DE2708729A1 - Vier-takt-motor mit mindestens einem ueber eine kurbelgehaeusepumpe aufladbaren zylinder - Google Patents

Description

Anmelder: Stuttgart, den 21.Januar 1977

Klaus Metzger
Calwer Straße 1

7032 Sindelfingen

Vier-Takt-Motor

mit mindestens einem über eine Kurbelgehäusepumpe .aufladbaren Zylinder.

Die Erfindung betrifft einen Vier-Takt-Motor mit mindestens einem über eine Kurbelgehäusepumpe aufladbaren Zylinder, dem mindestens im Verlauf des Ansaughubes des Arbeitskolbens über einen mit dem Kurbelgehäuse und dem Zylinder kommunizierenden Überströmkanal ein mittels der in den Überströmkanal

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und in ein Vorratsvolumen arbeitenden Kurbelgehäusepumpe vor verdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch zuführbar ist, wobei das Kraftstoffgemisch dem Kurbegehäuse über einen Einströmkanal zugeführt ist, dessen Mündungsöffnung gesteuert absperrbar ist, sobald der Kompressionshub der Kurbelgehäusepumpe einsetzt und freigebbar ist, sobald der Ansaughub der Kurbelgehäusepumpe einsetzt und wobei der Überströmkanal eine im Bereich der Zylinderbohrung angeordnete Überströmöffnung aufweist, die im Verlauf des Durchgangs des Arbeitskolbens durch seinen kurbelwellennahen Totpunkt offen und sonst doch das Kolbenhemd verschlossen ist.

Ein solcher Vier-Takt-Motor ist aus der DT-OS 2 261 bekannt.

Der bekannte Vier_TTakt-Motor umfaßt ein übliches Vier-Takt-Antriebssystem mit geeignet gesteuerten EJjilaß- und Auslaßventilen und einem üblichen zylindrisch-topförmigen Arbeitskolben. Während des Ansaughubes des Kolbens wird bei geöffnetem Einlaßventil und geschlossenem Auslaßventil ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder angesaugt bis dieser im Bereich seines kurbelwellennahen oder unteren Totpunktes angelangt ist. Während des anschließenden Kompressionshubes, währenddessen der Kolben in der Zylinderbohrung von seinem unteren Totpunkt in den kurbelwellenfernen oder oberen Totpunkt gleitet, ist sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßventil geschlossen. Im Anschluß an die im oberen Totpunktbereich des Kolbens erfolgende Zündung führt dieser den Arbeitshub aus, wobei der Kolben wieder in den Bereich seines unteren Totpunktes gelangt und Einlaß- und Auslaß-Ventil geschlossen bleiben. Danach öffnet das Auslaßventil und der Kolben führt den Ausschub-Hub aus, währenddessen .

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das verbrannte Gas-Gemisch durch das offene Auslaßventil ausgeschoben wird. Wenn der Kolben wieder in seinen oberen Totpunkt gelangt oder kurz davor öffnet das Einlaßventil und das Auslaßventil schließt kurz danach. Es folgt dann wieder der Ansaughub des Arbeitskolbens. Insoweit unterscheidet sich der bekannte Vier-Takt-Motor nicht von Vier-Takt-Motoren, deren Kurbelgehäuse mit einer mit dem Außenraum kommunizierenden Druck-Ausgleichsöffnung versehen ist. Um nun gegenüber solchen Motoren, bei denen im Kurbelgehäuse auch während des Betriebs des Motors ständig der Außendruck oder ein von diesem zumindest nur sehr wenig abweichender Druck herrscht, eine Leistungssteigerung zu
erzielen, wird die Hin- und Herbewegung des Kolbens, die bei geschlossenem Kurbelgehäuse alternierend zu einer
Komprimierung und Entspannung im Kurbelgehäuse enthaltenen Gases führt, dazu ausgenutzt, im Zylinder einen erhöhten Gasdruck und damit eine erhöhte Kraftstoff-Aufnahmefähigkeit des Arbeitsgases zu erzielen. Hierzu ist ein in die Zylinderbohrung mündender Einströmkanal vorgesehen, dessen Einströmöffnung in einer solchen Entfernung von der
Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist, daß der Einströmkanal dann vollständig geöffnet ist, wenn sich der
Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet, sowie ein
von dem Kurbelgehäuse ausgehender Überströmkanal, dessen in die Zylinderbohrung mündende Überströmöffnung in
einem solchen Abstand von der Drehachse der Kurbelwelle
angeordnet ist, daß die Überströmöffnung vollständig
geöffnet ist, wenn sich der Kolben in seinem unteren
Totpunkt befindet,aber auch vollständig geschlossen ist, wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet.

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Der Abstand dieser Überströmöffnung von der Drehachse der Kurbelwelle ist also mindestens um die halbe Summe der in Hubrichtung des Kolbens gemessenen lichten Weiten der Einströmöffnung des Einströmkanals und der Überströmöffnung des Überströmkanals größer als der Abstand des Einströmkanals von der Drehachse der Kurbelwelle. An seinem Kurbelgehäuse-seitigen Ende ist der Überströmkanal ständig offen.

Ein mögliches Arbeitsspiel des bekannten Vier-Takt-Motors ist das folgende:

Sobald sich der Kolben während des Kompressionshubes seinem oberen Totpunkt nähert wird die Einströmöffnung mehr und mehr freigegeben, und es kann solange Luft in das Kurbelgehäuse nachströmen, bis das Kolbenhemd nach erfolgter Zündung im Verlauf des Arbeitshubes des Kolbens die Einströmöffnung wieder vollständig verschließt. Solange der Kolben seinen Arbeitshub ausführt, erhöht sich der Luftdruck im Kurbelgehäuse und demgemäß auch im Überströmkanal. Gegen Ende der Annäherung des Kolbens an seinen unteren Totpunkt wird die Überströmöffnung freigegeben, und die im Kurbelgehäuse komprimierte Luft kann durch die Überströmöffnung in den Zylinder solange einströmen und das Ausschieben des verbrannten Gasgemisches durch das geöffnete Auslaß-Ventil unterstützen, bis der Kolben im Verlauf der anschließenden Ausschubbewegung die Überströmöffnung wieder absperrt. Sobald sich der Kolben wieder seinem oberen Totpunkt nähert und das Einlaß-Ventil öffnet, wird die Einströmöffnung wieder freigegeben, so daß Luft in das Kurbelgehäuse nachströmen

