EP0198504A2 - Four-stroke engine with prolonged expansion - Google Patents

Abstract

Four-cylinder engine with prolonged expansion, in which two of the cylinders operate in accordance with the four-stroke principle with a 360 DEG phase shift and the other cylinders operate in accordance with the two-stroke principle for the purpose of further expansion and afterburning of the exhaust gases of the cylinders operating in accordance with the four-stroke principle, in which the inlet ports of the cylinders serving for further expansion are connected to the outlet ports of the cylinders operating in accordance with the four-stroke principle via in each case one valve-controlled intermediate store in such a way that the exhaust gases in each intermediate store remain for further combustion during one stroke of the cylinders operating in accordance with the four-stroke principle. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Vierzylindermotor mit verlängerter Expansion nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a four-cylinder engine with extended expansion according to the preamble of claim 1.

Der Motor nach dem Hauptpatent zeigt den Vorteil, daß, da die Abgase bei der Nachexpansion nachverbrennen, die den Motor verlassenden Abgase schadstoffarm sind. Im Vergleich mit einem Motor, dem ein Katalysator nachgeschaltet ist, zeigt der Motor nach dem Hauptpatent den Vorteil, daß durch die Nachverbrennung der Abgase zusätzliche Energie gewonnen wird, wogegen in einem Katalysator die Restenergie der Abgase chemisch zerstört wird.The engine according to the main patent shows the advantage that, since the exhaust gases burn during post-expansion, the exhaust gases leaving the engine are low in pollutants. In comparison with an engine, which is followed by a catalytic converter, the engine according to the main patent has the advantage that additional energy is obtained by the afterburning of the exhaust gases, whereas the residual energy of the exhaust gases is chemically destroyed in a catalytic converter.

Im Motor nach dem Hauptpatent sind die Auslaßöffnungen der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder mit den Einlaßöffnungen der der Nachverbrennung dienenden Zylinder durch im Zylinderkopf vorgesehene Kanäle miteinander verbunden. Diese Ausbildung zeigt den Vorteil, daß die Kanäle sehr kurz gehalten werden können, so daß die Abgase, welche die nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder verlassen, unmittelbar auf die Kolben in den nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Zylindern wirken.In the engine according to the main patent, the exhaust ports of the cylinders operating according to the four-stroke principle are connected to the intake ports of the cylinders used for post-combustion by channels provided in the cylinder head. This design has the advantage that the channels can be kept very short, so that the exhaust gases leaving the cylinders working according to the four-stroke principle act directly on the pistons in the cylinders working according to the two-stroke principle.

Es wurde jedoch gefunden, daß dann, wenn man einen vorhandenen handelsüblichen Vierzylindermotor, sei es ein Vierzylinderreihenmotor oder ein Boxer-Motor, in einen Motor nach dem Hauptpatent umrüsten will, für die Einbringung der Kanäle im Zylinderkopf häufig kein Platz vorhanden ist oder diese Möglichkeit überhaupt nicht besteht.However, it was found that if you want to convert an existing commercially available four-cylinder engine, be it a four-cylinder in-line engine or a boxer engine, to an engine according to the main patent, there is often no space for the introduction of the channels in the cylinder head or this possibility at all does not exist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, die es gestatten, jeden handelsüblichen Vierzylindermotor in einen Motor mit der Wirkung nach dem Hauptpatent umzurüsten.The object of the present invention is to provide measures which make it possible to convert any commercially available four-cylinder engine into an engine with the effect according to the main patent.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing feature of claim 1.

