DE2244145B2

DE2244145B2 - Brennkraftmaschine mit äußerer Verbrennung

Info

Publication number: DE2244145B2
Application number: DE2244145A
Authority: DE
Inventors: Milorad Nizza Milisavljevic (Frankreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-08
Filing date: 1972-09-08
Publication date: 1978-11-23
Also published as: CH553918A; SE383016B; DE2244145A1; JPS5212841B2; US3826086A; IT967228B; DE2244145C3; JPS4836503A; FR2152190A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit äußerer Verbrennung mit einem Kompressionszylinder mit Kompressionskolben, Lufteinlaß und Luftauslaß, mindestens zwei Brennkammern mit Lufteinlaß. Treibgasauslaß sowie Brennstoffeinspritzung und Zündeinrichtung, einem Arbeitszylinder mit Kolben, Treibgaseinlaß und Abgasauslaß, und zyklisch betreibbaren Ventilen zum öffnen bzw. Verschließen der Ein- und Auslässe, wobei beide Kolben in Gleichtakt betreibbar sind.

Brennkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung weisen gegenüber solchen mit innerer Verbrennung eine Reihe von Vorteilen auf, wie etwa diesen, daß der eigentliche Arbeitsraum, in dem die potentielle Energie eines unter Druck stehenden Treibgases in kinetische Energie umgewandelt wird, nicht den hohen chemischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist die in dem Raum auftreten, in dem eine Verbrennung stattfindet Es wurde daher eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen (US-PS 22 75 756), bei der ein einziger Kolben verwendet wird, der wechselweise mit den Treibgasen aus zwei gesonderten Brennräumen beaufschlagt wird. Die bekannte Brennkraftmaschine weist allerdings den Nachteil auf, daß die zum Antrieb des Motors ausgenutzten Treibgase aus dem Zylinder erst wieder

durch die Brennräume hindurch ausgestoßen werden müssen, so daß die tatsächlich zur Verbrennung zur Verfugung stehende Zeit innerhalb der Brennräume außerordentlich kurz ist.

Diesen Nachteil vermeidet die Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art (DE-PS 6 03 583), bei der gesondert ein Kompressionszylinder und ein Arbeitszylinder verwendet werden, die Ober Brennräume miteinander in Verbindung stehen, wobei es eine Ventilsteuerung ermöglicht, in einem der abgeschlossenen Brennräume bereits die Verbrennung einzuleiten bzw. durchzuführen, während gleichzeitig ein anderer der Brennräume aufgeladen wird bzw. während Abgas ausgestoßen wird. Es ist somit möglich, trotz der Verwendung langsam abbrennenden Brennstoffs und damit verbundener langer Verbrennungszeiten eine verhältnismäßig hohe Motordrehzahl gewährleistet Der Nachteil der bekannten Brennkraftmaschine liegt insbesondere in dem hohen Raumbedarf zweier räumlich getrennter Zylinder sowie in dom zwischen diesen Zylindern erforderlichen Verrohrungssystem, in dem es zu Strömungs- und Wärmeverlusten kommt. Ein Wärnierückgewinn aus dem Arbeitszylinder etwa zum Aufheizen der angesaugten Luft ist nur unter hohem Aufwand möglich. Der Aufwand und somit auch die Verluste erhöhen sich noch, wenn man versucht, mehrere der bekannten Brennkraftmaschinen zu einem Motor zusammenzufassen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, den Raumbedarf der bekannten Brennkraftmaschine zu verringern und ihren Wirkungsgrad zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß !Compressions- und Arbeitskolben einstückig und konzentrisch zueinander als Kolbenteil ausgebildet sind, daß Kompressions- und Arbeitszylinder konzentrisch ineinanderiiegend angeordnet sind, und daß beide Zylinder gemeinsam einerseits vom Kolbenteil, andererseits von einem einzigen Zylinderkopf abgeschlossen sind, in dem die Brennräume, die Ein- und Auslässe sowie die Ventile angeordnet sind.

Es liegt somit die Besonderheit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in der Zusammenfassung von Kompressionszylinder und Arbeitszylinder in einer Motoreinheit mit minimalem Platzbedarf und Bauvolumen. Durch die Anordnung der Brennräume im Zylinderkopf der einzigen, aus zwei konzentrischen Zylindern gebildeten Zylindereinheit werden kürzeste Förderwege unü somit geringst mögliche Förderverluste sowie geringere Wärmeverluste erzielt, als diese bei der bekannten Brennkraftmaschine der Fall war. Ferner wird durch den Umstand, daß der Kompressionszylinder den Arbeitszylinder konzentrisch umgibt, ohne zusätzlichen Aufwand ein hoher Wärmerüekgewinn erzielt Schließlich ist es möglich, die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine wie einen einzylindrigen Kolbenmotor mit innerer Verbrennung zu größeren Motoren mit mehreren Zylindern zusammenzufassen, ohne daß deshalb ein das übliche Maß übersteigender zusätzlicher Aufwand erforderlich wäre.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus den weiteren Ansprüchen ersichtlich.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Motors;

Fig. 2 eine Diagramm-Durstellung zur Erläuterung der Funktionsweise;

