DE19916853C2 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine zum
Durchführen des Verfahrens, dargelegt in den einteiligen Patentansprüchen 1 und 9.
Bei bekannten Verbrennungsmotoren mit Innenverbrennung sind die
jeweils auf einen Zylinder bezogenen Verbrennungskammern (z. B..
vom Typ Ricardo, Perkins, Herkules, Deutz, ACO u. a.) stationär
im Zylinderkopf, Motorblock und/oder im Motorkolben angeordnet.
In der EP 0 074 174 A1 ist ein theoretisch gebliebener Vorschlag
offenbart, der eine rotierende Vorverbrennungskammer vorsieht,
in der eine Teilmenge eines fetten Gemisches verbrannt werden
soll, die dann als Anzünder eines mageren Gemisches in der übli
chen Verbrennungskammer dienen soll.
Allen Ausführungsformen gemeinsam ist der konstruktions- und
verfahrensbedingt enge Zeitraum für die Verdampfung des Brenn
stoffs und für seine Verbrennung. Nachteilig ist ferner, daß die
Verbrennung in einem variablen Volumen durchgeführt wird und ca.
-15° vor bis +35° nach dem oberen Totpunkt erfolgen muß. Hier
aus resultieren unvollständige Kraftstoffverbrennung und schäd
liche Abgase. Bei Kraftstoffen, die für ihre Gemischvorbereitung
(Diesel) oder für ihre Verbrennung (Alkohol) mehr Zeit erfor
dern, ergibt sich zusätzlich eine Begrenzung der maximal mögli
chen Drehzahl. Die verfügbare Verbrennungszeit liegt in einer
Größenordnung von etwa 0,001 s. Erzwungene Kompromisse wie z. B.
eine Vergrößerung des Luftüberschusses oder aber die Inkaufnahme
einer unvollständigen Verbrennung führen zur Senkung des Wir
kungsgrades sowie zu einer Erhöhung der Schadstoffemission. Bei
den bekannten Arbeitsverfahren würde eine Senkung des Luftüber
schusses zu einer unvollständigen Verbrennung, zu weiteren Ener
gieverlusten sowie zu einem erhöhten Schadstoffausstoß führen.
Eine Vergrößerung des theoretischen Wirkungsgrades durch Senkung
der Abgastemperatur ist nur mit erhöhtem apparativen Aufwand
möglich.
Zur. Verlängerung der Gemischvorbereitungs- und Verbrennungszeit
kann der Kraftstoff bereits im Vergaser oder - bei indirekter
Kraftstoffinjektion - im Ansaugkanal mit Luft vermischt werden,
wodurch die Probleme jedoch nur begrenzt verringert werden kön
nen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber herkömmli
chen Arbeitsverfahren und Brennkraftmaschinen Verbesserungen zu
erreichen und insbesondere hohe Leistungen, einen hohen
Wirkungsgrad und vorzugsweise gute Abgaswerte zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Arbeitsverfahren
gelöst, indem in einem ersten Zylinderraum mit einem ersten
Kolben in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten ein Frischgas
verdichtet und jeweils in eine von mindestens zwei, in einem
rotierenden Verbrennungsdrehschieber angeordneten Verbren
nungskammern gedrückt wird;
in jeder Verbrennungskammer verdichtetes Frischgas von dem ersten Zylinderraum zu einem zweiten Zylinderraum befördert wird, wobei nach Verschließen der Verbrennungskammer gegenüber dem ersten Zylinderraum eine Verbrennung eines Gemisches des verdichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften Brennstoffes eingeleitet wird;
nachfolgend die Verbrennungskammer zu dem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung eines Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandierendem, komprimierten, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagt wird, nach Durchführung des Arbeitstaktes Abgase aus dem zweiten Zylinderraum durch den zweiten Kolben in die Auspuffleitung ausgeschoben werden.
in jeder Verbrennungskammer verdichtetes Frischgas von dem ersten Zylinderraum zu einem zweiten Zylinderraum befördert wird, wobei nach Verschließen der Verbrennungskammer gegenüber dem ersten Zylinderraum eine Verbrennung eines Gemisches des verdichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften Brennstoffes eingeleitet wird;
nachfolgend die Verbrennungskammer zu dem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung eines Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandierendem, komprimierten, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagt wird, nach Durchführung des Arbeitstaktes Abgase aus dem zweiten Zylinderraum durch den zweiten Kolben in die Auspuffleitung ausgeschoben werden.
Bei der eingangs genannten Brennkraftmaschine wird diese Aufgabe
gelöst mit
einem ersten Zylinder, in dem ein mit einer Kurbelwelle verbundener erster Kolben geführt ist, und
einem zwischen dem ersten Kolben und dem ersten Zylinder gebildeten ersten Zylinderraum, welcher in einem Ansaugtakt mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas komprimierbar ist,
einem drehbar gelagerten Verbrennungsdrehschieber, der mindestens zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern aufweist,
einem zweiten Zylinder, der von dem ersten Zylinder in einer axialen Richtung des Verbrennungsdrehschiebers beabstandet ist, und
einem zwischen einem zweiten Kolben und dem zweiten Zylinder gebildeten zweiten Zylinderraum, welcher in einem Arbeitstakt mit komprimiertem, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagbar ist,
wobei in die mindestens zwei Verbrennungskammern jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen zündbar ist, und
wobei in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgase durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum ausschieb bar sind.
einem ersten Zylinder, in dem ein mit einer Kurbelwelle verbundener erster Kolben geführt ist, und
einem zwischen dem ersten Kolben und dem ersten Zylinder gebildeten ersten Zylinderraum, welcher in einem Ansaugtakt mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas komprimierbar ist,
einem drehbar gelagerten Verbrennungsdrehschieber, der mindestens zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern aufweist,
einem zweiten Zylinder, der von dem ersten Zylinder in einer axialen Richtung des Verbrennungsdrehschiebers beabstandet ist, und
einem zwischen einem zweiten Kolben und dem zweiten Zylinder gebildeten zweiten Zylinderraum, welcher in einem Arbeitstakt mit komprimiertem, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagbar ist,
wobei in die mindestens zwei Verbrennungskammern jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen zündbar ist, und
wobei in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgase durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum ausschieb bar sind.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß der Ansaug- und Kom
pressionstakt von dem Arbeits- und Ausstoßtakt räumlich getrennt
und in zwei verschiedenen Zylindern durchgeführt werden. Diesen
beiden Zylindern sind mindestens zwei Verbrennungskammern
zwischengeschaltet, in die das vom ersten Zylinder komprimierte
Frischgas im Kompressionstakt bzw. gegen Ende des Kompressions
takts nacheinander bzw. in zyklischer Reihenfolge eingegeben
wird. Die Verbrennungskammern werden vorteilhafterweise gegen
Ende des Kompressionstakts, beispielsweise am oberen Totpunkt
des ersten Kolbens nach dem Kompressionstakt zu dem ersten Zy
linderraum hin verschlossen. Da die Verbrennung nicht im zur
Verdichtung verwendeten ersten Zylinderraum eingeleitet wird,
besitzt der Motor keine Neigung zu einer Zündung des kompri
mierten Frischgasgemisches vor dem oberen Totpunkt des ersten
Kolbens und damit einer verfrühten Hochdruckbildung.
