DE2231415A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

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D 5 - 65

Miklos DAROCZI

Budapest XIV. Handzsar u. 2 Ungarn

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor insbesondere für Otto- und Sabathe-Kreisprozeß in vier Takten, bei welchem die vier Takte derart getrennt sind,daß der Ansaug- und der Verdichtungstakt in einem (oder in mehreren) Verdichterzylinder(η), während der Arbeits- und der Auspufftakt in einem (oder in mehreren) mit dem (den) Verdichterzylinder(n) verbundenen Verbrennungszylinder(n) durchgeführt werden.

Es ist bekannt, daß die im Viertaktverfahren arbeitenden Otto- und Dieselmotore die wirtschaftlichsten und am meisten verbreiteten Wärmekraftmaschinen verkörpern. Ihr wesentliches Problem, welchem heutzutage stets größere

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Bedeutung zukommt, liegt jedoch darin, daß durch die mit ^ ihrem Betrieb unvermeidlich verbundenen Verbrennungsgase die Luftverunreinigung - insbesondere in Großstädten - in nunmehr kaum vertretbarem Maße in Erscheinung tritt. Zur Verhinderung und Herabsetzung der Luftverunreinigung sind in vielen Ländern bereits derart strenge gesetzliche Vorschriften verabschiedet worden, daß die obigen Motore zwangsgebunden mit kostspieligen und mit Brennstoffmehrverbrauch verbundenen Zusatzeinrichtungen versehen werden müssen.

Das Kohlendioxyd kommt - obgleich es an sich kein giftiges Gas darstellt, in der Atmosphäre von Großstädten in einem äußerst hohen Prozentsatz vor. Gegen dies kann jedoch eine Abhilfe nur durch Verminderung des Brennstoffverbrauches geschaffen werden.

Bekannt ist ferner, daß die eingeleitete Energie bei Hubkolbenmotoren bis zu 25-4o % nützlich gemacht werden kann. Die Wände des Verbrennungsraumes nehmen Wärme auf, wodurch der Wirkungsgrad herabgesetzt wird. Im Interesse der Betriebssicherheit sowie der Erhöhung des mittleren Druckes müssen die Wände gekühlt werden. Bei einem relativ geringen mittleren Druck liegen das Gewicht, das Volumen, der Preis und der Brennstoffverbrauch bei Ansaugmotoren äußerst hoch, wobei sie eine umfangreiche Kühleinrichtung erfordern. Die obigen Parameter fallen bei turbogeladenen Motoren zwar etwas günstiger aus, diese sind jedoch ebenfalls mit Nachteilen und Grenzen behaftet, welche wie folgt aufgezählt werden können;

Insbesondere bei Fahrzeugmotoren ist eine optimale Abstimmung zwischen Motor und Turbolader schwer zu erreichen, infolge dessen erfolgt die Beschleunigung erst spät. Infolge der hohen thermischen Belastung des Motors ist ein hoher Luftüberschuß erforderlich. Der Betrieb und die Instandhaltung des Turboladers ist umständlich und mit Unsicherheiten behaftet. Die verwendete Kreiselpumpe von geringen

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Abmessungen weist einen niedrigen Wirkungsgrad auf, wodurch die Temperatur der Fülluft ansteigt, während ihre Menge abnimmt. Ein Ladungsdruck, welcher zwei atü übersteigt, verursacht bereits Schwierigkeiten für den gesamten Motor. Wegen der Anlaßbarkeit liegt das Verdichtungsverhältnis im Beharrungszustand des Motorbetriebes viel zu hoch, wodurch der Brennstoffverbrauch und die Menge der Stickstoffoxyde erhöht werden. Es werden daher allgemein Motoren mit veränderlichem Verdichtungsraum hergestellt.

Insbesondere bei Hochleistungsmotoren stellen weitere Nachteile die mäßige Betriebssicherheit und Lebensdauer, sowie der infolge der kurzen Verbrennungszeit vorhandene geräuschvolle Gang des Motors dar.