Fig.3 einen Schnitt längs Linie III-1I1 in Fig.4, wobei die wichtigsten Teile dargestellt sind;

F i g. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV in Fi g. 3;
Fig.5 eine Diagramm-Darsiellung der Funktionsund Arbeitsweise und

Fig. 6 eine Schnitt-Darstellung einer weiteren Ausführungsform.
Die schematisch in F i g. 1 dargestellie Brennkraftmaschine ist mit einem Luftkompressor Co versehen (Kolben- oder Rotationskompressor), sowie mit zwei Brennkammern C\ und Ci mit konstantem Volumen, die jeweils mit dem Kompressor Co durch eine Leitung t\ und eine Leitung h verbunden sind, und mit einem Kolbenmotor Aider mit den Brennkammern G und Ci jeweils durch die Leitungen h und U verbunden ist

Der Eintritt der vom Kompressor Co kommenden, komprimierten Luft kann innerhalb der beiden Brennkammern G und Ci durch Schließen von Ventilen Si und Si jeweils unterbrochen werden, die am stromabwärts liegenden Ende der Leitungen fi und ti jeweils angeordnet sind. Aus diesem Grunde stehen die Ventile S] und 5i unter der Einwirkung von Nocken K\ und Ki, die auf Wellen 11 und 12 angeordnet sind. Die Wellen 11 und 12 werden von einer Welle 10 angetrieben, die von einer Motorwelle Arausgeht.

Obwohl die Brennkammern C] und Ci in der Zeichnung gemäß Fig. 1 eine rechtwinklige Form und Gestalt haben, versteht es sich von selbst, daß in der

JO Praxis auch eine andere Form und Gestalt in Anwendung kommt, die geeignet erscheint. Beispielsweise ist die Form und Gestalt einer Vollkugel oder einer Teilkugel von Vorteil. Außerdem ist von Vorteil, wenn die Brennkammern so nahe wie möglich am Kolbenmotor M angeordnet werden, z. B. auf dem Zylinderkopf. In diesem Fall haben die Leitungen t% und U naturgemäß eine wesentliche geringere Länge, als dies in der Zeichnung dargestellt ist. Diese reduzierte Länge kann einige Zentimeter betragen.

Die Strömung des gasförmigen Strömungsmediums von den Brennkammern Ci und Ci durch die Leitungen i3 und U durch Schließen der beiden Ventile 53 und St unterbrochen werden, die am stromabwärtigen Ende der Leitungen f3 und U jeweils angeordnet sind. Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können diese Ventile aber auch am stromaufwärtigen Ende der genannten Leitungen angeordnet sein. Die Ventile 53 und 5» unter Einwirkung der Nocken K₁ und K₄, die auf den Wellen 13 und 14 jeweils angeordnet sind. Auch diese Wellen werden durch die von der Motorwelle Ar ausgehende Welle 10 angetrieben.

Die beiden Brennkammern Ci und C₂ sind jeweils mit einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff Λ und I₂ versehen, so wie mit einer Zündeinrichtung zum Zünden des Kraftstoffes. Die beiden Zündeinrichtungen sind mit den Bezugszeichen A\ und Ai bezeichnet. Die Einspritz- und Zündeinrichtungen, die jeder Brennkammer zugeordnet sind, werden durch zugeordnete Nocken K* und Ky jeweils betätigt, die auf Wellen 16 und 17 angeordnet sind, die von der Welle 10 angetrieben werden. Die Einspritzeinrichtungen l\ und h können z. B. ähnlich aufgebaut und konstruiert sein wie die Einspritzpumpe eines Dieselmotors. Die

ö5 Zündeinrichtungen A\ und Ai können aus Zündkerzen bestehen, wie sie herkömmlicherweise bei Brennkraftmaschinen in Anwendung kommen. Jeder Zündeinrichtung wird flüssiger, unter Druck stehender Kraftstoff

von einer Kraftstoffquelle aus zugeführt, die in der Zeichnung aber der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die Zündeinrichtungen A\ und Ai sind mit elektrischer Energie von einer ebenfalls nicht dargestellten Hochspannungsquelle versorgt. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine Hochspannungsquelle handeln, wie sie üblicherweise bei Automobilen verwendet wird.

Der Kolbenmotor M weist einen Zylinder, einen Kolben und einen Kurbeltrieb auf, wie er normalerweise bei herkömmlichen Zweitakt- oder Viertaktbrennkraftmaschinen in Anwendung kommt. Wie bei den Letztgenannten üblich, ist sein Zylinder mit einer nicht dargestellten Auslaßöffnung für die verbrannten Gase versehen, die mittels eines Ventiles Ss mit einer Auslaßleitung /5 verbunden oder hiervon abgetrennt werden kann. Das Ventil Ss steht unter Einwirkung einer Nocke Ks, die auf einer von der Welle 10 angetriebenen Welle angeordnet ist.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Nocken Ki bis Κη auf einer einzigen Nockenwelle angeordnet sein, die von der Motorwelle A r gesteuert wird.