In den von den beiden Zylinderräumen getrennten Verbrennungskam
mern kann anschließend je nach gewünschter Verdampfungszeit und
Zündzeit zunächst zu einem gewählten Zeitpunkt Brennstoff zuge
führt werden, beispielsweise durch eine Einspritzdüse, und nach
einer gewünschten Verdampfungszeit die Zündung durch eine Zünd
kerze eingeleitet werden. Da der Brennstoff in die bereits ent
leerte heiße Verbrennungskammer eingespritzt wird, werden eine
gute Verdampfung bzw. Gemischaufbereitung und Verteilung des
Brennstoffs in dem Frischgas erreicht, wie es beispielsweise bei
einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit einer Einspritzung
vor dem oberen Totpunkt in der Regel nicht erreicht wird. Die
Zündung mittels einer Zündkerze kann in einem gewünschten Zeit
abstand vor der Öffnung der Verbrennungskammer zu dem am Anfang
des Arbeitstakts sich befindenden zweiten Zylinderraum erfolgen,
so daß die Verbrennung bereits vollständig oder in einem er
wünschten Umfang eingesetzt hat, bevor das Gas in den zweiten
Zylinderraum gelangt. Dabei kann die Zündung an einer geeigneten
Stelle in der Verbrennungskammer ausgelöst werden, so daß die
Verbrennungsgase sich in geeigneter Weise in den zweiten Zylin
derraum hinein ausbreiteten. Vorteilhafterweise breitet sich die
Flammenfront entgegen der Ausbreitungsrichtung der in dem zwei
ten Zylinderraum strömenden Verbrennungsgase aus.
Eine Zündung ist auch zu einem Zeitpunkt möglich, indem der
Verbrennungsraum bereits zum zweiten Zylinderraum hin offen ist.
Grundsätzlich ist es möglich, daß der erste Zylinder und der
zweite Zylinder mit unterschiedlichen Hubräumen ausgebildet wer
den, so daß eine Optimierung des Kompressions- und Arbeitstaktes
möglich ist. Es ist jedoch auch eine Ausbildung mit gleichen
Hubräumen möglich. Vorteilhafterweise entsprechen die Zylinder
räume den Hubräumen, so daß der erste Zylinder praktisch einen
vernachlässigbaren Verdichtungsraum aufweist und das komprimier
te Gas vollständig in die Verbrennungskammer abgegeben wird. Da
der erste Zylinderraum bzw. Kompressionsraum anschließend wieder
Frischgas bzw. Luft aufnimmt, stören die Luftreste nicht. Die in
dem Luftresten gespeicherte Kompressionsarbeit kann im Ansaug
takt wieder genutzt werden. Indem der zweite Zylinderraum vor
teilhafterweise seinem Hubraum im wesentlichen entspricht und
ein vernachlässigbarer Verdichtungsraum in dem zweiten Zylinder
raum im oberen Totpunkt des zweiten Kolbens verbleibt, können
die Abgase im oberen Totpunkt des zweiten Kolbens fast vollstän
dig an einen Auspuffkanal abgegeben werden. Die Abgasreste füh
ren nicht zu Arbeitsverlusten, da die in ihnen gespeicherte Ar
beit beim nachfolgenden Arbeitstakt wieder genutzt wird.
Die Verbrennungskammer kann vorteilhafterweise in einem drehbar
gelagerten Körper angeordnet sein, der in Synchronisation mit
der Kurbelwelle und somit dem ersten Zylinder und zweiten Zylin
der angetrieben wird. Somit kann eine gute Abstimmung der Takt
zyklen der Zylinder mit dem Verbrennungsraum erreicht werden. Es
sind bei einem Ottomotor vorteilhafterweise genau zwei Verbren
nungskammern und bei einem Dieselmotor vier Verbrennungskammern
vorgesehen, die gleichwertig abwechselnd Frischgas aufnehmen und
die Verbrennung einleiten. Der drehbar gelagerte Körper kann
insbesondere ein Verbrennungsdrehschieber sein, der
beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat und
vorteilhafterweise parallel zur Kurbelwelle gelagert ist. Somit
kann sie in ihrer radialen Richtung Frischgas vom dem ersten
Zylinder an dessem oberen Auslass aufnehmen und in ihrer
radialen Richtung gezündetes Frischgas in den zweiten
Zylinderraum abgeben. Der Verbrennungsdrehschieber mit
kreisförmigen Querschnitt ragt hierzu entsprechend in die
Zylinder mit einem Abschnitt, beispielsweise einem 90°-Segment
seines kreisförmigen Querschnitts, hinein, so daß er bei Öffnung
einer Verbrennungskammer Gase über eine große Grenzfläche
aufnehmen bzw. abgeben kann. Der Kolben ist an diese Form des in
den Zylinder hineinragenden Abschnitts des
Verbrennungsdrehschiebers vorteilhafterweise angepaßt, um im
oberen Totpunkt den Zylinderraum zumindest weitgehend zu
verschließen.
Die beiden Zylinder können in axialer Richtung des
Verbrennungsdrehschiebers voneinander getrennt sein, so daß ein
einfacher Transport des Frischgases von dem ersten Zylinderraum
zu dem zweiten Zylinderraum über den Verbrennungsdrehschieber
möglich ist. Der Verbrennungsdrehschieber kann beispielsweise
zwei Verbrennungskammern aufweisen und mit einer Untersetzung
von 2 : 1 zu der Kurbelwelle gedreht werden, vorzugsweise direkt
von ihr angetrieben werden. Somit können die zwei
Verbrennungskammern abwechselnd mit komprimiertem Frischgas
gefüllt werden, Brennstoff aufnehmen und nach der Zündung an den
zweiten Zylinderraum abgeben. Die Größe der Verbrennungsräume
kann an die gewünschte Verdichtung angepaßt werden. Bei
Dieselmotoren können auch mehr als zwei Verbrennungskammern,
beispielsweise vier Verbrennungskammern ausgebildet werden und
eine Untersetzung von 4 : 1 vorgenommen werden, so daß mehr Zeit
zum Verdampfen verbleibt.
Die Einspritzdüse und gegebenenfalls eine Zündvorrichtung können
am Umfang des Verbrennungsdrehschiebers derartig angeordnet
werden, daß die Verbrennungskammern des
Verbrennungsdrehschiebers zu einem gewünschten Zeitpunkt zu der
Einspritzdüse bzw. Zündvorrichtung hin mit einer Öffnung
freigelegt sind. Bei einem zylinderförmigen
Verbrennungsdrehschieber erfolgt dabei die Einspritzung
vorteilhafterweise direkt in radialer Richtung bzw. überwiegend
radialer Richtung des Verbrennungsdrehschiebers, so daß eine
gute Verteilung des Brennstoffs in der sich in axialer Richtung
des Verbrennungsdrehschiebers erstreckenden Verbrennungskammer
erreicht werden kann.
Der Verbrennungsdrehschieber befördert aufgrund seiner
Förderwirkung das verdichtete Frischgas vom ersten Zylinderraum
zum zweiten Zylinderraum.
Für die Zuführung von Frischgas zu dem ersten Zylinderraum
und/oder gegebenenfalls auch die Entladung des Abgases von dem
zweiten Zylinderraum kann ein Ansaugdrehschieber vorgesehen wer
den, der vorteilhafterweise parallel zu dem
Verbrennungsdrehschieber angeordnet ist. Er kann beispielsweise
ebenfalls mit einem Abschnitt, z. B. einem 90°-Segment seines
kreisförmigen Querschnitts in die beiden Zylinder hineinragen
und somit über eine große Verbindungsfläche zu den
Zylinderräumen eine gute Zuführung von Frischgas und
gegebenenfalls Entladung des Abgases erreichen.
Der Abgaskanal kann dabei jedoch auch in dem
Verbrennungsdrehschieber, vorteilhafterweise in seiner radialen
Mitte, ausgebildet werden. Vorteilhafterweise werden lediglich
ein Ansaugkanal und ein Abgaskanal ausgebildet, um die
Querschnitte dieser Kanäle nicht zu klein auszubilden und somit
den Strömungswiderstand gering zu halten. In diesem Fall dreht
sich der Ansaugdrehschieber vorteilhafterweise ohne Untersetzung
zu der Kurbelwelle, um seine Frischgaszufuhröffnung und
gegebenenfalls Abgasaufnahmeöffnung taktgenau zu den
Zylinderräumen hin zu öffnen.
