Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei jedem Verbrennungsmotor treten infolge von Gasbewegungen aufgrund des Kolbenhubs, aufgrund von Durchblasegasen (Blow-by) und der Drehung der Kurbelwelle im Kurbelraum unterhalb der sich bewegenden Kolben sogenannte Ventilationsverluste auf, die u.a. durch eine nicht-adiabatische Kompression und Expansion der Gase sowie durch Drosselverluste bei ihrem Hindurchtritt durch verengte Ventilationsquerschnitte verursacht werden.

Um diese Verluste zu minimieren, würden in der Vergangenheit zwei Konzepte vorgeschlagen, die beim sogenannten Gasfedermotor bzw. beim sogenannten Pulsationsmo- tor verwirklicht sind. Bei dem zuerst genannten Konzept des Gasfedermotors ist der Kurbelraum in getrennte Kurbelkammern unterteilt, beim V8-Motor zum Beispiel in vier Kurbelkammern, die durch Verschließen sämtlicher dazwischen angeordneter Ventilationsquerschnitte gasdicht gegeneinander abgedichtete werden, wodurch in diesen Kammern eine weitgehend adiabatische Kompression und Expansion der Gase unter den Kolben erreicht werden kann. Ein völlig gasdichter Verschluss der Kurbelkammern ist jedoch nicht möglich, da das Öl aus den Kurbelkammem weiterhin zur Ölwanne abgeführt werden muss, was in der Regel durch eine Weine Öffnung in Form eines sogenannten Ölho- bels erfolgt. Bei dem zuletzt genannten Konzept des Pulsationsmotors werden hingegen die offenen Ventilationsquerschnitte zwischen den Kurbelkammem möglichst groß gemacht, um Drosselverluste beim Hindurchtritt der Gase durch die Ventilationsquerschnitte weitestgehend zu minimieren. Zum Vergleich betragen die Ventilationsquerschnitte bei einem beispielhaften, als Gasfedermotor ausgelegten V8-Motor ca. 200 mm ² , während sie bei einer Auslegung als Pulsationsmotor ca. 4 160 mm ² betragen. Jedoch lassen sich beim Pulsationsmotor die Ventilationsquerschnitte wegen des begrenzten Bauraums im Kurbelgehäuse nur in eingeschränktem Maße vergrößern, wodurch insbesondere bei hohen Drehzahlen infolge der großen Strömungsgeschwindigkeiten der Gase verhältnismäßig hohe Ventilationsverluste auftreten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich die Vorteile beider Konzepte ohne deren Nachteile kombinieren lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen die Kurbelkammern verbindenden Ventilationskanal gelöst, der sich wahlweise öffnen oder verschließen lässt, um den Verbrennungsmotor nach Bedarf als Pulsationsmotor bzw. im Pulsationsbetrieb mit kommunizierenden Kurbelkammern oder als Gasfedermotor bzw. im Gasfederbetrieb mit gegeneinander abgedichteten Kurbelkammern zu betreiben.

Da die Ventilationsverluste bei einem als Pulsationsmotor betriebenen bzw. im Pulsationsbetrieb arbeitenden Verbrennungsmotor mit zunehmender Drehzahl überproportional ansteigen, während sie bei einem als Gasfedermotor betriebenen bzw. im Gasfederbetrieb arbeitenden Verbrennungsmotor nur in geringem Umfang drehzahlabhängig sind, jedoch im unteren Drehzahlbereich erheblich höher sind als diejenigen im Pulsationsbetrieb, ist der Verbrennungsmotor gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einer Einrichtung zum Öffnen bzw. Verschließen des Ventilationskanals in Abhängigkeit von seiner Drehzahl ausgestattet, so dass sich der Ventilationskanal im unteren Drehzahlbereich öffnen und im oberen Drehzahlbereich verschließen lässt. Mit anderen Worten ist es mit den erfindungsgemäßen Merkmalen möglich, zur Reduzierung der Ventilationsverluste eines im oberen Drehzahlbereich im Gasfederbetrieb arbeitenden Verbrennungsmotors im unteren Drehzahlbereich zusätzliche. Ventilationsquerschnitte für einen Pulsationsbetrieb des Motors zuzuschalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden beim Umschalten des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors zwischen den beiden Betriebsarten Gasfederbetrieb und Pulsationsbetrieb die Ventilationsquerschnitte des Ventilationskanals zwischen allen Kurbelkammem gleichzeitig verschlossen bzw. geöffnet, vorzugsweise im Bereich der Einmündungen des Ventilationskanals in die Kurbelkammern.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass der Ventilationskanal durch einen zur Kurbelwelle parallelen Wellentunnel verläuft, vorzugsweise durch einen im Kurbelgehäuse ausgesparten Ausgleichswellentunnel, wobei der Wellentunnel mit den Kurbelkammern durch seitliche Einmündungen kommuniziert, die sich gemäß einer

weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mittels eines in den Wellentunnel eingesetzten Drehschiebers gleichzeitig verschließen bzw. öffnen lassen.

