DE19535920A1 - Schiebersteuerung für Viertaktmotoren in Kalottenform - Google Patents

Description

Es sind aus dem Stand der Technik verschiedene Arten von Schiebersteuerungen bekannt.

Zum Beispiel: Walzenschieber, axialer Konusschieber, Flach­ schieber und Kugelschieber. Unter weiteren sind auch Dreh­ schieber in Kalottenform (Patentschrift Nr. 911 791 vom 20. 5. 1954) und Drehschieber mit drehbaren Dichtringen (DE 43 12 492 A1 vom 16. 4. 93) bekannt.

Diese Erfindung bezieht sich auf derartige Schiebersteuerung mit einem Drehschieber in Kalottenform mit drehbaren Dichtringen und hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Zuver­ lässigkeit, Belastbarkeit, Lebensdauer und Sparsamkeit dieser Schiebersteuerungsart wesentlich zu erhöhen.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß gemäß Kennzeichen des Patentanspruchs im Zylinderkopf mittig angeordneter Drehschieber mit kalottenförmiger Laufbahn für Drehdicht­ ringe, der beidseitig gekühlt wird, wie das bei herkömmlichen wassergekühlten Zylinderköpfen der Fall ist, mittels seiner Öffnung (Öffnungen) in der kalottenförmigen Laufbahn das Ausspülen des Motors steuert.

Drehbare, antriebbare Dichtringe in Ein- und Auslaßkanälen der Innenseite des Drehschiebers dichten den Brennraum (Arbeitsraum) des Motors ab, und ihr Drehen auf der kalot­ tenförmigen Fläche des Drehschiebers leitet mögliche aufgetretene Unreinheiten und Verbrennungsreste auf Rand­ seite ab. Diese wichtige Doppelfunktion zu gewährleisten, werden die Innendichtringe ständig und unabhängig vom Drehschieberrotieren mechanisch oder besser hydraulisch angetrieben, geschmiert und gekühlt.

Zum Ableiten von Unreinheiten wird auf Randseite des Drehschiebers ein Hohlraum kreisum gestaltet und mit Öffnungen ausgestattet. Durch diese Öffnungen wird Motor ähnlich "atmen", wie es bei herkömmlichen Ventilmotoren der Fall ist.

Drehbare, antriebbare Außendichtringe in Ein- und Auslaßka­ nälen auf der Außenseite des Drehschiebers sollen nicht nur den Drehschieber abdichten, sondern zugleich auch als Axiallager funktionieren, um die Verbrennungsdruckkräfte gegenüber dem Drehschieber abzudämpfen.

Diese Maßnahme, die Außendichtringe auch als Axiallager zu benutzen, trägt zur Beschränkung des möglichen Vibrierens des Drehschiebers in folge des Brennraumdruckwechsels bei. Gleichzeitig muß die Wand des Drehschiebers nicht so dick sein, kann dann weniger Wärme aufnehmen und auch Schwungkräfte des Drehschiebers können gesenkt werden. Um eine Möglichkeit der Schwankung der Kreisgeschwindig­ keit dem Drehschieber zu geben, wird zwischen den Antrieb und den Drehschieber eine Federungseinheit eingebaut.

Diese Federungseinheit (z. B. mechanische oder hydraulische) soll die Arbeit des Drehschiebers erleichtern und ganzes Antriebssystem vor stoßartigen Kräften schützen.

Die Erleichterung der Arbeit des Drehschiebers liegt unter anderem darin, daß die Schwankung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von Druckverhältnissen im Brennraum beein­ flußt wird. Im Zeitpunkt des höchsten Verbrennungsdrucks sinkt die Kreisgeschwindigkeit und gleichzeitig sinken auch die Reibungsverluste zwischen dem Schieber und den Dichtringen. Im Extremfall kann zum Stillstand im Sekundenbruch kommen. Im weiterem Verlauf wird diese Verzögerung nachgeholt und dabei können die Ein-und Auslaßkanäle länger oder auch kürzer offen bleiben, je nach Federungsamplitude.