Je nach Formgebung ders Verbrennungsdrehschiebers und
gegebenenfalls des Ansaugschiebers können diese gleichsinnig
oder gegensinnig zu der Kurbelwelle angetrieben werden. Je nach
Winkelversatz zwischen der Frischgasaufnahmeöffnung und der
Expansionsöffnung zur Abgabe des gezündeten komprimierten
Frischgases aus dem Verbrennungsdrehschieber können die Kolben
der beiden Zylinder ohne oder mit beliebigen Hubzapfenversatz
bzw. Kurbelwinkeldifferenz z. B. 90°, 180°, 270° zueinander
gedreht werden. Weiterhin können Verbrennungsmoderatoren
eingesetzt werden oder Katalysatoren für die Verbrennung, wie
z. B. ein Nickeleinsatz für ein Gemisch von Naphtha mit Wasser
oder Keramikeinsätze für flammenlose Verbrennung in der
Verbrennungskammer verwendet werden, ohne hierbei die
Zylinderräume zu beeinflussen. In die Verbrennungskammer kann
beispielsweise Wasser eingespritzt werden, um die Abgastem
peraturen zu senken, ohne hierbei einen erheblichen Druckverlust
zu verursachen.
Die Verbindungskanäle können zu den mehreren Verbrennungskammern
insbesondere schraubenförmig über den Umfang des Drehschiebers
ausgebildet und somit auch axial zueinander benachbart sein, um
die Förderwirkung zu erhöhen.
Bei dem Verbrennungsdrehschieber können die Verbindungskanäle zu
den mehreren Verbrennungskammern insbesondere schraubenförmig
über den Umfang des Drehschiebers ausgebildet und somit auch
axial zueinander benachbart sein, um die Förderwirkung zu
erhöhen.
Der Drehschieber ist vorteilhafterweise von einem stationären
Drehschiebergehäuse abdichtend umschlossen, das Anschlußöffnun
gen zu den beiden Zylinderräumen aufweist.
Durch die Verwendung eines Drehschiebers, dessen Verbrennungs
kammern nur in bestimmten Stellungen mit der Auslaßöffnung des
ersten Zylinderraums sowie der Einlaßöffnung des zweiten Zylin
derraums verbunden sind, kann auf die Ausbildung von Ventilen
für diese Einlaß-/Auslaßsteuerung verzichtet werden, so daß die
Herstellungskosten gesenkt werden können. Indem auch die Frisch
luftzufuhr zu dem ersten Zylinderraum sowie der Abgasauslaß
durch diesen oder einen weiteren Drehschieber erfolgen, kann auf
die Verwendung von Ventilen zur Einlaß- und Auslaßsteuerung der
beiden Zylinder vollständig verzichtet werden, so daß auch keine
Nockenwelle für diese Ventile notwendig ist. Somit sind ledig
lich der bzw. die Drehschieber von der Kurbelwelle anzutreiben,
nicht jedoch eine Nockenwelle mit entsprechenden, in die Zylin
derräume hineinragenden Ventilen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeich
nungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftma
schine gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2a-d - Schnittansichten durch den ersten und zweiten
Zylinder der Ausführungsform von Fig. 1 in 45°-
Stellung der Kurbelwelle;
Fig. 3a-d - entsprechende Schnittansichten in 135°-Stellung
der Kurbelwelle;
Fig. 4a-d - entsprechende Schnittdarstellungen in 225°-
Stellung der Kurbelwelle;
Fig. 5a-d - entsprechende Schnittdarstellungen in 315°-Stel
lung der Kurbelwelle;
Fig. 6a-d - Darstellung der beiden Verbrennungskammern der
ersten Ausführungsform;
Fig. 7 - eine Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine der
ersten Ausführungsform;
Fig. 8 - eine Schnittdarstellung eines V-Motors mit zwei
Anordnungen der ersten Ausstellungsform mit je
zwei Zylindern;
Fig. 9a, b - eine Schnittdarstellung durch den ersten Zylinder
einer Brennkraftmaschine einer zweiten Ausfüh
rungsform der Erfindung in einer Stellung von 0°
der Kurbelwelle;
Fig. 9c, d - Schnittdarstellungen durch den zweiten Zylinder
in der 0°-Stellung;
Fig. 10a-d - Schnittdarstellungen der 90°-Stellung des ersten
und des zweiten Zylinders;
Fig. 11a-d - Schnittdarstellungen der 180°-Stellung des ersten
und zweiten Zylinders;
Fig. 12a-d - Schnittdarstellungen der 270°-Stellung des ersten
und zweiten Zylinders;
Fig. 13 - eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
zweiten Ausführungsform;
Fig. 14a-d - Darstellungen der Verbrennungskammern der zweiten
Ausführungsform; a, b: perspektivisch, c, b: per
spektivisch, c: Seitenansicht, Schnittansicht, d:
Draufsicht, Schnittansicht;
Fig. 15a-d bis 18a-d - Schnittdarstellungen jeweils des ersten
und zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine
einer dritten Ausführungsform in Stellungen der
Kurbelwelle von 0°,90°, 180°, 270°;
Fig. 19 - eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
dritten Ausführungsform;
Fig. 20a-d - Darstellungen der Verbrennungskammern der dritten
Ausführungsform;
Fig. 21a-d bis 24a-d - Schnittdarstellungen des ersten und
zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer
vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 25 - eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
vierten Ausführungsform;
Fig. 26a-d - Darstellungen der Verbrennungskammern der vierten
Ausführungsform;
Fig. 27a-d bis 30a-d - Schnittdarstellungen des ersten und
zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer
fünften Ausführungsform in Stellungen der Kurbel
welle von 0°, 90°, 180°, 270°;
Fig. 31 - eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
fünften Ausführungsform;
Fig. 32a-d - Darstellungen der Verbrennungskammern der fünften
Ausführungsform;
Fig. 33a-d und 34a-d - Schnittdarstellungen des ersten und
zweiten Zylinders einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung in Kurbelwinkelstellungen von 0°
und 180°;
Fig. 35 - eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der
sechsten Ausführungsform;
Fig. 36a, b - perspektivische Darstellungen der Steuerwelle der
sechsten Ausführungsform.
Eine Brennkraftmaschine weist gemäß Fig. 1 mindestens einen
ersten und einen zweiten Zylinder auf, wobei in der Figur ledig
lich der erste Zylinder 1 angedeutet ist, der als Kompressions
zylinder dient. In dem als Kompressionszylinder dienenden ersten
Zylinder 1 ist in bekannter Weise ein erster Kolben 3 verschieb
bar gelagert. Im Arbeitszylinder 2 ist entsprechend ein zweiter
Kolben 4 gelagert. Die beiden Kolben sind über Pleuelstangen 15,
16 an einer in Fig. 1 nicht gezeigten Kurbelwelle 10 gelagert.
Die oberhalb der beiden Kolben 3, 4 mit den jeweiligen Zylindern
gebildeten Zylinderräume sind über Ventile mit Zuführungen ver
bunden.
Erfindungsgemäß ist oberhalb der beiden Zylinder ein Verbren
nungsdrehschieber 9 drehbar im Zylinderkopf 21 gelagert und
weist als Aussparungen ausgebildete Verbrennungskammern auf, die
detaillierter in Fig. 6a-d gezeigt sind und mit Bezug auf die
Fig. 2-5 näher erläutert werden.
In den Fig. 2a-d ist die Anordnung der Arbeitszylinder und
des Verbrennungsdrehschiebers 9 in einer ersten, 45°-Stellung
der Kurbelwelle 10 gezeigt. Der Kompressionszylinder 1 befindet
sich im Ansaugtakt, so daß der erste Kolben 3 durch die gezeigte
Drehung der Kurbelwelle 10 nach unten befördert wird, und
Frischluft über Frischluftzufuhrleitungen 7 und geöffnete Ein
laßventile 11, 12 in den sich vergrößernden ersten Zylinderraum
5 strömt. Hierzu werden die Einlaßventile 11, 12 in bekannter
Weise über Nockenwellen 171, 172 gesteuert, die gemäß Fig. 1
über z. B. einen Keilriemen 173 mit der Kurbelwelle 10 verbunden
sind. Gemäß Fig. 2c, 2d befindet sich der Arbeitszylinder 2 im
Arbeitstakt, wobei gemäß dem in Fig. 2d gezeigten schwarzen
Pfeil Verbrennungsgase, d. h. verbranntes Frischgas-Brennstoff-
Gemisch aus der ersten Verbrennungskammer 9a des Verbrennungs
drehschiebers 9 durch eine Expansionsöffnung 40 in den zweiten
Zylinderraum 6 abgegeben wird. Die Ausgabeventile 13, 14 sind
dabei gemäß Fig. 2d geschlossen. Somit können die Verbrennungs
gase aus der zweiten Verbrennungskammer 9b in den zweiten Zy
linderraum 6 gelangen und den zweiten Kolben 4 nach unten drü
cken.