Der Lösung liegt folgender Gedankengang zugrunde: Dadurch, daß die Verbindungskanäle zwischen den nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylindern und den der Nachverbrennung und Nachexpansion dienenden Zylindern aus dem Zylinderblock herausgeführt werden, können sie nicht mehr kurz gehalten werden. Die Abgase gelangen deshalb mit erheblicher Zeitverzögerung in die der Nachverbrennung dienenden Zylinder. Hierdurch wird die Leistung des Motors gemindert. Deshalb sieht die Erfindung vor, die aus einem nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder ausgestoßenen Abgase nicht unmittelbar in einen der der Nachexpansion dienenden Zylinder zu leiten sondern zunächst in wenigstens einen Zwischenspeicher, den die nachverbrannten Abgase erst nach Überspringen eines Arbeitstaktes des nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinders verlassen. Durch diese Zwischenspeicherung der Abgase während eines Arbeitstaktes wird dieselbe Wirkung erzielt wie bei dem Motor nach dem Hauptpatent. Der Ein- und Auslaß der Abgase in und aus dem wenigstens einen Zwischenspeicher kann durch die ohnehin vorgesehenen Ventile für die Ein- und Auslaßöffnungen der Zylinder erfolgen. Jedem der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder ist ein gesonderter Zwischenspeicher zugeordnet, die zweckmäßig zu Doppelspeichern zusammengefaßt werden.The solution is based on the following train of thought: The fact that the connecting channels between the cylinders working according to the four-stroke principle and the cylinders used for afterburning and post-expansion lead out of the cylinder block can no longer be kept short. The exhaust gases therefore reach the cylinders used for post-combustion with a considerable time delay. This will reduce engine performance. Therefore, the invention provides that the exhaust gases expelled from a cylinder operating according to the four-stroke principle are not passed directly into one of the cylinders used for post-expansion, but first into at least one intermediate store, which the post-burned exhaust gases only leave after a working cycle of the cylinder operating according to the four-stroke principle has been skipped . This temporary storage of the exhaust gases during one work cycle achieves the same effect as with the engine according to the main patent. The inlet and outlet of the exhaust gases into and out of the at least one intermediate store can take place through the valves provided anyway for the inlet and outlet openings of the cylinders. Each of the cylinders operating according to the four-stroke principle is assigned a separate intermediate store, which are expediently combined to form double stores.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung werden die Ventile für die Steuerung des Auslasses der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder mit größeren Druckdifferenzen belastet, als es üblicherweise der Fall ist, weil auf die Ventilteller zusätzlich der Druck der gespeicherten Abgase wirkt. Dieser Nachteil läßt sich durch eine besondere Ventilausbildung beheben, wie sie in der Beschreibung der Zeichnung dargestellt worden ist.In the embodiment according to the invention, the valves for controlling the outlet of the cylinders operating according to the four-stroke principle are loaded with greater pressure differences than is usually the case because the pressure of the stored exhaust gases also acts on the valve plates. This disadvantage can be remedied by a special valve design, as has been shown in the description of the drawing.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen sowie der Beschreibung der Zeichnung entnommen werden.Further details of the invention can be found in the subclaims and the description of the drawing.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

• Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Motor;
• Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in der Auslegung für einen Motor mit der Zündfolge 1, 3, 4, 2;
• Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in der Auslegung für einen Motor mit der Zündfolge 1, 2, 4, 3;
• Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkungsweise der Erfindung;
• Fig. 5 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
• Fig. 6 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
• Fig. 7 ein geändertes Ausführungsbeispiel;
• Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 1.
• Fig. 1 zeigt einen Vierzylinderreihenmotor mit den Zylindern 1, 2, 3 und 4. In den Zylindern sind Kolben 5, 6, 7 und 8 angeordnet. Die Kolbenbewegung wird jeweils über die Pleuelstangen 9, 10, 11 und 12 auf eine Kurbelwelle 13 übertragen. Die Zylinder 1 und 4 arbeiten mit 360° Phasenverschiebung zueinander, die Zylinder 2 und 3 sind gegen die Zylinder 1 und 4 in der Phase um 180° versetzt, so daß sich die Kolben 6 und 7 stets dann in der unteren Totpunktlage befinden, wenn die Kolben 5 und 8 die obere Totpunktlage erreichen.

Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing, namely:

• 1 shows a longitudinal section through the engine.
• Figure 2 is a section along the line II-II of Figure 1 in the design for an engine with the firing order 1, 3, 4, 2.
• Figure 3 is a section along the line II-II of Figure 1 in the design for an engine with the firing order 1, 2, 4, 3.
• Fig. 4 is a diagram showing the operation of the invention;
• Fig. 5 shows a modified embodiment;
• Fig. 6 shows a modified embodiment;
• Fig. 7 shows a modified embodiment;
• 8 is a section along the line VIII-VIII of FIG. 1st
• 1 shows a four-cylinder in-line engine with cylinders 1, 2, 3 and 4. Pistons 5, 6, 7 and 8 are arranged in the cylinders. The piston movement is transmitted to the crankshaft 13 via the connecting rods 9, 10, 11 and 12. The cylinders 1 and 4 work with a 360 ° phase shift to each other, the cylinders 2 and 3 are offset from the cylinders 1 and 4 in phase by 180 °, so that the pistons 6 and 7 are always in the bottom dead center position when the Pistons 5 and 8 reach top dead center.

Die Zylinder 1 und 4 dienen als Arbeitszylinder, d.h. sie arbeiten in bekannter Weise nach dem Viertaktprinzip. Die Zylinder 2 und 3 dienen der Nachverbrennung der aus den Zylindern 1 und 4 kommenden Abgase. Sie arbeiten nach dem Zweitaktprinzip.The cylinders 1 and 4 serve as working cylinders, ie they work in a known manner according to the four-stroke principle. The cylinders 2 and 3 are used for the post-combustion of the exhaust gases coming from the cylinders 1 and 4. They work after the two-stroke principle.

