from the main combustion chamber through the exhaust valves to the exhaust ports. The intake valves are closed because there is a small pressure in the main combustion chamber and a small negative pressure in the cylinder upper space. When the piston rod reaches the bottom dead center together with the piston, the intake valves move 53 with the intake valve package (intake valve holder 54 . 55 , Pencils 62 , Centering pin 56 , Spacer sleeve 59 and tie rod 60 ) under the effect of inertial force further down until it passes through the tie rod 60 being stopped. During this downward movement, gaps between the inlet valves and their seats open 58 , which are pressed into the piston. Through these gaps, air flows out of the cylinder upper space and forces the exhaust gas residues from the two combustion chambers and combustion recesses through the still open exhaust valves into the exhaust ports.

In diesem Moment endet der Ausschubtakt und der Ansaugtakt beginnt. Die Kolbenstange mit dem Kolben beginnt, sich nach oben zu bewegen. Die Auslassventile schließen sich. Die Einlassventile befinden sich noch in ihrer tiefsten Lage und bewegen sich, wenn der Gewindezapfen 57 den Zentrierbolzen 56 mit nach oben nimmt. Die Luft aus dem Zylinderoberraum strömt durch die voll geöffneten Einlassventile im Kolben in den Hauptbrennraum. Die erste Luftschicht verbleibt im Zylinderboden und erwärmt sich durch die heißen Flächen des Auslassventils und der Brennmuldenwände. Diese Luft hat Turbulenzen, die bei der Strömung durch die Einlassventile entstanden sind.At this moment, the exhaust stroke ends and the intake stroke begins. The piston rod with the piston starts to move upwards. The exhaust valves close. The inlet valves are still in their lowest position and move when the threaded pin 57 the centering bolt 56 with takes up. The air from the cylinder upper space flows through the fully opened intake valves in the piston in the main combustion chamber. The first layer of air remains in the cylinder bottom and heats up through the hot surfaces of the exhaust valve and the combustion bowl walls. This air has turbulence created by the flow through the intake valves.

Während der Bewegung des Kolbens nach oben bilden sich immer neue Schichten mit Turbulenzen. Diese haben keinen wesentlichen Einfluss auf die erste Schicht, die im Zylinderboden entstanden ist.During the Movement of the piston upwards are always forming new layers with turbulence. These have no significant influence on the first layer, which originated in the cylinder bottom.

Wenn die Kolbenstange mit dem Kolben ihren oberen Totpunkt erreicht, bewegt sich das Einlassventilpaket aufgrund von Trägheitskraft weiter nach oben bis die Einlassventile ihre Sitze erreichen. Der Stoß zwischen den Einlassventilen und ihren Sitzen wird durch den Zugstab 60 verringert, der in der Zylinderhaube einen Dämpfer hat.When the piston rod with the piston reaches its top dead center, the intake valve package continues to move upward due to inertial force until the intake valves reach their seats. The impact between the intake valves and their seats is made by the tie rod 60 reduced, which has a damper in the cylinder cover.

Mit der Schließung der Einlassventile endet der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt beginnt. Der Verlauf des Verdichtungstakts und des darauf folgenden Verbrennungstakts ist genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel.With the closure the inlet valves, the intake stroke and the compression stroke ends starts. The course of the compression stroke and the following Combustion timing is the same as in the first embodiment.

Wirkung des Kolbenschmiersystems im zweiten AusführungsbeispielEffect of the piston lubrication system in the second embodiment

Der Kolben hat vier Anschlüsse für das Schmiersystem: zwei Einspritz- und zwei Absauganschlüsse. Die Anschlüsse haben den gleichen Abstand von der Kolbenmitte und sind abwechselnd um 90° platziert.Of the Piston has four connections for the lubrication system: two injection and two suction connections. The connections have the same distance from the center of the piston and are alternating placed at 90 °.

