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Dokumentenidentifikation DE19916853A1 26.10.2000
Titel Brennkraftmaschine
Anmelder diro GmbH & Co. KG, 38471 Rühen, DE
Erfinder Tomczyk, Hubert, Dipl.-Ing., 40237 Düsseldorf, DE
Vertreter GRAMM, LINS & PARTNER, 38122 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 14.04.1999
DE-Aktenzeichen 19916853
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse F02B 19/02
IPC-Nebenklasse F01L 7/02   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, mit einem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) in dem ein mit einer Kurbelwelle (10) verbundener erster Kolben (3, 53, 37, 73) geführt ist, und ein Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, bei dem durch rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei in einem zuvor in einem Verdichtungstakt verdichteten Frischgas eine zumindest teilweise Verdampfung eines in dem Frischgas enthaltenen oder in dieses eingeführten Brennstoffs durchgeführt, anschließend seine Verbrennung eingeleitet und mit dem dadurch erzeugten Druck der Verbrennungsgase der Kolben in einem Arbeitstakt beaufschlagt wird und nach Durchführung des Arbeitstaktes die Abgase aus dem Zylinderraum ausschiebt.
Um eine hohe Leistung und gute Abgaswerte zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten das hierbei verdichtete Frischgas zyklisch jeweils in mindestens zwei Verbrennungskammern (11) gedrück wird, in denen nach ihrem Verschließen gegenüber dem ersten Zylinderraum die zumindest teilweise Verdampfung durchgeführt und die Verbrennung eingeleitet wird und nachfolgend die Verbrennungskammer zu einem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung des Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandieren, Verbrennungsgasen beaufschlagt wird und in einem ersten Zylinderraum in einem ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, bei dem durch rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei durch rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei eine Verbrennung eines Gemisches eines in einem Verdichtungstakt verdichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften Brennstoffs eingeleitet und mit dem dadurch erzeugten Druck der Verbrennungsgase der Kolben in einem Arbeitstakt beaufschlagt wird, und nach Durchführung des Arbeitstaktes die Abgase aus dem Zylinderraum ausgeschoben werden.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Zylinder, in dem ein mit einer Kurbelwelle verbundener erster Kolben verschiebbar geführt ist, und ein zwischen dem ersten Kolben und dem ersten Zylinder gebildeter erster Zylinderraum in einem Ansaugtakt bei seiner Vergrößerung über einen Frischgaseinlaß mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas bei Verkleinerung des ersten Zylinderraums komprimierbar ist.

Bei bekannten Verbrennungsmotoren mit Innenverbrennung sind die jeweils auf einen Zylinder bezogenen Verbrennungskammern (z. B. vom Typ Ricardo, Perkins, Herkules, Deutz, ACO u. a.) stationär im Zylinderkopf, Motorblock und oder im Motorkolben angeordnet. In der EP-A-0 074 174 ist ein theoretisch gebliebener Vorschlag offenbart, der eine rotierende Vorverbrennungskammer vorsieht, in der eine Teilmenge eines fetten Gemisches verbrannt werden soll, die dann als Anzünder eines mageren Gemisches in der üblichen Verbrennungskammer dienen soll.

Allen Ausführungsformen gemeinsam ist der konstruktions- und verfahrensbedingt enge Zeitraum für die Verdampfung des Brennstoffs und für seine Verbrennung. Nachteilig ist ferner, daß die Verbrennung in einem variablen Volumen durchgeführt wird und ca. -15° vor bis +35° nach dem oberen Totpunkt erfolgen muß. Hieraus resultieren unvollständige Kraftstoffverbrennung und schädliche Abgase. Bei Kraftstoffen, die für ihre Gemischvorbereitung (Diesel) oder für ihre Verbrennung (Alkohol) mehr Zeit erfordern, ergibt sich zusätzlich eine Begrenzung der maximal möglichen Drehzahl. Die verfügbare Verbrennungszeit liegt in einer Größenordnung von etwa 0,001 s. Erzwungene Kompromisse wie z. B. eine Vergrößerung des Luftüberschusses oder aber die Inkaufnahme einer unvollständigen Verbrennung führen zur Senkung des Wirkungsgrades sowie zu einer Erhöhung der Schadstoffemission. Bei den bekannten Arbeitsverfahren würde eine Senkung des Luftüberschusses zu einer unvollständigen Verbrennung, zu weiteren Energieverlusten sowie zu einem erhöhten Schadstoffausstoß führen. Eine Vergrößerung des theoretischen Wirkungsgrades durch Senkung der Abgastemperatur ist nur mit erhöhtem apparativem Aufwand möglich.

Zur Verlängerung der Gemischvorbereitungs- und Verbrennungszeit kann der Kraftstoff bereits im Vergaser oder - bei indirekter Kraftstoffinjektion - im Ansaugkanal mit Luft vermischt werden, wodurch die Probleme jedoch nur begrenzt verringert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber herkömmlichen Arbeitsverfahren und Brennkraftmaschinen Verbesserungen zu erreichen und insbesondere hohe Leistungen, einen hohen Wirkungsgrad und vorzugsweise gute Abgaswerte zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Arbeitsverfahren gelöst, indem in einem ersten Zylinderraum in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten Frischgas verdichtet und jeweils in eine von mindestens zwei Verbrennungskammern gedrückt wird, in der nach ihrem Verschließen gegenüber dem ersten Zylinderraum die Verbrennung eingeleitet wird, nachfolgend die Verbrennungskammer zu einem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung des Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandierendens Verbrennungsgasen beaufschlagt wird, und in dem ersten Zylinderraum in einem nachfolgenden Verdichtungstakt eine weitere Verbrennungskammer von dem ersten Zylinder mit Frischgas befüllt wird.

Bei der eingangs genannten Brennkraftmaschine wird diese Aufgabe gelöst, indem mindestens zwei außerhalb des ersten Zylinderraumes angeordnete voneinander getrennte Verbrennungskammern vorgesehen sind, in die in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen zündbar ist, und jede der Verbrennungskammern jeweils nach Beendigung eines Verdichtungstakts in einem Arbeitstakt mit einem zweiten Zylinderraum verbindbar ist, der zwischen einem zweiten Zylinder und einem mit der Kurbelwelle verbundenen zweiten Kolben gebildet ist, wobei der zweite Kolben durch komprimiertes, mit Brennstoff versehenes und gezündetes Frischgas derartig verschiebbar ist, daß der zweite Zylinderraum vergrößerbar ist, und in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgas durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum herausstoßbar ist.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß der Ansaug- und Kompressionstakt von dem Arbeits- und Ausstoßtakt räumlich getrennt und in zwei verschiedenen Zylindern durchgeführt werden. Diesen beiden Zylindern sind mindestens zwei Verbrennungskammern zwischengeschaltet, in die das vom ersten Zylinder komprimierte Frischgas im Kompressionstakt bzw. gegen Ende des Kompressionstakts nacheinander bzw. in zyklischer Reihenfolge eingegeben wird. Die Verbrennungskammern werden vorteilhafterweise gegen Ende des Kompressionstakts, beispielsweise am oberen Totpunkt des ersten Kolbens nach dem Kompressionstakt zu dem ersten Zylinderraum hin verschlossen. Da die Verbrennung nicht im zur Verdichtung verwendeten ersten Zylinderraum eingeleitet wird, besitzt der Motor keine Neigung zu einer Zündung des komprimierten Frischgasgemisches vor dem oberen Totpunkt des ersten Kolbens und damit einer verfrühten Hochdruckbildung.