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kann, die während des anschließenden Ansaughubes wiederum komprimiert wird. Gegen Ende des Ansaug-Hubes öffnet wieder die Überströmöffnung, durch die im Kurbelgehäuse komprimierte Luft nunmehr in den Zylinder einströmt, bis der Arbeitskolben im anschließend einsetzenden Kompressionshub die Überströmöffnung wieder verschließt. Dadurch wird im Zylinder ein gegenüber "normalen" Vier-Takt-Motoren erhöhter Luftdruck erzielt, mit der Folge, daß im Vergleich zu "normalen" Vier-Takt-Motoren ein "fetteres" Kraftstoff-Luft-Gemisch ober das Einlaß-Ventil angesaugt v/erden und trotzdem vollständig verbrannt werden kann, was in einer entsprechend höheren Leistung dieses Vier-Takt-Motors resultiert. Diese Leistungssteigerung ist jedoch nicht zuletzt deshalb bescheiden, weil der Überströmkanal ständig mit dem Kurbelgehäuse kommuniziert und dadurch das effektive Kurbelgehäusevolumen vergrößert bzw. die mit der Kurbelgehäusepumpe erzielbare Verdichtung auf einen Wert begrenzt, der allenfalls zwischen 1,5 und maximal 2 und somit weit unterhalb der bei geschlossenem Kurbelgehäuse erzielbaren Verdichtung von maximal etwa 3 liegt. Die mit dem bekannten Vier-Takt-Motor erzielbare Leistungssteigerung liegt damit allenfalls im 25 Prozent-Bereich, der die gegenüber üblichen Vier-Takt-Motoren erforderlichen konstruktiven Abänderungen kaum rechtfertigt. In der DT-OS 2 261 180 ist auch die Möglichkeit angesprochen, den bekannten Vier-Takt-Motor so zu betreiben, daß über den Einströmkanal ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse angesaugt und in diesem vorverdichtet wird, was dann in dem geschilderten Arbeitsspiel über den Überströmkanal in den Zylinder eingespeist wird. Abgesehen davon, daß sich bei dieser Betriebsart keine höhere Konzentration des Kraftstoffes in dem Kraftstoff-

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Luft-Arbeitsgas erreichen läßt, hat diese Betriebsart des bekannten Vier-Takt-Motors auch den Nachteil, daß vor dem Ausschub-Hub des Arbeitskolbens während seines Durchgangs durch seinen unteren Totpunkt vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder einströmen kann, das ohne für einen Arbeitshub ausgenutzt werden zu können zusammen mit dem zuvor verbrannten Arbeits-Gas-Gemisch im Verlauf des Ausschub-Hubes durch das Auslaßventil aus-. geschoben wird. Zumindest ein Rest-Anteil an unverbranntem Kraftstoff-Luft-Gemisch wäre bei dieser Betriebsart auch dann vorhanden, wenn am Einströmkanal die Zufuhr von Kraftstoff vor dem Einsetzen des Ausschub-Hubes durch eine geeignete Steuerung unterbunden wäre, da im Kurbelgehäuse immer ein Rest-Anteil von Kraftstoff-Luft-Gemisch vorhanden ist, wenn der bekannte Vier-Takt-Motor mit Vorverdichtung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Kurbelgehäuse betrieben wird. Diese Betriebsart des bekannten Vier-Takt-Motors wäre daher unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung durch unverbranntes Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht vertretbar.

Zwar sind auch Vier-Takt-Mctoren bekannt, bei denen mittels einer Kurbelgehäusepumpe ein Kraftstoff-Luft-Gemisch abwechselnd in Zylinder mit gleichlaufenden Kolben gepumpt wird, von denen der eine den Aiasaughub ausführt, während der andere den Arbeitshub ausführt (DT-OS 1 576 235, DT-PS 645 261). Diese Motoren haben jedoch den Nachteil, daß einerseits gerade Zylinderzahlen erforderlich sind und andererseits aufwendige Steuerventil-Einrichtungen vorgesehen sein müssen, die zu komplizierten Strömungsverhältnissen führen und damit die praktisch erreichbare Leistungssteigerung weit unter den theoretisch erreichbaren Wert herabmindern. Es kommt hinzu, daß insbesondere

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dann, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch ausschließlich über die Kurbelgehäusepumpe in die Zylinder gefördert wird, eine spezielle, raumfüllende Gestaltung der Kurbelwelle erforderlich wird (DT-OS 1 576 235), deren Realisierung einen beträchtlichen technologischen Aufwand erfordert und daher sehr teuer ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Vier-Takt-Motor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei beliebiger, gerad- oder ungerad-zahliger Zylinderzahl bei einfachem Aufbau eine nennenswerte Leistungssteigerung ermöglicht, wobei die beweglichen Teile wie die Steuerventile, der oder die Arbeitskolben und die Kurbelwelle serienmäßige und relativ billig herstellbare Bauteile sein können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der überströmkanal von der Zylinderbohrung ausgehend zu der mit dem Einlaßventil des Zylinders in üblicher Weise gesteuert freigegebenen oder abgesperrten Einlaßöffnung des Zylinderkopfes führt, daß der Arbeitskolben als Fensterkolben ausgebildet ist, dessen Fenster im kurbelwellennahen Totpunkt des Arbeitskolbens etwa deckungsgleich mit der Überströmöffnung des Überströmkanals angeordnet ist, und daß das Vorratsvolumen als eine windkesselartige Erweiterung des Überströmkanals ausgebildet ist, dessen effektives Gesamtvolumen ungefähr gleich dem Hubraumvolumen des Arbeitskolbens ist, und daß das Verdichtungsverhältnis der Kurbelgehäusepumpe mindestens 2 und vorzugsweise zwischen 2,2 und 3 ist.

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Im Unterschied zu dem bekannten Vier-Takt-Motor nach der DT-OS 2 261 180 führt also der Überströmkanal nicht vom Kurbelgehäuse zum Verdichtungsraum des Kolbens sondern vom unteren Ende des Verdichtungsraumes zum Einlaßventil, und das Vorratsvolumen ist dementsprechend nicht in unmittelbarer Nähe des Kurbelgehäuses sondern in unmittelbarer Nachbarschaft des Einlaßventils angeordnet.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Vier—Takt-Motors ist die folgende:

Solange sich der Fensterkolben im Bereich seines oberen Totpunktes, etwa am Ende des Kompressionshubes und während der Zündung,befindet, wobei sowohl das Einlaß-Ventil als auch das Auslaß-Ventil geschlossen sind, ist der Einströmkanal offen, so daß Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse einströmen kann. Die Überströmöffnung des Überströrnkanals ist dabei geschlossen. Im Verlauf des Arbeitshubes des Fensterkolbens sperrt dessen Kolbenhemd zunächst den Einströmkanal und das eingeströmte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird im Kurbelgehäuse mit dem vorgesehenen Verdichtungsverhältnis verdichtet, bis der Fensterkolben in den Bereich seines unteren Totpunktes gelangt, wobei die Überströmöffnung durch das Fenster des Fensterkolbens freigegeben wird und im Kurbelgehäuse komprimiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Windkessel-Vorratsvolumen des Überströmkanals einströmen kann. Das Einlaßventil bleibt dabei geschlossen und sperrt den Überströmkanal gegenüber! dem Zylinder ab. Sobald sich der Fensterkolben wieder nach oben bewegt, öffnet das Auslaßventil und die Überströmöffnung des Überströmkanal wird wieder durch das Kolbenhemd abgesperrt. Sobald sich der Fensterkolben gegen Ende des Ausschub-Hubes wieder seinem! oberen Totpunkt nähert, wird die

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Binströmöffnung wieder freigegeben, so daß erneut Kraftstoff—Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse nachströmen kann. Sobald sich der Fensterkolben am Beginn der zweiten Umdrehung der Kurbelwelle wieder nach unten bewegt, öffnet das Einlaßventil, so daß aus dem Windkessel vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder nachströmen kann, und das Auslaßventil schließt. Ebenso wird die Einströmöffnung des Einströmkanals wieder durch das Kolbenhemd verschlossen. Es erfolgt der zweite Kompressionshub der Kurbelgehäusepumpe innerhalb des Arbeitsspiels des Vier-Takt-Antriebssystems. Im Bereich des unteren Totpunktes des Fensterkolbens kann erneut vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Windkessel des Überströmkanals und durch das noch offene Einlaß-Ventil in den Zylinder nachströmen. Nach dem Durchgang des Fensterkolbens durch seinen unteren Totpunkt beginnt der dem Vier—takt-System zugeordnete Kompressionehub des Fensterkolbens, an dessen Ende die den Arbeitshub einleitende Zündung-erfolgt, wobei wiederum die Einströmöffnung zur Einspeisung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in das Kurbelgehäuse freigegeben wird. Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich fortlaufend. Der erfindungsgemäße Vier-Takt-Motor hat hiernach zumindest die folgenden Vorteile:

1. Es können beide Kompressionshübe der Kurbelgehäusepumpe zur Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verdichtung im Windkessel ausgenutzt werden, bevor das im Windkessel gespeicherte Kraftstoff-Luft-Gemisch unter erhöhtem Druck durch das geöffnete Einlaßventil in den Zylinder einströmt, so daß man allein mit Hilfe der Kurbelgehäusepumpe am Ende des Ansaughubes des Kolbens einen Überdruck im Zylinder erreicht. Dieser Überdruck beträgt bei einem Verdichtungsverhältnis der Kurbelgehäusepumpe von 2,2/1 etwa 0,37 atü

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und bei einem Verdichtungsverhältnis von 2,5/1 etwa 0,56 atü. Diesen Werten entsprechen unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Kolben während des Kompressionshubes der Kurbelgehäusepumpe gegen einen sich erhöhenden Druck arbeiten muß Leistungssteigerungen von etwa 30 bzw. 50 %.

2. Man ist, um diese Leistungssteigerung zu erzielen, nicht grundsätzlich darauf angewiesen, daß zwei gleichlaufende Kolben vorhanden sind, d.h. die Erfindung ermöglicht Leistungssteigerungen sowohl bei Einzylinder-Motoren als auch bei Motoren mit größerer, gerader oder ungerader Zylinderzahl.

3. Die Strömungswege vom Kurbelgehäuse in den Überströmkanal und den Windkessel und von diesem in den Zylinder sind günstig kurz, so daß durch den Strömungswiderstand der Strömungspfade bedingte Leistungsverluste praktisch keine Rolle spielen.

4. Die die Steuerung der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Ströme vermittelnden beweglichen Teile des Motors bedürfen keiner besonderen funktioneilen Anpassung, insbesondere können als Fensterkolben aus der Technik der Zweitakt-Motoren bekannte Kolben verwendet werden.

Durch die Merkmale des Anspruchs zwei erreicht man bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, daß über die bei üblichen Vier-Takt-Motoren notwendigen beweglichen Steuerungselemente hinaus zur Steuerung der

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vorkomprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisch-Ströme keine weiteren beweglichen Teile wie Nockenwellen, Kipphebel, Ventilkörper und-Stößel erforderlich sind.

Bei der Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruchs erreicht man bei geringer Ausdehnung der Einströmöffnung in Hubrichtung des Kolbens und damit bei kleinen Öffnungszeiten des Einströmkanals einen für die Kraftstoff-Luft-Gemisch-Füllung des Kurbelgehäuses günstig großen Querschnitt der Einströmöffnung.

Dieselben Gesichtspunkte sind auch für die Überströmöffnung des Überströmkanals gültig, an der dieser von
der Zylinderbohrung ausgeht.

Bei der geschilderten Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Motors ist die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Überströmkanal im Zeitpunkt des Öffnens der Überströmöffnung etwa doppelt so groß wie die Druckdifferenz zwischen dem Einströmkanal und dem Kurbelgehäuse im Zeitpunkt des Öffnens der Einströmöffnung, wenn der Druck im Einströmkanal gleich dem Atmosphärendruck ist. Sowohl
der Einströmpfed als auch der Überströmpfad haben stets
einen endlichen Strömungswiderstand, der im wesentlichen
durch die lichten Querschnitte der Einström-bzw. der
Überströmöffnung bestimmt ist.

Da man einerseits die Ausdehnung der Ein- und Überströmöffnungen in Richtung der Achse der Zylinderbohrung
nicht zu groß wählen darf, um das Kompressionsvermögen
der Kurbelgehäusepumpe nicht zu verschlechtern, und
andererseits die Ausdehnung dieser Öffnungen entlang
des Umfangs der Zylinderbohrung nicht beliebig groß

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wählen kann, damit zwischen der Einström-Öffnung und der Überström-Öffnung eine ausreichend große Gleitfläche für den Kolben verbleibt, ist man in praktischen Fällen sowohl in axialer Richtung der Zylinderbohrung als auch in Richtung entlang ihres Umfangs auf Höchstgrenzen beschränkt, wobei man in praktischen Fällen

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den größtmöglichen und daher gleich großen lichten Querschnitt geben wird. Wegen des genannten Unterschiedes der Druckdifferenzen zwischen dem Kurbelgehäuse und der Einströmseite einerseits und dem Überströmkanal andererseits ist dann, zumindest bei hohen Brehzahlen, die mit dem erfindungsgemäßen Motor erreichbare

nur
Leistungssteigerung'durch den lichten Querschnitt der

Einströmöffnung begrenzt.

Die leistungsbegrenzenden Auswirkungen dieser unterschiedlichen Druckdifferenzen sind bei einem Motor mit dem Merkmalen des Anspruchs 4 auf einfache Weise dadurch vermieden, daß eine zusätzlich in den Einströmkanal arbeitende Pumpe in diesem einen Kraftstoff-Luft-Gemisch-Druck erzeugt, der so groß ist, daß die Druckdifferenzen zwischen dem Einströmkanal und dem Kurbelgehäuse bei offener Einströmöffnung (und geschlossener Überströiiiöffnung) und zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Überströmkanal bei offener Überströmöffnung (und geschlossener Einströmöffnung) etwa gleich groß sind. Hierbei genügt es in praktischen Fällen, wenn die in den Einströmkanal arbeitende, zusätzliche Pumpe so dimensioniert ist, daß sie im Einströmkanal einen Überdruck von etwa 0,5 atü erzeugen kann. Der Leistungsbedarf einer solchen zusätzlichen Pumpe ist nicht groß.

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- yr-

Es versteht sich, daß in einem Fall, in dem die zusätzliche Pumpe stromab von einem den Einströmkanal mit Kraftstoff-Luft-Gemisch speisenden Vergaser angeordnet ist, dieser zunächst ein "überfettes" Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Einströmkanal einspeisen muß.

Durch die Merkmale des Anspruchs 5 erreicht man mit Hilfe eines zu dem durch den Kolben absperrbaren Einströmpfad parallel -geschalteten Einströmpfades, daß der Druckausgleich zwischen Einströmseite/'auch ofine ^ge zusätzliche Pumpe mindestens ebenso rasch erfolgen kann wie zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Überströmkanal. Die maximale Drehzahl, mit der der Motor mit einer nennenswerten Leistungssteigerung betrieben werden kann, wird zu größeren Werten hin verschoben.

Durch die Merkmale des Anspruchs 6 erreicht man unter demselben Gesichtspunkt eine weitere Verbesserung des Motors mittels eines zu dem vom Kurbelgehäuse zur Oberströmöffnung führenden Strömungspfad parallel-geschallteten Strömungspfades.

