DE3323740A1

DE3323740A1 - Internal combustion engine and method for its operation

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Publication number: DE3323740A1
Application number: DE19833323740
Authority: DE
Inventors: Hubert 8070 Ingolstadt Leitmeyr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1983-07-01
Publication date: 1985-02-07

Abstract

The invention relates to an internal combustion engine and a method for its operation. In the internal combustion engine (1), a piston (4) functions in both directions, and a crank casing (5) is connected by way of an overflow duct (17) to a combustion chamber (11). Through the crank casing (5), air is drawn in by way of an inlet port (14) at each second stroke, which air is first enclosed, compressed in the overflow duct (17), and on the compression stroke flows into the combustion chamber, a volume correspondingly to the piston stroke then again being conveyed through the overflow duct (17) into the combustion chamber (11) by the then descending cylinder. This measure increases the charging of the combustion chamber (11) and thereby improves the power and efficiency of the internal combustion engine(1). <IMAGE>

Description

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EUROPEAN PATENTATTORNEYEUROPEAN PATENTATTORNEY

Fauststraße 30Fauststrasse 30

^Herr D-8070 Ingolstadt ^Mr. D-8070 Ingolstadt

Hubert LeitmeyrHubert Leitmeyr

SchrBplerstr.40 TeIe₁On(OS₄₁₁₇₂^₂ SchrBplerstr.40 Part ₁ On (OS ₄₁₁₇₂ ^ ₂

^c Telegramm neupat Ingolstadt ^c Telegram neupat Ingolstadt

8070 ingolstadt Telex 5 5809 nepa d 8070 ingolstadt Telex 5 5809 nepa d

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Brennkraftmaschine und Verfahren zu ihrem Betrieb Internal combustion engine and method for its operation

Brennkraftmaschinen sind Wärmekraftmaschinen, bei denen in einem Zylinder durch Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches ein Kolben bewegt und so über diesen Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Die bekanntesten und am meisten eingesetzten Brennkraftmaschinen sind der Ottomotor und der Dieselmotor, die im Viertaktbetrieb (Zündung jeden zweiten Kolbenhub) und im Zweitaktbetrieb (Zündung bei jedem Kolbenhub) verwendet werden. Eine bekannte, jedoch in der Praxis wenig eingeführte Brennkraftmaschine ist der Wankelmotor.Internal combustion engines are heat engines in which a fuel-air mixture is burned in a cylinder a piston moves and is converted into mechanical energy via this heat energy. the The best known and most widely used internal combustion engines are the Otto engine and the diesel engine, which are im Four-stroke operation (ignition every second piston stroke) and used in two-stroke operation (ignition on every piston stroke) will. A well-known internal combustion engine that has not been widely used in practice is the rotary engine.

Die vorgenannten Brennkraftmaschinen haben einen relativ geringen Wirkungsgrad. Bei Kraftfahrzeugen wird voraussichtlich auch auf längere Sicht die Brennkraftmaschine als Antrieb nicht zu ersetzen sein. Wegen der natürlichen Begrenzung der Ölreserven und damit der Kraftstoffreserven stellt sich somit ganz allgemein die Forderung, Energie aus Öl einzusparen bzw. den Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen zu erhöhen.The aforementioned internal combustion engines have a relatively low level of efficiency. In the case of motor vehicles, it is expected even in the long term, the internal combustion engine cannot be replaced as a drive. Because of the natural Limitation of the oil reserves and thus the fuel reserves is therefore generally the requirement that Saving energy from oil or increasing the efficiency of internal combustion engines.

Da der wirkungsgrad und die Leistung einer Brennkraftmaschine mit einer höheren Ladung der Zylinder-Kolben-Einheit steigen, sind bereits eine Reihe von Maßnahmen bekannt, die auf eine höhere Ladung abzielen.Because the efficiency and the performance of an internal combustion engine A number of measures are already in place to increase with a higher charge of the cylinder-piston unit known that aim at a higher charge.

Eine bekannte, zur Zeit in Kraftfahrzeugen eingesetzte Maßnahme ist der sog. Abgas-Turbo-Lader. Dabei wird von den von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgasen eine Ladeturbine angetrieben, die mit einem angeschlosse-A known measure currently used in motor vehicles is the so-called exhaust gas turbo charger. This is done by the exhaust gases emitted by the internal combustion engine are driven by a charging turbine, which is connected to a

IQ nen Pumpenschaufelrad den Ladedruck und damit die Menge des Kraftstoff-Luftgemisches im Zylinder während des Ansaugtaktes erhöht. Dieses System enthält eine Reihe von Nachteilen. Die Ladeturbine ist wegen der hohen Abgastemperaturen einer starken Hitzebelastung und starken IQ nen pump impeller increases the boost pressure and thus the amount of fuel-air mixture in the cylinder during the intake stroke. This system has a number of disadvantages. Because of the high exhaust gas temperatures, the charging turbine is subject to strong heat loads and strong