Zielsetzung der Erfindung ist insbesondere durch Verbesserung des Motorwirkungsgrades die Verminderung bzw. Beseitigung der obenaufgezählten Nachteile.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Viertakt-Arbeitsverfahren im Interesse der Erreichung des obigen Zieles getrennt, und der Verbrennungsraum zugleich wärmeisoliert werden muß. Zur Durchführung des getrennten Arbeitsverfahrens müssen ein Verdichterzylinder sowie ein Verbrennungszylinder verwendet werden, welche miteinander über eine Kammer und ein Verbrennungsventul verbunden sind.

Gemäß den obigen Ausführungen weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor, bei welchem die vier Takte derart getrennt sind, daß der Ansaug- und der Verdichtungstakt in einem (oder in mehreren) Verdichterzylinder(n), während der Arbeits- und der Auspufftakt in einem (oder in mehreren) mit dem (den) Verdichterzylinder(n) verbunden Verbrennungszylinder(n) durchgeführt werden, die folgende Merkmale auf:

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'Ein mit einem Ansaugventil und einem Druckventil versehener Verdichterzylinder ist eine über eine Kammer mit einem mit Auspuffventil versehenen und als Verbrennungszylinder ausgebildeten Arbeitszylinder verbunden.

Zwischen der Kammer und dem Verbrennungszylinder ist ein Sperrelement - zweckmäßig ein Verbrennungsventil - angeordnet.

Die Oberseite des im Verbrennungszylinder befindlichen Verbrennungskolbens und/oder die im Verbrennungsraum befindliche Oberfläche des Zylinderkopfes sind mit einer Wärmeisolierung versehen.

Das Druckventil des Verdichterzylinders ist schließlich zum Teil innerhalb des Verbrennungsraumes untergebracht.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor soll mindestens einen Verbrennungszylinder und einen Verdichterzylinder von hohem Verdichtungsverhältnis enthalten, welche zweckmäßig als Hubkolbenzylinder ausgeführt sind. Bei V- und Boxermotoren sind jeweils zwei Verdichterzylinder und zwei Verbrennungszylinder an je eine Kurbel angeschlossen, welche im Prinzip als zwei selbstständige Zylinderreihen arbeiten.

Bedingt durch die Verbrennung muß der Verdichterkolben gegenüber dem Verbrennungskolben stets eine Voreilung aufweisen, welche jedoch höchstens 22o° betragen kann. Die Grenze wird hierbei durch die Verbrennung dargestellt. Gegen eine erhöhte Druckbelastung - verursacht durch eine infolge des Nachbrennens auftretende Frühzündung - kann der Verdichterkolben durch ein im Verdichterzylinderkopf untergebrachtes Sicherheitsventil geringer Masse geschützt werden, durch welches das brennende Gas in den Auspuffkanal zurückgeführt wird. In der Praxis erweist sich eine Voreilung von k=18o° für erforderlich, wobei des weiteren durch Jc stets die Voreilung des Verdichterkolbens gegenüber dem Verbrennungskolben auf den Kurbeldrehwinkel bezogen und in Graden gemessen bezeichnet wird. Eine Vor-

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eilung von k = 18o° ist bei Zwei- und Vierkurbelmotoren, ein von k = 12o° bei Sechskurbelmotoren, erforderlich, während diejenige von k = 9o° insbesondere bei V 8 Motoren . mit einem V-Winkel von 9o° und bei Vierkurbelmotoren notwendig ist. Der Mindestwert der Voreilung liegt infolge der einsetzenden Verbrennung bei etwa k = 3o°, so daß der in der Praxis erforderliche Bereich von k = 9o° - 18o° auch bei unterschiedlichen Gaswechsel-Parametern leicht verwirklicht werden kahn.

Um die Länge des den Verdichterzylinder mit der Kammer verbindenden Druckkanals so gering wie möglich zu halten, erweist sich beim erfindungsgemäßen Motor für vorteilhaft, wenn der Verdichterzylinder und der Verbrennungszylinder unmittelbar benachbart, mit ihren Zylinderköpfen so dicht wie möglich aneinander im Zylinderblock angeordnet werden.