Es vergeht sich, daß dann, wenn ein weiterer Einström-Zweig .. .d/oder ein weiterer Überström-Zweig vorgesehen sind, auch Steuerungseinrichtungen vorhanden sein müssen, die den zweiten Zweig des Einströmkanals freigeben, bevor der Kolben während des Ansaughubes der Kurbel ehäusepumpe die Einströmöffnung des ersten Einströmzv Lges freigibt und den zweiten Einströmzweig spätestens dann wieder schließen, bevor der Druck im

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Kurbelgehäuse größer wird als der Druck in dem zweiten Einströmzweig, und die den zweiten Überströmzweig schon dann freigeben, bevor der Kolben während des Kompressionshubes der Kurbelgehäusepumpe seinen unteren Totpunkt erreicht, indem der erste Überströmkanal offen ist, und den zweiten Überströmkanal rechtzeitig wieder schließen, damit während des Ansaughubes der Kurbelgehäusepumpe nicht verdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Windkesö. des Überströmkanals in das Kurbelgehäuse zurückströmen kann.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 ist dann, gegebenenfalls in Verbindung mit dem Merkmalen des Anspruchs 8 eine mit einfachen Mitteln realisierbare Steuerung mit einem rotierenden Drehschieber angegeben, dessen Rotationsbewegung mittels eines

1/1 -Getriebes von der Rotation der Kurbelwelle abgeleitet werden kann. Im Prinzip ließe sich schon mit einer solchen Steuerungseinrichtung allein in Verbindung mit dem in das Kurbelgehäuse mündenden zweiten Zweig des Einströmkanals und in Verbindung mit einem vom Kurbelgehäuse ausgehenden, zum Einlaß- ventil des Zylincfers führenden Überströmkanals und damit ohne Verwendung eines Fensterkolbens eine geeignete Umsteuerung des Kraftstoff-Luft-Gemischws erzielen, jedoch müßten dann zumindest auf der Überströmseite sehr lange Strömungswege und erhöhte Strömungswiderstände in Kauf genommen werden, die die tatsächlich erreichbare Leistungssteigerung erheblich einschränken würden. Demgemäß sind der zweite Einströmzweig und der zweite Überströmzweig bei dem erfindungsgemäßen Motor

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lediglich als "Hilfswweige" zu betrachten, die nur in Verbindung mit den durch den Fensterkolben freigebbaren und absperrbaren Ein- und Überströmzweigen zu der gewünschten Leistungssteigerung beitragen»·

Durch die Merkmale des Anspruchs 9 ist eine auf die Dcockdifferenzen zwischen dem Kurbelgehäuse und dem zweiten Einströmzweig einerseits und dem zweiten Überströmzweig andererseits ansprechende Steuerungseinrichtung angegeben, die ohne von der Kurbelwelle abgeleiteten Antrieb auskommt und mit einfach aufgebauten Flatterventilen kostengünstig realisierbar ist.

Durch die Merkmale der Ansprüche zehn bis wwölf sind mehrzylindrige erfindungsgemäße Vier-Takt-Motoren mit gerader oder ungerader Zylinderzahl angegeben, die als.Reihen-, V-, Boxer- oder Stern-Motoren aufgebaut sein können. Dabei ist im Falle der Stern-Motoren allerdings zu beachten, daß die Pleuelstangen nicht an einem gemeinsamen Kurbelzapfen angelenkt sein können, wie dies bei klasseischen Stern-Motoren der Fall ist, und daß allenfalls bei -gemäß der Erfindung möglichen Stern-Motoren mit gerader Zylinderzahl die gleichlaufenden Kolben in eine gemeinsame Kammer der Kurbelgehäusepumpe arbeiten können.

Die einzelnen Kurbelgehäusepumpen können in einen gemeinsamen Windkessel oder auch in den Zylindern einzeln zugeordnete Windkessel arbeiten.

Durch die Merkmale der Ansprüche 13 und 14 erreicht man durch Kombination der Einspeisung des Kraftstoff-Luft-Gemisches über den Überströmkanal mit einem ohne Vorverdichtung arbeitenden Ansaugpfad eine weitere Leistungssteigerung des erfindungsgemäßen Motors. Ein solcher Motor kann dann wegen der Aufteilung des Ansaughubes in Teilhübe mit verschiedener Kraft-Stoff-Luft-Gemisch Einspeisung als Fünftakt-Motor bezeichnet werden.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 Einen erfindungsgemäßen Vier-Takt-Motor mit Kurbelgehäusepumpe in einer Stellung seines Arbeitskolbens am Beginn des Arbeitshubes, im Schnitt in einer rechtwinklig zur Kurbelwellenachse verlaufenden Ebene, in stark vereinfachter, schematischer Darstellung,

Fig.2 -

Fig.6 Verschiedene Arbeitstakte des Motors gemäß Fig. 1 in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung,

Fig. 7 Einen erfindungsgemäßen Vier-Takt-Motor mit durch Flatterventile freigebbaren und absperrbaren Ein- und Überström-Kanal-Zweigen,

Fig. 8. Ein Diagramm der Öffnungszeiten der einzelnen Ventile zur Steuerung des Motors nach der Fig. 7 während eines kompletten Vier-Takt-Arbeitsspiels und

Fig. 9 Im Schnitt eine Einzelheit eines dem Motor der Fig. 7 entsprechenden Motors mit Drehschieber-Steuerung.

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Ein erfindungsgemäßer Vier-Takt-Motor hat einen oder mehrere, in Reihe, V-Form, paarweise einander gegenüberliegend oder sternförmig angeordnete Zylinder, deren Arbeitskolben 12 im Verlauf eines Vier-Takt-Arbeitsspiels die aus den Fig. 1-6 ersichtlichen Stellungen einnimmt. Eine Zylinderbohrung 13, in der der Kolben gleitend hin- und her-bewegbar ist, mündet in ein nach außen gasdicht abgeschlossenes Kurbelgehäuse 14 in dem die Kurbelwelle 16 gelagert ist, mit der in üblicher Weise eine oder mehrere Schwungscheiben 17 sowie nicht dargestellte Schwung- und/oder Ausgleichsmassen starr verbunden sind. Der Kolben ist in üblicher Weise über eine mit ihrem einen Ende an dem Kolbenbolzen 18 und mit ihrem anderen Ende an einem Kurbelzapfen 19 der Kurbelwelle 16 angelenkte Pleuelstange 21 mit der Kurbelwelle 16 gekoppelt. An seiner Außenseite ist der Zylinder in üblicher Weise durch einen Zylinderkopf 22 abgeschlossen, der mindestens ein Einlaßventil 23 und ein Aulaßventil 24 aufweist, die in bekannter Weise über eine nicht dargestellte Nockenwelle, Kipphebel und Ventilfedern gesteuert sind. ■

Der Kolben 12 ist als Fensterkolben ausgebildet, dessen in Richtung auf die Zylinderwand 13 offenes Fenster 26 etwa dort angeordnet ist, wo das Kolbenhemd 27 in den Kolbenboden 28 übergeht. An einer gemlß Fig. 1 etwas unterhalb der Mitte der Zylinderbohrung 13 angeordneten Einströmöffnung 29 mündet ein Einströmkanal 31 in die Zylinderbohrung 13, der gerade dann zum Einströmen

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von Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Zylinderbohrung 13 und das Kurbelgehäuse 14 freigegeben ist," wenn sich der Kolben 12 in seinem kurbelwellenfernen oder oberen Totpunkt befindet.