IQ Temperaturschwankungen ausgesetzt. Trotzdem nunmehr Materialien zur Verfügung stehen, insbesondere Keramikteile oder keramikbeschichtete Teile, die diese Hitzebelastungen aushalten - - und überstehen, ist die Abgas-Ladeturbine ein störanfälliges Bauteil geblieben, das im Vergleich zur übrigen Brennkraftmaschine eine geringere Lebensdauer aufweist. Die Abgas-Ladeturbine ist wegen ihrer komplizierten und aufwendigen Fertigung zudem ein. sehr teueres Bauteil, das meist nur in relativ teueren Kraftfahrzeugen zu deren Leistungssteigerung eingesetzt wird. Ein weiterer gravierender Nachteil des Systems liegt darin, daß bei geringen Drehzahlen zu wenig Abgas durch die Turbine strömt, um eine genügend hohe Turbinendrehzahl zur Erhöhung des Ladedrucks zu erzeugen. Das bedeutet, daß bei niedrigen Drehzahlen die Ladung des Zylinders im wesentlichen der eines üblichen Vergasermotors entspricht und die Leistung der Brennkraftmaschine im Vergleich zum "Turbo-Betrieb" bei höheren Drehzahlen gering ist. Dies hat zur Folge, daß ein so ausgerüstetes Kraftfahrzeug beim Anfahren und insgesamt im unteren Drehzahlbereich sehr träge ist. Ein weiteres Problem dieses Systems liegt darin, daß die leistungssteigernde Turbowirkung bei einer bestimmten höheren Drehzahl sehr IQ exposed to temperature fluctuations. In spite of the fact that materials are now available, in particular ceramic parts or ceramic-coated parts, which can withstand and withstand these heat loads, the exhaust gas turbocharger has remained a failure-prone component that has a shorter service life than the rest of the internal combustion engine. The exhaust gas charging turbine is also a because of its complicated and expensive manufacture . very expensive component that is usually only used in relatively expensive motor vehicles to increase their performance. Another serious disadvantage of the system is that, at low speeds, too little exhaust gas flows through the turbine to generate a turbine speed that is high enough to increase the boost pressure. This means that at low speeds the cylinder charge essentially corresponds to that of a conventional carburetor engine and the performance of the internal combustion engine is low compared to "turbo mode" at higher speeds. As a result, a motor vehicle equipped in this way is very sluggish when starting up and overall in the lower speed range. Another problem with this system is that the performance-increasing turbo effect is very much at a certain higher speed

plötzlich einsetzt (Turboschlag). Beispielsweise wird beim Beschleunigen mit einer bestimmten Gaspedalstellung aus einem niederen Drehzahlbereich nach dem überschreiten der kritischen Turbodrehzahl die Beschleunigung stark erhöht. Für einen weniger geübten Durchschnittsfahrer können somit gefährliche Fahrzustände auftreten, insbesondere kann er bei Kurvenfahrten die Beherrschung über das Fahrzeug verlieren. Es sind daher Ladedruck-Kontrollanzeiger am Armaturenbrett dieser Kraftfahrzeuge angebracht, die das Einsetzen der Turbowirkung anzeigen, die beachtet werden müssen und einen Fahrer zusätzlich belasten oder vom Verkehrsgeschehen ablenken können.starts suddenly (turbo blow). For example, when accelerating with a certain accelerator pedal position from a lower speed range after the critical turbo speed has been exceeded, the acceleration is strong elevated. For a less experienced average driver dangerous driving conditions can thus occur, in particular he can lose control of the vehicle when cornering. They are therefore boost pressure control indicators mounted on the dashboard of these motor vehicles, indicating the onset of turbo action, the must be observed and can add to the burden or distract a driver from the traffic situation.

Ein anderes bekanntes Ladesystem besteht darin, daß eine Ladeturbine über die Kurbelwelle ständig zwangsangetrieben wird. Auch hier ist der Ladeeffekt bei niedrigen Drehzahlen nur gering.Another known charging system is that a charging turbine is constantly forcibly driven via the crankshaft will. Here, too, the charging effect is only slight at low speeds.

Eine weitere bekannte Ausführung des Ladesystems enthält eine Ladeturbine, die unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine durch einen separaten Elektromotor über die Batterie und Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Er wird zwar bei entsprechend hoher Drehzahl des Elektromotors auch bei niederen Drehzahlen der Brennkraftmaschine bereits ein hoher Ladedruck erreicht, insgesamt gesehen wird jedoch der elektrische Energiehaushalt stark belastet und die Anordnung ist relativ aufwendig und teuer.Another known embodiment of the charging system includes a charging turbine that is independent of the speed of the Internal combustion engine by a separate electric motor via the battery and alternator of the motor vehicle is driven. It is true at a correspondingly high speed of the electric motor even at low speeds the internal combustion engine has already reached a high boost pressure, but overall the electric Energy budget heavily loaded and the arrangement is relatively complex and expensive.

Eine weitere aufwendige Lademöglichkeit wurde insbesondere in früheren Rennmotoren eingebaut. Dort wurde von der Kurbelwelle einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eine Zylinder-Kolben-Einheit als Lade-Kolbenpumpe mitbewegt. Eine solche Ausführung führt zwar zu einem ständig gleichbleibend hohem Ladedruck, ist jedoch für eine Brennkraftmaschine eines Serienfahrzeugs zu aufwendig und zu teuer.Another elaborate charging option was built into earlier racing engines in particular. There was from the Crankshaft of a multi-cylinder internal combustion engine moves a cylinder-piston unit as a charging piston pump. Such a design leads to a constantly high boost pressure, but is for an internal combustion engine of a series vehicle too complex and too expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Brennkraftmaschine mit einer einfachen Möglichkeit zur Erhöhung der Ladung und ein Verfahren zum Betrieb dieser Brennkraftmaschine vorzuschlagen.In contrast, the object of the invention is to provide an internal combustion engine with a simple way of increasing the charge and a method of operating this Propose internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed in a generic internal combustion engine solved with the characterizing features of claim 1.

