DE8005523U1

DE8005523U1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE

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Publication number: DE8005523U1
Application number: DE19808005523
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1981-08-13

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNERFROM KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES FROM KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973PATENT LAWYERS Dr.-Ing. by Kreisler t 1973

Dr.-lng. K. Schönwald, KölnDr.-lng. K. Schönwald, Cologne

Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad SodenDr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, KölnDr. J. F. Fues, Cologne

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, KölnDipl.-Chem. Alek von Kreisler, Cologne

DipL-Chem. Carola Keller, KölnDipL-Chem. Carola Keller, Cologne

Dipl.-Ing. G. Selling, KölnDipl.-Ing. G. Selling, Cologne

Dr. H.-K. Werner, KölnDr. H.-K. Werner, Cologne

28.2.1980 Sch/SdFebruary 28, 1980 Sch / Sd

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOFDEICHMANNHAUS AT THE MAIN RAILWAY STATION

D-5000 KÖLN 1D-5000 COLOGNE 1

Benno Kaltenegger, Via Rase 2a, Campione, Lugano (Italien)Benno Kaltenegger, Via Rase 2a, Campione, Lugano (Italy)

BrennkraftmaschineInternal combustion engine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Arbeitszylindern im Viertakt mit Ein- und Auslaßventil und mit einer Vorrichtung zum Aufladen der Arbeitszylinder mit Brenngas-Luft-Gemisch.The invention relates to an internal combustion engine with at least two four-stroke working cylinders with inlet and outlet valves and a device for charging the working cylinder with fuel gas-air mixture.

Zur Erzielung einer Leistungssteigerung sind Brennkraftmaschinen mit einer Aufladevorrichtung zur Erhöhung der Leistungssteigerung der Arbeitszylinder in verschiedenen Ausführungen bekannt. Im allgemeinen handelt es sich um eine Turbo-Aufladung, bei der ein Turbinenrad im Ansaugsystem, das durch ein zweites Turbinenrad im Auspuffsystem angetrieben wird, zusätzliche Luft in die Zylinder schaufelt. Auf diese Weise wird der Füllungsgrad des Gemisches erhöht und je Kolbenhub wird mehr Leistung entwickelt. Diese Turbo-Aufladevorrichtungen sind vorteilhaft nur bei hohen DrehzahlenInternal combustion engines are used to achieve an increase in performance with a charging device to increase the performance of the working cylinder in various designs known. In general, it is a turbo-charging, in which a turbine wheel in the intake system, which is driven by a second turbine wheel in the exhaust system will scoop additional air into the cylinders. In this way the degree of filling of the mixture is increased and more power is developed per piston stroke. These turbo-charging devices are advantageous only at high speeds

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wirksam. Außerdem ist ein nicht unbedeutender apparatemäßiger Aufwand erforderlich.effective. In addition, a not insignificant outlay in terms of equipment is required.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Verbrennungsmotor mit einer Aufladevorrichtung zu schaffen, bei der auf einfache Weise und unter Vermeidung einer Störanfälligkeit eine erhebliche Leistungssteigerung ermöglicht ist, ohne daß zusätzliche Aggregate für die Aufladung verwendet werden müssen. Die Brennkraftmaschine der anfangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß zwei Arbeitszylindern ein Ladezylinder im Zweitaktverfahren zugeordnet ist, von dem je ein Überströmkanal zu den Arbeitszylindern führt, und daß der Hubzapfen für die Betätigung des Ladekolbens um 180° versetzt zu den Hubzapfen der Kurbelwelle für die Kolben der beiden Arbeitszylinder ange-The object of the invention is to provide an internal combustion engine, in particular to create an internal combustion engine with a supercharger, in which in a simple manner and with avoidance a susceptibility to failure a considerable increase in performance is made possible without additional units must be used for charging. The internal combustion engine of the type mentioned at the beginning is characterized by that two working cylinders is assigned a loading cylinder in the two-stroke process, from each of which an overflow channel to the Working cylinders leads, and that the crank pin for the actuation of the loading piston offset by 180 ° to the crank pin Crankshaft for the pistons of the two working cylinders

ordnet ist.is arranged.