Bei Verwendung einer Federungseinheit, die während des Betriebs gesteuert werden kann, können wir dann den Verlauf des Moto­ renausspülen beeinflussen, und die Motorencharakteristik unseren Wünschen anpassen und z. B. höheres Drehmomentniveau erzielen.

Der Drehschieber wird mittig von beiden Seiten abgedichtet, damit in die Antriebs- und Federungseinheit keine Unreinhei­ ten eintreten können.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Drehschieber­ steuerungen, wenn richtig ausgeführt, der Ventilsteuerung in mancher Hinsicht überlegen sind. Die Bestrebungen, das Teller-Ventil durch einen Schieber zu ersetzen, sind so alt, wie der Verbrennungsmotor selbst.

Tatsächlich ist das Ventil mit großen Mängeln behaftet: ein Ringspalt gibt gegenüber einem freien Durchgang gleichen Durchmessers etwa 50% weniger Gas frei; der größte Nachteil des Ventils ist aber seine hohe Temperatur (Einlaßventil bis 500°C, Auslaßventil bis 800°C) und es gibt keine Möglichkeit, diese Temperaturen wesentlich zu senken. Von diesen heißen Tellern nimmt die Frischgasmenge viel Wärme auf, wodurch die Dichte der Zylinderfüllung vermindert und die Klopfgrenze herabgesetzt wird.

Die Schiebersteuerung ist hinsichtlich Strömung und Erwärmung der Ladung der Ventilsteuerung weitaus überlegen. Da die heißen Ventilteller fehlen, liegt die Klopfgrenze höher, und es kann daher höher verdichtet werden.

Die Vorteile einer gut ausgeführten Schiebersteuerung eines Viertaktmotors sind also sonnenklar.

Diese neue Ausführung von der Schiebersteuerung mit dem Dreh­ schieber in Kalottenform, drehbaren, antriebbaren Dichtringen und einer elastischen Antriebskraftübertragung und geregelter Ableitung von Verbrennungsresten und Unreinheiten, wird unter ähnlichen Bedingungen gebaut wie herkömmliche Motorenarten und ist damit für einen Fachmann im Motorenbau ausführbar.

Claims (2)

1. Drehschiebersteuerung für Viertaktmotoren mit

   • - im Zylinderkopf mittig angeordnetem Drehschieber mit kalottenförmiger Laufbahn, der beidseitig gekühlt wird,
   • - drehbaren, antriebbaren Dichtringen in Ein- und Auslaß­ kanälen auf der Innenseite des Drehschiebers,
   • - drehbaren, antriebbaren Dichtringen in Ein- und Auslaß­ kanälen auf der Außenseite des Drehschiebers, die zu­ gleich auch als Axiallager funktionieren,
   • - drehbaren Dichtringen, die mittig zwischen dem Dreh­ schieber und dem Zylindergehäuse angeordnet (beidseitig) sind,
   • - einer Möglichkeit federnder Kraftübertragung vom Antrieb an den Drehschieber,
2. dadurch gekennzeichnet daß,

   • - der Drehschieber mit einer Öffnung (Öffnungen) in seiner Wand das Ausspielen des Motors steuert,
   • - drehbare, antriebbare Dichtringe in Ein- und Auslaßkanälen den Arbeitsraum des Motors (Brennraum) abdichten,
   • - die Außendichtringe gleichzeitig die Rolle eines Axiallagers für den Drehschieber übernehmen, um die Verbrennungsdruckkräfte gegenüber dem Drehschieber abzudämpfen,
   • - um die Aufgaben zuverlässig auszufüllen, die Innen- und Außendichtringe angetrieben (z. B. mechanisch oder hydraulisch), geschmiert und gekühlt werden,
   • - eine federnde Kraftübertragung vom Antriebsrad an den Drehschieber eine Schwankung der Kreisgeschwindigkeit des Drehschiebers zuläßt, damit die Reibungsverluste zwischen dem Drehschieber und dem Außendichtring im Zeitpunkt des höchsten Verbrennungsdrucks niedrig werden können.