Gemäß Anspruch 1 soll vom Kurbelgehäuse ein Kanal zum Brennraum des Zylinders führen. Weiter soll das Kurbelgehäuse eine Einlaßöffnung für Umgebungsluft aufweisen. Die Einlaßöffnung und Auslaßöffnung des Kurbelgehäuses sollen mit auf- und zusteuerbaren Ventilen versehen sein.According to claim 1, a duct should lead from the crankcase to the combustion chamber of the cylinder. Next is the crankcase have an inlet opening for ambient air. The inlet port and outlet port of the crankcase should be provided with valves that can be opened and closed.

Weiter sollen die Einlaß- und Auslaßöffnung des Brennraums mit Hilfe von Ventilen geöffnet oder geschlossen werden können.The inlet and outlet openings of the combustion chamber should also be used can be opened or closed with the help of valves.

Mit dieser Anordnung ist es bei geeigneter Steuerung und Synchronisation der Ventile (siehe Anspruch 9) möglich/ die Ladung des Zylinders bzw. den Ladedruck, im Vergleich zu einem Vergasermotor, zu erhöhen. Dazu werden im Arbeitstakt die Brennraumventile geschlossen. Am Kurbelgehäuse ist das Kurbelgehäuseeinlaßventil geschlossen und das Kurbelgehäuseauslaßventil zum Überströmkanal geöffnet. Wenn im Arbeitstakt der Kolben nach unten geht, wird der Druck im Kurbelgehäuse erhöht und komprimierte Luft in den zum Brennraum hin geschlossenen überströmkanal gepreßt. Im Ausschubtakt, wenn der Kolben wieder nach oben geht, wird der überströmkanal an beiden Seiten verschlossen, wodurch die darin enthaltene komprimierte Luft eingeschlossen ist. Dabei sind in üblicher Weise das Brennraumauslaßventil geöffnet und zugleich das Kurbelgehäuseeinlaßventil ebenfalls geöffnet, wodurch Umgebungsluft unter den Kolben gesaugt wird.With this arrangement it is possible with suitable control and synchronization of the valves (see claim 9) / to increase the charge of the cylinder or the boost pressure, compared to a carburetor engine. To do this, in the work cycle the combustion chamber valves are closed. The crankcase inlet valve on the crankcase is closed and the crankcase outlet valve to the transfer passage opened. When the piston goes down in the work stroke, the pressure in the crankcase is increased and compressed Air is pressed into the overflow channel that is closed towards the combustion chamber. In the extension stroke when the piston is back goes up, the overflow channel is closed on both sides, whereby the contained therein compressed Air is trapped. The combustion chamber outlet valve and the crankcase inlet valve are opened in the usual way also opened, sucking ambient air under the piston.

Beim anschließenden Ansaugtakt wird das Brennraumeinlaßventil geöffnet, wodurch die im überströmkanal enthaltene During the subsequent intake stroke, the combustion chamber inlet valve is opened, which means that the pressure contained in the overflow duct

komprimierte Luft in den Brennraum gelangt. Zugleich oder zeitlich etwas später wird bei geschlossenem Brennraumauslaßventil und geschlossenem Kurbelgehäuse-Einlaßventil das Kurbelgehäuse-Auslaßventil geöffnet. Dadurch wird die vorher unter den Kolben gesaugte Luft wieder komprimiert bzw. in komprimierter Form durch den überströmkanal in den Brennraum über den Kolben befördert. Wenn der Kolben im Ansaugtakt an seinem unteren Totpunkt angelangt ist, ist daher das Volumen im oberen Kolbenhubraum bereits •j^Q vorverdichtet, da in etwa das Volumen zweier Ansaughübe nun enthalten ist; als erstes das Volumen der eingeschlossenen, komprimierten Luft und als zweites eine Nachverdichtung während des Ansaugtaktes.compressed air enters the combustion chamber. At the same time or a little later when the combustion chamber outlet valve is closed and the crankcase inlet valve is closed, the crankcase outlet valve is opened. This will make the Air previously sucked under the piston is compressed again or in compressed form through the overflow channel in conveyed the combustion chamber over the piston. When the piston has reached its bottom dead center in the intake stroke, the volume in the upper piston displacement is therefore already pre-compressed, since it is roughly the volume of two intake strokes is now included; first the volume of trapped compressed air and second one Recompression during the intake stroke.

^5 Nun erfolgt in üblicher Weise die Verdichtung bei geschlossenen Brennraumventilen, wobei das Kurbelgehäuse-Einlaßventil geöffnet ist und dadurch wieder Luft von der Unterseite des doppelwirkenden Kolbens angesaugt wird. Nach dem Verdichtungstakt findet die Verbrennung im weiter oben beschriebenen Arbeitstakt statt, so daß der Motor zyklisch weiterläuft. In einer bevorzugten und zweckmäßigen Ausführung wird durch das Kurbelgehäuse in den überströmkanal lediglich Luft befördert. Die Kraftstoffzufuhr zur Erzeugung eines brennfähigen Kraftstoff-Luftgemisches soll durch eine an sich bekannte Direkteinspritzung in den Brennraum erfolgen. Es wäre jedoch auch denkbar, den Kraftstoff bereits im Überströmkanal oder in einer Vor- oder Wirbelkammer, die dem Brennraum vorgelagert ist, zuzuführen.^ 5 Now the compression takes place in the usual way with the closed Combustion chamber valves, whereby the crankcase inlet valve is open and thus again air from the underside of the double-acting piston is sucked in. The combustion takes place after the compression stroke in the work cycle described above, so that the motor continues to run cyclically. In a preferred and expedient embodiment, the crankcase Only air is conveyed into the overflow duct. The fuel supply for generating a combustible fuel-air mixture should take place by a known direct injection into the combustion chamber. It would be however, it is also conceivable that the fuel is already in the overflow duct or in an antechamber or vortex chamber that is upstream of the combustion chamber.