Der Verbrennungsdrehschieber 9 dreht sich gegenüber der Kurbel
welle mit einer Untersetzung von 2 : 1. Bei dieser Ausführungsform
stimmen die Drehrichtungen der Kurbelwelle 10 und des Verbren
nungsdrehschiebers 9 überein und entsprechen weiterhin den Dreh
richtungen der Nockenwellen 171, 172. Die Kolben 3, 4 und die
Innenwände der Zylinder 1, 2 sind derartig geformt, daß der Zy
linderraum zumindest fast vollständig durch den Hubraum gebildet
wird und lediglich ein vernachlässigbarer Restbereich als Ver
dichtungsraum verbleibt, da die verdichtete Luft erfindungsgemäß
in die Verbrennungskammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 ge
drückt werden soll. Die Kolben 3, 4 können dabei vorteilhafter
weise keilförmig zulaufen und die Zylinder entsprechend an ihrer
Oberseite in einer keilförmigen Stumpfbohrung auslaufen, die ge
mäß den Zeichnungen beispielsweise in dem Zylinderkopf ausgebil
det werden kann, so daß in dem Kurbelgehäuse des Motors ledig
lich die zylinderförmigen Zylinderlaufbahnen ausgebildet werden
müssen. Dabei können in bekannter Weise auch Zylinderlaufbuchsen
beispielsweise in Zylinderblöcken aus Aluminium-Legierungen ein
gesetzt werden.
Gemäß Fig. 3a-d befindet sich die Kurbelwelle 10 in einer ge
genüber den Fig. 2a-d um 90° weitergedrehten Stellung, die
entsprechend als 135°-Stellung bezeichnet wird. Der erste Zylin
der 1 befindet sich noch im Ansaugtakt, so daß weiterhin keine
Verbindung des ersten Zylinderraums 5 zu einer der Verbrennungs
kammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 freigegeben ist. Ent
sprechend Fig. 3b ist die erste Verbrennungskammer 9a des Ver
brennungsdrehschiebers 9 in dieser um gegenüber Fig. 2b um 45°
weitergedrehten Stellung weiterhin gegenüber dem ersten Zylin
derraum 5 abgeschlossen. Gemäß Fig. 3c, d befindet sich der
zweite. Zylinder 2 gegen Ende des Arbeitstaktes, so daß der zwei
te Kolben 4 weiterhin nach unten gedrückt wird. Dabei wird die
Expansionsöffnung 40 der ersten Verbrennungskammer 9a jedoch
allmählich verschlossen und ist in Fig. 3d bereits zur Hälfte
verschlossen.
Die Fig. 4a-d zeigen eine 225°-Stellung der Kurbelwelle,
bei der die in der ersten Verbrennungskammer 9a nach dem
Arbeitstakt verbliebenen Abgasreste über eine Ausgabeöffnung 42
der ersten Verbrennungskammer 9a an einen Auspuffkanal 41 ab
gegeben werden. Im ersten Zylinder 1 setzt dabei gerade der
Verdichtungstakt bzw. Kompressionstakt ein, bei dem der erste
Kolben 3 nach oben bewegt wird und das zuvor im Ansaugtakt der
Fig. 2, 3 angesaugte Frischgas verdichtet. Die Einlaßventile
11, 12 sind dabei entsprechend verschlossen. Weiterhin ist der
erste Zylinderraum 5 auch gegenüber den beiden Kammern des
Verbrennungsdrehschiebers 9 verschlossen.
Der zweite Zylinder 2 befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem die
Abgase gemäß den schwarzen Pfeilen über die geöffneten
Auslaßventile 13, 14 in einen Auspuffkanal 43 abgegeben werden.
In der zweiten Verbrennungskammer 9b wird von der Zündkerze 18
gerade die Zündung eingeleitet.
In der 315°-Stellung der Fig. 5a-5d befindet sich der erste
Zylinder 1 gegen Ende des Verdichtungstakts, bei dem die
verdichtete Luft gemäß dem schwarzen Pfeil über eine
Einlaßöffnung 44 in die erste Verbrennungskammer 9a gedrückt
wird. Die Einlaßventile 11, 12 sind dabei weiterhin
verschlossen.
Gemäß Fig. 5c, d befindet sich der Arbeitszylinder 2 in der
Endphase des Ausstoßtaktes, so daß die Auslaßventile 13, 14
weiterhin geöffnet sind, und keine Verbindung des zweiten
Zylinderraums 6 zu einer der Verbrennungskammern des
Drehschiebers geöffnet ist.
Die anschließende, nicht mehr gezeigte, um 90° gedrehte Stellung
der Kurbelwelle entspricht wiederum den in Fig. 2a-d gezeigten
Anordnungen, wobei der Verbrennungsdrehschieber 9 aufgrund
seiner Untersetzung lediglich eine 180°-Drehung durchgeführt hat
und somit gegenüber Fig. 2a-d die Verbrennungskammern 9a und b
vertauscht sind. Da diese Verbrennungskammern 9a und 9b jedoch
gleich ausgebildet sind, schließt sich ein gleicher Zyklus an.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer V-Anordnung von zwei
erfindsgemäßen Einheiten. Weiterhin sind auch Reihenmotoren oder
Boxermotoren möglich.
Während in der ersten Ausführungsform noch Einlaß- und
Auslaßventile verwendet werden, die entsprechend über
Nockenwellen 171, 172 gesteuert werden, kann in den nächsten
Ausführungsformen auf derartige Ventile und Nockenwellen
verzichtet werden. In der in den Fig. 9-14 gezeigten
zweiten Ausführungsform wird neben einem
Verbrennungsdrehschieber 39 zusätzlich ein Ansaugdrehschieber 29
verwendet, der einen Ansaugkanal 24 und einen Abgaskanal 27
aufweist, durch die Frischgas bzw. Abgas in der axialen Richtung
des Ansaugdrehschiebers bei dessen Drehung gefördert werden. Der
Verbrennungsdrehschieber 39 und der Ansaugdrehschieber 29 drehen
sich gegenüber der Kurbelwelle 10 in entgegengesetzter
Drehrichtung. Der Verbrennungsdrehschieber 39 weist dabei in
seiner Drehgeschwindigkeit ein Untersetzungsverhältnis vom 2 : 1
gegenüber der Kurbelwelle auf, während der Ansaugdrehschieber 29
sich mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle 10 dreht, wie aus
den Fig. 9-12 ersichtlich ist. Bei Fig. 9a, b in der 0°-
Stellung der Kurbelwelle befindet sich der in den Figuren
gezeigte Kompressionszylinder 51 mit Kompressorkolben 53 am
Anfang des Ansaugtakts, bei dem durch eine Ansaugöffnung 26 des
Ansaugdrehschiebers 29 Frischgas in axialer Richtung des
Ansaugdrehschiebers durch seinen Ansaugkanal 24 in den
Zylinderraum 151 strömt. Der in Fig. 9c, d gezeigte,
dahinterliegende Arbeitszylinder 52 mit Arbeitskolben 54
befindet sich im Arbeitstakt, wobei verbranntes Brennstoff-Luft-
Gemisch von der zweiten Verbrennungskammer 140b in dem zweiten
Zylinderraum 152 drängt und den Arbeitskolben nach unten drückt.
