DE10239403A1

DE10239403A1 - Drehschiebersteuerung für einen Hubkolbenmotor

Info

Publication number: DE10239403A1
Application number: DE2002139403
Authority: DE
Inventors: Christian Puchas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehschiebersteuerung für einen Hubkolbenmotor, insbesondere für einen Antriebsmotor von Arbeitsgeräten. DOLLAR A Durch einen außerhalb des Brennraumes angeordneten, rohrförmigen Drehschieber werden in einem Zweitaktmotor die bezüglich Abgas und Verbrauch vorteilhaften asymmetrischen Steuerzeiten erzeugt und ein Viertaktmotor mit dem Bauraum eines Zweitaktmotors geschaffen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehschiebersteuerung für einen Hubkolbenmotor durch einen rohrförmigen Drehschieber, insbesondere für einen Antriebsmotor mit kleiner Zylinderzahl für Arbeitsgeräte und mobile Aggregate.
Der Zweitaktmotor ist als Antriebsmotor für Arbeitsgeräte weit verbreitet, weil er kompakte Bauweise, geringes Gewicht und günstige Herstellkosten vereint. Die für Arbeitsgeräte geltenden Abgasvorschriften lassen sich jedoch mit dem symmetrischen Steuerdiagramm des einfachen Zweitaktmotors nicht mehr erfüllen wegen der beim Gaswechsel auftretenden und für das Abgas relevanten Kraftstoff-Spülverluste.
Als Abgas-Alternative bietet sich der Viertaktmotor mit einem asymmetrischen Steuerdiagramm an, wäre da nicht der Mehraufwand an Bauraum, Kosten und Gewicht für die Ventilsteuerung.

Die Erfindung hat deshalb zur Aufgabe, die aufwendige Ventilsteuerung des Motors durch eine kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Schiebersteuerung zu ersetzen.

Allgemein gilt, daß Schiebersteuerungen lediglich in Zweitaktmotoren eine Serienreife erreichten, in bekannter Weise über den Kolben, der zugleich als Schieber arbeitet oder in Form des vereinzelt benutzten Einlaß-Drehschiebers in Kubelgehäusen von Zweitaktmotoren.

Beim Viertaktmotor dagegen hat keine der bekannten Schieberbauformen wie Walzendrehschieber, Kegeldrehschieber, Flachschieber oder Hülsenschieber eine Großserienfertigung erlebt.

Hauptprobleme sind die sichere Abdichtung bei Zünddruck, die Temperaturbelastung und die Schmierung des Schiebers.

Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird davon ausgegangen, daß eine serientaugliche Schiebersteuerung nicht dem Zünddruck und der maximalen Verbrennungstemperatur ausgesetzt sein darf und damit nicht Teil des Brennraumes sein kann.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8, aus den Zeichnungen und den zugehörigen Figurenbeschreibungen.

Die Erfindung ist jeweils schematisch in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt:

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Zweitakt-Drehschiebermotor mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 4.

Fig. 2 den Querschnitt eines Viertakt-Drehschiebermotors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5.

Fig. 1 und Fig. 2 sind vereinfachte Prinzipbilder. Zur leichteren Darstellung sind die Gaswechselkanäle (19, 20 des Zweitaktmotors bzw. 18, 19 des Viertaktmotors) in die Zeichnungsebene geklappt.

Beim erfindungsgemäßen Zweitaktmotor nach Fig. 1 bildet der überströmkanal (20) mit dem Auslaßkanal (19) einen kleinen Winkel im Zylinder (2), wodurch beide Kanäle mit einer einzigen Durchtrittsöffnung (12) im Drehschieber (1) steuerbar sind.

Beim Viertaktmotor nach Fig. 2 bilden Einlaßkanal (18) und Auslaßkanal (19) im Zylinder (2) einen Winkel von etwa 135°, die Breite jedes Kanals beträgt etwa 26% des Kolbendurchmessers, was etwa einem Zentriwinkel im Zylinder (2) von etwa 30° entspricht. Zur Steuerung beider Kanäle reicht eine Durchtrittsöffnung (12) mit einer Breite von etwa 50% des Kolbendurchmessers.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Drehschieber (1) in der erfindungsgemäßen Anordnung zwischen Zylinder (1) und Kurbelgehäuse (3) weder dem Zünddruck, noch der maximalen Verbrennungstemperatur ausgesetzt.