Wenn es sich bei dem Kompressor Co um einen Kolbenkompressor handelt, kann der Antrieb direkt durch den Kolbenmotor M erfolgen. Diese beiden Maschinen werden hierbei derart miteinander verbunden und gekuppelt, daß sich der Kolben jeder Maschine gleichzeitig vom oberen zum unteren Totpunkt und umgekehrt bewegt. jn

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine wird nachstehend anhand von F i g. 2 näher erläutert.

Da zwei Brennkammern vorgesehen sind, ergibt sich für jede Kammer ein Viertaktverbrennungszyklus, π wobei die einzelnen Takte durch die Ziffern I —IV dargestellt sind.

Die Diagramm-Darstellung zeigt in Abhängigkeit der einzelnen Takte die Zeitdauer und den Zeitpunkt der öffnung der verschiedenen Ventile Si bis Ss (gleichnamige Diagramm-Linien), die Zeitdauer und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer Ci und C2 (Linien /1 und /₂) und den Zeitpunkt der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in jeder Brennkammer (Linien Ai und Ai).

Das Diagramm gemäß F i g. 2 zeigt außerdem noch, wann die Verbrennung in jeder der beiden Brennkammern Ci und C₂ (Linien Ci und C₂) und in dem Zylinder des Kolbenmotors (Linie Cm) stattfindet. Für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkompressor werden außerdem auch noch die Kompressionstakte desselben (Takte 1 und III der Linie Co)gezeigt.

Zu Beginn des Taktes I sind die Ventile Si, S3 und Ss offen, während die Ventile S₂ und St geschlossen sind. Der Kolben des Kolbenmotors M und der Kolben des Kompressors Co befinden sich im unteren Totpunkt Da der Kolben des Kolbenmotors M und der Kolben des Kompressors Co sich in Richtung ihres oberen Totpunktes verschieben, schiebt der erstgenannte Kolben die von der vorangegangenen Verbrennung herrührenden Verbrennungsgase nach außen über die Leitung /5 aus, während der zweitgenannte Kolben Luft in die Brennkammer Ci pumpt Da das Ventil S3 offen ist, gelangt diese Luft in den Kolbenmotor M. Hierdurch wird eine Spülung der Brennkammer und teilweise des Zylinders bewirkt Das Ventil S₃ schließt schnell (Linie S₃ in F i g. 2) und der Kolben des Motors M beendet das Ausschieben der Verbrennungsgase, sobald der Kornpressor Co die Kammer Ci mit komprimierter Luf versorgt. Während des gesamten ersten Taktes ist di< Brennkammer Ci geschlossen und es findet hierin eine Verbrennung konstanten Volumens statt, die währenc des vorausgegangenen Zyklus begonnen hat.

Am Ende des ersten Taktes bzw. am Anfang dei zweiten Taktes II sind die Ventile Si und Si geschlossen während das Ventil St offen ist. Außerdem steuert die Nocke Kf, die Einspritzeinrichtung /1 derart, daß dei Brennkammer Ci Kraftstoff in einer bestimmten Mengt zugeführt wird. Es bildet sich somit in der Brennkammei Ci eine Mischung aus Kraftstoff und komprimiertei Luft, die desto homogener ist, als der Kraftstoff zi kleinen Tröpfchen versprüht ist bzw. verdampft ist, fall; er genügend flüchtig ist Diese Mischung wird durch die Zündeinrichtung A\ gezündet sobald die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer aufhört (Linie A\ irr Diagramm). Da die Brennkammer Ci vom Kolbenmotoi M getrennt ist, findet eine durch die Zündung eingeleitete Verbrennung konstanten Volumens stati und bleibt während des gesamten nachfolgenden Takte; (Takt III). Da das Ventil S, offen ist, kann sich die Verbrennung der Brennkammer Ci, die zuvor be konstantem Volumen stattgefunden hat, bei variabler Volumen innerhalb dieser Kammer und des Kolbenmotors M fortsetzen, wobei der Kolben des Motors ir Richtung auf den unteren Totpunkt gedrückt wird. Dei Takt II ist deshalb ein Motortakt der Brennkraftmaschine. Während desselben Taktes saugt der Kompressoi Co frische Luft an.

Zu Beginn des dritten Taktes sind die Ventile S₂, S und Ss offen, während die Ventile Si und S3 geschlosser sind. In der vollständig abgetrennten Brennkammer Ci setzt sich die zur Zeit des vorausgegangenen Taktes begonnene Verbrennung mit konstantem Volumen fort (Linie Ci). Die Brennkammer C2 wird hingegen mit dem Kompressor Co verbunden und hierdurch mit frischer komprimierter Luft versorgt, sobald sich der Kolben desselben vom unteren zum oberen Totpunkt verschiebt, was auch bezüglich des Kolbens des Motors M der Fall ist. Die Brennkammer C₂ ist ebenso über das Ventil S4 mit dem Motor M verbunden, so daß durch die vom Kompressor kommende Frischluft die Brennkammer C₂ und teilweise der Motor Mgespült werden kann. Nach dem Schließen des Ventiles Sa kann der Compressor Co die Brennkammer C₂ mit komprimierter Luft füllen, und zwar bis zum Ende des dritten Taktes, während desselben der Kolben des Motors M die Verbrennungsgase ausstößt

Zum Beginn des nachfolgenden Taktes (Takt IV) ist das Ventil S3 offen, sobald die anderen Ventile geschlossen sind. Hieraus folgt, daß die Verbrennung, die in der Brennkammer Ci mit konstantem Volumen während des größeren Teiles des zweiten Taktes und während des gesamten dritten Taktes stattgefunden hat sich mit veränderlichem Volumen in diese Brennkammer Ci und den Motor Affortsetzen kann. Der Kolben des Motors M wird vom oberen Totpunkt zum unterer Totpunkt gedrückt und zwar durch die hieraul einwirkenden Druckgase. Dies ist somit der zweite Motortakt des Zyklus.