In Fig. 10 ist die 90°-Stellung der Kurbelwelle und des
Ansaugdrehschiebers bei entsprechender 45°-Stellung des
Verbrennungsdrehschiebers 39 gezeigt. Der Kompressionszylinder
51 befindet sich weiterhin im Ansaugtakt, bei dem die
Ansaugöffnung 26 gegenüber dem Zylinderraum 151 des
Kompressionszylinders nunmehr voll geöffnet ist. Der
Arbeitszylinder befindet sich gleichzeitig gegen Ende des
Arbeitstakts (unterer Totpunkt). In Fig. 10b werden nachfolgend
Abgasreste von der Kammer 140b an den Abgasauslaßkanal 57
abgegeben. In Fig. 10b wird gerade Brennstoff von der
Einspritzdüse in die Kammer 140a eingespritzt.
Gemäß Fig. 11 liegt eine 180°-Stellung der Kurbelwelle und des
Ansaugdrehschiebers sowie eine 90°-Stellung des
Verbrennungsdrehschiebers 39 vor. Während der
Kompressionszylinder nunmehr gegen Ende des Ansaugtakts ist und
die Ansaugöffnung 26 nunmehr gerade verschlossen wird, befindet
sich der Arbeitszylinder bereits im Ausstoßtakt, bei dem die
Abgase von dem sich nach oben bewegenden Kolben 54 durch eine
Ausspuffkanalöffnung 155 in den Auspuffkanal 27 des
Ansaugdrehschiebers 29 gedrückt und in axialer Richtung des
Ansaugdrehschiebers 29 wegbefördert werden.
Gemäß Fig. 12 (270°-Stellung) befinden sich der
Kompressionszylinder im Verdichtungstakt, bei dem sein
Zylinderraum gegenüber dem Ansaugdrehschieber verschlossen ist.
Die Verbrennungskammer 140b wird zu dem ersten Zylinderraum 151
hin geöffnet, so daß sie Frischgas von dem ersten Zylinderraum
151 aufnehmen kann. Der Arbeitszylinder befindet sich am Ende
(OT) des Ausstoßtakts und Anfang des Arbeitstakts am oberen
Totpunkt. Die Öffnung zum Abgaskanal 27 wird nunmehr
verschlossen, und eine Verbrennungskammer mit verdichtetem, mit
Brennstoff versehenem und gezündetem Gas der Verbrennungskammer
140a zu dem Zylinderraum des Arbeitszylinders geöffnet. Die
nachfolgende 360°-Stellung entspricht der 0°-Stellung der
Fig. 9, wobei die Verbrennungskammern vertauscht sind.
Fig. 13, 14 zeigen eine Draufsicht auf den Motor und
Darstellung der Verbrennungskammern 140a, b.
Die Fig. 15 bis 20 zeigen eine dritte Ausführungsform, bei
der ebenfalls auf Ventile verzichtet werden kann, indem ein
Ansaugdrehschieber 19 verwendet wird, der in seinem Inneren
einen Ansaugkanal 23 aufweist und über eine Ansaugöffnung 20
Frischluft an den Zylinderraum des Kompressionszylinders abgeben
kann. Auch hier dreht sich der Ansaugschieber 19 entgegengesetzt
zur Kurbelwelle und mit gleicher Drehzahl wie diese. Der
Verbrennungsdrehschieber 30 dreht sich gleichsinnig mit der
Kurbelwelle mit einem Untersetzungsverhältnis von 2 : 1. Bei
dieser dritten Ausführungsform ist ein Abgaskanal 31 im Inneren
des Verbrennungsdrehschiebers 30, vorzugsweise konzentrisch in
der Mitte gemäß Fig. 15 angeordnet. Die Verbrennungskammern
33a, 33b sind entsprechend konzentrisch um den Abgaskanal 31
herum ausgebildet. Die Kolbenstellungen des Kompressionskolbens
und Arbeitskolbens sind wie in der zweiten Ausführungsform um
90° versetzt. Die Ausbildung der Verbrennungskammern ist neben
der Radialschnittdarstellung der Fig. 15 beispielsweise auch
aus der perspektivischen Ansicht der Fig. 20 ersichtlich, in
der lediglich die Verbrennungskammern 33a, 33b gezeigt sind. In
den Verdichtungstakten erfolgt der Einlaß von verdichteter
Frischluft durch Verdichtungsöffnungen 35a, 35b, die jeweils zum
Zylinderraum des Kompressionszylinders freigegeben werden. In
den Verbrennungskammern wird dem verdichteten Frischgas über
weine für beide Verbrennungskammern verwendete Einspritzdüse 127
Brennstoff zugeführt und von einer Zündkerze 28 gezündet. Kurz
nach der Zündung oder bereits während der Zündung wird die
Verbrennungskammer über Expansionsöffnungen 34a, 34b gegenüber
dem am Anfang des Arbeitstakts befindlichen Zylinderraum des
Arbeitszylinders freigegeben. Im Ausstoßtakt werden die Abgase
über den Auslaß 32a, b und den Abgaskanal 31 ausgegeben.
Dementsprechend befindet sich bei der in Fig. 15 gezeigten 0°-
Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugdrehschiebers 19 sowie
der 0°-Stellung des Verbrennungsdrehschiebers der
Kompressionszylinder 61 am oberen Totpunkt und beginnt nach dem
gerade beendeten Verdichtungstakt in der Verbrennungskammer 35b
nunmehr einen Ansaugtakt, indem der Kolben 36 des
Kompressionszylinders 61 nach unten bewegt wird und somit den
Zylinderraum 136 freigibt; gleichzeitig wird die Einlaßöffnung
20 des Ansaugdrehschiebers 19 zum ersten Zylinderraum hin
gedreht, so daß der Ansaugkanal 23 zum Zylinderraum hin offen
ist. Der in Fig. 15c, d gezeigte Arbeitskolben 37 des
Arbeitszylinders 62 befindet sich im Arbeitstakt, in der die
erste Verbrennungskammer 33a über die Expansionsöffnung 34a mit
dem Zylinderraum des Arbeitszylinders verbunden ist. In dieser
Stellung ist die Expansionsöffnung 34a vollständig freigegeben,
und der Arbeitskolben befindet sich im halben Hub.
In der in Fig. 16 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle und
des Ansaugdrehschiebers sowie entsprechend der 45°-Stellung des
Verbrennungsdrehschiebers befindet sich der Kompressionszylinder
61 in mittlerer Stellung, d. h. mittlerem Hub, des Ansaugtakts.
Die Ansaugöffnung 20 ist vollständig zum Zylinderraum des
Kompressionszylinders 61 hin offen. Der Arbeitskolben befindet
sich im unteren Totpunkt am Ende des Arbeitstakts, bei dem die
Verbrennungskammern gegenüber dem Zylinderraum des
Arbeitszylinders verschlossen sind. In Fig. 16b werden von der
Kammer 33a nachfolgend Abgasreste an einen Abgaskanal abgegeben.
In der in Fig. 17 gezeigten 180°-Stellung befindet sich der
Kompressionszylinder 61 im unteren Totpunkt am Anfang der
Verdichtung, wobei die Ansaugöffnung 20 gerade geschlossen
worden ist. Der Arbeitszylinder befindet sich im Ausstoßtakt,
bei dem durch die Auslaßöffnung 32a des
Verbrennungsdrehschiebers 30 das Abgas in den Abgaskanal 31
befördert wird. In Fig. 17d wird gleichzeitig von der Zündkerze
28 in Kammer 33b gezündet und von der Einspritzdüse 127 in
Kammer 33a eingespritzt.
Fig. 18 zeigt die 270°-Stellung der Kurbelwelle und des
Ansaugschiebers sowie entsprechend eine 135°-Stellung des
Verbrennungsdrehschieber. Der Kompressionszylinder befindet sich
im Verdichtungstakt, bei dem die Verdichtungsöffnung 35a der
zweiten Verbrennungskammer 33a gegenüber dem Zylinderraum des
Kompressionszylinders vollständig geöffnet ist, so daß
verdichtetes Frischgas in die erste Verbrennungskammer
einströmen kann. Der Arbeitskolben befindet sich am oberen
Totpunkt am Ende des Ausstoßtakts und entsprechend am Anfang des
nachfolgenden Arbeitstakts, wobei die Auslaßöffnung in dem
Verbrennungsdrehschieber zur Aufnahme der Abgase verschlossen
ist; nunmehr wird die Expansionsöffnung der Verbrennungskammer
33b zum Arbeitsraum hin geöffnet, um das entzündete
Brenngasgemisch an den Zylinderraum des Arbeitszylinders
abzugeben. In dieser Stellung ist der Zylinderraum des
Arbeitszylinders zumindest nahezu vollständig geschlossen.