Alternativ wäre es jedoch auch denkbar, den Drehschieber so auszubilden, dass der durch den Wellentunnel verlaufende Ventilationskanal jeweils zwischen zwei benachbarten Kurbelkammern durch ein Scheibensegment verschlossen wird, das sich, durch eine Drehung des Drehschiebers um seine Längsachse wahlweise mit einer Öffnung in einem ortsfesten Schott zur Deckung bringen oder unter Freigabe der Öffnung aus der Überlappung mit der Öffnung heraus verdrehen lässt.

Dazu umfasst der Drehschieber zweckmäßig zwei koaxiale, im Bereich der Kurbelkammern jeweils mit radialen Öffnungen oder Ausschnitten in ihren Rohrwänden versehene Rohre, deren Öffnungen in einer Offenstellung des Drehschiebers mit den seitlichen Einmündungen der Kurbelkammern deckungsgleich sind, so dass^ die Kurbelkammern durch das hohle Innere des Drehschiebers miteinander kommunizieren. Während das äußere Rohr des Drehschiebers zweckmäßig in den Wellentunnel eingepresst und dadurch ortsfest mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, ist das innere Rohr ist aus der Offenstellung um seine Längsachse verdrehbar, um die Öffnungen der Rohre in einer Schließstellung des Drehschiebers in gegenseitigen Versatz zu bringen und dadurch den Ventilationskanal im hohlen Inneren des Drehschiebers im Bereich der Einmündungen in die Kurbelkammern gasdicht zu verschließen.

Zur Betätigung des Drehschiebers ist das innere Rohr an einem Stirnende durch einen Wellenstumpf verlängert, der durch eine Bohrung aus dem Kurbelgehäuse herausgeführt und mit einer Einrichtung zur drehzahlabhängigen Verstellung des Drehschiebers verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Ansicht eines geöffneten Ausgleichswellentunnels eines Kurbelgehäuses eines erfindungsgemäßen V8-Motors von unten her, die einen in die vier Kurbelkammern des Kurbelgehäuses mündenden verschließbaren Pulsations- oder Ventilationskanal zeigt;

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht eines Drehschiebers zum Verschließen des Pulsations- oder Ventilationskanals;

Fig. 3a: eine vergrößerte Ansicht der Einmündung des Pulsations- oder Ventilationskanals in eine der Kurbelkammern in geöffnetem Zustand;

Fig. 3b: eine vergrößerte Ansicht der Einmündung des Pulsations- oder Ventilationskanals in eine der Kurbelkammern in verschlossenem Zustand;

Fig. 4a: eine Stirnseitenansicht des Kurbelgehäuses bei geöffnetem Pulsations- oder Ventilationskanal;

Fig. 4b: eine. Stimseitenansicht des Kurbelgehäuses bei verschlossenem Pulsations- oder Ventilationskanal;

F _; ig. 5: eine Unterseitenansicht eines Teils des V8-Motors mit abgenommener Ölwanne;

Fig. 6: eine graphische Darstellung von Ventilationsverlusten eines Gasfedermotors und eines Pulsationsmotors in Abhängigkeit von der Motordrehzahl;

Fig. 7: eine graphische Darstellung von Ventilationsverlusten des entsprechenden erfindungsgemäßen V8-Motors in Abhängigkeit von der Motordrehzahl im kombinierten PuI- sationsbetrieb und Gasfederbetrieb.

Der in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße V8-Motor 2 besteht im Wesentlichen aus einem Motorblock 4 und einem an der Unterseite des Motorblocks 4 angeflanschten Kurbelgehäuse 6, in der die Kurbelwelle 8 (Fig. 4b) des Motors 2 drehbar gelagert ist. Das Kurbelgehäuse 6 umschließt vier Kurbelkammern 10 (Fig. 1), die jeweils unterhalb der Kolben (nicht dargestellt) und in Längsrichtung der Kurbelwelle 8 hintereinander angeordnet sind.