Die beschriebene Brennkraftmaschine kann entweder als Dieselmotor (Selbstzünder) oder als Ottomotor (Fremdzünder) mit separater Zündanlage betrieben werden. Bei beiden Motortypen werden durch die erhöhte Ladung die Leistung und der Wirkungsgrad erhöht.The internal combustion engine described can either be used as a diesel engine (compression ignition) or as a gasoline engine (external ignition) be operated with a separate ignition system. With both types of motor, the increased charge increases the Performance and efficiency increased.

Die Ventilsteuerung und Synchronisation kann durch eine übliche Zwangssteuerung erfolgen, beispielsweise überThe valve control and synchronization can take place by a customary forced control, for example via

eine von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle. Als Ventile können die üblichen Tellerventile verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar, gesteuerte Drehschieber einzusetzen. a camshaft driven by the crankshaft. The usual poppet valves can be used as valves. However, it is also conceivable to use controlled rotary valves.

Mit der dargestellten Anordnung werden die Leistung und der Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine vorteilhaft erhöht. Durch die Kompressionsarbeit für die Luft unter dem Kolben im Arbeitstakt wird zwar der Kolben etwas abgebremst, bei der Entspannung der komprimierten Luft aus dem Überströmkanal während des Ansaugtakts wird jedoch ein Großteil der in der komprimierten Luft gespeicherten Energie wieder an den Kolben zu dessen Beschleunigung abgegeben. Insges-amt gesehen ist somit, insbesondere bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, nur wenig Energie auf die Kompression im überströmkanal verwendet. Durch die Leistungssteigerung und Verbesserung des Wirkungsgrades fällt die Kompressionsenergie kaum ins Gewicht. With the arrangement shown, the power and the efficiency of an internal combustion engine are advantageous elevated. Due to the compression work for the air under the piston in the work cycle, the piston is braked a little, however, when the compressed air is released from the transfer duct during the intake stroke Much of the energy stored in the compressed air is returned to the piston to accelerate it submitted. All in all, it is, in particular, at a multi-cylinder internal combustion engine, only little energy is used for the compression in the overflow channel. Due to the increase in performance and the improvement in efficiency, the compression energy is hardly significant.

In Anspruch 2 wird vorgeschlagen, den überströmkanal außerhalb und im Abstand zur Zylinderaußenwand anzubringen. Damit soll eine lokale Abkühlung am Zylinder im Bereich des Kanals verhindert werden, da durch den Kanal relativ kühle Luft angesaugt wird und dieser als Kühlelement bei direkter Verbindung mit der Zylinderwand wirken kann.In claim 2 it is proposed to attach the overflow channel outside and at a distance from the cylinder outer wall. This is to prevent local cooling on the cylinder in the area of the canal, as through the Channel relatively cool air is sucked in and this as a cooling element when directly connected to the cylinder wall can work.

Gemäß Anspruch 3 soll das Kurbelgehäuse kein Schmiermittel, insbesondere kein öl, enthalten und die Pleuel- und Kurbellager seibstsehmierende Kugel- oder Walzenlager sein. Zudem soll die Zylinderinnenwand eine Beschichtung aus hitzebeständigem Kunststoff tragen. Mit diesen Merkmalen wird erreicht, daß der Kolben als doppelwirkender Kolben ohne Probleme mit Schmierölen verwendet werden kann.According to claim 3, the crankcase should not contain any lubricant, in particular no oil, and the connecting rod and crank bearings are self-contained ball or roller bearings be. In addition, the inner wall of the cylinder should have a coating made of heat-resistant plastic. With these characteristics it is achieved that the piston can be used as a double-acting piston without problems with lubricating oils can.

Nach Anspruch 4 sollen für den Kurbeltrieb Kurbelscheiben verwendet werden, die das Kurbelgehäuse möglichst weitgehend ausfüllen. Damit wird erreicht, daß möglichst viel Luftvolumen unter dem Kolben in den Überströmkanal gepreßt wird und nicht lediglich ein größeres Luftvolumen im Kurbelgehäuse in jedem zweiten Takt etwas verdichtet wird, ohne daß stark komprimierte Luft in den überströmkanal gelangt. Durch die Dimensionierung des im Kurbelgehäuse verbleibenden Rest-Luftvolumens und das Volumen des Überströmkanal kann das Ladevolumen geändert und in gewünschter Weise gewählt werden.According to claim 4 crank disks are to be used for the crank drive, which the crankcase as much as possible to complete. This ensures that as much air volume as possible is pressed into the overflow channel under the piston and not just a larger volume of air in the crankcase is compressed a little in every second stroke, without highly compressed air getting into the overflow duct. By dimensioning the in the crankcase remaining air volume and the volume of the overflow duct the loading volume can be changed and selected as required.

Gemäß Anspruch 5 soll der Kolben nur einen Kolbenring tragen. Dadurch wird die Kolbenreibung gering gehalten, was zu einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrades beiträgt. Da gemäß Anspruch 3 keine Schmieröle verwendet werden sollen, sind Kolbenringe, die als Ölabstreifringe verwendet werden, hier nicht nötig, so daß mit nur einem Kolbenring gearbeitet werden kann.According to claim 5, the piston should only carry one piston ring. This keeps the piston friction low, which contributes to a further increase in efficiency. Since according to claim 3 no lubricating oils are used are piston rings that are used as oil control rings are used, not necessary here, so that only one piston ring can be used.