Durch eine solche Ausbildung der Brennkraftmaschine ergibt sich ein Verbrennungsmotor mit einer integrierten Aufladevorrichtung. Eine Leistungssteigerung ergibt sich insbesondere auch in den unteren Drehzahlen im Gegensatz z.B. zu der Abgas-Turbo-Aufladung. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennkraftmaschine wird automatisch eine Erhöhung des Füllungsgrades für die Arbeitszylinder und des Ladegewichtes erzielt, wobei sich eine Leistungssteigerung über den gesamten Drehzahlbereich ergibt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Integration der Aufladevorrichtung werden zusätzliche Leitungen, Druckbehälter, Armaturen, Antriebselemente u.dgl. nicht benötigt. Man erhält ein überaus kompaktes, aufgeladenes Antriebaggregat. Der notwendige Aufwand hält sich in einem erträglichen Rahmen. Dadurch, daß die Aufladeeinrichtung im Zweitaktverfahren arbeitet und die Kolben der Arbeitszylinder und der Kolben des Ladezylinders konstant gegeneinander laufen, ist ein genau gesteuerter Aufladevorgang ermöglicht.Such a design of the internal combustion engine results an internal combustion engine with an integrated charging device. In particular, there is an increase in performance also in the lower speeds in contrast to e.g. exhaust gas turbocharging. In the training according to the invention the internal combustion engine will automatically increase the filling level for the working cylinder and the load weight achieved, resulting in an increase in performance over the entire speed range. By the invention provided Integration of the charging device does not require additional lines, pressure vessels, fittings, drive elements and the like needed. You get an extremely compact, charged drive unit. The effort required is bearable Frame. The fact that the charging device works in the two-stroke process and the piston of the working cylinder and the pistons of the charging cylinder run constantly against each other, a precisely controlled charging process is possible.

II··II ··

Der Ladekolben bedient abwechselnd jeweils den einen oder den anderen Arbeitszylinder entsprechend dem Arbeitsrhythmus des Motors. Mit der integrierten Aufladevorrichtung gemäß der Erfindung sind die Vorteile auf ideale Weise verwirklicht. Das Ansaugvolumen des Ladezylinders kann den gewünschten Verhältnissen leicht angepaßt werden. Es kann beispielsweise das 1,5- bis 2-fache des einzelnen Arbeitszylinders betragen. Die Funktion ist sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren gleichermaßen gegeben.The loading piston alternately operates one or the other working cylinder according to the working rhythm of the motor. With the integrated charging device according to the invention, the advantages are realized in an ideal way. The suction volume of the loading cylinder can easily be adapted to the desired conditions. For example 1.5 to 2 times the individual working cylinder. The function is for both gasoline and diesel engines given equally.