In den von den beiden Zylinderräumen getrennten Verbrennungskammern kann anschließend je nach gewünschter Verdampfungszeit und Zündzeit zunächst zu einem gewählten Zeitpunkt Brennstoff zugeführt werden, beispielsweise durch eine Einspritzdüse, und nach einer gewünschten Verdampfungszeit die Zündung durch eine Zündkerze eingeleitet werden. Da der Brennstoff in die bereits entleerte heiße Verbrennungskammer eingespritzt wird, werden eine gute Verdampfung bzw. Gemischaufbereitung und Verteilung des Brennstoffs in dem Frischgas erreicht, wie es beispielsweise bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine mit einer Einspritzung vor dem oberen Totpunkt in der Regel nicht erreicht wird. Die Zündung mittels einer Zündkerze kann in einem gewünschten Zeitabstand vor der Öffnung der Verbrennungskammer zu dem am Anfang des Arbeitstakts sich befindenden zweiten Zylinderraum erfolgen, so daß die Verbrennung bereits vollständig oder in einem erwünschten Umfang eingesetzt hat, bevor das Gas in den zweiten Zylinderraum gelangt. Dabei kann die Zündung an einer geeigneten Stelle in der Verbrennungskammer ausgelöst werden, so daß die Verbrennungsgase sich in geeigneter Weise in den zweiten Zylinderraum hinein ausbreiteten. Vorteilhafterweise breitet sich die Flammenfront entgegen der Ausbreitungsrichtung der in dem zweiten Zylinderraum strömenden Verbrennungsgase aus.

Eine Zündung ist auch zu einem Zeitpunkt möglich, in dem der Verbrennungsraum bereits zum zweiten Zylinderraum hin offen ist.

Grundsätzlich ist es möglich, daß der erste Zylinder und der zweite Zylinder mit unterschiedlichen Hubräumen ausgebildet werden, so daß eine Optimierung des Kompressions- und Arbeitstaktes möglich ist. Es ist jedoch auch eine Ausbildung mit gleichen Hubräumen möglich. Vorteilhafterweise entsprechen die Zylinderräume den Hubräumen, so daß der erste Zylinder praktisch einen vernachlässigbaren Verdichtungsraum aufweist und das komprimierte Gas vollständig in die Verbrennungskammer abgegeben wird. Da der erste Zylinderraum bzw. Kompressionsraum anschließend wieder Frischgas bzw. Luft aufnimmt, stören die Luftreste nicht. Die in dem Luftresten gespeicherte Kompressionsarbeit kann im Ansaugtakt wieder genutzt werden. Indem der zweite Zylinderraum vorteilhafterweise seinem Hubraum im wesentlichen entspricht und ein vernachlässigbarer Verdichtungsraum in dem zweiten Zylinderraum im oberen Totpunkt des zweiten Kolbens verbleibt, können die Abgase im oberen Totpunkt des zweiten Kolbens fast vollständig an einen Auspuffkanal abgegeben werden. Die Abgasreste führen nicht zu Arbeitsverluste, da die in ihnen gespeicherte Arbeit beim nachfolgenden Arbeitstakt wieder genutzt wird.

Die Verbrennungskammer kann vorteilhafterweise in einem drehbar gelagerten Körper angeordnet sein, der in Synchronisation mit der Kurbelwelle und somit dem ersten Zylinder und zweiten Zylinder angetrieben wird. Somit kann eine gute Abstimmung der Taktzyklen der Zylinder mit dem Verbrennungsraum erreicht werden. Es sind bei einem Ottomotor vorteilhafterweise genau zwei Verbrennungskammern und bei einem Dieselmotor vier Verbrennungskammern vorgesehen, die gleichwertig abwechselnd Frischgas aufnehmen und die Verbrennung einleiten. Der drehbar gelagerte Körper kann insbesondere eine Verbrennungswelle sein, die beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat und vorteilhafterweise parallel zur Kurbelwelle gelagert ist. Somit kann sie in ihrer radialen Richtung Frischgas von dem ersten Zylinder an dessem oberen Auslass aufnehmen und in ihrer radialen Richtung gezündetes Frischgas in den zweiten Zylinderraum abgeben. Die Verbrennungswelle mit kreisförmigem Querschnitt ragt hierzu entsprechend in die Zylinder mit einem Abschnitt, beispielsweise einem 90°-Segment ihres kreisförmigen Querschnitts, hinein, so daß sie bei Öffnung einer Verbrennungskammer Gase über eine große Grenzfläche aufnehmen bzw. abgeben kann. Der Kolben ist an diese Form des in den Zylinder hineinragenden Abschnitts der Verbrennungswelle vorteilhafterweise angepaßt, um im oberen Totpunkt den Zylinderraum zumindest weitgehend zu verschließen.

Die beiden Zylinder können in axialer Richtung der Verbrennungswelle voneinander getrennt sein, so daß ein einfacher Transport des Frischgases von dem ersten Zylinderraum zu dem zweiten Zylinderraum über die Verbrennungswelle möglich ist. Die Verbrennungswelle kann beispielsweise zwei Verbrennungskammern aufweisen und mit einer Untersetzung von 2 : 1 zu der Kurbelwelle gedreht werden, vorzugsweise direkt von ihr angetrieben werden. Somit können die zwei Verbrennungskammern abwechselnd mit komprimiertem Frischgas gefüllt werden, Brennstoff aufnehmen und nach der Zündung an den zweiten Zylinderraum abgeben. Die Größe der Verbrennungsräume kann an die gewünschte Verdichtung angepaßt werden. Bei Dieselmotoren können auch mehr als zwei Verbrennungskammern, beispielsweise vier Verbrennungskammern ausgebildet werden und eine Untersetzung von 4 : 1 vorgenommen werden, so daß mehr Zeit zum Verdampfen verbleibt.

Die Einspritzdüse und gegebenenfalls eine Zündvorrichtung können am Umfang der Verbrennungswelle derartig angeordnet werden, daß die Verbrennungskammern der Verbrennungswelle zu einem gewünschten Zeitpunkt zu der Einspritzdüse bzw. Zündvorrichtung hin mit einer Öffnung freigelegt sind. Bei einer zylinderförmigen Verbrennungsquelle erfolgt dabei die Einspritzung vorteilhafterweise direkt in radialer Richtung bzw. überwiegend radialer Richtung der Verbrennungswelle, so daß eine gute Verteilung des Brennstoffs in der sich in axialer Richtung der Verbrennungswelle erstreckenden Verbrennungskammer erreicht werden kann.

Die Verbrennungswelle kann insbesondere als Verbrennungsdrehschieber ausgebildet sein, der aufgrund seiner Förderwirkung das verdichtete Frischgas vom ersten Zylinderraum zum zweiten Zylinderraum befördert.

Für die Zuführung von Frischgas zu dem ersten Zylinderraum und/oder gegebenenfalls auch die Entladung des Abgases von dem zweiten Zylinderraum kann ein Ansaugdrehschieber vorgesehen werden, der vorteilhafterweise parallel zu der Verbrennungswelle angeordnet ist. Er kann beispielsweise ebenfalls mit einem Abschnitt, z. B. einem 90°-Segment seines kreisförmigen Querschnitts in die beiden Zylinder hineinragen und somit über eine große Verbindungsfläche zu den Zylinderräumen eine gute Zuführung von Frischgas und gegebenenfalls Entladung des Abgases erreichen.

Der Abgaskanal kann dabei jedoch auch in der Verbrennungswelle, vorteilhafterweise in ihrer radialen Mitte, ausgebildet werden. Vorteilhafterweise werden lediglich ein Ansaugkanal und ein Abgaskanal ausgebildet, um die Querschnitte dieser Kanäle nicht zu klein auszubilden und somit den Strömungswiderstand gering zu halten. In diesem Fall dreht sich der Ansaugdrehschieber vorteilhafterweise ohne Untersetzung zu der Kurbelwelle, um seine Frischgaszufuhröffnung und gegebenenfalls Abgasaufnahmeöffnung taktgenau zu den Zylinderräumen hin zu öffnen.