Die Zylinder 1 und 4 sind über Einlaßventile 14 und 15 mit einer Zuleitung 16 für das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbunden. Bewegt sich der Kolben 5 nach unten, saugt er das Kraftstoff-Luft-Gemisch an, währenddessen findet im Zylinder 4 oberhalb des Kolbens 8 die Verbrennung statt: Die Zylinder 1 und 4 sind über Auslaßventile 20 und 21 und Rohrstücke 52, 53 mit Zwischenspeichern 50, 51 (Fig. 2) verbunden oder über Rohrstücke 62, 63 mit Zwischenspeichern 60, 61 gemäß Fig. 3.The cylinders 1 and 4 are connected via inlet valves 14 and 15 to a feed line 16 for the fuel-air mixture. If the piston 5 moves downward, it sucks in the fuel-air mixture, while the combustion takes place in the cylinder 4 above the piston 8: the cylinders 1 and 4 are via exhaust valves 20 and 21 and pipe sections 52, 53 with intermediate stores 50 , 51 (FIG. 2) connected or via pipe sections 62, 63 with buffers 60, 61 according to FIG. 3.

Der Zwischenspeicher 50 gemäß Fig. 2 ist über ein Rohrstück 54 mit dem Einlaßventil 19 des Zylinders 3 verbunden, und der Zwischenspeicher 51 ist über ein Rohrstück 55 mit dem Einlaßventil 18 des Zylinders 2 verbunden. Die Zylinder 2 und 3 sind ferner durch eine Ausnehmung 56 im Zylinderblock kommunizierend miteinander verbunden.2 is connected to the inlet valve 19 of the cylinder 3 via a pipe section 54, and the intermediate store 51 is connected to the inlet valve 18 of the cylinder 2 via a pipe section 55. The cylinders 2 and 3 are also communicatively connected to one another by a recess 56 in the cylinder block.

Die Auslaßventile 22, 23 der Zylinder 2 und 3 lassen die aus-den Zylindern 2 und 3 weichenden Abgase über ein Rohrstück 24 in den Auspuff gelangen.The exhaust valves 22, 23 of the cylinders 2 and 3 let the exhaust gases escaping from the cylinders 2 and 3 pass into the exhaust pipe 24.

Der Motor nach Fig. 2 arbeitet in der Zündfolge 1, 3, 4, 2, wie folgt:

• Stößt der Kolben 5 des Zylinders 1 die Abgase über das Ventil 20 in den Zwischenspeicher 50, dann bleiben die Abgase während des nachfolgenden Ansaugtaktes des Zylinders 1 im Zwischenspeicher 50. Erst dann, wenn der Kolben 5 im Zylinder 1 das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert, öffnet das Ventil 19 und läßt die Verbrennungsgase aus dem Zwischenspeicher 50 über das Ventil 19 in den Zylinder 3 strömen. Im Zylinder 3 steht zu diesem Zeitpunkt der Kolben 7 in der oberen Totpunktstellung. Er wird durch die einströmenden Abgase nach unten gedrückt. Gleichzeitig strömen die Abgase über die Ausnehmungen 56 in den Zylinder 2, in dem sich ebenfalls der Kolben 6 gerade in der oberen Totpunktlage befindet, und drücken auch diesen Kolben nach unten.

2 operates in the firing order 1, 3, 4, 2 as follows:

• If the piston 5 of the cylinder 1 pushes the exhaust gases into the intermediate store 50 via the valve 20, then the exhaust gases remain in the intermediate store 50 during the subsequent intake stroke of the cylinder 1. Only when the piston 5 in the cylinder 1 contains the intake air / fuel mixture compressed, opens the valve 19 and allows the combustion gases to flow from the intermediate store 50 into the cylinder 3 via the valve 19. At this time, the piston 7 is in the top dead center position in the cylinder 3. It is pushed down by the inflowing exhaust gases. At the same time, the exhaust gases flow About the recesses 56 in the cylinder 2, in which the piston 6 is also currently in the top dead center position, and also press this piston down.

In entsprechender Weise arbeitet der Zylinder 4. Stößt er die Abgase aus dem Zylinder aus, dann gelangen diese über das Ventil 21 in den Zwischenspeicher 51, wo sie während des Ansaugtaktes des Zylinders 4 verbleiben. Erst dann, wenn der Kolben 8 des Zylinders 4 das Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert, öffnet das Ventil 18 und läßt die Abgase in den Raum oberhalb des Kolbens 6 strömen, so daß dieser nach unten gedrückt wird. Gleichzeitig strömen die Abgase über die Ausnehmungen 56 in den Zylinder 3 und lösen hier denselben Effekt aus. Jedesmal dann, wenn sich die Kolben 6 und 7 der Zylinder 2 und 3 nach oben bewegen, öffnet eines der Ventile 22 oder 23 der Zylinder 2 und 3 und läßt die Abgase über das Zwischenstück 24 in den Auspuff gelangen.The cylinder 4 operates in a corresponding manner. If it expels the exhaust gases from the cylinder, these pass through the valve 21 into the intermediate store 51, where they remain during the intake stroke of the cylinder 4. Only when the piston 8 of the cylinder 4 compresses the fuel-air mixture, the valve 18 opens and allows the exhaust gases to flow into the space above the piston 6, so that the latter is pressed down. At the same time, the exhaust gases flow into the cylinder 3 via the recesses 56 and trigger the same effect here. Each time the pistons 6 and 7 of the cylinders 2 and 3 move upward, one of the valves 22 or 23 of the cylinders 2 and 3 opens and allows the exhaust gases to enter the exhaust via the intermediate piece 24.