Vorteilhaft ist der Ladezylinder mit dem zugehörigen Hubzapfen zwischen den Arbeitszylindern mit ihren Hubzapfen vorgesehen. Von dem Ladezylinder führen Überströmkanäle zu den Einlaßventilen der Arbeitszylinder, wobei das jeweils geöffnete Ventil des zuständigen Arbeitszylinders den Durchgang des Gemisches, oder bei Diesel der zu komprimierenden Luft freigibt. The loading cylinder with the associated crank pin is advantageously provided between the working cylinders with their crank pins. Overflow ducts lead from the loading cylinder to the inlet valves of the working cylinders, each of which is open The valve of the responsible working cylinder allows the mixture to pass through, or, in the case of diesel, the air to be compressed.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine Drosselvorrichtung, z.B. eine Drosselklappe, im Ansaugkanal des Ladezylinders angeordnet sein. Dadurch ist es ermöglicht, die Leistung den Gegebenheiten einer wechselnden Belastung wie beim Fahrzeugmotor anzupassen. Die Drosselklappe hat die Aufgabe, den Einlaßquerschnitt des Ansaugkanals zu verengen oder zu erweitern. Mit dieser Regulierung des Einlaßquerschnittes wird gleichzeitig der Füllungsgrad im Bereich der Aufladezone verändert. Ein Fahrzeugmotor in dieser Ausführung bringt ein Höchstmaß an Kraftstoffeinsparung mit sich. Ein sogenannter fünfter Gang und abschaltbare Zylinder-Einheiten sind überflüssig. Bei dieser Konzeption wird ein idealer Sparmotor verwirklicht.According to a further feature of the invention, a throttle device, e.g. a throttle valve, can be arranged in the intake duct of the loading cylinder. This enables the Adapting power to the conditions of changing loads, such as with a vehicle engine. The throttle valve has the task of to narrow or widen the inlet cross-section of the intake duct. With this regulation of the inlet cross-section the degree of filling in the area of the charging zone is changed at the same time. A vehicle engine in this version brings a maximum of fuel savings with it. A so-called fifth gear and disengageable cylinder units are superfluous. With this concept an ideal savings engine is realized.

Der Ladezylinder, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser eines Arbeitszylinders, kann mit mehr als einem Ein-The loading cylinder, the diameter of which is larger than the diameter of a working cylinder, can be equipped with more than one

laßventil ausgestattet sein, um möglichst große Einlaßquerschnitte zu erhalten und damit die Strömungsverluste gering zu halten. Das Öffnen und Schließen der Ventile geschieht dabei gleichzeitig.Let valve be equipped to the largest possible inlet cross-sections and thus to keep the flow losses low. The valves are opened and closed at the same time.

Die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung wird vorteilhaft als Zweizylinder-Reihenmotor oder als Vierzylinder-Boxermotor ausgebildet. Man erzielt auf einfache Weise eine hohe Leistungssteigerung bei einem hohen Drehmoment und hoher Verdichtung, wobei die Leistungssteigerung 50% und mehr betragen kann.The internal combustion engine according to the invention is advantageously used as a two-cylinder in-line engine or as a four-cylinder boxer engine educated. You can easily achieve a high increase in performance with a high torque and high compression, whereby the increase in performance can be 50% and more.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing.

Die einzige Figur zeigt einen Zweizylinder-Reihenmotor gemäß der Erfindung im Schnitt und im Schema.The single figure shows a two-cylinder in-line engine according to the invention in section and in scheme.

Der dargestellte, mit der Aufladevorrichtung versehene Zweizylinder-Viertaktmotor 1 weist die Arbeitszylinder 2 und 3 auf, wobei diese Arbeitszylinder je mit einem Einlaßventil 4 bzw. 5 und einem Auslaßventil 6 bzw. 7 mit den Auslaßkanälen 8 bzw. 9 ausgestattet sind. Zwischen den Arbeitszylindern 2 und 3 befindet sich ein Zylinder 10 für einen Ladekolben 11. Die gemeinsame Kurbelwelle 12 ist hierbei in der Weise gestaltet, daß der Hubzapfen 13 für die Betätigung des Ladekolbens 11 um 180° versetzt gegenüber den Hubzapfen 14 und 15 für die Kolben 2a und 3a der Arbeitszylinder 2 und 3 angeordnet ist. Die Pleuelstangenverbindung der Kolben mit den Hubzapfen ist jeweils mit 16 bezeichnet. Die Kurbelwelle 12 ist in den Lagern 17 gelagert. Aufgrund der Versetzung des Hubzapfens 13 für den Ladekolben 11 gegenüber den Hubzapfen 14 und 15 der Arbeitskolben 2a und 3a ergibt sich die Möglichkeit, den Massenausgleich mit der Kurbelwelle optimal auszuführen.The illustrated two-cylinder four-stroke engine provided with the charging device 1 has the working cylinders 2 and 3, these working cylinders each having an inlet valve 4 and 5 and an outlet valve 6 and 7 are equipped with the outlet channels 8 and 9, respectively. Between the working cylinders 2 and 3 there is a cylinder 10 for a loading piston 11. The common crankshaft 12 is in this way designed so that the crank pin 13 for the actuation of the loading piston 11 is offset by 180 ° with respect to the crank pin 14 and 15 for the pistons 2a and 3a of the working cylinder 2 and 3 is arranged. The connecting rod connection of the piston with the crank pin is designated by 16 in each case. The crankshaft 12 is stored in bearings 17. Due to the offset of the crank pin 13 for the loading piston 11 with respect to the crank pin 14 and 15 of the working pistons 2a and 3a there is the possibility of optimally balancing the mass with the crankshaft to execute.