Der Durchmesser des Verdichterkolbens, kann gegenüber dem des Verbrennungskolbens um etwa 4o % größer gewählt werden, da der Verdichterkolben lediglich durch den Verdichtungsdruck belastet ist,und durch Wegfall der durch die thermische Belastung entstehenden Festigkeitsabnahme bzw. infolge der besseren Wärmeleitung brauchen die Kolbenwände nicht verstärkt zu werden. Somit kann der Verdichterkolben auch leichter ausgeführt sein.

Die Kolbenstangen und die Kolbenbolzen können im gesamten Motor identisch und von gleicher Form und Größe sein. Auch in dem Falle, wenn nicht nur der Durchmesser des Verdichterkolbens, sondern auch sein Hub um etwa 2o % erhöht werden' soll, braucht nur die Kurbelwelle mit unterschiedlichen Kurbelradien ohne Vergrößerung der Höhenabmessung des Motors ausgebildet werden. Dies wird hauptsächlich durch den vergrößerten Kolbendurchmesser ermöglicht, da mehr Platz für die Kolbenstange darunter vorhanden ist, und der Kolben kürzer gestaltet werden kann. Bei der Auslegung des Verdichterkolbens sind in erster Linie die Sicherung der mit der des Kurbelmechanismus des Verbrennungskolbens gleichen

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Massenkraft sowie der größtmöglichen Füllung des Verbrennungszylinders maßgebend. Somit kann ein im Aufbau einfacher, stets gleich hohe Füllung liefernder Auflader von hoher Lebensdauer und konstanter Leistung gewonnen werden, welcher insbesondere für Kraftfahrzeugmotor mit Vorteil verwendet werden kann.

Es kann ferner noch von Vorteil sein, falls der Verdichterkolben zwar den gleichen Durchmesser als der Verbrennungskolben, dem letzteren gegenüber jedoch eine kleinere Masse besitzt.

Die in ihren Hauptabmessungen einander identischen Verdichter- und Verbrennungskurbel—triebe können aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden. So können die bewegten Teile beim Verdichter aus billigem Material mit einer höheren Masse, beim Verbrennungszylinder hingegen aus feinbearbeiteten, leichten, jedoch teuren Teilen bestehen. Die Abmessungsunterschiede würden hierbei mehr der Unterscheidung dienen, die Herstellungskosten würden hierdurch kaum erhöht.

Der Verdichterkolben kann einen längeren Hub ausführen, wobei lediglich der Kurbelradius größer zu wählen ist.

Es kann ferner ein Motor entwickelt werden, bei welchem bereits bei vier Zylindern Verdichter- und Verbrennungskurbeltriebe von unterschiedlicher Masse und Abmessung ausgeglichen werden können. Bei einer Boxer- und einer V-Anordnung mit einem Zylinderwinkel von 9o° können auch bereits zwei Zylinder gut ausgeglichen werden. In diesem Falle sind die Zylinderbohrungen identisch.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors kann der Druckkanal tangential an die Kammer angeschlossen werden.

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Bei den traditionellen Viertaktmotoren werden nur etwa 14 % der Wandwärmeverluste durch die Zylinderwand verursacht, da sich die freie Zylinderoberfläche während des Hubes stets ändert, und darüber hinaus der Wärmeübertragungskoeffizient des Gases beim Zylinder nur ein Drittel von demjenigen, der beim Kolben und beim Zylinderkopf auftritt, beträgt (von Pflaum, Motortechnische Zeitschrift Jahrgang 27 1961/3 Seiten: 7o-7U). Abgesehen von dem obigen erweist es sich für vorteilhaft, den Verbrennungszylinder in der Umgebung des oberen Totpunktes mit einer Wärmeisolierung zu versehen, da hier die größte Wärmemenge übertragen wird, und die größte thermische Belastung auftritt .

Die untere Fläche des Verbrennungsventils und das Auspuffventil werden zweckmäßig mit einer Wärmeisolierung versehen, da sie auf diese Weise bei ihrer Berührung mit dem Gas von hoher Geschwindigkeit aktiv käthalysieren, wodurch ihre thermische Belastung und die Wandverluste herabgesetzt werden,

Durch die obigen Wärmeisolierungen wird die thermische Belastung auf etwa ein Drittel herabgesetzt, es kann daher eine Luftkühlung mit Vorteil verwendet werden.