Die Zwischenspeicher 50 und 51 nehmen zeitlich abwechselnd die Abgase der Zylinder 1 und 4 auf und geben sie zeitlich abwechselnd in die Zylinder 2 und 3. Für die Steuerung dieses Vorganges kann die übliche Ventilsteuerung des Reihenmotors verwendet werden.The buffers 50 and 51 alternately record the exhaust gases from cylinders 1 and 4 and transfer them alternately to cylinders 2 and 3. The usual valve control of the in-line engine can be used to control this process.

Die Zwischenspeicher 50 und 51 sind seitlich auf den Motorblock 70 geschraubt. Sie bestehen vorteilhaft aus jeweils zwei Gußteilen 50', 50" sowie 51', 51", zwischen denen jeweils eine Dichtung 57 angeordnet ist. Die Teile 50', 50" sowie 51', 51" sind fest miteinander verbunden, vorteilhaft mit Hilfe von Schrauben 58.The intermediate stores 50 and 51 are screwed onto the side of the engine block 70. They advantageously consist of two cast parts 50 ', 50 "and 51', 51", between each of which a seal 57 is arranged. The parts 50 ', 50 "and 51', 51" are firmly connected to one another, advantageously with the aid of screws 58.

Gemäß Fig. 2 sind die Zwischenspeicher 50 und 51 aufgrund der angegebenen Zündfolge relativ langgestreckt ausgebildet, so daß man sie vorteilhaft auf gegenüberliegenden Seiten des Motorblockes 70 anordnet. Der Rauminhalt eines jeden Zwischenspeichers 50 oder 51 entspricht in etwa dem Ansaugvolumen eines Zylinders, so daß in den Zwischenspeichern der Abgasdruck erhalten bleibt.2, the buffers 50 and 51 are relatively elongated due to the specified firing order, so that they are advantageously arranged on opposite sides of the engine block 70. The volume of each intermediate memory 50 or 51 corresponds approximately to the intake volume of a cylinder, so that the exhaust gas pressure is maintained in the buffers.

Fig. 3 zeigt eine Ausbildung des Motors bei einer Zündfolge 1, 2, 4, 3. Die aus dem Zylinder 1 über das Ventil 20 ausgestoßenen Abgase gelangen über das Rohrstück 62 in den Zwischenspeicher 60. Sie verbleiben hier wiederum während des Ansaugtaktes des Zylinders 1 und werden dann über das Ventil 18 in die Zylinder 2 und 3 gelassen, wenn der Kolben 5 des Zylinders 1 das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert.3 shows an embodiment of the engine with an ignition sequence 1, 2, 4, 3. The exhaust gases expelled from the cylinder 1 via the valve 20 reach the buffer store 60 via the pipe section 62. They remain here again during the intake stroke of the cylinder 1 and are then let into cylinders 2 and 3 via valve 18 when piston 5 of cylinder 1 compresses the inducted fuel-air mixture.

Entsprechendes gilt für den Zylinder 4. Die Abgase werden über das Auslaßventil 21 und das Rohrstück 63 in den Zwischenspeicher 61 gedrückt. Sie verbleiben hier während des Ansaugtaktes des Zylinders 4 und werden dann, wenn der Kolben 8 des Zylinders 4 das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert, über das Ventil 19 in die Zylinder 2 und 3 eingelassen. Die Abgase in den Zylindern 2 und 3 drücken, ebenso wie es in Fig. 2 beschrieben worden ist, die Kolben 6 und 7 jeweils nach unten. Anschließend werden die Abgase über die Auslaßventile 22, 23 in den Auspuff gedrückt. Bei dieser Ausbildung sind die Zwischenspeicher 60, 61 kürzer gehalten. Sie sind dafür im Durchmesser größer ausgebildet als die Zwischenspeicher 50, 51, um für jeden Zwischenspeicher wiederum ein Volumen zu erhalten, das in etwa dem Ansaugvolumen eines der Zylinder entspricht.The same applies to the cylinder 4. The exhaust gases are pressed into the intermediate store 61 via the outlet valve 21 and the pipe section 63. They remain here during the intake stroke of the cylinder 4 and are then admitted into the cylinders 2 and 3 via the valve 19 when the piston 8 of the cylinder 4 compresses the intake air / fuel mixture. The exhaust gases in cylinders 2 and 3, as described in FIG. 2, push pistons 6 and 7 downward, respectively. The exhaust gases are then pressed into the exhaust via the exhaust valves 22, 23. In this embodiment, the buffers 60, 61 are kept shorter. For this purpose, they have a larger diameter than the intermediate stores 50, 51 in order to in turn obtain a volume for each intermediate store which approximately corresponds to the intake volume of one of the cylinders.