Der Zylinder 10 für den Ladekolben 11 weist mindestens ein Einlaßventil auf. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Einlaßventile 18a und 18b vorgesehen, die an einen gemeinsamen Ansaugkanal 19 angeschlossen sind. Das Öffnen und Schließen der Ventile 18a und 18b geschieht gleichzeitig. Alle Ventile stehen unter der Wirkung von Schließfedern 20, wobei die Steuerung durch eine (nicht dargestellte) Nockenwelle erfolgt. Die Ventile sind in dem Zylinderkopf 21 untergebracht, der mit dem Motorengehäuse 22 in üblicher Weise befestigt ist. Unterhalb der Kurbelwelle 12 befindet sich in üblicher Weise eine Ölwanne 23. Anstelle der Ventile können auch Drehschieber oder Membranen den Einlaß steuern.The cylinder 10 for the loading piston 11 has at least one Inlet valve open. In the example shown, the inlet valves 18a and 18b are provided, which are connected to a common Intake channel 19 are connected. The opening and The valves 18a and 18b are closed simultaneously. All valves are under the action of closing springs 20, the control by a (not shown) camshaft he follows. The valves are accommodated in the cylinder head 21, which is connected to the engine housing 22 in the usual way is attached. Below the crankshaft 12 there is an oil pan 23 in the usual way. Instead of the valves, you can also rotary valves or diaphragms control the inlet.

Vom Ladezylinder 10 führen Überströmkanäle 24 und 25 zu den Einlaßventilen 4 und 5 der Arbeitszylinder 2, 3, wobei das jeweils geöffnete Ventil des zuständigen Arbeitszylinders den Durchgang des Gemisches freigibt. Zu den Arbeitszylindern, die nach dem Viertaktverfahren gesteuert werden, arbeitet die Aufladeeinrichtung 10, 11, 18a, 18b im Zweitaktverfahren, wobei die Kolben 2a, 3a der Arbeitszylinder und der Kolben 11 des Ladezylinders stets gegeneinanderlaufen, was einen genau gesteuerten Aufladevorgang ermöglicht. Der Ladekolben 11 bedient also abwechselnd jeweils den linken und den rechten Arbeitszylinder in dem entsprechenden Rhythmus der im Viertaktverfahren sich ergebenden, nacheinanderfolgenden Arbeitshübe der Arbeitszylinder.From the loading cylinder 10, overflow channels 24 and 25 lead to the inlet valves 4 and 5 of the working cylinders 2, 3, the each open valve of the relevant working cylinder enables the passage of the mixture. To the working cylinders, which are controlled according to the four-stroke process, the charging device 10, 11, 18a, 18b works in the two-stroke process, the pistons 2a, 3a of the working cylinder and the piston 11 of the loading cylinder always run against each other, which enables a precisely controlled charging process. The loading piston 11 thus alternately serves the left one and the right working cylinder in the corresponding rhythm of the successive four-stroke process Working strokes of the working cylinder.