Der indizierte mittlere Druck eines Ansaugdieselmotors mit einer Bohrung von 16o mm und einem Hub von 18o mm würde nach Prof. Zinner (Motortechnische Zeitschrift 197o/6, Seiten 243-25H) in dem Falle, wenn keine Wandverluste aufträten von lo,2 kp/cm² auf 12,1 kp/cm², d.h. um 18,6 % ansteigen, wobei der Wirkungsgrad von o,45 auf o.o5 8, d.h. um 12,9 % anwachsen würde. Wäre jedoch der Motor nicht gekühlt, und wäre als Kühlung lediglich die frische Ladung vorhanden, so würde dies infolge der Abnahme der Luftwichte eine Leistungsabnahme von 28 % herbeiführen. Für den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor gelten, jedoch die obigen nicht, da die Luft in den ohnehin kalten Ver-

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dichterzylinder angesaugt wird, und die frische Ladung mit der Wärmeisolierung erst am Ende der Verdichtungsphase in Berührung kommt.

Zweckmäßig ist schließlich noch, wenn das Verbrenn.ungsventil in der Mittellinie der Kammer angeordnet wird.

Die wesentlichsten Vorteile des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors können wie folgt zusammengefaßt werden:

Durch Wegfall der Funkenzündung, langsame Abkühlung der Brenngase, die Kathalisatorwirkung der glühenden Wärmeisolieroberflächen, die besonders magere Mischung und die im Verbrennungszylinder zurückbleibenden Auspuffgase liegt der Stickstoffoxydgehalt des Auspuffgases bedeutend niedriger.

Infolge des Wegfalles der Flammenauslöschung, einer Zündung von hoher Energie, der zur Verfügung stehende längere Brennzeit, der guten Gemischbildung und der gleichmäßigeren Brennstoffversorgung erfolgt eine vollkommenere Verbrennung, und es werden die übrigen Giftgasanteile des Auspuffgases vermindert. Dies ist gleichbedeutend damit, daß durch einen Motor von erhöhtem Wirkungsgrad nur kleinere Mengen an Giftgas und Kohlendioxyd erzeugt werden.

Die Klopfneigung wird beim Otto-Motor geringer, er kann daher mit einem Kraftstoff von niedrigerer Oktanzahl oder aber mit erhöhtem Verdichtungsverhältnis bei gleicher Oktanzahl betrieben werden.

Durch die Erfindung kann der Wirkungsgrad der Otto-Motoren im Durchschnitt um etwa 12 %, derjenige von Diesel-Motoren im Schnitt um etwa 8 %, insbesondere infolge der verringerten Wandverluste, der niedrigeren mechanischen Verluste und bei Otto-Motoren infolge des erhöhten Verdichtungsverhältnisses hauptsächlich im Teillastbetrieb erhöht werden.

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Eine Funkenzündung ist beim Otto-Motor nur beim Anlassen erforderlich, so kann diese von hoher Energie sein, wodurch ein schnelles und leichtes Anlassen auch bei großer Kälte ermöglicht wird. Das Anlassen der Diesel-Motore wird deshalb erleichtert, weil sich der Voroxydationsvorgang durch die länger dauernde Gleichvolumenverbrennung leichter entwickelt.

Die thermische Belastung ist nur geringfügig, wodurch hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer erzielt werden können.

Eine Luftkühlung kann vorteilhaft verwendet werden, der Motor kann leicht gestartet werden. Durch die geringe Wärmedehnung können kleinere Passungsspiele zwischen Kolben und Zylinderwand gewählt werden, wodurch das Durchblasen des Gases, der Geräuschpegel und der Ölverbrauch vermindert werden können.

Es ergibt sich eine niedrigere Druckanstiegsgeschwindigkeit, demzufolge wird das Verbrennungsgeräusch gemildert. Im Vergleich zum traditionellen Viertaktmotor braucht nur die halbe Anzahl von Zylindern mit Kraftstoff versorgt zu werden, die Anzahl der Ansaug- und Auspuffventile bzw. der Kanäle und Verbrennungsräume sowie der Zünd- bzw. Glühkerzen wird auf die Hälfte reduziert. Die Ansaug- und Auspuffventile können groß dimensioniert und von hohem Zeitquerschnitt sein, der Füllungsgrad wird durch das Restgas nicht verschlechtert und die Überdeckung der auf gleichartige bzw, gleiche Kanäle arbeitenden Ventile wird ebenfalls geringer (bei Mehrzylindermotoren).