Anspruch 6 gibt eine zweckmäßige Ausgestaltung des Kolbens wieder. Dabei soll die Unterseite des Kolbens zum Kurbelgehäuse hin durch eine Kolbenabdeckung verschlossen sein. Die Kolbenabdeckung muß dabei so nach innen gezogen sein, daß der mittlere Teil des Kolbenbolzens zur Befestigung des Pleuels frei bleibt. Damit wird erreicht, daß das Rest-Luftvolumen unter dem Kolben an seiner unteren Totpunktlage klein ist, d. h. daß durch die Abwärtsbewegung des Kolbens ein Großteil des verdrängten Luftvolumens in den Überströmkanal gepreßt wird. Der Kolben ist somit innen hohl und mit Gas (Luft) gefüllt. Wegen der hohen Temperaturen, die am Kolben auftreten, besteht hier allerdings die Gefahr, daß sich das eingeschlossene Gasvolumen so stark ausdehnt, daß die Kolbenabdeckung aufplatzt. Es ist daher zweckmäßig, an der Kolbenzylinderwand, unterhalb des Kolbenrings, kleine Bohrungen anzubringen, durch die der Druck im Kolben bei hohen Tempe-Claim 6 shows an expedient embodiment of the piston. The bottom of the piston should be used for The crankcase should be closed by a piston cover. The piston cover must be pulled inwards be that the middle part of the piston pin remains free to attach the connecting rod. This achieves that the remaining volume of air under the piston at its lower Dead center is small, d. H. that by the downward movement of the piston a large part of the displaced air volume is pressed into the overflow channel. The piston is therefore hollow on the inside and filled with gas (air). Because The high temperatures that occur on the piston, however, there is a risk that the trapped Gas volume expands so much that the piston cover bursts open. It is therefore advisable to attach to the piston cylinder wall, below the piston ring to make small bores through which the pressure in the piston at high temperatures

raturen abgebaut werden kann.ratures can be reduced.

Nach Anspruch 7 soll die Kolbenunterseite und die Kolbenabdeckung der Form der Kurbelscheiben entsprechen. Dadurch wird das Rest-Luftvolumen, wenn der Kolben im unteren Totpunkt steht, noch weiter verringert.According to claim 7, the piston underside and the piston cover should correspond to the shape of the crank disks. Through this the remaining air volume when the piston is at bottom dead center is reduced even further.

Mit dem Merkmal des Anspruchs 8 wird ein mechanisch verstärkter Kolben erzielt, wobei insbesondere die Kolbenabdeckung mit den Stegen verbunden werden soll.With the feature of claim 8, a mechanically reinforced piston is achieved, in particular the piston cover to be connected to the webs.

In Anspruch 9 wird als Verfahren die zeitliche Abfolge und Synchronisation der Ventilsteuerung angegeben, so wie sie weiter oben bereits erläutert wurde.Claim 9 specifies the time sequence and synchronization of the valve control as the method, see above as already explained above.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.An embodiment of the invention is based on drawings with further details, features and Advantages explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine im Arbeitstakt,Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine in the work cycle,

Fig. 2 die Brennkraftmaschine nach Fig. 1 im Ausschubtakt, FIG. 2 shows the internal combustion engine according to FIG. 1 in the exhaust cycle,

Fig. 3 die Brennkraftmaschine nach Fig. 1 im Ansaugtakt,3 shows the internal combustion engine according to FIG. 1 in the intake stroke,

Fig. 4 die Brennkraftmaschine nach Fig. 1 im Verdichtungstakt, 4 shows the internal combustion engine according to FIG. 1 in the compression stroke,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Kolbens in Richtung aufFig. 5 is a side view of a piston in the direction of

den Kolbenbolzen,
35the piston pin,
35

Fig. 6 eine Ansicht von unten auf den Kolben nach Fig.FIG. 6 is a view from below of the piston according to FIG.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 besteht aus dem Zylinder 2, in dessen Wand Kühlwassergänge 3 angedeutet sind, einem Kolben 4, einemunter dem Zylinder 2 angeordneten Kurbelgehäuse 5, einer Kurbelscheibe 6 und einem Pleuel 7, das den Kolben 4 mit der Kurbelscheibe 6 verbindet. Das Pleuel 7 ist an einem Kolbenbolzen 8 am Kolben 4 und einem Kurbelscheibenbolzen 9 an der Kurbelscheibe 6 drehbar gelagert. Der Kolben 4 ist von einem Kolbenring 10 umgeben, der sich an der Innenwand des Zylinders 2 anlegt. Oberhalb des Kolbens 4 ist der Zylinder 2 durch den nicht im Detail gezeichneten Zylinderkopf abgedeckt, so daß dort ein Brennraum 11 entsteht. Von einem Luftfilter 12 führt eine Leitung 13 zu einer Einlaßöffnung 14 am Kurbelgehäuse 5. An der Einlaßöffnung 14 ist ein Kurbelgehäuse-Einlaßventil 15 angebracht. Von einer Auslaßöffnung 16 am Kurbelgehäuse 5 führt ein Überströmkanal 17 zu einer Einlaßöffnung 18 am Brennraum 11. Die Auslaßöffnung 16 und die Einlaßöffnung 18 sind jeweils mit einem Kurbelgehäuse-Auslaßventil 19 und einem Brennraum-Einlaßventil 20 versehen. Vom Brennraum 11 führt eine Abgasleitung 21 von einer Auslaßöffnung 22 zur nicht näher dargestellten Auspuffanlage. Die Auslaßöffnung 22 ist mit einem Brennraum-Auslaßventil 23 versehen.In Fig. 1 a section through a cylinder of an internal combustion engine 1 is shown schematically. The internal combustion engine 1 consists of the cylinder 2, in the wall of which cooling water passages 3 are indicated, a piston 4, a crankcase 5 arranged under the cylinder 2, a crank disk 6 and a connecting rod 7 which forms the piston 4 connects to the crank disk 6. The connecting rod 7 is attached to a piston pin 8 on the piston 4 and a crank disk pin 9 rotatably mounted on the crank disk 6. The piston 4 is surrounded by a piston ring 10, which is attached to the inner wall of the cylinder 2 applies. Above the piston 4, the cylinder 2 is through the not shown in detail Cylinder head covered so that a combustion chamber 11 is created there. One leads from an air filter 12 Line 13 to an inlet opening 14 on the crankcase 5. At the inlet opening 14 is a crankcase inlet valve 15 attached. An overflow duct 17 leads from an outlet opening 16 on the crankcase 5 to an inlet opening 18 on the combustion chamber 11. The outlet opening 16 and the inlet opening 18 are each provided with a crankcase outlet valve 19 and a combustion chamber inlet valve 20 is provided. An exhaust pipe 21 leads from the combustion chamber 11 an outlet opening 22 to the exhaust system, not shown in detail. The outlet port 22 is provided with a combustion chamber outlet valve 23 provided.

