DE2510101A1

DE2510101A1 - Verbrennungsmotor mit umlaufventil

Info

Publication number: DE2510101A1
Application number: DE19752510101
Authority: DE
Inventors: William Dieter Guenther
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1974-03-08
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1975-09-18
Also published as: IL46766A0; BR7501359A; PH12994A; IE43019B1; IE43018L; BR7501360A; SE422968B; DE2510004A1; FR2263372B1; NL7502782A; IT1034112B; YU54975A; JPS50125114A; IL46764A0; GB1496281A; FR2263373B1; FI750673A; ES435441A1; IE43021B1; SE401947B

Description

Verbrennungsmotor mit Umlaufventil

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit Umlaufventil, welcher einen Zylinder, in dem ein Kolben
axial verschiebbar ist, sowie ein umlaufendes Ventil enthält, das die Zufuhr des Brennstoff-Luftgemischs zum Zylinder in zeitlicher Abstimmung mit dem Hin- und Hergang des Kolbens steuert.

Solche nach dem Zweitakt- oder Viertaktprinzip arbeitende
Motoren sind bekannt, weisen jedoch den Nachteil auf, daß
die ausgestoßenen Abgase unerwünschte Mengen an Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxid enthalten.

509838/0687

Es wurden verschiedene Maßnahmen angewendet, um den Wirkungsgrad solcher Motoren zu verbessern und eine vollständigere Verbrennung zu gewährleisten. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht vollständig erfolgreich gewesen.

Durch die Erfindung soll ein Motor mit Umlaufventil nach dem Zweitakt- oder Viertaktprinzip geschaffen werden, der mit einer gegenüber bekannten Motoren verminderten Menge von Schadstoffen in den Abgasen betrieben werden kann.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit Umlaufventil, welcher einen Zylinder, in dem ein Kolben axial verschiebbar ist, und ein Umlaufventil enthält, das die Zuführung von Brennstoff und Luft zu dem Zylinder aus einer Ansaugleitung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mindestens zwei getrennte Ansaugleitungen für Gemische mit unterschiedlichen Brennstoff-Luft-Verhältnissen aufweist und daß das Ventil mindestens einen Durchgang enthält, der die jeweiligen Leitungen mit dem Zylinder zur Zuführung einer geschichteten Füllung in den Motor verbindet.

Durch die Anwendung der Erfindung wird die bei bekannten Motoren mit Umlaufventil im Zylinder vorhandene einheitliche Füllung durch eine geschichtete Füllung ersetzt. Solche geschichtete Füllungen führen zu einer vollständigeren Verbrennung der Brennstoffkomponenten der Füllung und tragen zu stärkerer Verringerung von schädlichen Bestandteilen in den Abgasen im Vergleich zu einem eine einheitliche oder nicht geschichtete Füllung verwendenden Motor bei.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

509838/0687

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Viertaktmotor mit vier Zylindern;

Fig. 2 eine Schrägansicht eines in Fig. 1 geschnittenen Umlaufventils;

Fig. 3 eine Schrägansicht einer Ausführungsform von Dichtungen für das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Umlaufventil;

Fig. 4 eine geschnittene Stirnansicht der in Fig. 3 gezeigten Dichtung;

Fig. 15 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 gezeigte Dichtung;

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt einer Zeitsteuereinrichtung des in Fig. 1 gezeigten Motors;

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt durch eine andere Zeitsteuerung der Einrichtung für den in Fig. 1 gezeigten Motor;

Fig. 8 und 9 graphische Darstellungen der Arbeitsweise der Zeitsteuereinrichtung nach den Fig. 6 und 7;

Fig. 10 bis 16 Schnitte durch den in den Fig. 1 bis 9 gezeigten Motor, welche die relative Lage der Motorteile während eines normalen Viertaktzyklus darstellen;

Fig. 17 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Motors;

Fig. 18 eine Schrägansicht eines in Fig. If im Schnitt gezeigten zylindrischen Ventilkörpers;

— 4 —

509838/0687

Fig. 19 bis 22 Teilschnitte einer weiteren Ausführungsform eines Motors mit geschichteter Füllung;

Fig. 23 einen vergrößerten Schnitt der Zeitsteuereinrichtung für den in Fig. 17 gezeigten Motor;

Fig. 24 einen der Fig. 23 ähnlichen Schnitt durch eine andere Zeitsteuerung der Einrichtung für den in Fig. 17 gezeigten Motor; und

Fig. 25 und 26 graphische Darstellungen der Arbeitsweise der in den Fig. 23 und 24 gezeigten Zeitsteuereinrichtung.