Zu Beginn des vierten Taktes erhält die Brennkammer C₂ durch die Einspritzeinrichtung h eine bestimmte Kraftstoffmenge, und zwar derart, daß sich in dieser Brennkammer eine Mischung aus Kraftstoff und Luft bildet, die nachfolgend durch die Zündeinrichtung A? gezündet wird. Es beginnt somit die Verbrennung in dieser Brennkammer Ci. Diese Verbrennung wird mit

konstantem Volumen während des Restes des vierten Taktes und während des ersten Taktes des nachfolgenden Zyklus durchgeführt

Bei der vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine gehören folgende Teile zu den Mitteln zur Erzeugung und Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches: Luftdruckquelle bzw. Kompressor Co, zwei Brennkammern Q und Ci für die Verbrennung konstanten Volumens, Leitungen t\ und ti. Ventile Si und Si, Steuer- und Betätigungsmittel 10, 11, 12, K\ und K₂ dieser Ventile, Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 1\ und I₂, Zündeinrichtung A₁ und A₂ mit zugeordneten Steuer- und Betätigungsmitteln 16,17, A^ und Kj. Zu den Mitteln zur Übertragung der Energie der Gase auf die Antriebswelle gehören folgende Teile: KolbenmotorM, Kurbeltrieb, Welle Ar, Pleuelstange 7, Ventile S₃, Si und S₅, Steuer- und Betätigungsmittel 13, 14, 15, K₃, Ka und K₅ dieser Ventile, Leitungen ij, U und is.

Bei der Brennkraftmaschine, die bei einem Kolbenmotor zwei Brennkammern für die Verbrennung konstanten Volumens aufweist, hat jeder Arbeitszyklus einer aus einer Brennkammer und dem Kolbenmotor bestehenden Einheit vier Takte, wie dies aus der vorstehenden Funktionsbeschreibung und aus Fig.2 eindeutig hervorgeht Die Verbrennung findet während dreier Takte statt: Zwei Takte mit konstantem Volumen (während des zweiten und dritten bei der Brennkammer Ci, während des vierten und des ersten bei der Brennkammer C₂) und ein Takt mit variablen Volumen (während des vierten bei der Brennkammer Ci, während des zweiten bei der Brennkammer Ci). Der Zyklus weist zwei Motortakte auf, einen für jede Arbeitseinheit (den vierten für die Einheit Motorzylinder-Brennkammer Ci, den zweiten für die Einheit Motorzylinder-Brennkammer C₂). Die F i g. 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, bei der die Druckluftquelle aus einem Kolbenkompressor besteht, der synchron mit dem Kolbenmotor arbeitet

Die in F i g. 3 und 4 dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Zylinder 1 auf, in dessen Innenraum koaxial ein zweiter Zylinder 2 in Form einer festen Laufbüchse angeordnet ist, und zwar mit seinem oberen, ausgeweiteten Ende 2a an einem Zylinderkopf 3. Der Zylinderkopf 3 ist seinerseits an einem oberen, ausgeweiteten Ende Xa des Zylinders 1 befestigt Im Zylinder 1 ist gleitend ein Kolben 4 angeordnet, der Kolbenringe 4a und eine zentrale, kreisförmige Ausnehmung 5 aufweist Die Ausnehmung 5 erstreckt sich hierbei vom oberen Kolbenende in axialer Richtung und weist eine etwas größere Tiefe als die Ringe des Zylinders 2 auf, der somit in der Ausnehmung 5 bei einer Axialverschiebung des Kolbens 4 im Zylinder 1 gleiten kann. Außerdem ist ein zentraler Teil des Kolbens 4 als Kolben 6 für den Zylinder 2 ausgebildet und ebenfalls mit Kolbenringen 6a versehen. Die Kolben 4 und 6 sind im Bereich ihrer inneren Teile einstückig verbunden. An diesem Verbindungsstück ist in bekannter Weise eine Pleuelstange 7 angeordnet, die die Anordnung aus den beiden Kolben 4 und 6 nit der nicht dargestellten Antriebswelle verbindet

Wie ohne weiteres ersichtlich, ist der Kolben 4 des Zylinders 1 ein Ringkolben, der zwischen der Innenwand des Zylinders 1 und der Außenwand des Zylinders 2 gleitet Um die Kolben 4 und 6 leichter zu machen, sind jeweils Ausnehmungen 8 und 9 vorgesehen.