Je nach Formgebung der Verbrennungswelle und gegebenenfalls des Ansaugschiebers können diese gleichsinnig oder gegensinnig zu der Kurbelwelle angetrieben werden. Je nach Winkelversatz zwischen der Frischgasaufnahmeöffnung und der Expansionsöffnung zur Abgabe des gezündeten komprimierten Frischgases aus der Verbrennungswelle können die Kolben der beiden Zylinder ohne oder mit beliebigen Hubzupfenversatz bzw. Kurbelwinkeldifferenz z. B. 90°, 180°, 270° zueinander gedreht werden. Weiterhin können Verbrennungsmoderatoren eingesetzt werden oder Katalysatoren für die Verbrennung, wie z. B. ein Nickeleinsatz für ein Gemisch von Naphtha mit Wasser oder Keramikeinsätze für flammenlose Verbrennung in der Verbrennungskammer verwendet werden, ohne hierbei die Zylinderräume zu beeinflussen. In die Verbrennungskammer kann beispielsweise Wasser eingespritzt werden, um die Abgastemperaturen zu senken, ohne hierbei einen erheblichen Druckverlust zu verursachen.

Wenn die Verbrennungswelle als Drehschieber ausgebildet ist, können die Verbindungskanäle zu den mehreren Verbrennungskammern insbesondere schraubenförmig über den Umfang des Drehschiebers ausgebildet und somit auch axial zueinander benachbart sein, um die Förderwirkung zu erhöhen.

Der Drehschieber ist vorteilhafterweise von einem stationären Drehschiebergehäuse abdichtend umschlossen, das Anschlußöffnungen zu den beiden Zylinderräumen aufweist.

Durch die Verwendung eines Drehschiebers, dessen Verbrennungskammern nur in bestimmten Stellungen mit der Auslaßöffnung des ersten Zylinderraums sowie der Einlaßöffnung des zweiten Zylinderraums verbunden sind, kann auf die Ausbildung von Ventilen für diese Einlaß-/Auslaßsteuerung verzichtet werden, so daß die Herstellungskosten gesenkt werden können. Indem auch die Frischluftzufuhr zu dem ersten Zylinderraum sowie der Abgasauslaß durch diesen oder einen weiteren Drehschieber erfolgen, kann auf die Verwendung von Ventilen zur Einlaß- und Auslaßsteuerung der beiden Zylinder vollständig verzichtet werden, so daß auch keine Nockenwelle für diese Ventile notwendig ist. Somit sind lediglich der bzw. die Drehschieber von der Kurbelwelle anzutreiben, nicht jedoch eine Nockenwelle mit entsprechenden, in die Zylinderräume hineinragenden Ventilen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2a-d Schnittansichten durch den ersten und zweiten Zylinder der Ausführungsform von Fig. 1 in 45°- Stellung der Kurbelwelle;

Fig. 3a-d entsprechende Schnittansichten in 135°-Stellung der Kurbelwelle;

Fig. 4a-d entsprechende Schnittdarstellungen in 225°- Stellung der Kurbelwelle;

Fig. 5a-d entsprechende Schnittdarstellungen in 315°-Stellung der Kurbelwelle;

Fig. 6a-d Darstellung der beiden Verbrennungskammern der ersten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform;

Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines V-Motors mit zwei Anordnungen der ersten Ausstellungsform mit je zwei Zylindern;

Fig. 9a, b eine Schnittdarstellung durch den ersten Zylinder einer Brennkraftmaschine einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Stellung von 0° der Kurbelwelle;

Fig. 9c, d Schnittdarstellungen durch den zweiten Zylinder in der 0°-Stellung;

Fig. 10a-d Schnittdarstellungen der 90°-Stellung des ersten und des zweiten Zylinders;

Fig. 11a-d Schnittdarstellungen der 180°-Stellung des ersten und zweiten Zylinders;

Fig. 12a-d Schnittdarstellungen der 270°-Stellung des ersten und zweiten Zylinders;

Fig. 13 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform;

Fig. 14a-d Darstellungen der Verbrennungskammern der zweiten Ausführungsform; a, b: perspektivisch, c, b: perspektivisch, c: Seitenansicht, Schnittansicht, d: Draufsicht, Schnittansicht;

Fig. 15a-d bis 18a-d Schnittdarstellungen jeweils des ersten und zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer dritten Ausführungsform in Stellungen der Kurbelwelle von 0°,90°, 180°, 270°;

Fig. 19 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der dritten Ausführungsform;

Fig. 20a-d Darstellungen der Verbrennungskammern der dritten Ausführungsform;

Fig. 21a-d bis 24a-d Schnittdarstellungen des ersten und zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 25 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der vierten Ausführungsform;

Fig. 26a-d Darstellungen der Verbrennungskammer der vierten Ausführungsform;

Fig. 27a-d bis 30a-d Schnittdarstellungen des ersten und zweiten Zylinders einer Brennkraftmaschine einer fünften Ausführungsform in Stellungen der Kurbelwelle von 0°, 90°, 180°, 270°;

Fig. 31 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der fünften Ausführungsform;

Fig. 32a-d Darstellungen der Verbrennungskammern der fünften Ausführungsform;

Fig. 33a-d und 34a-d Schnittdarstellungen des ersten und zweiten Zylinders einer sechsten Ausführungsform der Erfindung in Kurbelwinkelstellungen von 0° und 180°;

Fig. 35 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine der sechsten Ausführungsform;

Fig. 36a, b perspektivische Darstellungen der Steuerwelle der sechsten Ausführungsform.

Eine Brennkraftmaschine weist gemäß Fig. 1 mindestens einen ersten und einen zweiten Zylinder auf, wobei in der Figur lediglich der erste Zylinder 1 angedeutet ist, der als Kompressionszylinder dient. In dem als Kompressionszylinder dienenden ersten Zylinder 1 ist in bekannter Weise ein erster Kolben 3 verschiebbar gelagert. Im Arbeitszylinder 2 ist entsprechend ein zweiter Kolben 4 gelagert. Die beiden Kolben sind über Pleuelstangen 15, 16 an einer in Fig. 1 nicht gezeigten Kurbelwelle 10 gelagert. Die oberhalb der beiden Kolben 3, 4 mit den jeweiligen Zylindern gebildeten Zylinderräume sind über Ventile mit Zuführungen verbunden.

Erfindungsgemäß ist oberhalb der beiden Zylinder ein Verbrennungsdrehschieber 9 drehbar im Zylinderkopf 21 gelagert und weist als Aussparungen ausgebildete Verbrennungskammern auf, die detaillierter in Fig. 6a-d gezeigt sind und mit Bezug auf die Fig. 2-5 näher erläutert werden.

In den Fig. 2a-d ist die Anordnung der Arbeitszylinder und des Verbrennungsdrehschiebers 9 in einer ersten 45°-Stellung der Kurbelwelle 10 gezeigt. Der Kompressionszylinder 1 befindet sich im Ansaugtakt, so daß der erste Kolben 3 durch die gezeigte Drehung der Kurbelwelle 10 nach unten befördert wird und Frischluft über Frischluftzufuhrleitungen 7 und geöffnete Einlaßventile 11, 12 in den sich vergrößernden ersten Zylinderraum 5 strömt. Hierzu werden die Einlaßventile 11, 12 in bekannter Weise über Nockenwellen 171, 172 gesteuert, die gemäß Fig. 1 über z. B. einen Keilriemen 173 mit der Kurbelwelle 10 verbunden sind. Gemäß Fig. 2c, 2d befindet sich der Arbeitszylinder 2 im Arbeitstakt, wobei gemäß dem in Fig. 2d gezeigten schwarzen Pfeil Verbrennungsgase, d. h. verbranntes Frischgas-Brennstoff- Gemisch aus der ersten Verbrennungskammer 9a des Verbrennungsdrehschiebers 9 durch eine Expansionsöffnung 40 in den zweiten Zylinderraum 6 abgegeben wird. Die Ausgabeventile 13, 14 sind dabei gemäß Fig. 2d geschlossen. Somit können die Verbrennungsgase aus der zweiten Verbrennungskammmer 9b in den zweiten Zylinderraum 6 gelangen und den zweiten Kolben 4 nach unten drücken.