In Fig. 1 ist ein Viertaktmotor 10 mit vier Zylindern gezeigt. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung gleichermaßen in einem Zweitaktmotor brauchbar ist und daß sie in keiner Weise auf Motoren mit vier Zylindern eingeschränkt ist.

Die Zwischenplatte 21 bildet über jedem Zylinder einen Kopf oder Deckel 23, der eine obere Fläche einer Hauptbrennkammer 24 darstellt, welche auf den übrigen Seiten durch die Zylinderwände 25 und den Kolben 14 gebildet wird. Außerdem ist eine Vorbrennkammer 26 innerhalb der Zwischenplatte 21 gebildet. Die Vorbrennkammer 26 steht an einem Auslaßende mit der Hauptbrennkammer 24 und an einem Einlaßende mit weiter unten zu beschreibenden Ventildurchgängen in direkter Verbindung. Am Auslaßende der Vorbrennkammer 26 ist eine von der Zwischenplatte 21 gebildete Einschnürung 27 vorgesehen, die eine eingeschnürte Auslaßöffnung für die gezündete Füllung ergibt, wie weiter unten erläutert.

Eine Zündkerze 28 erstreckt sich in die Vorbrennkammer durch eine Bohrung 29 in der Zwischenplatte 21.

- 5 509838/0687

Ein Ventilkopf 30 ist über der Zwischenplatte 21 angeschlossen, Der Ventilkopf 30 weist eine axiale Bohrung 31 auf, in der ein zylindrischer Umlaufventilkörper 32 angeordnet ist, der ausführlicher in Fig. 2 gezeigt ist. Eine Oberseite des Ventilkopfes bildet Sätze von Einlaßöffnungen I und Auslaßöffnungen E, die ausführlicher in Fig. 2 gezeigt sind und über die jeweils die Ansaugleitung 33 und die Auslaßleitung 34 (wie in Fig. 1 gezeigt) angeschlossen sind.

Der Ventilkörper 32 besteht aus einem leichten Rahmen 35, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, der eine äußere Metallhülse aufweist, welche an der Oberfläche mit einer an den. Außenumfang des Rahmens 35 angepaßten harten Chromplattierung versehen ist. Der Rahmen 35 kann auch aus Gußeisen hergestellt sein. Der Körper 32 bildet:

1. Einlaßdurchgänge 36, die sich quer durch den Ventilkörper 32 erstrecken. Die Einlaßdurchgänge 36 sind entlang der Achse des Venti!körpers 32 angeordnet, so daß sie mit den Einlaßöffnungen I im Ventilkopf 30 bei vorbestimmten Drehstellungen des Ventilkörpers 32 innerhalb der axialen Bohrung 31 fluchten. Das Fluchten eines der Einlaßdurchgänge 36 mit einer der Einlaßöffnungen I bringt auch ein entgegengesetztes Ende der Einlaßdurchgänge 36 in Verbindung mit der Vorbrennkammer 26, wie weiter unten erläutert.

2. Auslaßdurchgänge 37, die sich ebenfalls quer durch den Ventilkörper 32 erstrecken. Die Auslaßdurchgänge sind entlang der Achse des Ventilkörpers 32 so angeordnet, daß sie mit den Auslaßöffnungen E im Ventilkopf 30 bei vorbestimmten Drehstellungen des Ventilkörpers innerhalb des Ventilkopfes 30 fluchten. Das Fluchten eineß der Auslaßdurchgänge 37 mit einer der Auslaßöffnungen E bringt auch ein entgegengesetztes Ende des Au.slaßdurchgangs in Verbindung mit der Vorbrennkammer 26, wie weiter unten erläutert.