Bei jeder Bewegung des Kolbens 52 nach unten saugt der Einspritzkolben 51 den Ölnebel (Öl-Luft-Mischung) durch die Einwegventile aus dem Ölzerstäuber in den Einspritzzylinder 49. Wenn der Kolben 52 seinen unteren Totpunkt erreicht und sich nach oben zu bewegen beginnt, schließt sich das beim Ölzerstäuber gelegene Einwegventil und das Einwegventil im Einspritzkolben öffnet sich. Bei der weiteren Bewegung des Kolbens 52 nach oben wird der Ölnebel im Einspritzzylinder durch die Bohrungen in Einspritzkolben und Kolben zur Schmiernut übergespritzt.At every movement of the piston 52 down to suck the injection piston 51 the oil mist (oil-air mixture) through the one-way valves from the oil atomizer into the injection cylinder 49 , When the piston 52 reaches its bottom dead center and begins to move upward, closes the one-way valve located at the oil atomizer and the one-way valve in the injection piston opens. During further movement of the piston 52 upwards, the oil mist in the injection cylinder is injected through the bores in the injection piston and piston to the lubrication groove.

Parallel zur Ölnebeleinspritzung saugt der Ansaugkolben 61 bei jeder Bewegung des Kolbens 52 nach unten das gebrauchte Schmieröl zusammen mit Luft und Abgas aus der Schmiernut und den beiden Ölabstreifringen durch die Kanäle im Kolben, die Bohrung und das Einwegventil im Absaugkolben 61 zum Absaugzylinder.The intake piston sucks in parallel to the oil mist injection 61 with every movement of the piston 52 down the used lubricating oil together with air and exhaust from the lubrication groove and the two oil scraper rings through the channels in the piston, the bore and the one-way valve in the suction piston 61 to the suction cylinder.

Wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht und sich nach oben zu bewegen beginnt, schließt sich das Einwegventil im Absaugkolben und das Einwegventil im Absaugzylinder öffnet sich. Bei der Weiterbewegung des Kolbens 52 nach oben wird die aus gebrauchtem 61, Abgas und Luft bestehende Mischung im Absaugzylinder durch das Einwegventil zur Leitung für gebrauchtes 61 übergepumpt. Der Absaugzylinder hat ein mindestens zweimal so großes Hubvolumen wie der Einspritzzylinder.When the piston reaches its bottom dead center and begins to move upwards, the one-way valve in the suction piston closes and the one-way valve in the suction cylinder opens. In the further movement of the piston 52 up is the used from 61 Exhaust gas and air mixture in the exhaust cylinder through the one-way valve to the pipe for used 61 pumped over. The suction cylinder has at least twice the stroke volume as the injection cylinder.

Zusätzliche Bemerkung zur Steuerung des Einlassventils im Kolben für die beiden Ausführungsbeispiele: Mit Hilfe einer elektromagnetischen Anlage in der Zylinderhaube und unter Verwendung eines Steuergerätes kann man die Öffnung und Schließung des Einlassventils (der Einlassventile) mit entsprechend umkonstruierten Zugstäben 25 (60) präziser steuern.Additional remark on the control of the intake valve in the piston for the two embodiments: With the aid of an electromagnetic system in the cylinder hood and using a control unit can be the opening and closing of the intake valve (the intake valves) with corre sponding subsequently redesigned tension rods 25 ( 60 ) control more precisely.