Gemäß Fig. 3 sind die Zwischenspeicher 60 und 61 auf derselben Seite des Motorblockes 70 angeordnet. Sie bestehen wiederum aus zwei Gußstücken 65' und 65", welche unter Zwischenlegung einer Dichtung miteinander verbunden sind.3, the buffers 60 and 61 are arranged on the same side of the engine block 70. They in turn consist of two castings 65 'and 65 "which are connected to one another with the interposition of a seal.

Fig. 3 läßt erkennen, daß die Anordnung der Zwischenspeicher 60, 61 baulich günstiger ist als die Anordnung der Zwischenspeicher 50, 51 gemäß Fig. 2. Diese günstigere Bauweise läßt sich auch bei dem Motor nach Fig. 2 erreichen, wenn man die Zündfolge durch geeignete Änderung der Nockenwelle umstellt.Fig. 3 shows that the arrangement of the intermediate memory 60, 61 is structurally more favorable than the arrangement of the intermediate memories 50, 51 according to FIG. 2. This more favorable design can also be achieved with the engine according to FIG. 2 if the ignition sequence is changed by a suitable change in the camshaft.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Füllungsgrades der Zwischenspeicher in Abhängigkeit von den Takten I bis IV der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder. Der erste Speicher wird gemäß der ausgezogenen Linie während des ersten Taktes gefüllt, die Füllung bleibt während des zweiten Taktes erhalten. Während des dritten Taktes entleert sich der Zwischenspeicher und bleibt während des vierten Taktes leer. Dieser Vorgang wiederholt sich bei den nachfolgenden Takten. Der zweite Zwischenspeicher wird gemäß der punktierten Linie während des dritten Taktes gefüllt und bleibt während des vierten Taktes gefüllt. Er entleert sich während des nächsten Taktes, um während des Taktes danach leer zu bleiben. Das heißt, Füllung und Entleerung der beiden Zwischenspeicher überschneiden sich, denn wird der eine Zwischenspeicher gefüllt, entleert sich der andere. Diese Tatsache kann dazu benutzt werden, die zwei erforderlichen Zwischenspeicher zu einem Doppelspeicher zusammenzufassen.FIG. 4 shows a diagram of the degree of filling of the intermediate stores as a function of the cycles I to IV of the cylinders operating according to the four-cycle principle. The first memory is filled according to the solid line during the first bar, the filling is retained during the second bar. The buffer is emptied during the third cycle and remains empty during the fourth cycle. This process is repeated in the subsequent measures. The second buffer is filled according to the dotted line during the third bar and remains filled during the fourth bar. It empties during the next bar to remain empty during the bar afterwards. This means that the filling and emptying of the two buffers overlap, because if one buffer is filled, the other is emptied. This fact can be used to combine the two required buffers into a double storage.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen einen derartigen zusammengefaßten Doppelspeicher. Der gemeinsame Speicher 30 ist durch eine verschiebbare Trennwand zwischen den Ein- und Auslässen der paarweise zusammenarbeitenden Zylinder in die erforderlichen Einzelspeicher getrennt.5, 6 and 7 show such a combined double memory. The common store 30 is separated into the required individual stores by a sliding partition between the inlets and outlets of the cylinders working in pairs.

Gemäß Fig. 5 ist im Doppelspeicher 30 ein verschiebbarer Kolben 36 angeordnet. Der Kolben 36 gleitet mit seinem mittleren Teil 37 an der Innenwandung des Zwischenspeichers 30 und kann gegen diese Wandung durch eingelegte Kolbenringe 38 abgedichtet sein. Die Enden 41 und 42 des Kolbens 36 weisen Absätze 47, 48 auf, so daß diese stets die Ein- und Auslaßöffnungen 43, 44 der von den Zylindern 1 und 4 kommenden Abgase sowie die Auslaßöffnungen 45, 46 zu den Zylindern 2 und 3 freilassen.5, a displaceable piston 36 is arranged in the double accumulator 30. The piston 36 slides with its central part 37 on the inner wall of the intermediate storage 30 and can be sealed against this wall by inserted piston rings 38. The ends 41 and 42 of the piston 36 have Paragraphs 47, 48 so that they always leave the inlet and outlet openings 43, 44 of the exhaust gases coming from the cylinders 1 and 4 and the outlet openings 45, 46 to the cylinders 2 and 3.

Die Wirkungsweise des Zwischenspeichers 30 ist bei dieser Ausbildung folgende:

• Stößt der Zylinder 1 die Abgase aus, dann treten diese über die Einlaßöffnung 43 in den linken Teil des Zwischenspeichers 30 und drücken auf den Absatz 47. Hierdurch bewegen sie den Kolben 41 in Richtung des Pfeiles 49 nach rechts, bis sein Ende 64 an der rechten inneren Wand des Zwischenspeichers 30 anliegt. Bei dieser Bewegung drückt der Kolben 41 die sich rechts von ihm befindlichen Abgase über die Auslaßöffnung 46 in den der Nachexpansion dienenden Zylinder 3. Die sich links vom Kolben 41 befindenden Abgase verbleiben dort, bis der nachfolgende Arbeitstakt der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder erfolgt ist. Danach drückt der Zylinder 4 seine Abgase über die Einlaßöffnung 44 in den rechten-Teil des Zwischenspeichers ein. Die Abgase drücken auf den Absatz 48 des Kolbens 41 und bewegen diesen nach links. Die sich links vom Kolben 41 befindenden Abgase werden jetzt über die Auslaßöffnung 45 in den der Nachexpansion dienenden Zylinder 2 gedrückt.