509838/0687 ,

— ο —

Die Einlaß- und Auslaßdurchgänge 36 und 37 sind· innerhalb des Ventilkörpers 32 so angeordnet, daß eine Drehung des Ventilkörpers 32 nacheinander ein Fluchten eines ersten Einlaßdurchgangs 36 mit einer Einlaßöffnung I und sodann einer Auslaßöffnung E je Viertaktzyklus jedes Kolbens 14 hervorruft, wie noch weiter zu erläutern.

3. Kühldurchgänge 38 (Fig. 1), welche sich axial durch den Ventiikörper 32 zum Transport von Kühlwasser durch dieselben erstrecken. Die Kombination der Axialstromkühlung und Leichtmetallegierung des Ventilkörpers 32 ergibt' eine wirkungsvolle Kühlung des Körpers 32 und insbesondere der Wände der Einlaß- und Auslaßdurchgänge 36 und 37.

Der Ventilkörper 32 ist auf Drehzapfen 39 innerhalb der Axialbohrung 31 in Lagern 40 drehbar gelagert, die mit dem Ventilkopf 30 verbunden sind. Der Ventilkörper 32 und die Axialbohrung

31 sind so bemessen, daß sie eng aneinander anschließen, so daß die Dichtung des Ventils zwischen'diesen Teilen erleichtert ist.

Ein Antriebsrad G ist über eine nicht gezeigte Treibriemenkette zur Drehung des Ventilkörpers 32 in zeitlicher Abstimmung mit der Kurbelwelle 13 in einem Verhältnis von 1 : 4 mit der letzteren verbunden. Jede Drehung des Ventilkörpers, wie sie nachfolgend erläutert wird, erfolgt daher in Bezug auf die Bewegung des Kolbens 14 innerhalb eines der Zylinder 12 während einer Phase eines normalen Viertaktzyklus. Die Drehung des Ventilkörpers

32 erfolgt, betrachtet gemäß den Figuren, im Uhrzeigersinn (siehe Fig. 1).

Wie aus Fig* 1 ersichtlich, ist die Ansaug- oder Einlaßleitung

33 für eine Verbindung mit jeder Einlaßöffnung I im Ventilkopf 30 angeschlossen. Ihre Ansaugleitung 33 weist einen ersten Kanal L und einen zweiten Kanal R auf, die von zwei getrennten Mündungen

- 7 509838/0687

beispielsweise eines Vergasers C mit doppelter Mündung zum Ventilkörper 32 führen. Eine Trennwand 41 erstreckt sich längs' der Leitung 33 bis zu einer Stellender Gleitberührung mit dem Ventilkörper 32 und bildet in Verbindung mit den Außenwänden der Leitung 33 die Kanäle L und R. Der erste Kanal L überträgt eine extrem magere Brennstoff-Luftfüllung oder eine reine Luftfüllung vom Vergaser zum Einlaß I. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß der Motor gemäß Fig. 1 am wirksamsten mit einer vom Vergaser durch den ersten Kanal L gelieferten reinen Luftfüllung arbeitet. In Abhängigkeit von der Motorkapazität und den Anforderungen der Bauweise kann es jedoch erforderlich sein, ein mageres Brennstoff-Luftgemisch in den ersten Kanal L zu injizieren.

Der zweite Kanal R überträgt eine extrem fette Brennstoff-LuftfülDung vom Vergaser zum Einlaß I. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß der Motor gemäß Fig. 1 am wirksamsten mit einer Brennstoffüllung im Kanal R bei maximalem Brennstoff-Luftverhältnis arbeitet. Die Eigenschaften der Bauweise können abermals die Modifizierung dieser Füllung in Abhängigkeit von der Motorkonstruktion zu einer fetten Brennstoff-Luftfüllung erfordern.