Der Verbrennungsdrehschieber 9 dreht sich gegenüber der Kurbelwelle mit einer Untersetzung von 2 : 1. Bei dieser Ausführungsform stimmen die Drehrichtungen der Kurbelwelle 10 und des Verbrennungsdrehschiebers 9 überein und entsprechen weiterhin den Drehrichtungen der Nockenwellen 171, 172. Die Kolben 3, 4 und die Innenwände der Zylinder 1, 2 sind derartig geformt, daß der Zylinderraum zumindest fast vollständig durch den Hubraum gebildet wird und lediglich ein vernachlässigbarer Restbereich als Verdichtungsraum verbleibt, da die verdichtete Luft erfindungsgemäß in die Verbrennungskammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 gedrückt werden soll. Die Kolben 3, 4 können dabei vorteilhafterweise keilförmig zulaufen und die Zylinder entsprechend an ihrer Oberseite in einer keilförmigen Stumpfbohrung auslaufen, die gemäß den Zeichnungen beispielsweise in dem Zylinderkopf ausgebildet werden kann, so daß in dem Kurbelgehäuse des Motors lediglich die zylinderförmigen Zylinderlaufbahnen ausgebildet werden müssen. Dabei können in bekannter Weise auch Zylinderlaufbuchsen beispielsweise in Zylinderblöcken aus Aluminium-Legierungen eingesetzt werden.

Gemäß Fig. 3a-d befindet sich die Kurbelwelle 10 in einer gegenüber den Fig. 2a-d um 90° weitergedrehten Stellung, die entsprechend als 135°-Stellung bezeichnet wird. Der erste Zylinder 1 befindet sich noch im Ansaugtakt, so daß weiterhin keine Verbindung des ersten Zylinderraums 5 zu einer der Verbrennungskammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 freigegeben ist. Entsprechend Fig. 3b ist die erste Verbrennungskammer 9a des Verbrennungsdrehschiebers 9 in dieser um gegenüber Fig. 2b um 45° weitergedrehten Stellung weiterhin gegenüber dem ersten Zylinderraum 5 abgeschlossen. Gemäß Fig. 3c, d befindet sich der zweite Zylinder 2 gegen Ende des Arbeitstaktes, so daß der zweite Kolben 4 weiterhin nach unten gedrückt wird. Dabei wird die Expansionsöffnung 40 der ersten Verbrennungskammer 9a jedoch allmählich verschlossen und ist in Fig. 3d bereits zur Hälfte verschlossen.

Die Fig. 4a d zeigen eine 225°-Stellung der Kubelwelle, bei der die in der ersten Verbrennungskammer 9a nach dem Arbeitstakt verbliebenen Abgasreste über eine Ausgabeöffnung 42 der ersten Verbrennungskammer 9a an einen Auspuffkanal 41 abgegeben werden. Im ersten Zylinder 1 setzt dabei gerade der Verdichtungstakt bzw. Kompressionstakt ein, bei dem der erste Kolben 3 nach oben bewegt wird und das zuvor im Ansaugtakt der Fig. 2, 3 angesaugte Frischgas verdichtet. Die Einlaßventile 11, 12 sind dabei entsprechend verschlossen. Weiterhin ist der erste Zylinderraum 5 auch gegenüber den beiden Kammern des Verbrennungsdrehschiebers 9 verschlossen.

Der zweite Zylinder 2 befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem die Abgase gemäß den schwarzen Pfeilen über die geöffneten Auslaßventile 13, 14 in einen Auspuffkanal 43 abgegeben werden. In der zweiten Verbrennungskammer 9b wird von der Zündkerze 18 gerade die Zündung eingeleitet.

In der 315°-Stellung der Fig. 5a-5d befindet sich der erste Zylinder 1 gegen Ende des Verdichtungstakts, bei dem die verdichtete Luft gemäß dem schwarzen Pfeil über eine Einlaßöffnung 44 in die erste Verbrennungskammer 9a gedrückt wird. Die Einlaßventile 11, 12 sind dabei weiterhin verschlossen.

Gemäß Fig. 5c, d befindet sich der Arbeitszylinder 2 in der Endphase des Ausstoßtaktes, so daß die Auslaßventile 13, 14 weiterhin geöffnet sind, und keine Verbindung des zweiten Zylinderraums 6 zu einer der Verbrennungskammern des Drehschiebers geöffnet ist.

Die anschließende, nicht mehr gezeigte, um 90° gedrehte Stellung der Kurbelwelle entspricht wiederum den in Fig. 2a-d gezeigten Anordnungen, wobei der Verbrennungsdrehschieber 9 aufgrund seiner Untersetzung lediglich eine 180°-Drehung durchgeführt hat und somit gegenüber Fig. 2a-d die Verbrennungskammern 9a und b vertauscht sind. Da diese Verbrennungskammern 9a und 9b jedoch gleich ausgebildet sind, schließt sich ein gleicher Zyklus an.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer V-Anordnung von zwei erfindsgemäßen Einheiten. Weiterhin sind auch Reihenmotoren oder Boxermotoren möglich.

Während in der ersten Ausführungsform noch Einlaß- und Auslaßventile verwendet werden, die entsprechend über Nockenwellen 171, 172 gesteuert werden, kann in den nächsten Ausführungsformen auf derartige Ventile und Nockenwellen verzichtet werden. In der in den Fig. 9-14 gezeigten zweiten Ausführungsform wird neben einem Verbrennungsdrehschieber 39 zusätzlich ein Ansaugdrehschieber 29 verwendet, der einen Ansaugkanal 24 und einen Abgaskanal 27 aufweist, durch die Frischgas bzw. Abgas in der axialen Richtung des Ansaugdrehschiebers bei dessen Drehung gefördert werden. Der Verbrennungsdrehschieber 39 und der Ansaugdrehschieber 29 drehen sich gegenüber der Kurbelwelle 10 in entgegengesetzter Drehrichtung. Der Verbrennungsdrehschieber 39 weist dabei in seiner Drehgeschwindigkeit ein Untersetzungsverhältnis vom 2 : 1 gegenüber der Kurbelwelle auf, während der Ansaugdrehschieber 29 sich mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle 10 dreht, wie aus den Fig. 9-12 ersichtlich ist. Bei Fig. 9a, b in der 0°-Stellung der Kurbelwelle befindet sich der in den Figuren gezeigte Kompressionszylinder 51 mit Kompressorkolben 53 am Anfang des Ansaugtakts, bei dem durch eine Ansaugöffnung 26 des Ansaugdrehschiebers 29 Frischgas in axialer Richtung des Ansaugdrehschiebers durch seinen Ansaugkanal 24 in den Zylinderraum 151 strömt. Der in Fig. 9c, d gezeigte, dahinterliegende Arbeitszylinder 52 mit Arbeitskolben 54 befindet sich im Arbeitstakt, wobei verbranntes Brennstoff-Luft-Gemisch von der zweiten Verbrennungskammer 140b in dem zweiten Zylinderraum 152 drängt und den Arbeitskolben nach unten drückt.