Bei dem V8-Motor 2 sind mehrere Maßnahmen zur Vermeidung von Gasbewegungen innerhalb des Kurbelgehäuses 6 vorgesehen: Erstens ist eine Kurbelwellen- Zentrierbohrung in einem zwischen den Kurbelkammern 10 und einer Ölwanne (nicht dargestellt) in das Kurbelgehäuse 6 eingesetzten Ölhobel 12 bei 14 (Fig. 5) verschlos-

sen. Zweitens ist der Ölhobel 12 bei 16 mit einer Lagertraverse 20 des Kurbelgehäuses 6 verklebt, so dass als Öffnungsquerschnitt zwischen den Kurbelkammem 10 und der Ölwanne nur die Ölhobelaustrittsöffnungen 22 verbleiben, wie am besten in Fig. 5 dargestellt. Drittens sind die vier Kurbelkammern 10 innerhalb eines oberhalb der Kurbelwelle 8 angeordneten und zu dieser parallelen Ausgleichswellentunnels 24 (Fig. 1) im Innen-V- des Kurbelgehäuses 6 durch einen Pulsations- oder Ventilationskanal 26 verbunden, der mittels einer in den Tunnel 24 eingesetzten, als Drehschieber ausgebildeten Schaltwalze 28 wahlweise verschlossen oder geöffnet werden kann, um die vier Kurbelkammem 10 gasdicht gegeneinander abzudichten bzw. einen Druckausgleich zwischen den Kurbelkammem 10 zu ermöglichen.

Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, besteht die Schaltwalze 28 aus zwei koaxialen Rohren 30, 32,. von denen das äußere Rohr 30 dicht in den Ausgleichswellentunnel 24 ein- gepresst und das innere Rohr 32 in Bezug zum äußeren Rohr 30 um die Längsachse der beiden Rohre 30, 32 verdrehbar ist. Beide Rohre 30, 32 weisen in ihren Rohrwänden jeweils vier Ausschnitte 34, 36 auf, die nach dem Einsetzen der Schaltwalze 28 in den Tunnel 24 jeweils oberhalb von einer Kolbenspritzdüse 38 im Bereich von seitlichen Einmündungen 40 des Ausgleichswellentunnels 24 in die Kurbelkammern 10 angeordnet sind. Die Ausschnitte 34, 36 des äußeren und des inneren Rohrs 30, 32 weisen einen im Wesentlichen übereinstimmenden, teilweise an die Form der Einmündungen 40 ange- passten rechteckigen Umriss mit gerundeten Ecken auf. Dadurch werden die Strömungswiderstände im Bereich des Übergangs zwischen den Kurbelkammem 10 und dem Pulsations- oder Ventilationskanal 26 minimiert, wenn die Rohre 30, 32 so gegeneinander verdreht sind, dass die Ausschnitte 34, 36 im inneren und äußeren Rohr 32, 30 jeweils deckungsgleich übereinander liegen, wie in Fig. 3a dargestellt. Umkehrt wird der Pulsations- oder Ventilationskanal 26 an den Einmündungen 40 der Kurbelkammem 10 vollständig verschlossen, wenn das innere Rohr 32 aus dieser Öffnungsstellung um einen Winkel von etwas weniger als 180 Grad in eine Schließstellung verdreht wird, in der sich die zusammengehörigen Ausschnitte 34, 36 der beiden Rohre 30, 32 in Umfangs- richtung nicht mehr überlappen, wie in Fig. 3b dargestellt.

Um das Verdrehen des inneren Rohrs 32 zum Öffnen bzw. Verschließen des Pulsations- oder Ventilationskanals 26 zu ermöglichen, weist das innere Rohr 32 einen über sein eines Stirnende überstehenden Wellenstumpf 42 (Fig. 2) auf, der durch eine abgedichtete Bohrung am Ende des Wellentunnels 24 aus dem Kurbelgehäuse 6 herausgeführt ist,

wie am besten in Fig. 4a und 4b dargestellt. Auf dem nach außen überstehenden freien Ende des Wellenstumpfs 42 ist ein Stellhebel 44 befestigt, der beispielsweise mit Hilfe eines Elektromotors und eines Bowdenzugs verschwenkt werden kann, um das innere Rohr 32 in seine Schließ- bzw. Öffnungsstellung zu drehen.

Durch die zuvor genannten Maßnahmen arbeitet der V8-Motor 2 in der Schließstellung des inneren Rohrs 32 (Fig. 3b), d.h. bei verschlossenem Pulsations- oder Ventilationskanal 26, als Gasfedermotor, bei dem im Betrieb eine nahezu adiabate Verdichtung und Expansion der Gase in den Kurbelkammern 10 unter den Kolben erfolgt. In der Offenstellung des inneren Rohrs 32 (Fig. 3a) arbeitet der V8-Motor 2 hingegen als Pulsationsmotor, bei dem die vier Kurbelkammern 10 durch den Pulsations- oder Ventilationskanal 26 mit einem Öffnungsquerschnitt von etwa 1600 mm ² miteinander kommunizieren, so dass die Gase im Inneren des Kurbelgehäuses 6 zum Ausgleich der durch die Kolbenbewegungen verursachten Druckschwankungeπ pulsierend zwischen den Kurbelkammern 10 hin und her bewegt werden können.