The operation of the buffer memory 30 is as follows in this embodiment:

• If the cylinder 1 discharges the exhaust gases, then these enter the left part of the intermediate store 30 via the inlet opening 43 and press on the shoulder 47. In this way, they move the piston 41 in the direction of arrow 49 to the right until its end 64 is on the right inner wall of the intermediate storage 30 is present. During this movement, the piston 41 presses the exhaust gases located to the right of it via the outlet opening 46 into the cylinder 3 which serves for post-expansion. The exhaust gases located to the left of the piston 41 remain there until the subsequent work cycle of the cylinders operating according to the four-cycle principle has taken place. Then the cylinder 4 presses its exhaust gases via the inlet opening 44 into the right-hand part of the intermediate store. The exhaust gases press on the shoulder 48 of the piston 41 and move it to the left. The exhaust gases located to the left of the piston 41 are now pressed through the outlet opening 45 into the cylinder 2 which serves for post-expansion.

Durch den vorgesehenen Schwingkolben 41 bedingt, leistet der Zwischenspeicher 30 dasselbe wie die Zwischenspeicherpaare 50, 51 und 60, 61 der Fig. 2 und 3.Due to the provided oscillating piston 41, the intermediate store 30 does the same as the intermediate store pairs 50, 51 and 60, 61 of FIGS. 2 and 3.

Gemäß Fig. 6 ist ein gemeinsamer Zwischenspeicher 70 vorgesehen, dessen Ein- und Auslaßöffnungen 43, 45 sowie 44, 46 zu den paarweise zusammenarbeitenden Zylindern 1, 2; 4, 3 durch eine gewellte Membrane 71 (Aneroid-Membrane) voneinander getrennt sind. Die Membrane kann sich in Richtung des Pfeiles 72 durchbiegen, wodurch beim Betrieb des Motors dasselbe erreicht wird wie durch den Schwingkolben 41 der Fig.5.6, a common buffer 70 is provided, the inlet and outlet openings 43, 45 and 44, 46 to the pairs working together cylinders 1, 2; 4, 3 are separated from one another by a corrugated membrane 71 (aneroid membrane). The membrane can bend in the direction of arrow 72, whereby the same is achieved during operation of the engine as by the oscillating piston 41 of FIG. 5.

Da die Aneroid-Membrane 71 nur eine geringe Dicke aufweist, ist gemäß Fig. 7 im Zwischenspeicher 72 eine Membrane 73 nach Art eines Blechstreifenwickels 66 endlicher Dicke vorgesehen, bei der die Blechstreifen zwischen zwei Schalen 67 und 68 angeordnet sind. Diese Membrane zeigt eine sich günstig auswirkende Federwirkung.Since the aneroid membrane 71 has only a small thickness, a membrane 73 in the manner of a sheet metal strip winding 66 of finite thickness is provided in the intermediate storage 72 according to FIG. 7, in which the sheet metal strips are arranged between two shells 67 and 68. This membrane shows a beneficial spring effect.

Da in jedem Zwischenspeicher ein relativ starker Druck herrscht, welcher auf die Auslaßventile der Zylinder 1 und 4 und die Einlaßventile 18, 19 der Zylinder 2 und 3 wirkt, müssen die Ventilfedern 75, welche den Ventilteller 76 gegen den Sitz 77 drücken, sehr stark ausgelegt sein. Dies kann das Öffnen und Schließen dieser Ventile erschweren. Die Ventile 18, 19, 20 und 21 weisen deshalb in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wie für das Ventil 20 in Fig. 8 gezeigt, zwei Ventilteller auf, nämlich einen zum Zylinder hin gerichteten Teller 76 sowie einen zweiten Ventilteller 78, welcher oberhalb des abgeknickten Auslaßrohres 52 angeordnet ist. Zwischen den Tellern 76 und 78 ist der Stößel 79 verengt, d.h. er zeigt eine ringförmige Einbuchtung 80, welche im Querschnitt Teil eines Kreisbogens ist. Hierdurch wird erreicht, daß die im zugeordneten Zwischenspeicher vorhandenen Abgase einerseits in Richtung des Pfeiles 81 auf den Ventilteller 76 drücken und andererseits in Richtung des Pfeiles 82 auf den Ventilteller 78, so daß das Ventil 20 durch den Druck der Abgase aus dem zugeordneten Zwischenspeicher im Gleichgewicht gehalten wird.Since there is a relatively strong pressure in each intermediate store, which acts on the exhaust valves of cylinders 1 and 4 and the intake valves 18, 19 of cylinders 2 and 3, the valve springs 75, which press the valve disk 76 against the seat 77, must be designed very strongly be. This can make opening and closing these valves difficult. The valves 18, 19, 20 and 21 therefore have, in a further embodiment of the invention, as shown for the valve 20 in FIG. 8, two valve plates, namely a plate 76 directed towards the cylinder and a second valve plate 78, which is bent above the Outlet pipe 52 is arranged. The plunger 79 is narrowed between the plates 76 and 78, i.e. it shows an annular indentation 80 which is part of an arc in cross section. This ensures that the exhaust gases present in the assigned intermediate store press on the valve plate 76 on the one hand in the direction of arrow 81 and on the other hand in the direction of arrow 82 on the valve plate 78, so that the valve 20 is balanced by the pressure of the exhaust gases from the assigned intermediate store is held.