Der Kolben 4 hat in Richtung des Kolbenbolzens 8 eine untere zylindrisch-gewölbte Abdeckwand 24 (siehe auch Fig. 5). Die Wölbung entspricht in ihrer Form und ihrem Radius dem der Kurbelscheibe 6.The piston 4 has a lower cylindrically curved cover wall 24 in the direction of the piston pin 8 (see also Fig. 5). The curvature corresponds to that of the crank disk 6 in terms of its shape and its radius.

Von unten gesehen enthält die Abdeckwand (24) eine Innenwölbung 25, die den mittleren Teil 26 des Kolbenbolzens 8 ausspart. Dieser nach innen gewölbte Teil 25 der Abdeckwand 24 ist über Stege 27 mit der Innenwand des Kolbens 4 verbunden.Seen from below, the cover wall (24) contains an inner bulge 25 which forms the central part 26 of the piston pin 8 omitted. This inwardly curved part 25 of the cover wall 24 is connected to the inner wall of the piston 4 via webs 27 tied together.

Die Funktion der Brennkraftmaschine wird anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert:The function of the internal combustion engine is explained in more detail with reference to Figures 1 to 4:

In Fig. 1 ist der Beginn des Arbeitstaktes dargestellt, d. h. der Kolben 4 steht nach dem Verdichten etwa in seinem oberen Totpunkt, wobei das im Brennraum 11 enthaltene, komprimierte Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird. Die Ventile 20, 23 sind dabei geschlossen. Durch den Explosionsdruck bei der Verbrennung wird der Kolben in Richtung des Pfeiles 28 nach unten bewegt und die Kurbelscheibe 6 in Pfeilrichtung 29 gedreht. Dabei ist das Einlaßventil 15 am Kurbelgehäuse geschlossen und das Auslaßventil 19 geöffnet. Die unterhalb des Kolbens 4 befindliche Luft wird bei der Abwärtsbewegung des Kolbens komprimiert bzw. in den überströmkanal 17 gedrängt. Am unteren Totpunkt des Kolbens (Fig. 2) ist ein Großteil der Luft aus dem Kurbelgehäuse verdrängt und in den Überströmkanal 17 befördert und dort komprimiert worden. In dieser Stellung wird das Kurbelgehäuse-Auslaßventil geschlossen und dadurch die komprimierte Luft im überströmkanal 17 eingeschlossen.In Fig. 1, the beginning of the work cycle is shown, i. H. the piston 4 is approximately in after compression its top dead center, the compressed fuel-air mixture contained in the combustion chamber 11 being ignited will. The valves 20, 23 are closed. The explosion pressure during combustion causes the piston moves downward in the direction of arrow 28 and the crank disk 6 rotated in the direction of arrow 29. The inlet valve 15 on the crankcase is closed and the outlet valve is closed 19 open. The air located below the piston 4 is with the downward movement of the piston compressed or forced into the overflow channel 17. A large part is at the bottom dead center of the piston (Fig. 2) the air is displaced from the crankcase and conveyed into the overflow channel 17 and compressed there. In this position the crankcase exhaust valve is closed and thereby the compressed air in the overflow duct 17 included.

In Fig. 2 ist der Beginn des Ausschubtaktes gezeigt. Der Kolben 4 steht dabei etwa in seiner unteren Totpunktstellung und bewegt sich in Pfeilrichtung 30 nach aufwärts. Das Auslaßventil 23 am Brennraum ist nun geöffnet, während das Einlaßventil 20 und das Auslaßventil 19 weiter geschlossen bleiben. Auch das Einlaßventil 15 am Kurbelgehäuse 5 ist geöffnet, so daß bei der Aufwärtsbewegung an der Oberseite des Kolbens 4 die Abgase ausgeschoben werden und an der Unterseite durch die Kurbelgehäuse-Einlaßöffnung 14 Luft angesaugt wird.In Fig. 2, the beginning of the extension cycle is shown. Of the Piston 4 is approximately in its bottom dead center position and moves upwards in the direction of arrow 30. The outlet valve 23 on the combustion chamber is now open, while the inlet valve 20 and the outlet valve 19 remain closed. The inlet valve 15 on the crankcase 5 is also open, so that during the upward movement the exhaust gases are pushed out at the top of the piston 4 and at the bottom through the crankcase inlet opening 14 air is sucked in.