Der Motor wird von hoher spezifischer Leistung, von kurzem Hub, von hoher Drehzahl, geringem Volumen und geringem Gewicht sein.

Infolge des schnellöffnenden Auspuffventiles, der Auspuffkanäle von verkleinerter Länge und von kleinerem Strömungswiderstand, sowie verringerter Wärmeverluste wird dem Auspuffgas eine höhere Energie verliehen, und dies bedeutet für den Motor eine verminderte Ausschubarbeit.

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Der Aufbau und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors werden nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung ausführlich beschrieben. In der Zeichnung sind:

Fig. 1: ein Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten beispielsweisen Otto-Motors in Schnittdarstellung,

Fig. 2: eine skizzenhafte Draufsicht des Motors nach Fig. 1 mit abgenommendem Zylinderdeckel,

Fig. 3: ein Teil eines erfindungsgemäß gestalteten beispielweisen Diesel-Motors in Schnittdarstellung,

Fig. 4: die räumliche Darstellung einer Kurbelwelle mit vier Kurbeln für einen erfindungsgemäßen Motor, und

Fig. 5: die räumliche Darstellung einer Kurbelwelle

mit sechs Kurbeln für einen erfindungsgemäßen ,Motor.

Die Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 ist in erster Linie für mit Vergaser versehene Otto-Motoren geeignet, wobei sie jedoch auch beim Texako oder beim Witzky-Verfahren verwendet werden kann, da eine in Fig. 2 durch Pfeile angedeutete, drallbehaftete Ladungsströumung gegeben ist.

Durch das verdichtete Restgas, welches des weiteren noch erwähnt wird, wird das Gemisch äußerst schnell zum Zünden gebracht, so daß erst eine vernachlässigbar geringe Zündverzögerung auftritt. Es muß ferner noch beachtet werden, daß die Zündung im Interesse der Herabsetzung des Anteiles von Stickstoffoxyden neuerdings ohnehin verzögert wird. Es wird daher kein Vorzündungsregler benötigt, eine Funkenzündung ist auch nur beim Start des Motors erforderlich.

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In der in Fig. 1 dargestellten Betriebsphase geht der Verdichterkolben Io gerade nach unten. Nach einer Rückexpansion von etwa Io Hubprozenten wird das Ansaugventil 1 geöffnet und das Gas kann durch den Ansaugkanal 2 frei einströmen. Das Ansaugventil 1 schließt bei etwa 2o° nach dem unteren Totpunkt, und die Verdichtung setzt ein. Bei Erreichung eines Druckes von etwa 4 atü wird das Druckventil 3 geöffnet und das Gas expandiert über den Druckkanal 4 in die Kammer 2o, wo es zu wirbeln beginnt. Das Maß der Expansion wird durch die Wirbelzahl bestimmt. Ein Verbrennungskanal 6 befindet sich etwa in der Mittelachse der Wirbelung. Dadurch bleibt die Wirbelenergie voll erhalten. Als der Verdichterkolben Io seinen oberen Totpunkt erreicht, wird das Druckventil 3 geschlossen, und es erfolgt erneut die Rückexpansion, wie sie bereits eingangs beschrieben wurde. In der Kammer 2o ist eine Zündkerze 21 angeordnet. Das Auspuffventil 7 wird etwa nach erfolgtem Druckausgleich des Auspuffgases geschlossen, das Restgas (welches etwa lo-2o% ausmacht) wird im mit dem Verdichterzylinder 9 in einem gemeinsamen Zylinderblock 29 ausgebildeten Verbrennungszylinder 11 verdichtet. Dadurch wird das öffnen des Verbrennungsventiles 5 erleichtert und es kann ein größerer schädlicher Raum im Verbrennungszylinder 11 zugelassen werden. Durch das verdichtete Restgas wird die Zündung erleichtert und befördert, die Luftverunreinigung wird geringer, die Ausschubverluste fallen weg und der Kurbeltriebbelastungsfall "B" wird verringert.