Von einer in etwas größerem Abstand von der Kurbelwelle 16 als die Einströmöffnung 29 angeordneten Überströmöffnung 32 der Zylinderbohrung 13 geht ein Überströmkanal 33 aus, der an der Einlaßöffnung 34 des Einlaßventils 23 in den Arbeitsraum 36 des Zylinders mündet. Der Abstand der Überströmöffnung 32 von der Kurbelwelle, die in Hubrichtung gemessene Höhe des Kolbens und die Anordnung seines Fensters 26 sind so getroffen, daß die Überströmöffnung gerade noch vollständig geschlossen ist, wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet, und daß das Fenster 26 mit der Überströmöffnung 32 deckungsgleich angeordnet ist und der Überströmkanal 33 mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses 16 kommuniziert, wenn sich der Kolben in seinem unteren Totpunkt befindet, in welchem Falle auch der Einströmkanal 31 durch das Kolbenhemd abgesperr±. ist... ^.

Der Überströmkanal 33 hat eine als Windkessel wirkende Erweiterung 37, deren Volumen etwa gleich dem Hubraumvolumen des Zylinders 12 ist·

Die Einströmöffnung 21, die Überströmöffnung 32 und das Fenster 26 des Kolbens 12 sind als in Hubrichtung des Kolbens nur wenig ausgedehnte, sich aber in ihrer

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rechtwinklig zur Längsachse 38 des Zylinders verlaufenden Mittelebene über einen größeren Winkelbereich erstreckende schmale Schlitze ausgebildet, damit man trotz geringer Ausdehnung in ί axialer Richtung möglichst große Öffnungs-Querschnitte erhält.

Die Kurbelwelle und die fest mit ihr verbundenen Ausgleichsmassen 17 sowie die Pleuelstange 21 und das Kurbelgehäuse 14 sind so ausgebildet, daß der für die Bewegung der Pleuelstange erforderliche freie Raum im Kurbelgehäuse sehr viel kleiner ist als das Hubraumvolumen des Zylinders und daß sich der Kolben in seinem unteren Totpunkt möglichst in unmittelbarer NShe des Kurbelgehäuses befindet oder sogar noch in dieses etwas hineinragen kann, damit das durch den Kolben 12 und das Kurbelgehäuse im unteren Totpunkt des Kolbens begrenzte Kammervolumen 38 deutlich kleiner ist als das Hubraumvolumen des Kolbens 12.

Die sich während eines Vier-Takt-Arbeitsspiels ergebenden Arbeitsphasen des Motors 11 werden im folgenden anhand der Fig. 1-6 und 8 näher erläutert. Die während- eines Vler-Takt-Arbeitsspiels erfolgen- . den beiden vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle bzw. die beiden vollständigen Hin- und Her-Bewegungen des Kolbens sind dabei in der Fig. 8 auf einen einzigen 360 ° Bereich abgebildet, der von dem durch den Pfeil 39 synchronisierten oberen Totpunkt ausgezählt ist, wenn sich der Kolben 12 am Ende des Kompressionshubes befindet (Fig. 1). In der Fig. 8 sind durch den Pfeil 41 die Öffnungsphase des Auslaßventils 24, durch den Pfeil 42 die Öffnungsphase

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des Einlaß-Ventils 23, durch die Pfeile 43 und 44 die Öffnungsphasen der Einströmöffnung 29 bzw. des Einströmkanals 31 und durch die Pfeile 46 und 47 die Öffnungsphasen der Überströmöffnung 32 und deren zeitliche Aufeinanderfolge, Überlappung und Dauer veranschaulicht.

Der Pfeil 48 symbolisiert den unteren Totpunkt des Kolbens 12 am Ende des Arbeitshubes, der Pfeil 49 den oberen Totpunkt des Kolbens 12 am Ende des Auslaßhubes und der Pfeil 51 den unteren Totpunkt des Kolbens am Beginn des Kompressionshubes des Kolbens 12.

Die einzelnenen Arbeitsphasen des erfindungsgemäßen Motors sind nun die folgenden:

Schon bevor der Kolben 12 am Ende des Kompressionshubes seinen oberen Totpunkt erreicht, gibt der untere Rand 51 seines Kolbenhemdes 27 die Einströmöffnung 29 des Einströmkanals 31 mehr und mehr frei,

so daß durch diesen Kraftstoff-Luft-Gemisch, das

etwa unter dem äußeren Atmosphären-Druck steht, in den unteren Teil der Zylinderbohrung 13 und das Kurbelgehäuse 14 nachströmen kann. Nach dem Druchgang des Kolbens durch seinen oberen Totpunkt 39 und etwa im oberen Totpunkt erfolgter Zündung setzt bei geschlossenen Einlaß- und Auslaß-Ventilen 23 und 24 der Arbeitshub ein, wobei schon kurze Zeit danach der Einströmkanal 31 wieder durch den Kolben 12

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abgesperrt wird. Das zwischen dem Kolben 12 und dem Kurbelgehäuse eingesperrte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird komprimiert, während sich der Kolben 12 zu seinem unteren Totpunkt 48 bewegt. Sobald ein lichter Überlappungsquerschnitt zwischen dem Kolbenfenster 26 und der Überströmöffnung 32 des Überströmkanals 33 vorhanden ist, kann das im Kurbelgehäuse 16 vorverdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Windkessel 37 des Überströmkanals 33 unter erhöhtem Druck einströmen. Im unteren Totpunkt 48 des Kolbens 12 ist die Überströmöffnung vollständig offen (Fig. 2), das Einlaß-Ventil 23 bleibt geschlossen, während das Auslaß-Ventil 24 jetzt öffnet. Sobald sich der Kolben gegen Ende des Auslaßhubes wieder dem oberen Totpunkt 49 nähert, wird wieder die Einströmöffnung 29 zum Nachströmen von Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse freigegeben (Pfeil 44 der Fig. 8). Im oberen Totpunkt ist das Einlaß-Ventil 23 noch geschlossen (Fig. 3) oder hat ganz kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunktes 49 geöffnet, während das Auslaß-Ventil 24 noch kurze Zeit über den Durchgang des Kolbens 12 durch seinen oberen Totpunkt-49 hinaus geöffnet bleibt (Pfeil 41 der Fig. 8). Während sich der Kolben 12 wieder in Richtung auf seinen unteren Totpunkt 51 bewegt (Fig. 4) wird im Kurbelgehäuse 14 die zuvor nachgeströmte zweite Charge nachgeströmten Kraftstoff-Luft-Gemisches vorverdichtet, während die im Windkessel 37 gespeicherte erste Charge bei offenem Einlaß-Ventil 23 durch dessen Einlaßöffnung in das Arbeitsvolumen 36 des Zylinders einströmt.

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IS

Während der Kolben seinen unteren Totpunkt 51 durchschreitet strömt die zweite Charge vorverdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches durch das Kolbenfenster 26 und den Überströmkanal 33 bei geöffnetem Einlaßventil ebenfalls in das Arbeitsvolumen 36 des Zylinders. Danach erfolgt wieder der Kompressionshub des Kolbens 12 (Fig. 6) in Richtung auf seinen oberen Totpunkt 39, wobei das Einlaß-Ventil in der Regel schon geschlossen wird bevor die Überströmöffnung wieder abgesperrt ist. Sobald der Kolben 12 wieder in den Bereich seines oberen Totpunktes 39 gelangt, wiederholt sich das mit dem Pfeil 43 der Fig. 8 beginnende Arbeitsspiel.