In Fig. 3 ist der Beginn des Ansaugtakts dargestellt, bei dem der Kolben 4 etwa in seiner oberen Totpunktstellung steht und in Pfeilrichtung 31 abwärtsbewegt wird. Dabei ist das Auslaßventil 23 am Brennraum wieder geschlossenIn Fig. 3, the beginning of the intake stroke is shown, in which the piston 4 is approximately in its top dead center position and is moved downwards in the direction of arrow 31. The outlet valve 23 on the combustion chamber is closed again

und das Einlaßventil 20 geöffnet. Dadurch kann aus dem überströmkanal 17 die dort komprimiert eingeschlossene Luft in den Brennraum 11 strömen. Das Kurbelgehäuse-Auslaßventil 19 wird zweckmäßig erst zeitlich etwas nach dem öffnen des Einlaßventils 20 geöffnet, so daß sich die komprimierte Luft hauptsächlich in den Brennraum 11 und nicht zurück in das Kurbelgehäuse 5 entspannt. Am Kurbelgehäuse 5 sind das Einlaßventil 15 geschlossen und (zeitlich etwas verzögert) das Kurbelgehäuse-Auslaßventil 19 geöffnet. Dadurch wird die im Ausschubtakt unter den Kolben 4 angesaugte Luft wegen der Abwärtsbewegung des Kolbens 4 verdrängt und durch den überströmkanal 17 auf die andere Kolbenseite in den Brennraum 11 befördert. Im Brennraum 11 ist somit ein komprimiertes Luftvolumen enthalten, das zwei Kolbenhüben entspricht.and the inlet valve 20 is opened. As a result, the compressed air that is enclosed there can be released from the overflow channel 17 Air flow into the combustion chamber 11. The crankcase exhaust valve 19 is expediently a little behind in time the opening of the inlet valve 20 opened so that the compressed air mainly in the combustion chamber 11 and not relaxed back into the crankcase 5. On the crankcase 5, the inlet valve 15 is closed and The crankcase exhaust valve 19 is opened (somewhat delayed in time). This is the in the extension cycle under the Piston 4 is displaced air sucked in due to the downward movement of the piston 4 and through the overflow channel 17 the other side of the piston is conveyed into the combustion chamber 11. In the combustion chamber 11 there is thus a compressed volume of air included, which corresponds to two piston strokes.

In Fig. 4 ist der Beginn des Verdichtungstakts dargestellt, wobei der Kolben 4 in seinem unteren Totpunkt steht und in Pfeilrichtung 32 nach oben bewegt wird. Die Ventile 20, 23 am Brennraum 11 sind dabei geschlossen.In Fig. 4 the beginning of the compression stroke is shown, the piston 4 being at its bottom dead center and being moved upward in the direction of arrow 32. the Valves 20, 23 on combustion chamber 11 are closed.

Das Einlaßventil 15 am Kurbelgehäuse 5 ist dagegen offen. Das Kurbelgehäuse-Auslaßventil 19 ist in einer geschlossenen Stellung gezeichnet. Dieses könnte jedoch im Verdichtungstakt auch geöffnet bleiben, ohne daß die Funktion der Brennkraftmaschine 1 dadurch beeinträchtigt würde. Im Verdichtungstakt wird im Brennraum 11 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 das dort eingeschlossene Gas-Luftgemisch verdichtet. Zugleich wird an der Kolbenunterseite durch die Einlaßöffnung 14 Luft angesaugt. Am Ende des Verdichtungstakts wird das komprimierte Gas-Luftgemisch gezündet, wodurch der Arbeitstakt gemäß Fig. 1 beginnt.In contrast, the inlet valve 15 on the crankcase 5 is open. The crankcase exhaust valve 19 is closed Position drawn. However, this could also remain open in the compression stroke without the Function of the internal combustion engine 1 would be impaired. During the compression stroke, combustion chamber 11 passes through the upward movement of the piston 4 compresses the gas-air mixture enclosed there. At the same time, the Air is sucked in through the inlet opening 14 on the underside of the piston. At the end of the compression stroke, the compressed Gas-air mixture ignited, whereby the work cycle of FIG. 1 begins.

Die gezeigte Ausfuhrungsform einer Brennkraftmaschine arbeitet somit im Viertaktverfahren, wobei zusätzlich synchronisiert weitere vier Takte an der Kolbenunterseite für den Lufteinlaß und die Luftkompression ablaufen.The embodiment shown is an internal combustion engine thus works in the four-stroke process, with an additional four strokes on the underside of the piston being synchronized for air intake and air compression.

1 Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eine Erhöhung der Ladung auf einfache Weise und unabhängig von der jeweiligen Drehzahl erreicht wird, wodurch eine Leistungs- und Wirkungsgrad-1 In summary, it is stated that with the invention Internal combustion engine an increase in the charge in a simple manner and regardless of the respective speed is achieved, whereby a power and efficiency

5 steigerung erzielt wird, die nahezu drehzahlunabhängig ist.5 increase is achieved, which is almost independent of the speed.

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Claims

DIPL-PHYS. HANS-J. NEUBAUER 33 2 3 7 ADIPL-PHYS. HANS-J. NEUBAUER 33 2 3 7 A

EUROPEAN PATENTATTORNEYEUROPEAN PATENTATTORNEY

Fauststraße 30 D-8070 IngolstadtFauststrasse 30 D-8070 Ingolstadt

Hubert LeitmeyrHubert Leitmeyr

Telefon (08 41) 7 24 Schroplerstr .40 Telegramm neupat IngolstadtTelephone (08 41) 7 24 Schroplerstr. 40 Telegram neupat Ingolstadt

_o___ _ , . ,. Telex55809nepad _o ___ _,. ,. Telex55809nepad

Ingolstadt ^H Ingolstadt ^H.