Es ist ersichtlich, daß bei Drehung eines Einlaßdurchgangs 36 in Fluchtung mit einer Einlaßöffnung I und der Vorbrennkammer 26 der Durchgang 36 sich nacheinander in die Kanäle L und R bewegt, wenn eine nachfolgende Wand des Einlaßdurchgangs 36 die Trennwand 41 überschreitet.

Wenn sich ein Ende des Einlaßdurchgangs 36 in die oben beschriebene aufeinanderfolgende Fluchtung mit der Ansaugleitung 33 bewegt, bewegt sich das entgegengesetzte Ende des Durchgangs 36 in Fluchtung mit der Vorbrennkammer 26. Wenn daher der Kolben 14 seinen nach unten gerichteten Ansaughub ausführt,

- 8 509838/0687

gibt der Einlaßdurchgang 36, der sich in zeitlicher Abstimmung mit dem Kolben dreht, zuerst eine magere oder reine Luftfüllung, sodann eine gemischte, jedoch magere Brennstoffluftfüllung und zuletzt eine fette oder reine Brennstoffüllung durch die Vorbrennkammer in den Zylinder. Wenn der Ansaughub beendet ist, hat der Einlaßdurchgang 36 im Zusammenwirken mit der doppelten Ansaugleitung 33 eine sehr magere Füllung in die Hauptbrennkammer 24 und eine fette Füllung in die Vorbrennkammer 26 eingegeben. Die Wirkung dieser Schichtung wird weiter unten erläutert.

Wie aus den Fig. 2 bis 5 ersichtlich, ist eine Dichtungsanordnung 42 an der Basis des Umlaufventilkopfes angeordnet. Die Dichtungsanordnung 42 weist eine Membrandichtungsmanschette 43 aus elastischem hitzebeständigem Metall, wie rostfreiem Stahl, auf. Die Membrandichtungsmanschette 43 ist in Form und Größe dem Ventilkopf 30 angepaßt und ist zwischen dem Kopf und der Zwischenplatte 21 angeordnet, um ein Ausströmen von Druckgasen zwischen der Zwischenplatte 21 und dem Ventilkopf 30 zu verhindern.

Ventildichtungen 44 sind in Öffnungen in der Membrandichtungsmanschette 43 angeordnet. Jede Dichtung ist in der zugehörigen Öffnung befestigt und so angeordnet, daß sie mit mit einem Einlaß- und einem Auslaßdurchgang 36 und 37 des Umlaufventils fluchtet, um eine offene Verbindung zwischen den Durchgängen 36 und 37 und dem zugehörigen Zylinder 12 des Motors 10 herzustellen.

Eine bogenförmige Seite 45 jeder Dichtung 44 ist so geformt, daß sie dem Umlaufventilkörper .32 durchgehend anliegt. Die elastische Membrandichtungsmanschette 43 wird gegen den Ventilkörper 32 gedrückt, um die Ventildichtungen 44 in durchgehend dichtender Anlage an der Außenwand des Ventilkörpers 32 zu halten.

509838/0687

251OIQI

Wie in Fig. 1 gezeigt, können die Ventildichtungen 44 stattdessen aus gepreßten oder geformten Kohlenstoffringen bestehen, die innerhalb eines Halters S angeordnet sind, die ihrerseits in jede Öffnung innerhalb der Membran 43 eingesetzt ist.

Die Anordnung einer bogenförmigen Kohlenstoffdichtung 44 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, und zwar infolge der Fähigkeit des Kohlenstoffs, Wasser an der bogenförmigen Fläche 45 zurückzuhalten. Die Dichtung 44 kann daher durch während des Verbrennungsvorgangs innerhalb der Brennkammern 24 und 26 abgegebenes Wasser geschmiert werden. Die Dichtungen 44 können auch aus gesintertem Eisen oder Bronze bestehen, welche in die Dichtungsform gegossen sind. Die gesinterten Metalldichtungen sind mit einem kapillaren Ölschmierungs-Zuführsystem 46 versehen, wie in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt. Das kapillare Ölschmierungssystem 46 umfaßt eine Ölzuleitung 47, welche von der Motorschmieranlage zu einem Ölkanal 48 führt, welcher am Umfang innerhalb der Dichtung 44 aus gesintertem Eisen oder Bronze geformt ist.