In Fig. 10 ist die 90°-Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugdrehschiebers bei entsprechender 45°-Stellung der Verbrennungswelle 39 gezeigt. Der Kompressionszylinder 51 befindet sich weiterhin im Ansaugtakt, bei dem die Ansaugöffnung 26 gegenüber dem Zylinderraum 151 des Kompressionszylinders nunmehr voll geöffnet ist. Der Arbeitszylinder befindet sich gleichzeitig gegen Ende des Arbeitstakts (unterer Totpunkt). In Fig. 10b werden nachfolgend Abgasreste von der Kammer 140b an den Abgasauslaßkanal 57 abgegeben. In Fig. 10b wird gerade Brennstoff von der Einspritzdüse in die Kammer 140a eingespritzt.

Gemäß Fig. 11 liegt eine 180°-Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugdrehschiebers sowie eine 90°-Stellung der Verbrennungswelle 39 vor. Während der Kompressionszylinder nunmehr gegen Ende des Ansaugtakts ist und die Ansaugöffnung 26nunmehr gerade verschlossen wird, befindet sich der Arbeitszylinder bereits im Ausstoßtakt, bei dem die Abgase von dem sich nach oben bewegenden Kolben 54 durch eine Ausspuffkanalöffnung 155 in den Auspuffkanal 27 des Ansaugdrehschiebers 29 gedrückt und in axialer Richtung des Ansaugdrehschiebers 29 wegbefördert werden.

Gemäß Fig. 12 (270°-Stellung) befinden sich der Kompressionszylinder im Verdichtungstakt, bei dem sein Zylinderraum gegenüber dem Ansaugdrehschieber verschlossen ist. Die Verbrennungskammer 140b wird zu dem ersten Zylinderraum 151 hin geöffnet, so daß sie Frischgas von dem ersten Zylinderraum 151 aufnehmen kann. Der Arbeitszylinder befindet sich am Ende (OT) des Ausstoßtakts und Anfang des Arbeitstakts am oberen Totpunkt. Die Öffnung zum Abgaskanal 27 wird nunmehr verschlossen, und eine Verbrennungskammer mit verdichtetem, mit Brennstoff versehenem und gezündetem Gas der Verbrennungskammer 140a zu dem Zylinderraum des Arbeitszylinders geöffnet. Die nachfolgende 360°-Stellung entspricht der 0°-Stellung der Fig. 9, wobei die Verbrennungskammern vertauscht sind.

Fig. 13, 14 zeigen eine Draufsicht auf den Motor und Darstellung der Verbrennungskammern 140a, b.

Die Fig. 15 bis 20 zeigen eine dritte Ausführungsform, bei der ebenfalls auf Ventile verzichtet werden kann, indem ein Ansaugdrehschieber 19 verwendet wird, der in seinem Inneren einen Ansaugkanal 23 aufweist und über eine Ansaugöffnung 20 Frischluft an den Zylinderraum des Kompressionszylinders abgeben kann. Auch hier dreht sich der Ansaugschieber 19 entgegengesetzt zur Kurbelwelle und mit gleicher Drehzahl wie diese. Die Verbrennungswelle 30 dreht sich gleichsinnig mit der Kurbelwelle mit einem Untersetzungsverhältnis von 2 : 1. Bei dieser dritten Ausführungsform ist ein Abgaskanal 31 im Inneren der Verbrennungswelle 30, vorzugsweise konzentrisch in der Mitte gemäß Fig. 15 angeordnet. Die Verbrennungskammern 33a, 33b sind entsprechend konzentrisch um den Abgaskanal 31 herum ausgebildet. Die Kolbenstellungen des Kompressionskolbens und Arbeitskolbens sind wie in der zweiten Ausführungsform um 90° versetzt. Die Ausbildung der Verbrennungskammern ist neben der Radialschnittdarstellung der Fig. 15 beispielsweise auch aus der perspektivischen Ansicht der Fig. 20 ersichtlich, in der lediglich die Verbrennungskammern 33a, 33b gezeigt sind. In den Verdichtungstakten erfolgt der Einlaß von verdichteter Frischluft durch Verdichtungsöffnungen 35a, 35b, die jeweils zum Zylinderraum des Kompressionszylinders freigegeben werden. In den Verbrennungskammern wird dem verdichteten Frischgas über eine für beide Verbrennungskammern verwendete Einspritzdüse 127 Brennstoff zugeführt und von einer Zündkerze 28 gezündet. Kurz nach der Zündung oder bereits während der Zündung wird die Verbrennungskammer über Expansionsöffnungen 34a, 34b gegenüber dem am Anfang des Arbeitstakts befindlichen Zylinderraum des Arbeitszylinders freigegeben. Im Ausstoßtakt werden die Abgase über den Auslaß 32a, b und den Abgaskanal 31 ausgegeben.

Dementsprechend befindet sich bei der in Fig. 15 gezeigten 0°-Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugdrehschiebers 19 sowie der 0°-Stellung der Verbrennungswelle der Kompressionszylinder 61 am oberen Totpunkt und beginnt nach dem gerade beendeten Verdichtungstakt in der Verbrennungskammer 35b nunmehr einen Ansaugtakt, indem der Kolben 36 des Kompressionszylinders 61 nach unten bewegt wird und somit den Zylinderraum 136 freigibt; gleichzeitig wird die Einlaßöffnung 20 des Ansaugdrehschiebers 19 zum ersten Zylinderraum hin gedreht, so daß der Ansaugkanal 23 zum Zylinderraum hin offen ist. Der in Fig. 15c, d gezeigte Arbeitskolben 37 des Arbeitszylinders 62 befindet sich im Arbeitstakt, in der die erste Verbrennungskammer 33a über die Expansionsöffnung 34a mit dem Zylinderraum des Arbeitszylinders verbunden ist. In dieser Stellung ist die Expansionsöffnung 34a vollständig freigegeben, und der Arbeitskolben befindet sich im halben Hub.

In der in Fig. 16 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugdrehschiebers sowie entsprechend der 45°-Stellung der Verbrennungswelle befindet sich der Kompressionszylinder 61 in mittlerer Stellung, d. h. mittlerem Hub, des Ansaugtakts. Die Ansaugöffnung 20 ist vollständig zum Zylinderraum des Kompressionszylinders 61 hin offen. Der Arbeitskolben befindet sich im unteren Totpunkt am Ende des Arbeitstakts, bei dem die Verbrennungskammern gegenüber dem Zylinderraum des Arbeitszylinders verschlossen sind. In Fig. 16b werden von der Kammer 33a nachfolgend Abgasreste an einen Abgaskanal abgegeben.

In der in Fig. 17 gezeigten 180°-Stellung befindet sich der Kompressionszylinder 61 im unteren Totpunkt am Anfang der Verdichtung, wobei die Ansaugöffnung 20 gerade geschlossen worden ist. Der Arbeitszylinder befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem durch die Auslaßöffnung 32a der Verbrennungswelle 30 das Abgas in den Abgaskanal 31 befördert wird. In Fig. 17d wird gleichzeitig von der Zündkerze 28 in Kammer 33b gezündet und von der Einspritzdüse 127 in Kammer 33a eingespritzt.