Der Kolben 12 und das Kurbelgehäuse 14 bilden dabei eine Kurbelgehäuse-Pumpe, mittels der innerhalb eines Vier-Takt-Arbeitsspiels des Motors 2 vorkomprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch-Chargen in das Arbeitsvolumen des Zylinders eingespeist werden, der somit im Vergleich zu normalen Vier-Takt-Motoren, bei denen das Kraftstoff-Luft-Gemisch unter dem Außendruck in den Zylinder einströmt, mit einem erhöhten Ausgangsdruck und einer äquivalent höheren Kraftstoffmeng· pro Arbeitsspiel betrieben werden kann,--woraus eine· entsprechende.im^ Leistungssteigerung resultiert.

Geht man davon aus, daß die Öffnungszeiten der Ein- und Überströmkanäle ausreichend groß sind, damit beim Ein-nnd Überströmen des Kraftstoffgemisches der Druckausgleich zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Einströmkanal einerseits und dem Kurbelgehäuse und dem Überströmkanal bzw. diesem und dem Zylinder andererseits vollständig erfolgen kann, so ist der

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ze

-vs-

Ausgangsdruck im Zylinder am Beginn des Kompressionshubes gleich dem 0,625-fachen des maximalen Druckes in der Kurbelgehäusepumpe. Dies bedeutet unter Berücksichtigung des Umstandes, dal) der Kolben gegen den sich im Kurbelgehäuse erhöhenden Druck arbeitet, in praktischen Fällen eine Leistungssteigerung von 30 - 50 %.

Der in der Fig. 7 dargestellte Motor unterscheidet sich von dem in den Fig. 1-6 dargestellten Motor einmal dadurch, daß von dem an der Einströmöffnung 29 in die Zylinderbohrung 13 mündenden Einströmkanal 31 ein Nebenkanal 52 abzweigt, der an einer weiteren Einströmöffnung 53 in das Kurbelgehäuse 14 mündet, und daß zum anderen ein von einer zweiten Überströmöffnung des Kurbelgehäuses 14 ausgehender zweiter Überströmkanal 56 vorgesehen ist, der etwas stromauf von der ersten Überströmöffnung 32 in den Windkessel 37 des ersten Überströmkanals 33 einmündet. Der Einströmseitige Nebenkanal 52 ist mit einem Flatterventil versehen, das offen ist, wenn der Druck im Nebenkanal um einen bestimmten Betrag höher ist als der Druck im Kurbelgehäuse 14 und geschlossen ist, wenn der Druck im Kurbelgehäuse 14 etwas größer ist als im Nebenkanal 52. In den zweiten überströmkanal 56 ist ebenfalls kurz stromab von der zweiten Überströmöffnung ein Flatterventil 58 eingesetzt, das den zweiten überströmkanal freigibt, wenn der Druck im Kurbelgehäuse 14 größer ist als im Windkessel 37 bzw. in dem mit diesem kommunizierenden zweiten Überströmkanals 56 und den zweiten Überströmkanal absperrt,

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wenn der Druck im Windkessel 37 größer ist als im Kurbelgehäuse 14.

Die Wirkung des zusätzlichen Einströmpfades 52, 57, ist die, daß auch nach dem Durchgang des Kolbens durch seinen oberen Totpunkt 39 bzw. 49 auch nach dem Absperren der Einströmöffnung 29 noch solange Kraftstoff-Luft-Gemisch in die durch den Kolben 12, den unteren Teil der Zylinderbohrung 13 und das Kurbelgehäuse 12 gebildete Kurbelgehäusepumpe Kraftstoff-Luft-Gemisch nachströmen kann, bis sich im Kurbelgehäuse 14 ein Druck aufgebaut hat, der nur noch wenig geringer ist als der Druck im Nebenkanal 52. Man erreicht also längere Einströmzeiten und damit auch bei hohen Drehzahlen des Motors eine quantitative Füllung der Druckkammer der Kurbelgehäusepumpe 12, 13, 14.

Die Wirkung des zweiten, von dem Kurbelgehäuse 14 ausgehenden Überströmkanals 56 ist ganz analog, wobei das Flatterventil 58 diesen zweiten Überströmkanal 56 freigibt^ wenn der Druck.im Kurbelgehäuse

größer ist als der Druck im Windkessel 37, was immer erst dann der Fall ist, wenn das Flatterventil 57 des zweiten Einströmkanals 52 schon geschlossen ist, und den zweiten Überströmkanal 56 wieder absperrt, wenn der Druck im Windkessel 37 größer ist als im Kurbelgehäuse. Man gewinnt also auch hierdurch zusätzliche Überströmzeit und damit den Vorteil, daß dieser Motor bei sehr viel höheren Drehzahlen be-

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trieben werden kann als der Motornnach den Fig. 1-6.

Den Öffnungsphasen des Neben-Einström-Kanals 52 entsprechen in der Fig. 8 die Pfeile 59 und 61, den Öffnungsphasen des zweiten Überströmkanals 56 die Pfeile 62 und 63. Man erkennt anhand der Fig. 8 unmittelbar, daß die Gefahr einer Überlappung der Öffnungszeiten des Einströmkanals und des Überströmkanals auch dann ausgeschlossen ist, wenn sich wegen geringsfügiger Druckschwankungen entsprechende Änderungen der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Flatterventile 57 und 58 ergeben sollten.

Ebenso erkennt man, daß die Öffnungsphasen 59 und 61 des Nebeneinströmkanals 52 gegenüber den Öffnungsphasen 62 und 63 des zweiten Überströmkanals 56 im Diagramm der Fig. 8 um 90 gegeneinander versetzt sind, was bei der gewählten Art der Darstellung aber einer halben oder 180°-Drehung der Kurbelwelle 16 entspricht. Es ist daher möglich, zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten des Neben-Einströmkanals 52 und des zweiten Überströmkanals 56 eine gemäß der Fig. 9 aufgebaute Drehschiebersteuerung zu verwenden, bei der eine einzige Öffnung 64 des Kurbelgehäuses 14 sowohl als zweite Einströmöffnung für den Neben-Überströmkanal 52 als auch als Überströmöffnung für den zweiten Überströmkanal 56 ausgenutzt ist. Diese Öffnung 64 mündet in eine Lagerbohrung 66 des Kurbelgehäuses 14, in der ein Kreiszylindrischer Drehschieber um eine

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sz

zur Achse der Kurbelwelle 16 parallele Achse 68 gasdicht drehbar gelagert ist. Die Endabschnitte 69 bzw. 71 des Neben-Einströmkanals 52 bzw. des zweiten Überströmkanals 56 sind symmetrisch zur rechtwinklig zur Kurbelwellenachse verlaufenden Mittelebene 72 des Kurbelgehäuses 14 an die Lagerbohrung 66 herangeführt, derart, daß ihre zentralen Achsen und die zentrale Achse der Öffnung 64 des Kurbelgehäuses in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei diese Öffnung 64 und die Mündungsöffnungen 73 bzw. 74 des Neben-Einströmkanals 52 bzw. des zweiten Überströmkanals 56 einander, bezogen auf die Drehachse 68 des Drehschiebers 66 einander diametral gegenüberliegen. Der Drehschieber weist zwei schräg zu seiner Drehachse 68 verlaufende parallele Durchgangsbohrungen 73 und 74 auf, deren Neigung bezüglich der Drehachse 68 des Drehschiebers und entlang dieser Achse gemessener Abstand so bemessen ist, daß sie im Verlauf der Drehbewegung des Drehschiebers abwechselnd, d.h. jeweils nach einer halben Umdrehung des Drehschiebers 66, den Neben-Einströmkanal 52 oder den zweiten Überströmkanal 56 kommunizierend mit der Öffnung 64 des Kurbelgehäuses 14 verbinden. Um die aus Fig. 8 ersichtlichen Öffnungsphasen des Neben-Einströmkanals und des zweiten Überströmkanals 56 zu erreichen, muß sich dann der Drehschieber 67 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit drehen wie die Kurbelwelle 16. Die Rotationsbewegung des Drehschiebers kann daher mit Hilfe eines einfach aufgebauten 1/1-Steuergetriebes von der Rotationsbewegung der