Im Zylinderkopf 3 sind zwei Brennkammern 11 und 10 angeordnet, denen jeweils zwei Ventile zugeordnet sind. Es handelt sich hierbei um die Ventile 12 und 13 für die Brennkammer 10 und um die Ventile 14 und 15 für die Brennkammer 11. Durch diese Ventile werden die einzelnen Brennkammern jeweils mit dem Zylinder 1 und mit dem Zylinder 2 verbunden. Auf jedes der Ventile wirkt eine Feder 16,17,18 bzw. 19 ein, wodurch die Ventile in die in der Zeichnung dargestellte Schließstellung gedrückt werden. Am Ende des Schaftes eines jeden der Tellerventile 12 bis 14 ist eine schlitzförmige Ausnehmung 20, 21, 22 bzw. 23 angeordnet, die mit einer Nocke 24, 25, 25 bzw. 27 zusammenarbeitet, die mit einem Zahnrad 28 verbunden ist Das Zahnrad 28 wird um eine mit dem Zylinderkopf 3 verbundene Achse 29 mittels eines Zahnrades 30 und einer Welle 31 angetrieben, und zwar ausgehend von der nicht dargestellten Antriebswelle. Das Zahnrad 28 hat somit die Funktion einer Nockenwelle.

In jeder der Brennkammern 10 und 11 sind Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 32 und 34 und Zündkerzen 33 und 35 jeweils angeordnet

Im unteren Teil des Schaftes des Tellerventiles 12 ist ein Kanal 36 vorgesehen, durch den bei jeder Ventilstellung der Zylinder 1 mit einem Kanal 37 in Verbindung steht, der im Zylinderkopf 3 angeordnet ist und sich längs der Brennkammern 10 und 11 erstreckt.

Im unteren Teil des Schaftes der Tellerventile 13 und 15 sind jeweils Kanäle 38, 39 bzw. 40 angeordnet, die den Kanal 37 mit einem anderen Kanal 41 verbinden, der oberhalb desselben und parallel hierzu im Zylinderkopf 3 angeordnet ist Aufgrund der Kanäle 36 und 41 kann somit Frischluft zur Kühlung der Ventile und der Brennkammern in einer nachstehend noch näher beschriebenen Art und Weise zirkulieren.

In Längsrichtung seiner Innenfläche, die auf der Außenfläche des Zylinders 2 gleitet, ist der Kolben 4 mit einer Nut 42 versehen, deren Funktion nachstehend ebenfalls noch näher erläutert wird.

Wie aus F i g. 4 zu entnehmen ist, ist die Brennkraftmaschine außerdem noch mit zwei Ventilen 43 und 44 versehen, die der Regelung dienen. Das erste Ventil 43 dient hierbei der Zufuhr von Frischluft zum Zylinder 1 über ein Rohr 45, während das zweite Ventil 44 zur Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem Zylinder 2 über ein Rohr 46 dient Die Schäfte der beiden Ventile 43 und 44 sind ebenfalls mit nicht dargestellten schlitzförmigen Ausnehmungen versehen, die mit nicht dargestellten Nocken zusammenarbeiten, die mit dem Zahnrad 28 verbunden sind.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, werden nur die zur Erfindung gehörigen Teile

so beschrieben, d. h. die nicht beschriebenen Teile können in beliebiger bekannter Weise ausgebildet sein.

Die vorstehend beschriebene Brennkraftmaschine arbeitet wie folgt; wobei davon ausgegangen wird, daß die Ventile 12—15 und die Kolben 4 und 6 die in Fi g. 3 gezeigte Stellung einnehmen, daß die Ventile 43 und 44 ebenfalls geschlossen sind, daß die Brennkammer 10 gerade mit komprimierter Luft gefüllt worden ist (während des vorangegangenen Taktes), und daß in der Brennkammer 11 eine Verbrennung konstanten VoIu mens stattfindet, und zwar des Kraftstoff-Luftgemi sches, welches während der vorangegangenen Takte eingeführt und gezündet worden ist

Zu Beginn des nachfolgenden Taktes, der als der erste Takt des Arbeitszyklus bezeichnet wird, und einer Verschiebung der Kolben 4 und 6 vom oberen zum unteren Totpunkt entspricht, werden die Ventile 43 und 15 geöffnet und es wird Kraftstoff in die Brennkammer 10 über die Einspritzeinrichtung 32 eingespritzt Sodann

wird die derart erhaltene Mischung mittels der Zündkerze 33 (siehe Fig.5) gezündet, was eine Verbrennung konstanten Volumens zur Folge hat. Dies hat einerseits zur Folge, eine Ausdehnung der in Verbrennung befindlichen Mischung innerhalb der Brennkammer 11 und derjenigen im Motorzylinder 2 die — von diesem Zeitpunkt ab als Verbrennung veränderlichen Volumens — den Motorkolben 6 und somit den Kompressorkolben 4 in Richtung auf den unteren Totpunkt drückt; andererseits ist die Folge, eine Zufuhr — in Kompressorzylinder 1 — von Frischluft und von im Kühlsystem 36—41 enthaltener Luft, die hierin während des vorangenrgangenen Kompressionstaktes eingeführt worden war, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird. Am Ende diesen ersten Taktes wird das Ventil 43 geschlossen.