Fig. 18 zeigt die 270°-Stellung der Kurbelwelle und des Ansaugschiebers sowie entsprechend eine 135°-Stellung der Verbrennungswelle. Der Kompressionszylinder befindet sich im Verdichtungstakt, bei dem die Verdichtungsöffnung 35a der zweiten Verbrennungskammer 33a gegenüber dem Zylinderraum des Kompressionszylinders vollständig geöffnet ist, so daß verdichtetes Frischgas in die erste Verbrennungskammer einströmen kann. Der Arbeitskolben befindet sich am oberen Totpunkt am Ende des Ausstoßtakts und entsprechend am Anfang des nachfolgenden Arbeitstakts, wobei die Auslaßöffnung in der Verbrennungswelle zur Aufnahme der Abgase verschlossen ist; nunmehr wird die Expansionsöffnung der Verbrennungskammer 33b zum Arbeitsraum hin geöffnet, um das entzündete Brenngasgemisch an den Zylinderraum des Arbeitszylinders abzugeben. In dieser Stellung ist der Zylinderraum des Arbeitszylinders zumindest nahezu vollständig geschlossen. Anschließend wird eine 360°-Stellung eingenommen, die der 0°-Stellung der Fig. 15 entspricht, wobei die Verbrennungskammern demgegenüber vertauscht sind. In Fig. 20 wird der Verlauf der Verbrennungskammern 33a, 33b gezeigt. Die Schnittansicht entlang der Linie A', A aus Fig. 20c, die in Fig. 20b gezeigt ist, entspricht einem Schnitt durch den ersten Zylinder, die in Fig. 20a gezeigte Schnittansicht entlang der Linie B', B entspricht einem Schnitt durch den Arbeitszylinder.

Auch bei dieser Ausführungsform ist die Form des Kolbens an die Zylinderform angepaßt, so daß im oberen Totpunkt der Zylinderraum oder weit überwiegend verschwindet. Hierzu ist der Kolben in vorteilhafter Weise gemäß den Figuren mit Aussparungen versehen, die den entsprechenden Abschnitten der zylinderförmigen Verbrennungswelle 30 und des zylinderförmigen Ansaugdrehschiebers 19 entsprechen.

Die Fig. 21 bis 26 zeigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird ebenfalls wiederum neben einer Verbrennungswelle zusätzlich ein Ansaugdrehschieber verwendet. Dieser Motor kann in vorteilhafter Weise als Dieselmotor verwendet werden.

Diese vierte Ausführungsform ähnelt vom Aufbau der zweiten Ausführungsform der Fig. 9 bis 13. Eine Verbrennungswelle 162 weist allerdings vier Verbrennungskammern 85a, b, c, d auf, die in 90°-Segmenten der zylinderförmigen Verbrennungswelle 162 angeordnet sind. Die Verbrennungswelle dreht sich entsprechend mit einem Viertel der Drehzahl der Kurbelwelle 10 und vorteilhafterweise entsprechend den Figuren im entgegengesetzten Drehsinn wie diese. Durch die Ausbildung von vier statt zwei Kammern kann der Zeitraum, der nach der Dieseleinspritzung zur Verdampfung/Gemischbildung des Diesel-Luftgemisches zur Verfügung steht, erhöht werden, da jede Verbrennungskammer erst in jedem vierten Arbeitstakt zum Zylinderraum des Arbeitszylinders 72 hin geöffnet wird. Die Einspritzung erfolgt durch die Einspritzdüse 170, die Zündung durch die Zündkerze 17. Die Luftzufuhr und Abgasentladung erfolgen analog Fig. 6 über einen Ansaugdrehschieber 63 mit Frischluftkanal 76 und Frischluftzuführöffnung 78 sowie Abgaskanal 75 mit Abgasöffnung 77. Der Ansaugdrehschieber 63 dreht sich mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle 10. In Fig. 21 ist der erste Kolben 73 am oberen Totpunkt nach einem Kompressionstakt und vor dem Ansaugtakt, wobei die Frischluftzufuhröffnung 78 des Frischluftkanals 76 nunmehr zum ersten Zylinderraum hin geöffnet wird. Der Arbeitszylinder befindet sich im Arbeitstakt, bei dem aus der Verbrennungskammer 85d gezündetes, expandierendes, verbranntes Gas in den zweiten Zylinderraum 79 strömt und den Arbeitskolben 74 nach unten drückt. In der in Fig. 22 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle befindet sich der Kompressionszylinder 71 im Ansaugtakt, bei dem Frischluft über den Frischluftkanal 76 und die Frischluftzufuhr 78 in den ersten Zylinderraum 178 angesaugt wird. Der Arbeitskolben 74 befindet sich im unteren Totpunkt beim Übergang vom Arbeitstakt in den Ausstoßtakt, wobei nachfolgend die Abgasöffnung 77 zum zweiten Zylinderraum 79 hin freigegeben wird.

In der 180°-Kurbelwellenstellung der Fig. 23 befindet sich der Kompressionskolben 73 am unteren Totpunkt beim Übergang vom Ansaugtakt zum Kompressionstakt. Die Frischluftzufuhröffnung 78 ist nunmehr gegenüber dem ersten Zylinderraum verschlossen, und nachfolgend wird die Verbrennungskammer 85a zum ersten Zylinderraum hin geöffnet werden. Der Arbeitskolben befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem das Abgas über die Abgasöffnung 77 in den Abgaskanal 75 durch den Arbeitskolben 74 ausgestoßen wird. In Fig. 23b wird Kammer 85d entlastet und in Kammer 85c gezündet.

In der 270°-Kurbelwellenstellung der Fig. 24 befindet sich der Kompressionszylinder 72 im Kompressionstakt, bei dem der Kompressionskolben 73 Frischluft in die Verbrennungskammer 85a drückt, die nunmehr gegenüber dem ersten Zylinderraum 178 geöffnet ist. Der Arbeitskolben 74 des Arbeitszylinders 72 befindet sich am oberen Totpunkt nach dem Ausstoßtakt und vor dem Arbeitstakt, so daß die Verbrennungskammer 85c im folgenden gegenüber dem zweiten Zylinderraum geöffnet werden wird und die Abgasöffnung 77 des Abgaskanals 75 gerade geschlossen wird.

Der erste Kolben bzw. Kompressionskolben 73 folgt bei dieser Ausführungsform dem zweiten Kolben bzw. Arbeitskolben 74 mit 90° Kurbelwellendifferenz.

Die Fig. 27 bis 32 beschreiben eine fünfte Ausführungsform, die der ersten Ausführungsform entspricht, wobei allerdings zwei Verbrennungskammern 89a, b in der Verbrennungswelle vorgesehen sind. Die Verbrennungswelle läuft mit einer Untersetzung von 2 : 1 gegenüber der Kurbelwelle, so daß gegenüber der ersten Ausführungsform eine doppelte Zeit für die Verdampfung des Brennstoffs in den Verbrennungskammer verbleibt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform folgt der zweite Kolben dem ersten Kolben mit 180° Kurbelwinkeldifferenz. Die Verbrennungskammern 89a, b sind entsprechend schraubenförmig verdreht, wie beispielsweise aus den Fig. 32a-d ersichtlich ist. In der 0°-Stellung der Fig. 27 befindet sich der erste Kolben 3 im oberen Totpunkt nach einem Kompressionstakt und vor dem nächsten Ansaugtakt. Die zweite Verbrennungskammer 89b ist gerade mit komprimierten Frischgas gefüllt worden. Der Arbeitskolben 4 befindet sich im unteren Totpunkt nach einem Arbeitstakt und vor dem Ausstoßtakt. Die erste Verbrennungskammer 89a wird gerade gegenüber dem zweiten Zylinderraum 6 geschlossen.

Bei der in Fig. 28 gezeigten 90°-Stellung der Kurbelwelle befindet sich der erste Zylinder 1 im Ansaugtakt, bei dem Frischgas über Einlaßventile 11, 12 in den ersten Zylinderraum 5 zugeführt wird. Die erste Verbrennungskammer 89a gibt einen Teil der in ihr befindlichen Abgasreste über eine Abgasleitung 141 ab. Der zweite Zylinder 2 befindet sich im Ausstoßtakt, bei dem Abgas über die Auslaßventile 13, 14 abgegeben wird.