Bei dieser Ausführungsform der Ventildichtung 44 ist eine innere Schicht 49 und die bogenförmige Fläche 45 der Dichtung 44 porös, während eine äußere Dichtungsseitenwand 50 nicht porös und für eine durchgehende Schmierölströmung undurchlässig ist. Nach der Zuführung von Drucköl durch die Ölzuleitung zum Ölkanal 48 dringt das Öl vom Kanal durch die poröse Innenschicht zur bogenförmigen Fläche 45, welche mit Schmiermittel gesättigt wird. Der in Berührung mit dem Schmiermittel stehende Ventilkörper 32 gleitet daher in geschmierter Berührung mit der bogenförmigen Dichtfläche 45. Wenn entweder eine Kohlenstoffdiahtung oder eine gesinterte Metalldichtung am Umlaufventilkörper 32 anliegt, wird der Austritt von Druckgasen entweder zwischen der Zwischenplatte 21 und dem Ventilkopf 30 oder rings um den UmIaufventi!körper 32 verhindert. Die

509838/0687 - 10 -

- IO -

üblichen Probleme des Abbrennens und der Erosion des Ventilkörpers 32 werden durch die Dichtung stark vermindert.

Gemäß Fig. 4 ist die Membrandichtungsmanschette 43 mit einer gewellten Lippe 43a versehen, die sich rings um den Umfang jeder eine Dichtung aufnehmenden Öffnung erstreckt und die innerhalb einer Kerbe 44a angeordnet ist, die sich rings um die Dichtung 44 erstreckt. Die Lippe 43a verläuft innerhalb der Kerbe 44a, so daß die Dichtung 44 in ihrer Lage, innerhalb der Dichtungsmanschette 43 gehalten wird. Es ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß die Lippe 43a sich im wesentlichen nicht ganz über die Tiefe der Kerbe 44a erstreckt, so daß die Dichtung innerhalb der tragenden Dichtungsmanschette 43 "schwimmen" kann. Das "Schwimmen" ermöglicht, daß die Dichtung 44 in Abhängigkeit von Temperaturänderungen des Motors mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gegenüber dem Wachstum oder Schrumpfen des unähnlichen Materials der Membrandichtungsmanschette 43 wachsen oder schrumpfen kann. Die Dichtung wird dadurch in Berührung mit dem Ventilkörper 32 gehalten, ohne unter Wärmebelastung zu stehen, die sonst während des Betriebs des Motors auftreten würde.

Wie in Fig. 4 gezeigt, kann die Lippe 43a im Querschnitt entweder aus einer nach unten gewandten Biegung (wie bei der linken Ausführungsform der Fig. 4 gezeigt) oder als eine "S"-förmige Kurve ausgebildet sein, wie bei der rechten Ausführungsform in Fig. 4 gezeigt. Jede dieser Ausführungsformen erleichtert die Gasbelastung des innerhalb der Kerbe 44a gelegenen Bereichs der Lippe 43a. Falls daher Druckgas in den Kammern 24 und 26 in die Kerbe 44a austritt, übt das Gas eine Kraft auf die innere Krümmung jeder der gewellten Lippen 43a aus, so daß die Wellungen in dichte Berührung mit den Seitenwänden der Kerbe 44a innerhalb der Dichtung 44 ausgedehnt werden. Die Membrandichtungsmanschette 42 bildet daher

- 11 - ■

509838/0687

eine Einrichtung zum Abdichten des Umlaufventilkörpers 32 und zur Verhinderung eines Ausfalls der Dichtung durch Wärmebelastungen, die im Motor unter Betriebsbedingungen auftreten.

In Fig. 7 ist ein Auslaßdurchgang 37 innerhalb des Ventilkörpers 32 im Schnitt gezeigt. Der Auslaßdurchgang 37 ist gegen Abgase ' hoher Temperatur, die durch denselben während eines Auslaßhubes des Kolbens strömen, durch eine- Auskleidung 51 aus einer wärmeabsorbierenden Legierung, wie rostfreiem Stahl, geschützt, die sich über jede Wand der Auslaßdurchgänge 37 erstreckt.