11: Kurbelgehäusecrankcase
22: Kurbelwellecrankshaft
33: Nockenwellecamshaft
44: Führungsleisteguide rail
55: Führungsbuchseguide bush
66: Einspritzdüseinjection
77: GlühstiftGlow plug
88th: Kipphebelachserocker shaft
99: Ölwanneoil pan
1010: Auslassventiloutlet valve
1111: Deckelcover
1212: Dichtungpoetry
1313: Zylindercylinder
1414: Kolbenpiston
1515: Kreuzeinsatzcross use
1616: EinlassventiltellerIntake valve actuator
1717: Kolbenstangepiston rod
1818: Gewindezapfenthreaded pin
1919: KreuzkopfPhillips
2020: Pleuelpleuel
2121: Zylinderhaubecylinder cowl
2222: LufteinlassventilAir inlet valve
2323: Luftauslassventilair release
2424: KolbenhubbegrenzerhüllseKolbenhubbegrenzerhüllse
2525: Zugstabtension rod
2626: EinschraubführungsbuchseEinschraubführungsbuchse
2727: Anschlagmutterstop nut
2828: Bolzenbolt
2929: Nockenwelle des Lufteinlassventilscamshaft of the air inlet valve
3030: Nockenwelle des Luftauslassventilscamshaft of the air outlet valve
3131: Gehäusecasing
3232: SaugrohrsegmentSaugrohrsegment
3333: LuftumlaufrohrsegmentAir circulation pipe segment
3434: Saugrohrsuction tube
3535: LuftumlaufrohrAir circulation tube
3636: Auslassventilsitzexhaust valve seat
3737: VentilführungshülseValve guide sleeve
3838: Kipphebelrocker arm
3939: VentilstößelmutterValve stem nut
4040: Ventilfedervalve spring
4141: EinspritzkolbenInjection piston
4242: AbsaugkolbenAbsaugkolben
4343: ÖlabstreifringOil ring
4444: Kolbendichtungpiston seal
4545: ÖlzerstäuberOil atomiser
4646: EinschraubeinsatzEinschraubeinsatz
4747: EinschraubeinsatzEinschraubeinsatz
4848: Scheibedisc
4949: EinspritzzylinderInjection cylinder
5050: Zylinderhaubecylinder cowl
5151: EinspritzkolbenInjection piston
5252: Kolbenpiston
5353: Einlassventilintake valve
5454: Unterer Einlassventilhalterlower Inlet valve holder
5555: Oberer EinlassventilhalterOberer Inlet valve holder
5656: Zentrierbolzencentering
5757: Gewindezapfenthreaded pin
5858: Ventilsitzvalve seat
5959: DistanzhülseStand Off
6060: Zugstabtension rod
6161: AbsaugkolbenAbsaugkolben
6262: Stiftpen

Claims

Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotor mit axialstromigem zyklischem Gaswechsel in einem Zylinder (13) mit getrennten, in verschiedenen Teilen des Motors liegenden Gaswechselorganen, insbesondere Einlassventile (16; 53) und Auslassventile (10), zwei Brennmulden und zweimaliger Luftansaugung durch einen Kolben (14; 52) zum Zylinderoberraum, wobei zum einen das Einlassventil (16) oder mehrere Einlassventile (53) in den Kolben eingebaut ist/sind und zum Teil durch die Wirkung der bei der Kolbenbewegung entstehenden Trägheitskraft gesteuert wird/werden, und zum anderen in einem Zylinderboden und nächster seitlicher Umgebung zu diesem als Gaswechselorgane nur Auslassventile eingebaut sind.Combustion 4-stroke piston engine with axial-flow cyclic gas exchange in a cylinder ( 13 ) with separate, located in different parts of the engine gas exchange organs, in particular intake valves ( 16 ; 53 ) and exhaust valves ( 10 ), two combustion troughs and two times air intake by a piston ( 14 ; 52 ) to the cylinder upper space, wherein on the one hand the inlet valve ( 16 ) or several inlet valves ( 53 ) is / are incorporated in the piston and is controlled in part by the action of the resulting inertia during piston movement /, and on the other hand in a cylinder bottom and next lateral environment to this as gas exchange organs only exhaust valves are installed.

Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotor nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich im Zylinderboden zwei Brennmulden mit je einer Einspritzdüse (6) und je einer Glüh- (7) oder Zündkerze befinden.Combustion 4-stroke piston engine according to claim 1, characterized in that in the cylinder bottom two combustion troughs, each with an injection nozzle ( 6 ) and one annealing ( 7 ) or spark plug.

Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotor nach Patentanspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennmulden zwischen den Auslassventilen symmetrisch zur Längsmotorachse, (Kurbelwellenachse), angeordnet und durch eine Kolbenstange (17) getrennt sind.Combustion 4-stroke piston engine according to claim 2, characterized in that the fuel troughs between the exhaust valves symmetrically to the longitudinal motor axis, (crankshaft axis), arranged and by a piston rod ( 17 ) are separated.

Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungs-4-Takt-Kolbenmotors nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die während des Verdichtungstaktes durch den Kolben (14; 52) in den Zylinderoberraum angesaugte Luft anschließend während des Verbrennungstaktes über das Luftumlaufrohr (35) zum Teil in das Saugrohr (34) übergepumpt wird.Method for operating a combustion 4-stroke piston engine according to claim 1, characterized in that during the compression stroke by the piston ( 14 ; 52 ) sucked into the cylinder upper space then air during the combustion cycle via the air circulation pipe ( 35 ) partly in the intake manifold ( 34 ) is pumped over.