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Kurbelwelle 16 abgeleitet werden. Gegebenenfalls erforderliche unterschiedliche Öffnungszeiten des Neben-Einströmkanals 52 und des zweiten Überströmkanals 56 lassen sich durch unterschiedliche Wahl der lichten Durchmesser der Durchgangsbohrungen 73 und 74 und/oder der lichten Querschnitte der Endabschnitte 69 bzw. 71 des Neben-Einströmkanals 52 bzw. des zweiten Überstrom— kanals 56 realisieren. Strömungstechnisch ist es günstig, wenn die Endabschnitte 69 bzw. 71 des Neben— Einström— kanals 52 bzw. des zweiten Überströmkanals 56 dieselben lichten Querschnitte aufweisen wie die Durchgangs— bohrungen 73 bzw. 74 des Drehschiebers 67 und wenn die zentralen Achsen dieser Endabschnitte mit den zentralen Achsen der Durchgangsbohrungen 73 bzw. 74 gerade zusammenfallen, wenn die kommunizierende Verbindung mit dem Kurbelgehäuse 14 hergestellt ist.

Der erfindungsgemäße Motor kombiniert das Vier-Takt-Arbeitsprinzip mit der bei Zwei—Takt-Motoren ausgenutzten Art der Kraftstoff—Einspeisung und stellt insofern eine echte Kombination dieser beiden Motor— Konstruktionen dar. Er kann sowohl als Benzinmotor, aber auch als Dieselmotor gebaut werden. Zur Steuerung der gegebenenfalls vorhandenen Neten-Einströmkanäle und der zweiten Überströmkanäle können auch in Verbindung mit diesen getrennte Drehschieber vorgesehen sein, die mit der halben Umdrehungszahl der Kurbelwelle angetrieben sind und mit einer geeigneten Phasenverschiebung arbeiten, wobei die Öffnungszeiten durch geeignete Wahl der Durchmesser der Durchgangsbohrungen der Drehschieber und/oder der Durchmesser der Einström- und/oder Überströmöffnungen einstellbar sind. Dies gilt selbstverständlich auch für einen Motor mit einer Steuerung gemäß der Fig. 9. Wenn die Ein- und Überströmöffnungen an einer flachen Wand des Kurbelgehäuses

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einmünden, so können auch vor dieser Wand rotierende sektorförmige Flachschieber zur Steuerung verwendet werden, die mit einem sich über mehr als 180 erstreckenden Sektor oder mit mehreren Sektorflügeln versehen sind, wobei sich auch durch geeignete Wahl der Umdrehungsgeschwindigkeiten solcher Flachschieber die erforderlichen Öffnungszeiten etwa gemäß Fig. 8 erzielen lassen.

Die Leistung des erfindungsgemäßen Motors läßt sich mit einfachen Mitteln dadurch noch weiter steigern, daß zusätzlich zu dem die Kurbelgehäuse-Pumpe und den durch das erste Einlaßventil 23 gesteuerten Überströmkanal 33 mit dem Windkessel 37 umfassenden, mit Vorkompression des Kraftstoff-Luft-Gemisches arbeitenden Kraftstoff-Speise-System ein weiteres, jedoch in üblicher Weise aufgebautes, mit einem Vergaser oder einer Einspritzpumpe versehenes Kraftstoff-Speise-System vorgesehen ist, bei dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch unter dem herrschenden Außendruck in den Zylinder einströmt. Die Kraftstoff-Luft-Gemisch-Einspeisung erfolgt dann über mindestens ein weiteres Einlaßventil, das in üblicher Weise durch Nocken gesteuert ist. Die Steuerzeiten für die beiden Einlaßventile werden dann so gewählt, daß während des Ansaughubes des Arbeitskolbens 12 zuerst das zweite Einlaßventil öffnet, so daß zunächst durch dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch in der bei Vier-Takt-Motoren üblichen Weise angesaugt wird. Solange sich der Arbeitskolben 12 hierbei von seinem oberen Totpunkt aus nach unten bewegt, bleibt das erste Einlaßventil, das den Überströmkanal 33 absperrt, geschlossen. Erst von einer Zwischenstellung des Arbeitskolbens 12 zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt an öffnet das erste Einlaßventil 23, so daß

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vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder einströmen kann. Etwa gleichzeitig mit dem Öffnen des ersten Einlaßventiles 23, d.h. noch bevor der Druck im Zylinder größer wird als der Außendruck schließt das zweite Einlaßventil. Das erste Einlaßventil bleibt dann bis zum Ende des Ansaughubes offen, bis der Druckausgleich zwischen dem Windkessel 37 und dem Zylinder stattgefunden hat. Dabei erreicht man im Vergleich zu einer lediglich über den Überströmkanal 33 erfolgenden Kraftstoff-Luft-Gemisch-Einspeisung einen noch höheren Kraftstoff-Luft-Gemisch-Ausgangsdruck im Zylinder, bevor der Kompressionshub des Arbeitskolbens 12 beginnt und damit auch eine entsprechende Leistungssteigerung. Hierbei ist es günstig, möglichst viel Kraftstoff-Luft-Gemisch über das "normale" Ansaugsystem einzuspeisen, bevor über das den Überströmkanal 33 umfassende Kraftstoff-Speise-System der zur Erreichung eines möglichst hohen Ausgangsdruckes im Zylinder erforderliche restliche Kraftstoff-Luft-Gemisch-Anteil eingespeist wird. Hierbei versteht es sich, daß bei relativ langsam laufenden Motoren die Öffnungszeit des zweiten Einlaßventils, und damit auch der ira. oberen .,...· Totpunkt beginnende erste Teilhub des Arbeitskolbens 12, in dessen Verlauf das Kraftstoff-Luft-Gemisch "angesaugt" wird, erheblich größer sein kann als die Öffnungszeit des ersten Einlaßventils 23 bzw. der etwa im unteren Totpunkt endende zweite Teilhub des Ansaughubes des Arbeitskolbens 12, während bei höheren Drehzahlen etwa gleiche Öffnungszeiten der beiden Einlaßventile erforderlich sind, damit der Druckausgleich zwischen dem Windkessel 37 und dem Zylinder stattfinden kann. Die günstigsten Bedingungen köneen von Fall zu Fall und je nach Dimensionierung des Motors durch Versuche leicht bestimmt werden. Es versteht sich auch, daß bei Hochleistungsmotoren gegebenenfalls zwei oder sogar drei zusätzliche Einlaßventile vorgesehen.