In der 180°-Stellung der Kurbelwelle der Fig. 29 befindet sich der erste Kolben 3 am unteren Totpunkt, so daß nach dem Aussaugtakt nunmehr der Verdichtungstankt beginnen wird. Der zweite Kolben 4 befindet sich am oberen Totpunkt, so daß anschließend der Arbeitstakt anfangen wird, bei dem heiße Verbrennungsgase aus der zweiten Verbrennungskammer 89b in den zweiten Zylinderraum strömen werden, wie aus den Fig. 30c, 30d der 270°-Stellung ersichtlich ist.

Bei den ersten fünf Ausführungsformen wird vorteilhafterweise nach dem Ausstoßtakt nach dem Verschließen der Verbrennungskammer gegenüber dem zweiten Zylinderraum zunächst das in der Verbrennungskammer verbleibende Abgas zumindest teilweise an eine Abgasleitung abgeben. Danach wird der Brennstoff, insbesondere Benzin oder Diesel in die Verbrennungskammer eingespritzt und verdampft in der noch heißen Verbrennungskammer zumindest teilweise. Beim nachfolgenden Kompressionstakt wird Frischgas in die mit Brennstoff und Brennstoffdämpfen gefüllte Verbrennungskammer gedrückt. Bis zu der nachfolgenden Zündung ist dann der Brennstoff vorteilhafterweise vollständig verdampft. Gegebenenfalls kann auf die Abgasleitung zum weiteren Entleeren der verschlossenen Verbrennungskammer verzichtet werden.

Die Fig. 33 bis 36 zeigen eine sechste Ausführungsform, die eine weitere Abwandlung gegenüber der ersten Ausführungsform darstellt. Gleiche Bezugszeichen stehen für gegenüber der ersten Ausführungsform unveränderte Komponenten. Bei dieser Ausführungsform dient die Steuerwelle 93 dazu, komprimiertes Frischgas von dem Kompressionszylinder 1 zu den Verbrennungskammern 183, 184 zu leiten und nach der Einspritzung von Brennstoff, vorzugsweise Diesel, durch Einspritzdüsen 117 in die Verbrennungskammern 183, 184 diese jeweils zu dem zweiten Zylinderraum 6 des Arbeitszylinders 2 zu öffnen. Somit sind die Verbrennungskammern 183, 184 bei dieser sechsten Ausführungsform gegenüber den Zylindern fest und die Steuerwelle 93 dient lediglich zur gezielten Verbindung zwischen den Zylindern und den Verbrennungskammern. Die Zündung erfolgt durch in die Verbrennungskammern ragende Zündkerzen 118.

Die Steuerwelle dreht sich vorteilhafterweise gleichsinnig wie die Kurbelwelle mit einer Untersetzung von 2 : 1; die Zylinder 1, 2 laufen im gleichen Kurbelwinkel, wie bei der ersten Ausführungsform bereits beschrieben.

Somit stellt gemäß Fig. 34a, b die Steuerwelle im Verdichtungstakt abwechselnd eine Verbindung des Kompressionszylinders 1 mit einer der beiden Verbrennungskammern 183, 184 her; gleichzeitig befindet sich gemäß den Fig. 34c, d der Arbeitszylinder 2 im Ausstoßtakt. In Fig. 33a, b befindet sich der Kompressionszylinder 1 im Ansaugtakt, während der Arbeitszylinder 2 im Arbeitstakt und mit dem Verbrennungsraum 183 verbunden ist. Die Fig. 36a, b zeigen die Ausbildung der Steuerwelle in diesen beiden Stellungen. Durchgangsöffnungen 94, 95, 96, 97 in der Steuerwelle 93 verlaufen beispielsweise in ovaler Form entlang des Querschnitts der Steuerwelle. Die Fig. 36a, b zeigen Beispiele für den Verlauf der Durchgangsöffnungen 94, 95, 96, 97. Sie sind als konkave Aussparungen in der zylinderförmigen Steuerwelle 93 ausgebildet, wobei der Bogen der Aussparungen vorteilhafterweise eine Kreisbogenform aufweist.

Die Durchgangsöffnungen 94, 95, 96, 97 der Steuerwelle 93 werden dabei an die Anschlußöffnungen 185, 186, 187, 188 der Verbrennungskammern 183, 184 angeschlossen.

Vorteilhafterweise wird ständig ein erster Zylinder als Kompressionszylinder verwendet, dessen Kolben und/oder Pleuelstange beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein können, so daß sie zum einem kostengünstig herstellbar sind und zum anderen leicht sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Arbeitsverfahren einer Brennkraftmaschine, bei dem durch rasche Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches ein Kolben in einem Zylinderraum bewegt wird, wobei eine Verbrennung eines Gemisches eines in einem Verdichtungstakt verdichteten Frischgases und eines zumindest teilweise verdampften Brennstoffs eingeleitet und mit dem dadurch erzeugten Druck der Verbrennungsgase der Kolben in einem Arbeitstakt beaufschlagt wird, und nach Durchführung des Arbeitstaktes die Abgase aus dem Zylinderraum ausgeschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Zylinderraum in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten Frischgas verdichtet und jeweils in eine von mindestens zwei Verbrennungskammern gedrückt wird, in der nach ihrem Verschließen gegenüber dem ersten Zylinderraum die Verbrennung eingeleitet wird, nachfolgend die Verbrennungskammer zu einem zweiten Zylinderraum hin geöffnet und ein zweiter Kolben in dem zweiten Zylinderraum zur Durchführung des Arbeitstaktes mit aus der Verbrennungskammer expandierendens Verbrennungsgasen beaufschlagt wird, und in dem ersten Zylinderraum in einem nachfolgenden Verdichtungstakt eine weitere Verbrennungskammer von dem ersten Zylinder mit Frischgas befüllt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Arbeitstakt die jeweilige Verbrennungskammer gegenüber dem zweiten Zylinderraum geschlossen wird, nachfolgend Brennstoff in die Verbrennungskammer eingefüllt wird, und in einem nachfolgenden Verdichtungstakt Frischgas in die mit zumindest teilweise verdampftem Brennstoff gefüllte Verbrennungskammer gefüllt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verschließen einer Verbrennungskammer gegenüber dem zweiten Zylinderraum zunächst Abgasreste, die sich in der Verbrennungskammer befinden, zumindest teilweise von der Verbrennungskammer an eine Abgasleitung abgegeben werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbrennungskammern in einer synchronen Bewegung nacheinander jeweils zum ersten Zylinderraum und zum zweiten Zylinderraum geöffnet werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Bewegung mit kontinuierlicher Geschwindigkeit erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Bewegung eine Rotation ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß synchron mit den beiden Verbrennungskammern ein den Zylinderraum zeitweise mit einer Ansaugleitung verbindender Einlaßanschluß sowie ein den Zylinderraum zeitweise mit einer Auspuffleitung verbindender Auslaßanschluß rotieren, wobei während der jeweiligen Ansaug- bzw. Auspuffverbindung die beiden Verbrennungskammern gegenüber dem Zylinderraum geschlossen gehalten werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verbrennungskammern vorgesehen sind, die mit einer Umdrehungszahl rotieren, die eine Hälfte der Umdrehungszahl der den Kolben antreibenden Kurbelwelle beträgt.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier Verbrennungskammern vorgesehen sind, die mit einer Umdrehungszahl rotieren, die ein Viertel der Umdrehungszahl der Kurbelwelle beträgt.
  10. 10. Brennkraftmaschine, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71), in dem ein mit einer Kurbelwelle (10) verbundener erster Kolben (3, 53, 37, 73) geführt ist, und ein zwischen dem ersten Kolben (3, 53, 37, 73) und dem ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) gebildeter erster Zylinderraum (5, 151, 36, 65) in einem Ansaugtakt bei seiner Vergrößerung mit Frischgas beaufschlagbar ist, wobei in einem nachfolgenden Verdichtungstakt das Frischgas bei Verkleinerung des ersten Zylinderraums (5, 151, 36, 65) komprimierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