Anschließend wird eine 360°-Stellung eingenommen, die der 0°-
Stellung der Fig. 15 entspricht, wobei die Verbrennungskammern
demgegenüber vertauscht sind. In Fig. 20 wird der Verlauf der
Verbrennungskammern 33a, 33b gezeigt. Die Schnittansicht entlang
der Linie A', A aus Fig. 20c, die in Fig. 20b gezeigt ist,
entspricht einem Schnitt durch den ersten Zylinder, die in Fig.
20a gezeigte Schnittansicht entlang der Linie B', B entspricht
einem Schnitt durch den Arbeitszylinder.
Auch bei dieser Ausführungsform ist die Form des Kolbens an die
Zylinderform angepaßt, so daß im oberen Totpunkt der
Zylinderraum ganz oder weit überwiegend verschwindet. Hierzu ist
der Kolben in vorteilhafter Weise gemäß den Figuren mit
Aussparungen versehen, die den entsprechenden Abschnitten dem
zylinderförmigen Verbrennungsdrehschieber 30 und des
zylinderförmigen Ansaugdrehschiebers 19 entsprechen.
Die Figuren. 21 bis 26 zeigen eine vierte Ausführungsform der
Erfindung. Hierbei wird ebenfalls wiederum neben einem
Verbrennungsdrehschieber zusätzlich ein Ansaugdrehschieber
verwendet. Dieser Motor kann in vorteilhafter Weise als
Dieselmotor verwendet werden.
Diese vierte Ausführungsform ähnelt vom Aufbau der zweiten
Ausführungsform der Fig. 9 bis 13. Ein
Verbrennungsdrehschieber 162 weist allerdings vier
Verbrennungskammern 85a, b, c, d auf, die in 90°-Segmenten des
zylinderförmigen Verbrennungsdrehschiebers 162 angeordnet sind.
Der Verbrennungsdrehschieber dreht sich entsprechend mit einem
Viertel der Drehzahl der Kurbelwelle 10 und vorteilhafterweise
entsprechend den Figuren im entgegengesetzten Drehsinn wie
diese. Durch die Ausbildung von vier statt zwei Kammern kann der
Zeitraum, der nach der Dieseleinspritzung zur Verdampfung/
Gemischbildung des Diesel-Luftgemisches zur Verfügung steht,
erhöht werden, da jede Verbrennungskammer erst in jedem vierten
Arbeitstakt zum Zylinderraum des Arbeitszylinders 72 hin
geöffnet wird. Die Einspritzung erfolgt durch die Einspritzdüse
170, die Zündung durch die Zündkerze 17. Die Luftzufuhr und
Abgasentladung erfolgen analog Fig. 6 Über einen
Ansaugdrehschieber 63 mit Frischluftkanal 76 und
Frischluftzuführöffnung 78 sowie Abgaskanal 75 mit Abgassöffnung
77. Der Ansaugdrehschieber 63 dreht sich mit gleicher Drehzahl
wie die Kurbelwelle 10. In Fig. 21 ist der erste Kolben 73 am
oberen Totpunkt nach einem Kompressionstakt und vor dem
Ansaugtakt, wobei die Frischluftzufuhröffnung 78 des
Frischluftkanals 76 nunmehr zum ersten Zylinderraum hin geöffnet
wird. Der Arbeitszylinder befindet sich im Arbeitstakt, bei dem
aus der Verbrennungskammer 85d gezündetes, expandierendes,
verbranntes Gas in den zweiten Zylinderraum 79 strömt und den
Arbeitskolben 74 nach unten drückt. In der in Fig. 22 gezeigten
90°-Stellung der Kurbelwelle befindet sich der
Kompressionszylinder 71 im Ansaugtakt, bei dem Frischluft über
den Frischluftkanal 76 und die Frischluftzufuhr 78 in den ersten
Zylinderraum 178 angesaugt wird. Der Arbeitskolben 74 befindet
sich im unteren Totpunkt beim Übergang vom Arbeitstakt in den
Ausstoßtakt, wobei nachfolgend die Abgasöffnung 77 zum zweiten
Zylinderraum 79 hin freigegeben wird.
In der 180°-Kurbelwellenstellung der Fig. 23 befindet sich der
Kompressionskolben 73 am unteren Totpunkt beim Übergang vom
Ansaugtakt zum Kompressionstakt. Die Frischluftzufuhröffnung 78
ist nunmehr gegenüber dem ersten Zylinderraum verschlossen, und
nachfolgend wird die Verbrennungskammer 85a zum ersten
Zylinderraum hin geöffnet werden. Der Arbeitskolben befindet
sich im Ausstoßtakt, bei dem das Abgas über die Abgasöffnung 77
in den Abgaskanal 75 durch den Arbeitskolben 74 ausgestoßen
wird. In Fig. 23b wird Kammer 85d entlastet und in Kammer 85c
gezündet.
In der 270°-Kurbelwellenstellung der Fig. 24 befindet sich der
Kompressionszylinder 72 im Kompressionstakt, bei dem der
Kompressionskolben 73 Frischluft in die Verbrennungskammer 85a
drückt, die nunmehr gegenüber dem ersten Zylinderraum 178
geöffnet ist. Der Arbeitskolben 74 des Arbeitszylinders 72
befindet sich am oberen Totpunkt nach dem Ausstoßtakt und vor
dem Arbeitstakt, so daß die Verbrennungskammer 85c im folgenden
gegenüber dem zweiten Zylinderraum geöffnet werden wird und die
Abgasöffnung 77 des Abgaskanals 75 gerade geschlossen wird.
Der erste Kolben bzw. Kompressionskolben 73 folgt bei dieser
Ausführungsform dem zweiten Kolben bzw. Arbeitskolben 74 mit
90° Kurbelwinkeldifferenz.
Die Fig. 27 bis 32 beschreiben eine fünfte Ausführungsform,
die der ersten Ausführungsform entspricht, wobei allerdings zwei
Verbrennungskammern 89a, b in dem Verbrennungsdrehschieber
vorgesehen sind. Der Verbrennungsdrehschieber läuft mit einer
Untersetzung von 2 : 1 gegenüber der Kurbelwelle, so daß gegenüber
der ersten Ausführungsform eine doppelte Zeit für die
Verdampfung des Brennstoffs in den Verbrennungskammer verbleibt.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform folgt der zweite
Kolben dem ersten Kolben mit 180° Kurbelwinkeldifferenz. Die
Verbrennungskammern 89a, b sind entsprechend schraubenförmig
verdreht, wie beispielsweise aus den Fig. 32a-d ersichtlich
ist. In der 0°-Stellung der Fig. 27 befindet sich der erste
Kolben 3 im oberen Totpunkt nach einem Kompressionstakt und vor
dem nächsten Ansaugtakt. Die zweite Verbrennungskammer 89b ist
gerade mit komprimierten Frischgas gefüllt worden. Det
Arbeitskolben 4 befindet sich im unteren Totpunkt nach einem
Arbeitstakt und vor dem Ausstoßtakt. Die erste
Verbrennungskammer 89a wird gerade gegenüber dem zweiten
Zylinderraum 6 geschlossen.
Bei der in Fig. 28 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle
befindet sich der erste Zylinder 1 im Ansaugtakt, bei dem
Frischgas über Einlaßventile 11, 12 in den ersten Zylinderraum 5
zugeführt wird. Die erste Verbrennungskammer 8% gibt einen Teil
der in ihr befindlichen Abgaßreste über eine Abgasleitung 141
ab. Der zweite Zylinder 2 befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem
Abgas über die Auslaßventile 13, 14 abgegeben wird.