Zu Beginn des nachfolgenden Taktes, der der zweite Takt des Arbeitszyklus genannt wird und der einer Verschiebung der Kolben 4 und 6 vom unteren zum oberen Totpunkt entspricht, werden die Ventile 14 und 44 geöffnet Dies hat zur Folge, eine Kompression (in der Brennkammer 11) der im Kompressorzylinder 1 enthaltenen Luft und ein Ausstoßen der im Motorzylinder 2 enthaltenen Verbrennungsgase. Über den innerhalb des Ventils 12 angeordneten Kanal 36 wird die Frischluft in dem Kanalsystem 36—41, welches das Kühlsystem für die Ventile und für die Brennkammern der Vorverbrennung bildet, komprimiert Kurz nach dem Beginn dieses zweiten Taktes wird das Ventil 15 (siehe Fig.5) geschlossen, welches am Ende des vorausgegangenen Taktes offen geblieben ist, um eine Spülung der Brennkammer 11 durch eingedrungene, komprimierte Luft zu ermöglichen. Am Ende dieses zweiten Taktes werden die Ventile 14 und 44 geschlossen.

Zu Beginn des nachfolgenden Taktes, der der dritte Takt des Arbeitszyklus genannt wird und der einer Verschiebung der Kolben 4 und 6 vom oberen zum unteren Totpunkt entspricht, werden die Ventile 13 und

43 geöffnet und es wird Kraftstoff in die Brennkammer 11 über die Einspritzeinrichtung 34 eingespritzt Sodann wird die derart erhaltene Mischung mittels der Zündkerze 35 gezündet und es folgt eine Verbrennung konstanten Volumens (dieser Mischung). Hieraus resultiert einerseits eine Ausdehnung der in Verbrennung befindlichen Mischung und derjenigen im Motorzylinder 2, die — von diesem Zeitpunkt mit einer Verbrennung veränderlichen Volumens — den Kolben 6 und dementsprechend den Kolben 4 in Richtung auf den unteren Totpunkt drückt; andererseits ist die Folge, eine Zufuhr — in Zylinder 1 — von Frischluft und von Luft, die im Kühlsystem 36—41 der Ventile und der Brennkammern enthalten ist und während des zweiten Taktes hierin eingeführt worden war. Am Ende dieses dritten Taktes wird das Ventil 43 geschlossen.

Zu Beginn des nachfolgenden Taktes, der der vierte Takt des Arbeitszyklus genannt wird und einer Verschiebung der Kolben 4 und 6 vom unteren zum oberen Totpunkt entspricht, werden die Ventile 12 und

44 geöffnet Dies hat zur Folge, eine Komprimierung der Frischluft im Kompressorzylinder 1, in der Brennkammer 10 und im Kühlsystem 36—41, sowie ein Ausstoßen der im Motorzylinder 2 enthaltenen Verbrennungsgase. Kurz nach Beginn dieses vierten Taktes wird das Ventil 13, welches am Ende des dritten Taktes offengeblieben ist, geschlossen, um die Brennkammer 10 mit komprimierter Frischluft, die hierin eindringt, zu spülen. Am Ende des vierten Taktes werden die Ventile 12 und 44 geschlossen.

Wenn während des ersten und des dritten Taktes die Kolben 4 und 6 sich vom oberen zum unteren Totpunkt verschieben, strömt Frischluft die in den Zylinder 1 über die Nut 42 des Kolbens 4 eindringt in die Ausnehmung 5 ein, und zwar in dem Maß, wie sie vom Zylinder 2 freigegeben wird. Beim Kontakt mit der Oberfläche des Kolbens 6 ergibt sich hierbei eine Kühlung desselben. Während des zweiten und des vierten Taktes wird die in

Ό der Ausnehmung 5 enthaltene Luft hieraus ausgestoßen (über die Nut 42) und in den Brennkammern und im Kühlsystem komprimiert. Die Kühlung des Kolbens 6 und des Zylinders 2 erfolgt ebenso über Frischluft die in die Ausnehmung 5 eindringt und hieraus über den Raum

'⁵ zwischen der Innenfläche des Kolbens 4 und der Außenfläche des Zylinders 2 entweicht

Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine weisen die Mittel zur Erzeugung und zur Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches folgende Teile auf: Einen Kolbenkompressor, der durch den Zylinder 1 und Kolben 4 gebildet ist, die Pleuelstange 7, zwei mit den Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnete Brennkammer der Verbrennung konstanten Volumens, Ventile 12, 14 und 43, Steuer- und Betätigungsmittel 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28—31 dieser Ventile, Einspritzeinrichtungen 32 und 34 zum Einspritzen des Kraftstoffes und Zündeinrichtungen 33 und 35. Die Mittel zur Übertragung der Energie der Gase an die Antriebswelle weisen folgende Teile auf: Den Kolbenmotor, der durch den Zylinder 2 und

dem Kolben 6 gebildet ist die Pleuelstange 7, die Ventile 13,15 und 44 und die Steuer- und Betätigungsmittel 17, 18,21,22,25,26 und 28 bis 31 für diese Ventile.