Bei der dargestellten Brennkraftmaschine mit integrierter Aufladeeinrichtung und variabler Leistungsabgabe bei gleichbleibender Drehzahl ist die Anordnung einer Drosselklappe im Ansaugkanal 19, die um die Achse 27 steuerbar ist, von besonderem Vorteil. Dadurch kann die Leistung des Motors den Gegebenheiten einer wechselnden Eelastung wie beim Fahrzeugmotcr angepaßt werden. Die Drosselklappe 26 hat die Aufgabe, den Einlaßquerschnitt des Ansaugkanals 19 zu verengen oderIn the case of the internal combustion engine shown with an integrated charging device and variable power output with a constant Speed is the arrangement of a throttle valve in the intake port 19, which is controllable about the axis 27 of particular advantage. As a result, the performance of the engine can be adapted to the conditions of a changing load as with the vehicle engine be adjusted. The throttle valve 26 has the task of narrowing or narrowing the inlet cross section of the intake duct 19

„ · B · I"· B · I

zu erweitern. Mit einer solchen Regulierung des Einlaßquerschnittes wird gleichzeitig der Füllungsgrad im Bereich derto expand. With such a regulation of the inlet cross section the degree of filling in the area of the

Aufladezone verändert. Es steht etwa ein Drittel der Lei- ..₍₁ Charging zone changed. There is about a third of the managerial .. ₍₁

stung des aufgeladenen Motors für diese Regulierung zur Ver- !Jpower of the supercharged engine for this regulation to! J

fügung. Für den jeweiligen Leistungsbedarf kann die Drossel- w coincidence. The throttle w

klappe zweckmäßig von einer Computeranordnung gesteuert wer- >jjflap is expediently controlled by a computer arrangement> jj

den. Motoren dieser Art sollten vorzugsweise mit einem Gleich- j'jthe. Motors of this type should preferably be marked with an equal to j'j

druckvergaser ausgestattet werden, der für die jeweils er- >ipressure carburetor are equipped, which for the respective-> i

forderliche Luftmenge das richtige Quantum Kraftstoff zuteilt, |the correct amount of fuel allocates the required amount of air, |

damit ein maximales Gemisch zustande kommen kann. h so that a maximum mixture can come about. H

Durch die Kompaktheit und Gedrungenheit der Motorausführung ί.-.Due to the compactness and compactness of the engine design ί.-.

ergibt sich eine robuste Brennkraftmaschine für den Otto- ■■":■the result is a robust internal combustion engine for the Otto ■■ ": ■

oder Dieselbetrieb mit höchstwirksamer Aufladeeinrichtung. ■or diesel operation with a highly efficient charger. ■

Claims

Y claims

1. Internal combustion engine with at least two working cylinders in four-stroke with inlet and outlet valve and with a device for charging the working cylinder with a fuel gas-air mixture, characterized in that the two working cylinders (2,3) have a loading cylinder (10) in the two-stroke process is assigned, each of which leads to an overflow channel (24,25) to the working cylinders (2,3), and that the Crank pin (13) for actuating the loading piston (11)

offset by 180 to the crank pin (14,15) of the crankshaft (12) for the pistons (2a, 3a) of the two working cylinders (2,3) is arranged.

2 . Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the loading cylinder (10) with the associated crank pin (13) is provided between the working cylinders (2,3) with their crank pins (14, 15), and that each overflow channel (24, 25) is provided by the loading cylinder (10) to the inlet valve (4,5) of the working cylinder (2,3) runs, and that alternately the one and the other working cylinder (2 or 3) is served by the loading piston 11).

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that that a throttle device (27), e.g. a throttle valve, in the intake duct (19) of the loading cylinder (10) is arranged.

4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the diameter of the loading cylinder (10) is larger than the diameter of the working cylinder (2,3).

5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the suction volume of the loading cylinder (10) is about 1.5 to 2 times the volume of a Working cylinder (2,3) is.

6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the loading cylinder (10) is equipped with more than one inlet valve (18a, 18b), and that these valves (13a, 18b) are opened and closed at the same time will.

7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the internal combustion engine as a two-cylinder in-line engine is trained.

8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the internal combustion engine is a four-cylinder boxer engine is trained.

9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the internal combustion engine is provided as a carburetor or diesel engine.