Bei Auspuffgas-Zündung wird das Verbrennungsventil 5 um etwa lo° vor dem oberen Totpunkt des Verbrennungskolbens 12 geöffnet, und das Auspuffgas bläst ringförmig und zentral in die Kammer 2ο hinein, wo dadurch eine schnelle Verbrennung entsteht.

Um etwa 2o-4o° vor dem unteren Totpunkt des Verbrennungskolbens 12 wird das Auspuffventil 7 geöffnet, wobei im Falle, wenn die Kammer 2o ohne Durchspülung bleibt, auch das Verbrennungsventil 5 in diesem Augenblick geschlossen wird.

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Bei einer Durchspülung der Kammer 2o wird das Druckventil 3 bereits nach erfolgtem Druckausgleich des Auspuffgases geöffnet, das Restgas gelangt entlang der Wirbelachse in den Verbrennungszylinder 11, und das Verbrennungsventil 5 wird erst hiernach oder noch etwas später geschlossen.

Bei einer Voreilung von k = 18o° erfolgt die Durchspülung der Kammer 2o bereits vor dem öffnen des Auspuffventiles, d.h. bei einem höheren Druck, damit sie unabhängig von der Drehzahl bleibt. Eine Durchspülung der Kammer 2o ist nur bei Motoren von niedrigem Volumen und Gewicht von Bedeutung, da dadurch die Luftverunreinigung und die Klopfneigung ansteigen.

In einem Betrieb ohne Durchspülung der Kammer 2ο wird das Verbrennungsventil 5 bereits vor dem öffnen des Druckventiles 3 geschlossen.

Bei einer Voreilung von k = 12o° können die Gaswechselparameter entweder nach k = 9o° oder nach k = 18o° festgelegt werden.

Wie aus Fig. 1 klar hervorgeht, wird der Gaswechsel in den beiden Zylindern durch ein Ansaugventil 1, ein Auspuffventil 7, sowie durch ein kleines Druckventil 3 und ein Verbrennungsventil 5 getätigt. Die Steuerwelle hat die gleiche Drehzahl wie die Kurbelwelle, die Ventile haben daher eine doppelte Arbeitsgeschwindigkeit wie bei den traditionellen Viertaktmotoren. Somit ist ihr Zeitquerschnitt um etwa 7o % höher. Es muß jedoch hierbei beachtet werden, daß die Massenkräfte mit dem Quadrat der Geschwindigkeit und der dritten Potenz der Linearabmessungen zunehmen, so daß die Ventile zweckmäßig kleiner dimensioniert und gehalten werden. Einen besonderen Vorteil stellt dar, daß die Gasströmung durch das bei Beginn des Auspufftaktes öffnende Auspuffventil 7 und das am Ende des Ansaugtaktes schließende Ansaugventil 1 nur in äußerst geringem Maße gedrosselt wird. Obgleich die Ventile gegenüber den traditionellen Motoren mit der

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doppelten Arbeitefrequenz betrieben werden, liegt ihr Verschleiß etwa in der Größenordnung von dem der bekannten Viertaktmotorenventile. Die Ursachen hierfür liegen in den Folgenden:

Das Ansaugventil 1 wird lediglich durch den Verdichtungsdruck belastet. Die thermische Belastungen am Zylinderkopf 23, am Verbrennungsventil 5 und am Auspuffventil 7 werden durch die Wärmeisolierungen auf einem niedrigen Wert gehalten, wodurch die Gefahr einer Lockerung der Ventilsitze 24 und 25 gering ist. Die Ventilsitze bleiben den Verformungen infolge der niedrigen Wärme-Spannungen verschont, der Verschleiß der Ventile bleibt geringer, sie schließen besser, und die kälter bleibenden Ventile werden außerdem durch die öldämpfe besser und wirksamer geschmiert.