Die Brennkraftmaschine weist zwei Brennkammern für die Verbrennung konstanten Volumens pro Kolben-

motor auf. Der Arbeitszyklus einer jeden Einheit die aus einer Brennkammer und dem Kolbenmotor besteht hat hierbei vier Arbeitstakte, wie dies aus der vorstehenden Funktionsbeschreibung und aus F i g. 5 hervorgeht Die Verbrennung findet während dreier Takte statt: 2 Takte mit konstantem Volumen (während des ersten und zweiten für die Brennkammer 10, während des dritten und des vierten für die Brennkammer II) und einen Takt mit veränderlichen Volumen (während des dritten für die Brennkammer 10, während des ersten für die Brennkammer 11). Der Zyklus weist zwei Motortakte auf, einen für jede Arbeitseinheit (den ersten für die Zylinder-Brennkammer U-Einheit den dritten für die Zylinder-Brennkammer 10-Einheit).

Das in der F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbei-

spiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine hat sämtliche charakteristische Eigenschaften und deshalb auch sämtliche Vorteile der schematisch in F i g. 1 dargestellten Brennkraftmaschine. Es kommen lediglich noch einige Vorteile dieses speziellen Ausführungsbei-

Spieles hinzu. Der wichtigste Vorteil besteht in einer Verringerung der verschiedenen Teile und Elemente, die erforderlich sind für die Wirkungsweise des Kompressors und des Kolbenmotors. Hieraus ergibt sich ferner eine Reduzierung des Bauvolumens und des

Platzbedarfes bei bestimmter, vorgegebener Leistung. Außerdem ist es möglich, bei einem bestimmten, vorgegebenen Kolbenmotor die Menge und das Kompressionsverhältnis der Kraftstoff-Luftmischung zu ändern, indem das Volumen des Kompressorzylin-

ders 1 geändert wird. Es besteht auch die Möglichkeit, die Motorleistung zu steigern, ohne das Kompressionsverhältnis zu erhöhen, indem ein geeignetes Verhältnis der Durchmesser der Kolben oder der Zylinder gewählt

Die als Ausführungsbeispiel beschriebene, erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist vor allem die Besonderheit einer bestimmten Ausbildung und Verbindung von Kompressor und Kolbenmotor auf, die es möglich macht, daß man mit einem einzigen Zylinderblock auskommt, sowie mit einem einzigen Kolben, einer einzigen Pleuelstange und einer einzigen Kurbel. Hierdurch ergibt sich, wie ohne weiteres ersichtlich, eine besonders einfache Anordnung.

Dieses erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip kann auch auf jeden anderen als den beschriebenen Motor angewandt werden, der einen Kolbenmotor und mindestens eine Brennkammer aufweist, die über Ventile einerseits mit dem Kolbenmotor und andererseits mit einer Druckluftquelle verbunden ist.

Das in Fig.6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß F i g. 3 dadurch, daß noch eine dritte Kammer 47 zwischen den Brennkammern 10 und 11 und dem Motorzylinder 2 angeordnet ist und mit letztgenannten über ein Ventil 43 in Verbindung steht Ein Kanal 49 ist innerhalb des Schaftes des Tellerventiles 48 vorgesehen, der die Kanäle 37 und 41 verbindet Das Tellerventil 48 ist mit einer Rückholfeder

50 und am Ende seines Schaftes mit einer Ausnehmung

51 versehen, die mit einer mit dem Rad 28 verbundenen Nocke 52 zusammenarbeitet

Die vorgenannte Zwischenkammer 47 hat die Aufgabe einer besseren Ausrichtung der aus den Brennkammern 10 und U austretenden Gase auf die frontale Oberfläche des Kolbens 6. Die Steuerung des Ventiles 48 ist mit der der Ventile 13 und 15 synchronisiert, d. h. dieses Ventil ist offen zu Beginn des ersten und des dritten Taktes und geschlossen kurz nach dem Beginn des zweiten und des vierten Taktes. Die Zwischenkammer 47 kann entweder mit komprimierter Frischluft oder mit dem Kraftstoff-Luftgemisch gefüllt sein. In diesem Fall werden die Ventile 13 und 15, die jeweils die Brennkammern 10 und 11 mit der Zwischenkammer 47 verbinden, zu Beginn des jeweils

ίο dritten und ersten Taktes geschlossen, und zwar ein wenig später als das Ventil 48, damit die komprimierte Luft in die Zwischenkammer 47 eintreten kann. Diese Luft trägt mit zur Verbrennung der die Brennkammern 10 und 11 verlassenden Gase bei. Es besteht auch die Möglichkeit, Kraftstoff in die komprimierte Luft innerhalb der Zwischenkammer 47 einzuspritzen. In diesem Fall wird das Kraftstoff-Luftgemisch spontan beim Kontakt mit den die Kammern 10 und U verlassenden Gasen gezündet. Hierdurch entsteht eine Explosion und somit eine Erhöhung der Wirkung der Gase auf den Kolben 6.