Wie in Fig. 6 mit einer durchgezogenen Linie A dargestellt, weist ein dem V8-Motor 2 entsprechender konventioneller Gasfedermotor Ventilationsverluste auf, die über den gesamten Betriebs-Drehzahlbereich des Motors von etwa 650 bis 8 000 U/min im Bereich zwischen 500 und 1 300 Watt liegen und nach einem anfänglichen steileren Anstieg im Bereich zwischen 650 und etwa 2 000 U/min von 500 Watt auf 1 300 Watt langsam wieder absinken, bis sie bei 8 000 U/min wieder etwa 500 Watt erreichen. Wie in Fig. 6 mit einer unterbrochenen Linie B dargestellt, steigen demgegenüber bei einem dem V8-Motor 2 entsprechenden konventionellen Pulsationsmotor, bei dem die Kurbelkammern 10 durch offene Pulsationsbohrungen verbunden sind und weder die Kurbelwellen-Zentrierbohrung bei 14 geschlossen noch der Ölhobel 12 mit der Lagertraverse 22 des Kurbelgehäuses 6 verklebt ist, die Ventilationsverluste von einem Wert von nahezu 0 Watt im Bereich zwischen 650 und 1 500 U/min ungefähr parabelförmig auf mehr als 5 000 Watt bei 8 000 U/min an, so dass sie bei dieser Drehzahl um 4 900 Watt größer als bei dem konventionellen Gasfedermotor sind.

Aus diesem Grund eignen sich Gasfedermotoren idealerweise als Sportwagenmotoren, die überwiegend im hohen Drehzahlbereich betrieben werden, der jenseits des Schnittpunkts S der in Fig. 6 dargestellten Kurven A und B liegt. Andere Kraftwagenmotoren werden jedoch überwiegend im unteren Drehzahlbereich betrieben, wo die Ventilations-

Verluste A von Gasfedermotoren höher als die Ventilationsverluste B von Pulsationsmo- toren sind.

Um die Vorteile beider Konzepte auszunutzen und gleichzeitig deren Nachteile zu vermeiden, wird bei dem erfindungsgemäßen V8-Motor 2 der mit der Schaltwalze 28 bestückte Pulsations- oder Ventilationskanal 30 verschlossen, wenn die Drehzahl des Motors 2 einen vorbestimmten Wert übersteigt, und geöffnet, wenn die Drehzahl des Motors 2 wieder unter die vorbestimmte Drehzahl absinkt.

Wie in Fig. 7 für den erfindungsgemäßen V8-Motor sowie für einen Schaltpunkt S der Schaltwalze 28 von etwa 4 400 U/min mit einer durchgezogenen Linie C dargestellt, erhält man auf diese Weise bei Drehzahlen oberhalb des Schaltpunkts S dieselben Ventilationsverluste wie bei dem reinen Gasfedermotor in Fig. 6, während die Ventilationsverluste unterhalb des Schaltpunkts S etwas höher als diejenigen des reinen Pulsationsmo- tors in Fig. 6 sind, jedoch bedeutend unter denjenigen des reinen Gasfedermotors liegen. Der Grund für die im Vergleich zum reinen Pulsationsmotor etwas höheren Ventilationsverluste im unteren Drehzahlbereich liegt unter anderem darin; dass anders als bei diesem die Kurbelwellen-Zentrierbohrung bei 14 geschlossen und der Ölhobel 12 bei 16 mit der Lagertraverse 20 des Kurbelgehäuses 6 verklebt ist, so dass die Drosselverluste etwas höher als beim reinen Pulsationsbetrieb sind.

Zum besseren Vergleich sind die Ventilationsverluste des reinen Gasfedermotors und des reinen Pulsationsmotors aus Fig. 6 noch in Fig. 7 mit einer unterbrochenen Linie A bzw. mit einer strichpunktierten Linie B dargestellt.

B EZUGSZEICH EN LISTE

Verbrennungsmotor Motorblock Kurbelgehäuse Kurbelwelle Kurbelkammern Ölhobel Verschluss Zentrierbohrung Verklebung . Lagertraverse Ölhobelaustrittsöffnungen Wellentunnel Ventilationskanal Schaltwalze, Drehschieber äußeres Rohr inneres Rohr Öffnungen Öffnungen Kolbenspritzdüse Einmündung Wellenstumpf Stellhebel