Da das Ventil üblicherweise in Richtung des Pfeiles 82 durch die Auslaßöffnung eines jeden Zylinders vom Innern des Zylinders her montiert wird, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Durchmesser des Ventiltellers 78 kleiner gehalten als der Durchmesser des Ventiltellers 76, so daß das Ventil samt Stößel durch die Auslaßöffnung des Zylinders geschoben werden kann.Since the valve is usually mounted in the direction of arrow 82 through the outlet opening of each cylinder from the inside of the cylinder, the diameter of the valve plate 78 is kept smaller than the diameter of the valve plate 76 in a further embodiment of the invention, so that the valve including the tappet the outlet opening of the cylinder can be pushed.

Der Ein- und Auslaß des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der Abgase in die einzelnen Zylinder kann von einer üblichen Nockenwelle her gesteuert werden. Der erfindungsgemäße Motor bietet aber auch die Möglichkeit, auf der Nockenwelle zwei Zusatznocken vorzusehen, welche die Ventile 20 und 21 in Fig. 1 zwischenzeitlich kurzzeitig öffnen, so daß die in den Zwischenspeichern 30 oder 50, 51 oder 60, 61 vorhandenen Abgase in die Zylinder 1 und 4 zurückschlagen können. Man erhält hierdurch einen Motor mit teilweiser Rückführung der Abgase.The inlet and outlet of the fuel-air mixture and the exhaust gases into the individual cylinders can be controlled from a conventional camshaft. The engine according to the invention also offers the possibility of providing two additional cams on the camshaft, which temporarily open the valves 20 and 21 in FIG. 1, so that the exhaust gases present in the intermediate stores 30 or 50, 51 or 60, 61 enter the cylinders 1 and 4 can strike back. This gives an engine with partial recirculation of the exhaust gases.

Zur Verbesserung der Nachverbrennung der Abgase kann in die Zwischenspeicher 30, 50, 51, 60, 61 über eine Düse 40 ein Sauerstoffträger eingespritzt werden. Das Einspritzen erfolgt zeitlich kurz vor deren vollständiger Füllung. Die Verbrennung selbst erfolgt im geschlossenen Speicher.In order to improve the post-combustion of the exhaust gases, an oxygen carrier can be injected into the intermediate stores 30, 50, 51, 60, 61 via a nozzle 40. The injection takes place shortly before they are completely filled. The combustion itself takes place in the closed storage.

Statt der Ausführung des erfindungsgemäßen Motors als Vierzylindermotor mit Kommunikation der Zylinder 2 und 3 kann durch Zusammenfassen der beiden Zweitaktzylinder 2 und 3 zu einem gemeinsamen Zylinder des doppelten Volumens beim Neubau von Motoren eine bauliche Vereinfachung erreicht werden.Instead of the design of the engine according to the invention as a four-cylinder engine with communication of the cylinders 2 and 3, by combining the two two-stroke cylinders 2 and 3 to form a common cylinder of twice the volume, a constructional simplification can be achieved.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Motors läßt sich mit Vorteil auch bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Motoren anwenden.The principle of the engine according to the invention can advantageously also be used in engines operated with diesel fuel.

Claims (12)