Als thermische Belastung verbleibt die beherrschbare Temperatur der Auspuffgase, wie gesteuerte Auspuffklappen in Zweitakt-Rennmotoren beweisen.

Als Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Zweitakt-Drehschiebermotors ist das asymmetrische Steuerdiagramm mit geringer Überschneidung zu nennen, weil die Durchtrittsöffnung (12) des Drehschiebers (1) kurz vor Kolben-UT den überströmkanal (20) öffnet und kurz nach Kolben-UT den Auslaßkanal (19) schließt, sodaß beim Gaswechsel keine Spülverluste auftreten können.

Mit der Einlaßöffnung (13) im Drehschieber (1) kann beim Zweitaktmotor eine vorteilhafte asymmetrische Ansaugsteuerung in den Kurbelraum (8) erreicht werden, wenn der Einlaßkanal (18) kurz nach Kolben-OT durch die Einlaßöffnung (13) geschlossen wird, sodaß kein Rückströmen des angesaugten Luft- Kraftstoff-Gemisches aus dem Kurbelraum (8) erfolgen kann.

Beispielhaft erfolgt in Fig. 1 der Antrieb des Drehschiebers (1) über zwei Kegelrad-Verzahnungen.

Mit einer Durchtrittsöffnung (12) muß sich im Zweitaktmotor der Drehschieber (1) mit Kurbelwellendrehzahl um die Zylinderachse (5) drehen, wobei der Drehschieber (1) sich mit Spiel frei drehen kann und keine Kräfte zu übertragen hat.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß für einen Viertaktmotor der Drehschieber (1) länger baut.

Mit einer Durchtrittsöffnung (12) muß sich hierbei der Drehschieber (1) mit halber Kurbelwellendrehzahl drehen und ist deshalb untersetzt.

Da der Ansaugtakt erst nach Freigabe der Durchtrittsöffnung (11) durch den abwärts gehenden Kolben (4) beginnt, verbleibt im Zylinderraum (6) automatisch ein für das Abgas vorteilhafter Restgasgehalt, der bei einem herkömmlichen ventilgesteuerten Viertaktmotor nur durch eine aufwendige Abgasrückführeinrichtung erreicht wird.

Neben den geringeren Schadstoffkonzentrationen im Abgas bietet der Restgasgehalt im Zylinder (2) als weitere Vorteile, daß der äußere Aufwand für die Gemischbildung verringert werden kann, da der heiße Restgasanteil die Gemischaufbereitung fördert und der Motor auch mit einer einfachen und in jedem Kolben-OT zündenden Magnetzündung betrieben werden kann.

Ein hoher Restgasgehalt im Zylinder (2) führt zwar zu einer Verminderung der spezifischen Leistung des Motors, aber ein Aggregatmotor wird aus Lebensdauergründen ohnehin nicht für höchste spezifische Leistungen ausgelegt.

Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Viertakt-Drehschiebermotor durch den Entfall der beim klassischen Viertaktmotor im Zylinderkopf angeordneten Ventile lediglich den Raumbedarf eines Zweitaktmotors beansprucht.

Da die Brennraumoberfläche nicht durch Kanäle unterbrochen ist, kann beim luftgekühlten Viertakt-Drehschiebermotor die verbesserte Wärmeabfuhr für eine Verdichtungserhöhung und damit für eine Leistungssteigerung genutzt werden.

Der Kurbelraum (8) ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach (Fig. 2) als geschlossener Ölraum ausgebildet. Damit erfolgt nicht nur die Schmierung der Triebwerksteile und des Drehschiebers (1) samt Antriebswelle (15) mit Öl aus dem Kurbelraum (8), sondern es können auch preigünstigere und geräuschdämmende Gleitlager eingesetzt werden.

Für besondere Aggregat-Einsatzfälle, beispielsweise bei Überkopf-Arbeiten, kann es vorteilhaft sein, wenn der Viertakt-Drehschiebermotor mit Gemischschmierung durch dem Kraftstoff zugemischtes Öl betrieben wird.

In diesem Falle wird wie beim Zweitaktmotor das Triebwerk in Rollenlagern gelagert, der Einlaßkanal (19) in (Fig. 2) wird zum überströmkanal (20) umfunktioniert und der Drehschieber (1) zusätzlich mit zwei gegenüber liegende Einlaßöffnungen (13) versehen, sodaß vor dem überströmen des Gemisches in den Zylinderraum (6) im Kurbelraum (8) zwei Ansaugungen erfolgen.