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sein können, um besonders günstige Einströmverhältnisse zu erzielen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Jl.jvier—Takt—Motor mit mindestens einem über ein Kur- ^"^ belgehäuse aufladbaren Zylinder, dem mindestens im Verlauf des Ansaughubes des Arbeitskolbens über einen mit dem Kurbelgehäuse und dem Zylinder kommunizierenden Überströmkanal ein mittels der in den Überströmkanal und in ein Vorratsvolumen arbeitenden Kurbelgehäuse—Pumpe vorverdichtetes Kraftstoff-Luft—Gemisch zuführbar ist, wobei das Kraftstoff—Luft-Gemisch dem Kurbelgehäuse über mindestens einen Einströmkanal zugeführt ist, dessen Mündungsöffnung gesteuert absperrbar ist, sobald der Kompressionshub der Kurbelgehäuse-Pumpe einsetzt und freigebbar ist, sobald der Ansaughub der Kurbelgehäuse-Pumpe einsetzt, und wobei der Überströmkanal eine im Bereich der Zylinderbohrung angeordnete Überströmöffnung aufweist, die im Verlauf des Durchgangs des Arbeitskolbens durch seinen kurbelwellennahen Totpunkt offen und sonst durch das Kolbenhemd verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   der Überströmkanal (33) von der Überströmöffnung (32) der Zylinderbohrung (13) ausgehend zu der mit dem Einlaßventil (23) des Zylinders in üblicher Weise gesteuert freigegebenen oder absperrbaren Einlaßöffnung (34) des Zylinderkopfes führt, das der Arbeitskolben (12) als Fensterkolben ausgebildet ist, dessen Fenster (26) im kurbelwellennahen Tot— .. punkt etwa deckungsgleich mit der Übet Strömöffnung (32)

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   ORK3/NAL INSPECTED

   des Überströmkanals (33) angeordnet ist, und daß das Vorratsvolumen als eine windkesselartige Erweiterung (37) des Überströmkanals (33) ausgebildet ist, dessen effektives Gesamtvolumen ungefähr gleich dem Hubraumvolumen des Arbeitskolbens (12) ist und daß das Verdichtungsverhältnis der Kurbelgehäusepumpe mindestens 2/1 ist und vorzugsweise zwischen 2,3/1 und 3/1 beträgt.

   2. Vier—Takt-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Einströmkanal (31) mindestens einen ersten in die Zylinderbohrung (13) mündenden Zweig aufweist, dessen Mündungsöffnung (29) in einer solchen Entfernung vom Kurbelgehäuse (14) bzw. dem Zylinderkopf (22) angeordnet ist, daß sie während des Durchgangs des Kolbens durch seinen kurbelwellen— fernen Totpunkt offen und während der weiteren Hin— und Herbewegung des Kolbens durch dessen Kolbenhemd (27) verschlossen ist.

   3. Vier-Takt-Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Mündungsöffnung (29) des durch den Kolben (12) absperrbaren Zweiges des Einströmkanals (31) als ein sich über einen mindestens 30 Winkelgrade längs des Umfangs der Zylinderbohrung (13) erstreckender Einlaßschlitz ausgebildet ist, dessen Mittelebene rechtwinklig zur geometrischen Längsachse (40) der Zylinderbohrung (13) verläuft.

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   4. Vier—Takt—Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Kurbelgehäusepumpe (12, 13, 14, 29, 31) eine kontinuierlich arbeitende, Kraftstoff—Luft—Gemisch oder Luft in das Kurbelgehäuse (14) fördernde Pumpe vorgesehen ist.

   5. Vier—Takt—Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmkanal (31) mindestens einen zweiten, in das Kurbelgehäuse (14) mündenden Zweig (52) aufweist, dessen Mündungsöffnung (53) während des Kompressionshubes der Kurbelgehäusepumpe mittels einer Druck- und/oder Hubweg-gesteuerten Absperrvorrichtung verschließbar ist.

   6. Vier-Takt—Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (33, 37) einen vom Kurbelgehäuse (14) zum WindkesffiL (37) führenden zweiten Zweig (56) aufweist, der mittels einer druck- und/oder Tiubgesteuerten Absperrvorrichtung ver-" schließbar ist, die den zweiten Zweig (56) während des Ansaughubes der Kurbelgehäusepumpe geschlossen und im wesentlichen während des gesamten Kompressionshubes der Kurbelgehäusepumpe offen hält.

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   7. Vier-Takt—Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung für den zweiten Zweig (56) des Überströmkanals (33) und den in das Kurbelgehäuse (14) mündenden zweiten Zweig (52) des Ein— strömkanals (31) ein synchron mit der Kurbelwelle rotierender Drehschieber (67) mit zwei parallel und schräg zu seiner Drehachse (68) verlaufenden Durchgangsbohrungen (73, 74) ist, die alternierend Endabschnitte (69, 71) des zweiten Einström-Kanals (52) und des zweiten Überström-Kanals (56) mit einer gemeinsamen Mündungsöffnung (64) des Kurbelgehäuses (14) kommunizierend verbinden.

   8. Vier-Takt-Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Durchmesser der beiden Bohrungen (73, 74) des Drehschiebers (67) und/oder die Querschnitte der Mündungsöffnungen des zweiten Überströmkanals (56) und des in das Kurbelgehäuse (14) mündenden Zweiges (52) des Einströmkanals (31) verschieden sind.

   9. Vier—Takt-Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Absperrvorrichtungen für den in das Kurbelgehäuse (14) mündenden Zweig (52) des Einströmkanals (31) und/oder den zweiten Zweig (56) des Überströmkanals (33) Flatterventile (57, 58) sind.

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   10. Vier-Takt—Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit gerader Zylinderzahl, dadurch gekennzeichnet,

   daß jeweils zwei Arbeitskolben (12), die dieselbe. Hubbewegung ausführen, derart, daß der eine Kolben den Kompressionshub bzw. Auspuffhub und der andere den Auspuff- bzw. Arbeitshub ausführt, nebeneinander angeordnet und mit einer gemeinsamen Kurbelgehäuse-Kammer versehen sind, die gegen die angrenzende(n)

   Kurbelgehäuse-Kammer(n) der weiteren Zylinder— paare dicht abgeschlossen ist.

   11. Vier-Takt-Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

   daß für je ein Zylinderpaar ein gemeinsamer Windkessel (37) vorgesehen ist.

   .12. Vier—Takt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-9 mit ungerader Zylinderzahl, dadurch gekennzeichnet,

   daß jedem Zylinder eine Kurbelgehäuse-Kammer zugeordnet ist, die gegen die weiteren Kurbelgehäuse-Kammern dicht abgeschlossen ist, und das die den einzelnen Kurbelgehäuse-Kammern entsprechenden Kurbelgehäuse-Teilpumpen in einen gemeinsamen Windkessel arbeiten.

   13. Vier-Takt-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem den Überströmkanal (33) freigebenden bzw. sperrenden ersten Einlaßventil (23) mindestens ein weiteres Einlaßventil zur Einspeisung von Kraftstoff-Luftgemisch in den Zylinder vorgesehen ist, das unter dem normalen Umgebungsdruck in den Zylinder einströmt,

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   daß das weitere Einlaßventil während eines ersten, etwa vom oberen Totpunkt des Arbeitskolbens (12) bis in eine Stellung zwischen dem oberen und unteren Totpunkt führenden Teilhubes des Ansaughubes geöffnet und während des zweiten, von der Zwischenstellung bis etwa zum unteren Totpunkt des Arbeitskolbens (12) führenden Teilhubes geschlossen ist, und daß das erste Einlaßventil (23), abgesehen von kurzen Überschneidungen der Öffnungszeiten, während des ersten Teilhubes geschlossen und während des zweiten Teilhubes geöffnet ist.

   14. Vier-Takt-Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Hubwege des ersten Teilhubes und des zweiten Teilhubes mindestens 1:1 und vorzugsweise zwischen 1,5:1 und 3:1 beträgt.

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