Die Ventilsitze 24 und 25 sind in den Zylinderkopf 2 3 fest eingeschraubt, sie liegen mit dem letzteren auf gleicher Höhe und gegen den Rand des jeweiligen Zylinders auf, so daß ihre Lage gesichert ist. In Fig. 2 ist durch eine Kurbelwellenmittelachse 27 eine Motorausführung mit zentrischen Schubkurbeltrieben, durch eine Kurbelwellenmittelachse 28 hingegen eine mit exzentrischen Schubkurbeltrieben eingetragen. Die durch die Kurbelwellenmittelachse 28 angedeutete exzentrische Schubkurbeltriebausbildung hat den Vorteil, daß sich dadurch der Verdichterkolben Io beim Ansaugen, und der Verbrennungskolben 12 beim Auspuff, also in den nur geringe Gaskräfte belasteten Betriebsphasen in große Kolbenseitenpressung ergebenden Hubstellungen befinden.

Durch das Ansaugventil 1 und das Druckventil 3 kann beim Verdichterzylinder 9 ein schädlicher Raum von 1 % leicht gesichert werden. Bei Diesel-Motoren ist es zweckmäßig, mit dynamischer Aufladung zu arbeiten.

Der Verdichterzylinder 9 und die Kammer 2o werden intensiv gekühlt. Der Verbrennungskolben 12 und der Zylinderkopf 2 3 sindhingegen wärmeisoliert. Zur Lösung der Wärmeisolierung des Verbrennungskolbens 12 sind der Fig. 1 gleich zwei verschiedene Möglichkeiten ersichtlich. Beim liifeseitig dargestellten Kolben-

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deckel wird eine Wärmeisolierschicht 13 (bestehend z.B. aus Zirkooxyd oder Fiberfrax) durch ein aus warmfestem Material besehendes Profilstück 14 umhüllt, welches durch eine Schraube 15 über eine Tellerfeder 16,bzw. durch einen Sprengring 17 am Verbrennungskolben 12 befestigt ist. Diese Verbindungselemente ermöglichen eine freie Wärmedehnung. Am Oberdeckel des Verbrennungszylinders 12 kann zweckmäßig eine polierte Platte angeordnet werden, durch welche die Wärme abgestrahlt wird. Die in Fig. 1 am Verbrennungskolben 12 rechtsseitig dargestellte Wärmeisolierschicht 26 besteht aus einem homogenen Cermet-Werkstoff. Ihr Vorteil liegt in ihrer Wärmebeständigkeit. Sie ist insbesondere in den Fällen vorteilhaft verwendbar, falls auf den Kolbendeckel ein konstanter Gasdruck wirkt. Die Abmessungen und die Masse der Wärmeisolierung können durch Einbau von Vakuumkammern erheblich verkleinert werden.

Die Ausführung und Anbringung von Wärmeisolierschichten 18 und 19 am Zylinderkopf 23 stellen ein bei weitem einfacheres Problem dar, da sie an einem nicht bewegten, ruhenden Teil befestigt sind.

Fig. 3 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors dar, bei welchem die Kammer 2o zylinderförmig ausgebildet ist, in ihrem Inneren Wärmeisolierschichten 3o und 31 angeordnet sind, wobei sie von oben durch einen Deckel 32 abgeschlossen ist. Das Gas gelangt über das Druckventil 3 in die Kammer 2o, wo es zu wirbeln beginnt. Das brennende Gas verläßt die Kammer 2o,durch den Verbrennungskanal 6 hindurch. Bei einem Diesel-Motor gelangt der Brennstoffilm aus einem Zerstäuber 22 nach dem MAN-M Verfahren auf die nicht wärmeisolierte Wand. Zur Gemischbildung und zur Verbrennung steht eine längere Zeit zur Verfügung, was insbesondere für Voreilung von k = 12ο und k = 18o° gilt.

Aus der Fig. 3 geht klar hervor, daß zur Dichtung des Ventilschaftes des Verbrennungsventils 5 eine Ventilführung 36, eine

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Einsatzbuchse 37 und Ventilringe 38 verwendet werden. Durch diese Elemente wird das Verbrennungsventil 5 über die Dichtwirkung hinaus noch äußerst wirkungsvoll gekühlt. **

Fig. 4 zeigt perspektivisch eine mit vier Kurbeln ausgebildete Kurbelwelle. An die mittleren Kurbeln werden die Verdichterkolben Io angeschlossen, während mit den beiden äußeren Kurbeln die Verbrennungskolben 12 verbunden werden. Die Richtung der Luftströmung ist durch Pfeile angedeutet.