In der 180°-Stellung der Kurbelwelle der Fig. 29 befindet sich
der erste Kolben 3 am unteren Totpunkt, so daß nach dem
Ansaugtakt nunmehr der Verdichtungstakt beginnen wird. Der
zweite Kolben 4 befindet sich am oberen Totpunkt, so daß
anschließend der Arbeitstakt anfangen wird, bei dem heiße
Verbrennungsgase aus der zweiten Verbrennungskammer 89b in den
zweiten Zylinderraum strömen werden, wie aus den Fig. 30c,
30d der 270°-Stellung ersichtlich ist.
Bei den ersten fünf Ausführungsformen wird vorteilhafterweise
nach dem Ausstoßtakt nach dem Verschließen der
Verbrennungskammer gegenüber dem zweiten Zylinderraum zunächst
das in der Verbrennungskammer verbleibende Abgas zumindest
teilweise an eine Abgasleitung abgeben. Danach wird der
Brennstoff, insbesondere Benzin oder Diesel in die
Verbrennungskammer eingespritzt und verdampft in der noch heißen
Verbrennungskammer zumindest teilweise. Beim nachfolgenden
Kompressionstakt wird Frischgas in die mit Brennstoff und
Brennstoffdämpfen gefüllte Verbrennungskammer gedrückt. Bis zu
der nachfolgenden Zündung ist dann der Brennstoff
vorteilhafterweise vollständig verdampft. Gegebenenfalls kann
auf die Abgasleitung zum weiteren Entleeren der verschlossenen
Verbrennungskammer verzichtet werden.
Die Fig. 33 bis 36 zeigen eine sechste Ausführungsform, die
eine weitere Abwandlung gegenüber der ersten Ausführungsform
darstellt. Gleiche Bezugszeichen stehen für gegenüber der ersten
Ausführungsform unveränderte Komponenten. Bei dieser
Ausführungsform dient die Steuerwelle 93 dazu, komprimiertes
Frischgas von dem Kompressionszylinder 1 zu den
Verbrennungskammern 183, 184 zuleiten und nach der Einspritzung
von Brennstoff, vorzugsweise Diesel, durch Einspritzdüsen 117 in
die Verbrennungskammern 183, 184 diese jeweils zu dem zweiten
Zylinderraum 6 des Arbeitszylinders 2 zu öffnen. Somit sind die
Verbrennungskammern 183, 184 bei dieser sechsten Ausführungsform
gegenüber den Zylindern fest und die Steuerwelle 93 dient
lediglich zur gezielten Verbindung zwischen den Zylindern und
den Verbrennungskammern. Die Zündung erfolgt durch in die
Verbrennungskammern ragende Zündkerzen 118.
Die Steuerwelle dreht sich vorteilhafterweise gleichsinnig wie
die Kurbelwelle mit einer Untersetzung von 2 : 1; die Zylinder 1, 2
laufen im gleichen Kurbelwinkel, wie bei der ersten
Ausführungsform bereits beschrieben.
Somit stellt gemäß Fig. 34a, b die Steuerwelle im
Verdichtungstakt abwechselnd eine Verbindung des
Kompressionszylinders 1 mit einer der beiden Verbrennungskammern
183, 184 her; gleichzeitig befindet sich gemäß den Fig. 34c, d
der Arbeitszylinder 2 im Ausstoßtakt. In Fig. 33a, b befindet
sich der Kompressionszylinder 1 im Ansaugtakt, während der
Arbeitszylinder 2 im Arbeitstakt und mit dem Verbrennungsraum
183 verbunden ist. Die Fig. 36a, b zeigen die Ausbildung der
Steuerwelle in diesen beiden Stellungen. Durchgangsöffnungen
94, 95, 96, 97 in der Steuerwelle 93 verlaufen beispielsweise in
ovaler Form entlang des Querschnitts der Steuerwelle. Die
Fig. 36a, b zeigen Beispiele für den Verlauf der
Durchgangsöffnungen 94, 95, 96, 97. Sie sind als konkave
Aussparungen in der zylinderförmigen Steuerwelle 93 ausgebildet,
wobei der Bogen der Aussparungen vorteilhafterweise eine
Kreisbogenform aufweist.
Die Durchgangsöffnungen 94, 95, 96, 97 der Steuerwelle 93 werden
dabei an die Anschlußöffnungen 185, 186, 187, 188 der
Verbrennungskammern 183, 184 angeschlossen.
Vorteilhafterweise wird ständig ein erster Zylinder als
Kompressionszylinder verwendet, dessen Kolben und/oder
Pleuelstange beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein
können, so daß sie zum einem kostengünstig herstellbar sind und
zum anderen leicht sind.
Claims (36)
1. Arbeitsverfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
bei dem
in einem ersten Zylinderraum mit einem ersten Kolben in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten ein Frischgas ver dichtet und jeweils in eine von mindestens zwei, in einem rotierenden Verbrennungsdrehschieber angeordneten Verbren nungskammern gedrückt wird;
in jeder Verbrennungskammer verdichtetes Frischgas von dem ersten Zylinderraum zu einem zweiten Zylinderraum befördert wird, wobei nach Verschließen der Verbrennungskammer gegenüber dem ersten Zylinderraum eine Verbrennung eines Gemisches des verdichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften Brennstoffes eingeleitet wird;
nachfolgend die Verbrennungskammer zu dem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung eines Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandierendem, komprimierten, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagt wird,
nach Durchführung des Arbeitstaktes Abgase aus dem zweiten Zylinderraum durch den zweiten Kolben in die Auspuffleitung ausgeschoben werden.
in einem ersten Zylinderraum mit einem ersten Kolben in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten ein Frischgas ver dichtet und jeweils in eine von mindestens zwei, in einem rotierenden Verbrennungsdrehschieber angeordneten Verbren nungskammern gedrückt wird;
in jeder Verbrennungskammer verdichtetes Frischgas von dem ersten Zylinderraum zu einem zweiten Zylinderraum befördert wird, wobei nach Verschließen der Verbrennungskammer gegenüber dem ersten Zylinderraum eine Verbrennung eines Gemisches des verdichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften Brennstoffes eingeleitet wird;
nachfolgend die Verbrennungskammer zu dem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung eines Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandierendem, komprimierten, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagt wird,
nach Durchführung des Arbeitstaktes Abgase aus dem zweiten Zylinderraum durch den zweiten Kolben in die Auspuffleitung ausgeschoben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach
dem Arbeitstakt die jeweilige Verbrennungskammer gegenüber
dem zweiten Zylinderraum geschlossen wird, nachfolgend
Brennstoff in die Verbrennungskammer eingefüllt wird, und
in einem nachfolgenden Verdichtungstakt Frischgas in die
mit zumindest teilweise verdampftem Brennstoff gefüllte
Verbrennungskammer gefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Verschließen einer Verbrennungskammer
gegenüber dem zweiten Zylinderraum zunächst Reste des
komprimierten, mit Brennstoff versehenen und gezündeten
Frischgases, die sich in der Verbrennungskammer befinden,
zumindest teilweise von der Verbrennungskammer an eine
Abgasleitung abgegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Verbrennungskammern in einer
synchronen Rotation nacheinander jeweils zum ersten
Zylinderraum und zum zweiten Zylinderraum geöffnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rotation mit kontinuierlicher Geschwindigkeit erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
synchron mit den beiden Verbrennungskammern ein den
Zylinderraum zeitweise mit einer Ansaugleitung verbindender
Einlaßanschluß sowie ein den Zylinderraum zeitweise mit
einer Auspuffleitung verbindender Auslaßanschluß rotieren,
wobei während der jeweiligen Ansaug- bzw. Auspuffverbindung
die beiden Verbrennungskammern gegenüber dem Zylinderraum
geschlossen gehalten werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Verbrennungskammern vorgesehen sind, die mit einer
Umdrehungszahl rotieren, die eine Hälfte der Umdrehungszahl
der den Kolben antreibenden Kurbelwelle beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß vier Verbrennungskammern vorgesehen sind,
die mit einer Umdrehungszahl rotieren, die ein Viertel der
Umdrehungszahl der Kurbelwelle beträgt.