P 54LE 83/7P 54LE 83/7

AnsprücheExpectations

Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem Zylinder und einem Kolben, mit einem Brennraum,Internal combustion engine
with at least one cylinder and one piston, with a combustion chamber,

mit einem mit dem Zylinder verbundenen Kurbelgehäuse, with a crankcase connected to the cylinder,

mit einem Pleuel, das einen Kurbeltrieb im Kurbelgehäuse mit dem Kolben verbindet, mit einer Brennraum-Einlaßöffnung mit einem Brennraum-Einlaßventil ,with a connecting rod that connects a crank drive in the crankcase with the piston, with a combustion chamber inlet opening with a combustion chamber inlet valve,

und mit einer Brennraum-Auslaßöffnung mit einem Brennraum-Auslaßventil,
dadurch gekennzeichnet,and with a combustion chamber outlet opening with a combustion chamber outlet valve,
characterized,

daß das Kurbelgehäuse (5) eine Kurbelgehäuse-Einlaßöffnung (14) für Umgebungsluft mit einem Kurbelgehäuse-Einlaßventil (15) und eine Kurbelgehäuse-Auslaßöffnung (16) mit einem Kurbelgehäuse-Auslaßventil (19) enthält,that the crankcase (5) has a crankcase inlet opening (14) for ambient air with a crankcase inlet valve (15) and a crankcase outlet opening (16) with a crankcase exhaust valve (19),

und daß die Brennraum-Einlaßöffnung (18) und die Kurbelgehäuse-Auslaßöffnung (16) durch einen Kanaland that the combustion chamber inlet opening (18) and the crankcase outlet opening (16) through a channel

(17) miteinander verbunden sind.(17) are interconnected.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (17) außerhalb und im Abstand zur Zylinderaußenwand verläuft.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that that the channel (17) extends outside and at a distance from the cylinder outer wall.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderinnenwand eine mit hitzebeständigem Kunststoff beschichtete Laufbüchse ist, das Kurbelgehäuse (5) kein Schmiermittel enthält und die Pleuel- und Kurbeltrieblager selbstschmierende Kugel- oder Walzenlager sind.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the cylinder inner wall with one heat-resistant plastic-coated liner, the crankcase (5) does not contain any lubricant and the connecting rod and crank pinion bearings are self-lubricating ball or roller bearings.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb wenigstens eine das Kurbelgehäuse (5) weitgehend ausfüllende Kurbelscheibe (6) ist.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the crank mechanism largely fills at least one of the crankcase (5) Crank disk (6) is.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) nur einen Kolbenring (10) trägt.5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the piston (4) carries only one piston ring (10).

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) einen an sich bekannten Kolbenbolzen (8) enthält und an seiner Unterseite durch eine Kolbenabdeckung (24) verschlossen ist,6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the piston (4) has a known piston pin (8) and closed on its underside by a piston cover (24) is,

und daß die Kolbenabdeckung (24) eine Innenwölbung (25) aufweist, die den mittleren Teil (26) des Kolbenbolzens (8) ausspart.and that the piston cover (24) has an inner bulge (25) which forms the central part (26) of the piston pin (8) omitted.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenunterseite und die Kolbenabdeckung (24) als Zylinderausschnitt geformt sind mit einem Radius entsprechend dem der Kurbelscheibe (6),7. Internal combustion engine according to claim 6 and claim 4, characterized in that the piston underside and the piston cover (24) are shaped as a cylinder section with a radius corresponding to that of Crank disc (6),

und daß der Kolben (4) im unteren Totpunkt mit nur geringem Zwischenraum über der Kurbelscheibe (6) liegt.and that the piston (4) at bottom dead center with only a small gap above the crank disk (6) lies.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbeninnenseite quer zum Kolbenbolzen (8) Stege (27) als Stützen angebracht sind.8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the inside of the piston transversely to the piston pin (8) webs (27) are attached as supports.

9. Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,9. The method for operating the internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that

daß beim Arbeitstakt das Brennraum-Einlaßventil (18), das Brennraum-Auslaßventil (23) und das Kurbelgehäuse-Einlaßventil (15) geschlossen und das Kurbelgehäuse-Auslaßventil (19) geöffnet sind,that during the work cycle the combustion chamber inlet valve (18), the combustion chamber outlet valve (23) and the crankcase inlet valve (15) are closed and the crankcase exhaust valve (19) is open,

daß beim Ausschubtakt das Brennraum-Einlaßventil (20) und Kurbelgehäuse-Auslaßventil (19) geschlossen und das Brennraum-Auslaßventil (23) und Kurbelgehäuse-Einlaßventil (15) geöffnet sind,that during the exhaust stroke the combustion chamber inlet valve (20) and crankcase outlet valve (19) are closed and that Combustion chamber outlet valve (23) and crankcase inlet valve (15) are open,

daß beim Ansaugtakt das Brennraum-Einlaßventil (20) und Kurbel-Auslaßventil (19) geöffnet und das Brennraum-Auslaßventil (23) und Kurbelgehäuse-Einlaßventil (15) geschlossen sind undthat during the intake stroke the combustion chamber inlet valve (20) and crank outlet valve (19) open and the combustion chamber outlet valve (23) and crankcase inlet valve (15) are closed and

daß beim Verdichtungstakt das Brennraum-Einlaßventil (20) und das Brennraum-Auslaßventil (23) geschlossen, das Kurbelgehäuse-Einlaßventil (15) geöffnet und das Kurbelgehäuse-Auslaßventil (19) geschlossen oder geöffnet sind.that during the compression stroke the combustion chamber inlet valve (20) and the combustion chamber outlet valve (23) are closed, the crankcase inlet valve (15) is opened and the crankcase outlet valve (19) is closed or opened are.