Im Ausführungsbeispiel nach (Fig. 2) bilden im Viertaktmotor Zylinder (2) und Brennraum (7) des Zylinderkopfes vorteilhaft ein gemeinsames Bauteil.

Mit dieser einteiligen Bauform wird beim Viertaktmotor nicht nur eine Teilungsebene inclusive Verschraubungen und eine Zylinderkopfdichtung eingespart, sondern auch die Wärmeabfuhr aus dem Zylinder (2) verbessert.

Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Drehschieber (1) nicht nur in den beiden einzylinderigen Ausführungsbeispielen, sondern auch für mehrzylindrige Antriebsmotoren verwendet werden kann.

Beispielsweise für einen Reihenmotor wird dann die Verzahnung (9) des in (Fig. 2) von der Antriebswelle (15) angetriebenen Drehschiebers (1) über ein Zwischenrad zum Antrieb des folgenden Drehschiebers genutzt.

Mit der erfindungsgemäßen Drehschiebersteuerung wird durch ein asymmetrisches Steuerdiagramm ein hubraumkleiner Zweitaktmotor mit besserem Abgas und geringerem Verbrauch geschaffen und ein hubraumgrößerer Viertaktmotor möglich, der lediglich den Bauraum eines Zweitaktmotors benötigt. Liste der Bezugszeichen 1 Drehschieber
2 Zylinder
3 Kurbelgehäuse
4 Kolben
5 Zylinderachse
6 Zylinderraum
7 Brennraum
8 Kurbelraum
9 Verzahnung des Drehschiebers
10 Kurbelwelle
11 Durchtrittsöffnung in den Zylinderraum
12 Durchtrittsöffnung im Drehschieber
13 Einlaßöffnung für Zweitakter
14 Kegelrad
15 Antriebswelle
16 Kegelrad der Antriebswelle
17 Zahnrad der Antriebswelle
18 Einlaßkanal
19 Auslaßkanal
20 Überströmkanal für Zweitakter

Claims

1. Drehschiebersteuerung für einen Hubkolbenmotor durch einen rohrförmigen Drehschieber, insbesondere für einen Antriebsmotor von Arbeitsgeräten und Aggregaten, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Drehschieber (1) im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens (4) außerhalb des Zylinderraumes (6) zwischen der Zylinder-Wand des Zylinders (2) und der Kurbelgehäusewand des Kurbelgehäuses (3) angeordnet ist, der Drehschieber (1) im oberen, dem Brennraum (7) zugewandtem Bereich mit einer radialen Durchtrittsöffnung (12) zur Steuerung des Gaswechsels im Zylinderraum (6) sowie am unteren, dem Kurbelraum (8) zugewandtem Ende mit einer Verzahnung (9) versehen ist, der Drehschieber (1) von der Kurbelwelle (10) angetrieben wird und sich um die Zylinderachse (5) dreht.

2. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Zweitaktmotor der Drehschieber (1) unterhalb der Durchtrittsöffnung (12) und oberhalb der Verzahnung (9) eine Einlaßöffnung (13) zur Ansaugung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Kurbelraum (8) aufweist.

3. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung der Triebwerksteile und des Drehschiebers (1) durch dem Kraftstoff zugemischtes Öl erfolgt.

4. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Zweitaktmotor der Drehschieber (1) durch ein auf der Kurbelwelle (10) befestigtes Kegelrad (14) direkt angetrieben wird und sich mit Kurbelwellendrehzahl dreht.

5. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Viertaktmotor der Drehschieber (1) sich mit halber Kurbelwellendrehzahl dreht und eine Antriebswelle (15) mit einem Kegelrad (16) und einem Zahnrad (17) die Drehzahluntersetzung erzeugt.

6. Drehschiebersteuerung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Viertaktmotor der Kurbelraum (8) als geschlossener Ölraum ausgebildet ist, das Triebwerk in Gleitlagern gelagert ist und die Triebwerksteile und der Drehschieber (1) durch Öl des Kurbelraumes (8) geschmiert werden.

7. Drehschiebersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Drehschieber (1) ein asymmetrisches Steuerdiagramm erzeugt wird.

8. Drehschiebersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Luft-Gemischbildung vor dem Einlaßkanal (18) durch einen Vergaser und die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine Magnetzündung erfolgt.