    mindestens zwei außerhalb des ersten Zylinderraumes angeordnete voneinander getrennte Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d, 183, 184) vorgesehen sind, in die in aufeinanderfolgenden Verdichtungstakten jeweils nacheinander von dem ersten Zylinderraum (5, 151, 36, 65) verdichtetes Frischgas einführbar, mit Brennstoff versetzbar und in ihnen zündbar ist, und

    jede der Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, 183, 184) jeweils nach Beendigung eines Verdichtungstakts in einem Arbeitstakt mit einem zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66) verbindbar ist, der zwischen einem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72) und einem mit der Kurbelwelle (10) verbundenen zweiten Kolben (4, 54, 64, 74) gebildet ist, wobei der zweite Kolben durch komprimiertes, mit Brennstoff versehenes und gezündetes Frischgas derartig verschiebbar ist, daß der zweite Zylinderraum vergrößerbar ist, und in einem dem Arbeitstakt nachfolgenden Ausstoßtakt Abgas durch den zweiten Kolben aus dem zweiten Zylinderraum herausstoßbar ist.
  11. 11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammern in einem drehbar gelagerten Körper (9, 39, 30,162) angeordnet sind.
  12. 12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Körpers (9, 39, 30,162) parallel zur Kurbelwelle verläuft.
  13. 13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbar gelagerte Körper eine Verbrennungswelle ist, die vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  14. 14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle (9, 39, 30, 162) mit jeweils einem Abschnitt in den ersten Zylinder (1, 51, 61, 71) und den zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72) hineinragt, wobei die Querschnitte der Abschnitte vorzugsweise jeweils ein 90°- Segment des kreisförmigen Querschnitts der Verbrennungswelle einnehmen, daß einen Winkelbereich von bis zu 90° einnimmt.
  15. 15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolben jeweils eine Aussparung zur Anlage an den jeweiligen Abschnitt der Verbrennungswelle bzw. des Verbrennungswellengehäuses aufweisen.
  16. 16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d) in der Verbrennungswelle (9, 39, 30,162) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und vorzugsweise symmetrisch zur Drehachse der Verbrennungswelle angeordnet sind.
  17. 17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle in Synchronisation mit der Kurbelwelle, vorzugsweise durch die Kurbelwelle selbst, antreibbar ist.
  18. 18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle genau zwei Verbrennungskammern (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b, c, d) aufweist, mit halber Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle (10) antreibbar ist, und vorzugsweise ein Ottomotor ist.
  19. 19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle genau vier Verbrennungskammern (85a, b, c, d) aufweist, mit einem Viertel der Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle antreibbar ist, und vorzugsweise ein Dieselmotor ist.
  20. 20. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspritzdüse (17) für Brennstoff, vorzugsweise auch eine Zündkerze (18), an einem die Verbrennungswelle (9, 39, 30,162) umgebenden Gehäuse, vorzugsweise dem Zylinderkopf, angeordnet ist bzw. sind.
  21. 21. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle ein Verbrennungsdrehschieber (9, 39, 30, 162) ist, und der erste Zylinder (1, 51, 61, 71) von dem zweiten Zylinder (2, 52, 62, 72) in axialer Richtung des Verbrennungsdrehschiebers beabstandet ist, und durch den Verbrennungsdrehschieber verdichtetes Frischgas von dem ersten Zylinder zu dem zweiten Zylinder beförderbar ist.
  22. 22. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansaugdrehschieber (19, 29, 63) vorgesehen ist, der vorzugsweise parallel zu der Verbrennungswelle (39, 30, 64) angeordnet ist, und Frischgas zu dem ersten Zylinder (51, 61, 71) in seiner axialen Richtung beförderbar ist.
  23. 23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugdrehschieber (19, 29, 63) mit gleicher Drehzahl dreht wie die Kurbelwelle (10) und vorzugsweise von ihr antreibbar ist.
  24. 24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ansaugdrehschieber ein Abgaskanal (27, 61) ausgebildet ist, der im Ausstoßtakt zumindest zeitweise zu dem zweiten Zylinderraum (56, 66) hin offen ist.
  25. 25. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer nach dem Kompressionstakt zum ersten Zylinderraum (5, 151, 36, 65) hin geschlossen ist, nachfolgend Brennstoff einspritzbar und selbstätig oder durch eine Zündeinrichtung zündbar ist, und anschließend der Verbrennungsraum (9a, b, 33a, b, 84a, b, 85a, b) zum zweiten Zylinderraum (6, 56, 38, 66) hin offen ist.
  26. 26. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum des ersten Zylinders (1, 51, 61, 71) und/oder des zweiten Zylinders (2, 52, 62, 72) zumindest weitgehend dem jeweiligen Zylinderraum entspricht.
  27. 27. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (3, 53, 37, 73) und der zweite Kolben (4, 54, 64, 74) in gleicher Kurbelwinkelstellung angeordnet sind und zum einen der Arbeitstakt und Ansaugtakt und zum anderen der Ausstoßtakt und Kompressionstakt gleichzeitig durchführbar sind.
  28. 28. Brennkraftmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Zylinder (1) Einlaßventile (11, 12) für Frischgas und/oder am zweiten Zylinder (2) Auslaßventile (13, 14) zur Abgabe des Abgases an eine Auspuffleitung vorgesehen sind.
  29. 29. Brennkraftmaschine nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungswelle gleichsinnig mit der Kurbelwelle drehbar ist.
  30. 30. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) gegensinnig zur Verbrennungswelle (39) und dem Ansaugdrehschieber (29) drehbar ist.
  31. 31. Brennkraftmaschine nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (53) dem zweiten Kolben (54) mit einem Kurbelwinkelversatz von 90°, 180° oder 270° folgt.
  32. 32. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) und die Verbrennungswelle (30) zueinander gleichsinnig, und gegensinnig zu einem Ansaugdrehschieber (19) drehbar sind.
  33. 33. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10) gegensinnig zur Verbrennungswelle (162) und dem Ansaugdrehschieber (63) dreht und der zweite Kolben (74) dem ersten Kolben (73) mit einem Winkelversatz von 90°, 180° oder 270° folgt.
  34. 34. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammern (183, 184) im Verhältnis zu dem ersten Zylinder (1) und zweiten Zylinder (2) ortsfest angeordnet sind und über eine Steuereinrichtung (93) mit dem ersten Zylinder (1) und zweiten Zylinder (2) verbindbar sind.
  35. 35. Brennkraftmaschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (93) in Synchronisation mit der Kurbelwelle (10) antreibbar ist.
  36. 36. Brennkraftmaschine nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen drehbar gelagerten Körper (93) mit mindestens einer Durchgangsöffnung (94, 95, 96, 97) von den Zylinderräumen (5, 6) zu den Verbrennungskammern (183, 184) aufweist.
  37. 37. Brennkraftmaschine nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbar gelagerte Körper eine Steuerwelle (93) ist, die parallel zur der Kurbelwelle (10) angeordnet ist und vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  38. 38. Brennkraftmaschine nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerwelle (93) abwechselnd zwei voneinander getrennte Verbrennungskammern (183, 184) mit dem ersten Zylinderraum und zweiten Zylinderraum verbindbar sind.
  39. 39. Brennkraftmaschine nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwelle eine kreisförmigen Querschnitt mit einer bogenförmigen Aussparung (94, 95, 96, 97) für die Durchgangsöffnung aufweist.






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