Von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind mehrere Abwandlungen denkbar, ohne aber den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Als Abwandlung kommt hierbei vor allem die Einrichtung zur Steuerung und Betätigung der Ventile in Frage, denn anstelle der beschriebenen Einrichtung können auch andere Einrichtungen zur Anwendung kommen. Das Gleiche gilt auch bezüglich des Kühlsystems für die

Ventile, die Kammern und den Kolbenmotor.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit äußerer Verbrennung mit einem Kompressionszylinder mit Kompressionskolben, Lufteinlaß und Luftauslaß, mindestens zwei Brennkammern mit Lufteinlaß, Treibgasauslaß sowie Brennstoffeinspritzung und Zündeinrichtung, einem Arbeitszylinder mit Kolben, Treibgaseinlaß und Abgasauslaß, und zyklisch betreibbaren Ventilen zum öffnen bzw. Verschließen der Ein- und ι ο Auslässe, wobei beide Kolben im Gleichtakt betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Kompressions- und Arbeitskolben (4, 6) einstückig und konzentrisch zueinander als Kolbenteil ausgebildet sind, daß Kompressions- und Arbeitszylinder (1, 2) konzentrisch ineinanderliegend angeordnet sind, und daß beide Zylinder gemeinsam einerseits vom Koibenteil, andererseits von einem einzigen Zylinderkopf (3) abgeschlossen sind, in dem die Brennräume (10, 11), die Ein- und Auslässe sowie die Ventile (12 bis 15, 43, 44) angeordnet sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kompressionszylinder (1) ein Ventil (43) für Frischlufteinlaß und am Arbeitszylinder (2) ein Ventil (44) für Abgasauslaß angeordnet ist, und daß die Brennräume (10, U) von den Zylindern (1, 2) durch eine Zwischenwand abgetrennt sind, in der die übrigen Ein- und Auslässe sowie die Brennraumventile (12—15) angebracht sind.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (3) eine Einrichtung zum Steuern der Ventile (12—15,43,44) aufweist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Brennräume (10, 11) im Zylinderkopf ein erster Luftraum (37) angeordnet ist, der über einen Kanal (36) in einem der Brennraumventile (12) mit dem Kompressionsraum verbunden ist

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Luftraum (41) auf der den Brennräumen (10, U) abgewandten Seite des ersten Luftraums (37) angeordnet ist und mit diesem über Kanäle (38, 39, 40) in den übrigen Brennraumventüen (13,14,15) verbunden ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Arbeitszylinder (2) und Brennräumen (10, 11) eine so Zwischenkammer vorgesehen ist

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionskolben (4) an seiner Innenseite mit einer koaxialen Nut (42) versehen ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern der Ventile (12—15, 43, 44) derart ausgebildet ist, daß bei einem ersten Arbeitstakt, während sich die Kolben (3,4) nach unten bewegen, das Frischluftein-Iaßventil (43), das in den Kompressionskolben (1) mündet, sowie das Treibgasauslaßventil (15), das aus dem zweiten Brennraum (11) in den Arbeitszylinder (2) mündet, geöffnet sind, während alle übrigen Ventile geschlossen sind, heißes Treibgas aus dem zweiten Brennraum (11) in den Arbeitszylinder (2) strömt, sich komprimierte Luft im ersten Brennraum (10) befindet und bei Beginn dieses Taktes Treibstoff in den ersten Brennraum (10) eingespritzt und gezündet wird, daß bei einem zweiten Arbeitstakt, während sich die Kolben (3, 4) vom unteren zum oberen Totpunkt bewegen, das Abgasauslaßventil (44), das in den Arbeitszylinder (2) mündet, sowie das Lufteinlaßventil (14), das den Kompressionszylinder

(I) mit dem zweiten Brennraum (11) verbindet, geöffnet sind, während alle übrigen Ventile geschlossen sind, daß bei einem dritten Arbeitstakt, während sich die Kolben (3, 4) vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegen, das Frischlufteinlaßventil (43) und das Treibgasauslaßventil (13), das den ersten Brennraum (10) mit dem Arbeitszylinder (2) verbindet, geöffnet sind, während alle übrigen Ventile geschlossen sind, wobei Treibgas aus dem ersten Brennraum (10) in den Arbeitszylinder (2) strömt und wobei beim Beginn dieses Arbeitstaktes Brennstoff in den zweiten Brennraum (11) einströmt und anschließend gezündet wird, und daß während eines vierten Arbeitstaktes, währenddessen sich die Kolben (3, 4) vom unteren zum oberen Totpunkt bewegen, das Abgasauslaßventil (44) geöffnet ist und das Lufteinlaßventil (12), das den ersten Brennraum (10) nsit dem Kompressionszylinder (1) verbindet, geöffnet sind, während alle übrigen Ventile geschlossen sind.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung zum Steuern der Ventile (12—15, 43, 44) derart ausgebildet ist, daß beim Beginn des zweiten Arbeitstaktes das Treibgasauslaßventil (15) des zweiten Brennraums

II1) erst dann schließt wenn das Abgasauslaßventil (44) und das Lufteinlaßventil (14) des zweiten Brennraumes (U) bereits geöffnet haben, und daß beim Beginn des vierten Arbeitstaktes das Treibgasauslaßventil (13) des ersten Brennraumes (10) erst dann schließt, wenn das Abgasauslaßventil (44) und das Lufteinlaßventil (12) des ersten Brennraumes (10) bereits geöffnet haben.