1. Vierzylindermotor mit verlängerter Expansion, bei dem zwei der Zylinder um 360⁰ phasenverschoben nach dem Viertaktprinzip arbeiten und die weiteren Zylinder nach dem Zweitaktprinzip zur Nachexpansion und Nachverbrennung der Abgase der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (Ventile (18, 19)) der der Nachexpansion dienenden Zylinder (2, 3) mit den Auslaßöffnungen (Ventile (20, 21)) der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder (1, 4) über wenigstens einen in sich abgeschlossenen, mit seinen Ein- und Auslaßöffnungen ventilgesteuerten, der Nachverbrennung dienenden Zwischenspeicher (30;, 50, 51; 60, 61) miteinander verbunden sind, derart, daß die Abgase in jedem Zwischenspeicher während eines Taktes der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder (1, 4) verbleiben.1. Four-cylinder engine with extended expansion, in which two of the cylinders are shifted in phase by 360 ⁰ according to the four-stroke principle and the other cylinders are used according to the two-stroke principle for post-expansion and afterburning of the exhaust gases of the cylinders working according to the four-stroke principle, characterized in that the inlet openings (valves ( 18, 19)) of the cylinders (2, 3) serving for post-expansion with the outlet openings (valves (20, 21)) of the cylinders (1, 4) operating according to the four-stroke principle via at least one self-contained one with its inlet and outlet openings Valve-controlled, post-combustion intermediate stores (30;, 50, 51; 60, 61) are connected to each other in such a way that the exhaust gases remain in each intermediate store during one cycle of the cylinders (1, 4) operating according to the four-stroke principle. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylindern (1, 4) und den der Nachexpansion dienenden Zylindern (2, 3) ein gemeinsamer Zwischenspeicher (30) als Doppelspeicher vorgesehen ist.2. Engine according to claim 1, characterized in that between the four-stroke cylinders (1, 4) and those used for post-expansion A common buffer (30) is provided as a double storage cylinder (2, 3). 3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nachexpansion dienenden Zylinder (2, 3) kommunizierend miteinander verbunden sind oder daß die beiden kommunizierenden Zylinder (2, 3) zu einem gemeinsamen Zylinder mindestens gleichen Volumens zusammengefaßt sind.3. Engine according to claim 1, characterized in that the cylinders (2, 3) serving for post-expansion are communicatively connected to one another or that the two communicating cylinders (2, 3) are combined to form a common cylinder of at least the same volume. 4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen jedes Zwischenspeichers (30, 50, 51, 60, 61) in etwa dem Volumen eines der zugeordneten Arbeitszylinder (1, 4) entspricht.4. Motor according to claim 1, characterized in that the volume of each intermediate store (30, 50, 51, 60, 61) corresponds approximately to the volume of one of the associated working cylinders (1, 4). 5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (20, 21) der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder (1, 4) als Einlaßventile für den oder die zugeordneten Zwischenspeicher (30, 50, 51, 60, 61) dienen und die Einlaßventile (18, 19) der der Nachexpansion dienenden Zylinder (2, 3) als Auslaßventile für den oder die zugeordneten Zwischenspeicher (30, 50, 51, 60, 61) dienen.5. Engine according to claim 1, characterized in that the exhaust valves (20, 21) of the four-stroke cylinder (1, 4) serve as intake valves for the or the associated intermediate store (30, 50, 51, 60, 61) and the inlet valves (18, 19) of the cylinders (2, 3) used for post-expansion serve as outlet valves for the associated buffer store (s) (30, 50, 51, 60, 61). 6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (20, 21) der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder (1, 4) sowie die Einlaßventile (18, 19) der nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Zylinder (2, 3) zwei mit Abstand voneinander angeordnete Ventilteller (76, 78) aufweisen, auf die in entgegengesetzter Richtung die Gase des jeweils einen Zwischenspeichers (30, 50, 51, 60, 61) wirken.6. Engine according to claim 1, characterized in that the exhaust valves (20, 21) of the four-stroke cylinder (1, 4) and the inlet valves (18, 19) of the two-stroke cylinder (2, 3) two with Have valve plates (76, 78) arranged at a distance from one another, on which the gases of the one intermediate store (30, 50, 51, 60, 61) act in the opposite direction. 7. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Zwischenspeicher (30) eine verschiebbare Trennwand (41, 71 66) zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen (43, 45; 44, 46) der zusammenarbeitenden Zylinderpaare (1, 3; 4, 2 oder 1, 2; 4, 3) aufweist.7. Motor according to claim 2, characterized in that the common buffer (30) has a sliding partition (41, 71 66) between the inlet and outlet openings (43, 45; 44, 46) of the cooperating pairs of cylinders (1, 3; 4th , 2 or 1, 2; 4, 3). 8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand durch einen im Zwischenspeicher (30) verschiebbaren Kolben (41) gebildet ist.8. Motor according to claim 7, characterized in that the partition is formed by a piston (41) displaceable in the intermediate store (30). 9. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (20, 21) der nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Zylinder (1, 4) zwischenzeitlich kurz öffnen, derart, daß ein Teil der Abgase des zugeordneten Zwischenspeichers (30, 50, 51, 60, 61) in den Zylinder (1, 4) rückgeführt wird.9. Engine according to claim 1, characterized in that the exhaust valves (20, 21) of the four-stroke cylinder (1, 4) temporarily open in such a way that part of the exhaust gases of the associated buffer (30, 50, 51, 60, 61) in the cylinder (1, 4) is returned. 10. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nachverbrennung dienenden Zwischenspeicher (30, 50, 51, 60, 61) je eine Einspritzöffnung (40) für einen flüssigen Sauerstoffträger aufweisen.10. Engine according to claim 1, characterized in that the post-combustion intermediate storage (30, 50, 51, 60, 61) each have an injection opening (40) for a liquid oxygen carrier. 11. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung als ein Vielfaches eines Vierzylindermotors.11. Engine according to claim 1, characterized by the design as a multiple of a four-cylinder engine. LeerseiteBlank page

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