Fig. 5 stellt schließlich eine mit sechs Kurbeln versehene Kurbelwelle perspektivisch dar, bei welcher die Kurbeln 34 und 35 miteinander vertauscht sind. Dies ist wegen der Sicherung einer Voreilung von k = 12o° für die Kurbeln 33 und 34 erforderlich. Die Luftströmung ist auch hierbei durch Pfeile angeordnet.

Die Erfindung ist nicht nur auf die im obigen als Beispiel beschriebenen Ausführungen eingeschränkt. Im Rahmen der Patentansprüche kann die Erfindung noch auf zahlreiche, hier nicht beschriebene Art und Weise ohne Überschreitung des Schutzkreises verwirklicht werden. So können z.B. die Gestalt und Formgebung der Kammer, der Verdichterkolben und der Verbrennungskolben, ihre Abmessungen einander gegenüber, die Ausbildung der Wärmeisolierschichten usw. noch vielfach variiert werdenund verändert ausgebildet sein.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verbrennungsmotor insbesondere für Otto- und Sabathe-Kreisprozesse in vier Takten, bei welchem die vier Takte derart getrennt sind, daß der Ansaug- und der Verdichtungstakt in einem (oder in mehreren) Verdichterzylinder(n), während der Arbeits- und der Auspufftakt in einem (oder in mehreren) mit dem (den) Verdichterzylinder(n) verbundenen Verbrennungszylinder(n) verwirklicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Ansaugventil (1) und einem Druckventil (3) versehene Verdichterzylinder (9) über eine Kammer (2o) mit dem mit einem Auspuffventil (7) versehenen, als Verbrennungszylinder (11) ausgebildeten Arbeitszylinder verbunden ist, ferner der Kolbendeckel des im Verbrennungszylinder (11) befindlichen Verbrennungskolbens (12) und/oder die Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes (23) mit Wärmeisolierschichten (13, 18, 26) versehen sind, und schließlich das Druckventil C3) des Verdichterzylinders (9) zum Teil im Verbrennungsraum angeordnet ist. (Priorität vom Io.o7.1971)

   2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kammer C2o) und dem Verbrennungszylinder (11) ein Sperrelement,zweckmäßig ein Verbrennungsventil (5) angeordnet ist. (Priorität vom Io.o7.1971)

   3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen des (der) Verdichterzylinder (9) und des (der) Verbrennungszylinder (9) jeweils an andere Kurbeln derselben Kurbelwelle derart angeschlossen sind, daß der (die) Verdichterkolben (lo) gegenüber dem (den) Verbrennungskolben (12) eine - zweckmäßig zwischen 9o° und 18o° liegende Voreilung besitzt (besitzen). (Priorität vom Io.o7.1971)

   1. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterzylinder (9) zwecks Kleinhaltung

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   der Länge des den Verdichterzylinder (9) mit der Kammer (2o) verbindenden Druckkanals (H) am Zylinderkopf (23) in unmittelbarer Nachbarschaft des VerbrennungsZylinders (11), an diesem so dicht wie möglich angeordnet ist. (Priorität vom Io.o7.1971)

   5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (lo) gegenüber dem Verbrennungskolben (12) einen größeren Durchmesser und/oder längeren Hub besitzt. (Priorität vom Io.o7.l971)

   6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (4) an die Kammer (2o) tangential angeschlossen ist (Priorität vom 26.lo.1971)

   7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Oberfläche des Auspuffventiles (7i und/oder des Verbrennungsventiles (5) mit einer Wärmeisolierschicht versehen ist. (Priorität vom 26.lo.1971)

   8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungszylinder (11) in der Nähe des Zylinderkopfes (2 3) mit einer Wärmeisolierschicht (19) versehen ist. (Priorität vom 26.lo.1971) *

   9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsventil (5) in der Mittelachse der Kammer (2o) angeordnet ist. (Priorität vom 26.lo.1971)

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