9. Brennkraftmaschine, insbesondere zum Durchführen eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
einem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71), in dem ein mit einer Kurbelwelle (10) verbundener erster Kolben (3, 53, 37, 73) geführt ist, und
einem zwischen dem ersten Kolben und dem ersten Zylinder gebildeten ersten Zylinderraum, welcher in einem Ansaugtakt mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas komprimierbar ist,
einem drehbar gelagerten Verbrennungsdrehschieber (9, 39, 30, 162), der mindestens zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d, 183, 184) aufweist,
einem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72), der von dem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) in einer axialen Richtung des Verbrennungsdrehschiebers beabstandet ist, und
einem zwischen einem zweiten Kolben (4, 54, 64, 74) und dem zweiten Zylinder gebildeten zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66), welcher in einem Arbeitstakt mit komprimiertem, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagbar ist,
wobei in die mindestens zwei Verbrennungskammern jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen zündbar ist, und
wobei in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgase durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum ausschiebbar sind.
einem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71), in dem ein mit einer Kurbelwelle (10) verbundener erster Kolben (3, 53, 37, 73) geführt ist, und
einem zwischen dem ersten Kolben und dem ersten Zylinder gebildeten ersten Zylinderraum, welcher in einem Ansaugtakt mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas komprimierbar ist,
einem drehbar gelagerten Verbrennungsdrehschieber (9, 39, 30, 162), der mindestens zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d, 183, 184) aufweist,
einem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72), der von dem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) in einer axialen Richtung des Verbrennungsdrehschiebers beabstandet ist, und
einem zwischen einem zweiten Kolben (4, 54, 64, 74) und dem zweiten Zylinder gebildeten zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66), welcher in einem Arbeitstakt mit komprimiertem, mit Brennstoff versehenen und gezündeten Frischgas beaufschlagbar ist,
wobei in die mindestens zwei Verbrennungskammern jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen zündbar ist, und
wobei in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgase durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum ausschiebbar sind.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse des Verbrennungsdrehschiebers
(9, 39, 30, 162) parallel zur Kurbelwelle verläuft.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdrehschieber einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdrehschieber
(9, 39, 30, 162) mit jeweils einem Abschnitt in den ersten
Zylinder (1, 51, 61, 71) und den zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72)
hineinragt, wobei die Querschnitte der Abschnitte
vorzugsweise jeweils ein 90°-Segment des kreisförmigen
Querschnitts des Verbrennungsdrehschiebers einnehmen, das
einen Winkelbereich von bis zu 90° einnimmt.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Kolben jeweils eine
Aussparung zur Anlage an den jeweiligen Abschnitt des
Verbrennungsdrehschiebers bzw. eines
Verbrennungsdrehschiebergehäuses aufweisen.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d) in dem
Verbrennungsdrehschieber (9, 39, 30, 162) in Umfangsrichtung
voneinander beabstandet sind und vorzugsweise symmetrisch
zur Drehachse des Verbrennungsdrehschiebers angeordnet
sind.
15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdrehschieber in
Synchronisation mit einer Kurbelwelle, vorzugsweise durch
die Kurbelwelle selbst, antreibbar ist.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdrehschieber genau zwei
Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d) aufweist,
mit halber Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle (10)
antreibbar ist, und vorzugsweise ein Ottomotor ist.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdrehschieber
genau vier Verbrennungskammern (85a, b, c, d) aufweist, mit
einem Viertel der Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle
antreibbar ist, und vorzugsweise ein Dieselmotor ist.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzdüse (17) für
Brennstoff, vorzugsweise auch eine Zündkerze (18), an einem
den Verbrennungsdrehschieber (9, 39, 30, 162) umgebenden
Gehäuse, vorzugsweise einem Zylinderkopf, angeordnet ist
bzw. sind.
19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansaugdrehschieber
(19, 29, 63) vorgesehen ist, der vorzugsweise parallel zu dem
Verbrennungsdrehschieber (39, 30, 64) angeordnet ist, und
Frischgas zu dem ersten Zylinder (51, 61, 71) in seiner
axialen Richtung beförderbar ist.
20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ansaugdrehschieber (19, 29, 63) mit
gleicher Drehzahl dreht wie die Kurbelwelle (10) und
vorzugsweise von ihr antreibbar ist.
21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Ansaugdrehschieber ein
Abgaskanal (27, 61) ausgebildet ist, der im Ausstoßtakt
zumindest zeitweise zu dem zweiten Zylinderraum (56, 66) hin
offen ist.
22. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer nach
einem Kompressionstakt zum ersten Zylinderraum
(5, 151, 36, 65) hin geschlossen ist, nachfolgend Brennstoff
einspritzbar und selbstätig oder durch eine Zündeinrichtung
zündbar ist, und anschließend der Verbrennungsraum
(9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b) zum zweiten Zylinderraum
(6, 56, 38, 66) hin offen ist.
23. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 19 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum des ersten
Zylinders (1, 51, 61, 71) und/oder des zweiten Zylinders
(2, 52, 62, 72) zumindest weitgehend dem jeweiligen
Zylinderraum entspricht.
24. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 19 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (3, 53, 37, 73)
und der zweite Kolben (4, 54, 64, 74) in gleicher
Kurbelwinkelstellung angeordnet sind und zum einen der
Arbeitstakt und Ansaugtakt und zum anderen der Ausstoßtakt
und Kompressionstakt gleichzeitig durchführbar sind.
25. Brennkraftmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich
net, daß am ersten Zylinder (1) Einlaßventile (11, 12) für
Frischgas und/oder am zweiten Zylinder (2) Auslaßventile
(13, 14) zur Abgabe des Abgases an eine Auspuffleitung
vorgesehen sind.
26. Brennkraftmaschine nach Anspruch 24 oder 25, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdrehschieber
gleichsinnig mit der Kurbelwelle drehbar ist.
27. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10)
gegensinnig zu dem Verbrennungsdrehschieber (39) und dem
Ansaugdrehschieber (29) drehbar ist.
28. Brennkraftmaschine nach Anspruch 27, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Kolben (53) dem zweiten
Kolben (54) mit einem Kurbelwinkelversatz von 90°, 180°
oder 270° folgt.
29. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) und der
Verbrennungsdrehschieber (30) zueinander gleichsinnig, und
gegensinnig zu einem Ansaugdrehschieber (19) drehbar sind.
30. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10)
gegensinnig zu dem Verbrennungsdrehschieber (162) und dem
Ansaugdrehschieber (63) dreht und der zweite Kolben (74)
dem ersten Kolben (73) mit einem Winkelversatz von 90°,
180° oder 270° folgt.
31. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennungskammern (183, 184) im Verhältnis zu dem
ersten Zylinder (1) und zweiten Zylinder (2) ortsfest
angeordnet sind und über eine Steuereinrichtung (93) mit
dem ersten Zylinder (1) und zweiten Zylinder (2) verbindbar
sind.
32. Brennkraftmaschine nach Anspruch 31, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (93) in
Synchronisation mit der Kurbelwelle (10) antreibbar ist.
33. Brennkraftmaschine nach Anspruch 31 oder 32, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen drehbar
gelagerten Körper (93) mit mindestens einer
Durchgangsöffnung (94, 95, 96, 97) von den Zylinderräumen
(5, 6) zu den Verbrennungskammern (183, 184) aufweist.
34. Brennkraftmaschine nach Anspruch 33, dadurch
gekennzeichnet, daß der drehbar gelagerte Körper eine
Steuerwelle (93) ist, die parallel zu der Kurbelwelle (10)
angeordnet ist und vorzugsweise einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist.
35. Brennkraftmaschine nach Anspruch 34, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Steuerwelle (93) abwechselnd
zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern (183, 184)
mit dem ersten Zylinderraum und zweiten Zylinderraum
verbindbar sind.
36. Brennkraftmaschine nach Anspruch 35, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerwelle einen kreisförmigen
Querschnitt mit einer bogenförmigen Aussparung
(94, 95, 96, 97) für die Durchgangsöffnung aufweist.
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
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