Die entgegengesetzten Enden der inneren Auskleidung 51 sind nach außen gebogen und überdecken sich mit einem vorstehenden Teil der Hülse des Ventilkörpers 32. Die Ausbiegungen wirken als Abstandshalter, damit die Auskleidung 51 im Abstand von jeder Wand des Auslaßdurchgangs 37 gehalten wird, um einen toten Luftraum 52 zwischen der benachbarten Wand des Auslaßdurchgangs 37 und der Auskleidung 51 vorzusehen. Der tote Luftraum 52 ergibt eine Isolierschicht, die den Ventilkörper gegen die austretenden heißen Abgase abschirmt.

Die heißen, beim Auslaßhub vom Zylinder 12 abgelassenen Druckgase strömen über die Oberfläche der Auskleidung 51 und halten die Auskleidung auf einer Rotglühtemperatur. Falls ein katalytischer Umsetzer oder Wärmereaktor für die Behandlung der Motorabgase verwendet wird, ist die Rotglühtemperatur der Auskleidung insofern vorteilhaft, als eine hohe Austrittstemperatur der Abgase aufrechterhalten wird, welche die Behandlung dieser Gase entweder durch den katalytischen Umsetzer oder Wärmereaktor fördert.

In den Fig. 10 bis 16 ist die grundsätzliche Arbeitsweise des Motors 10 über einen vollständigen Viertaktzyklus gezeigt. Beginnend bei Fig. 10 ist der vordere Kolben 14 des Motors 10 bei seinem Ansaughub gezeigt. Wenn der Kolben 14 etwa die

- 12 509838/0687

Hälfte der Strecke zum unteren Totpunkt erreicht, hat der Ventilkörper 32 den Einlaßdurchgang 36 in offene Fluchtung mit beiden Leitungskanälen L und R gebracht, wie oben erläutert.

Wenn der Kolben 14 den unteren Totpunkt erreicht, wie in Fig. gezeigt, hat sich der Einlaßdurchgang 36 genügend weit gedreht, so daß die nachfolgende oder hintere Wand des Durchgangs 36 die Trennwand 41 überschritten hat, wodurch die Vorbrennkammer in ausschließliche Verbindung mit dem fetten oder reinen Brennstoffkanal R kommt.

Wenn der Verdichtungshub beginnt, wie in Fig. 12 gezeigt, hat sich der Einlaßdurchgäng 36 über die Stelle der Fluchtung mit der Vorbrennkammer hinausgedreht, so daß der Ventilkörper 32 zur Vorbrennkammer 26 und zur Hauptbrennkammer 24 hin "geschlossen" wird.

Wenn sich der Ventilkörper 32 noch in einer "geschlossenen" Stellung dreht, wird der Verdichtungshub beendet, wie in Fig. 13 gezeigt. Bei Beendigung des Verdichtungshubes befindet sich die verhältnismäßig magere Brennstoff-Luftfüllung in der Hauptbrennkammer 24 als Schicht unter einer extrem fetten Füllung, die in der Vorbrennkammer 26 verdichtet ist.

Die Zündung findet in der Vorbrennkammer statt, wenn die Zündkerze das sehr fette Gemisch in derselben zündet. Eine Flammenfront von dem fetten Gemisch breitet sich nach außen durch die Einschnürung 27 in die Hauptbrennkammer 24 aus und zündet das magere Gemisch in derselben. Die Flammenfront dringt in das magere Gemisch mit gleichförmiger Geschwindigkeit während des Leistungshubes ein.

Bei einem herkömmlichen Motor steigt die Gastemperatur mit hoher Geschwindigkeit an und erreicht eine hohe Spitze, wonach

- 13 509838/0887

ein schneller Abfall innerhalb einer kurzen Bewegungsdauer der Kurbel zum unteren Totpunkt erfolgt. Diese Zündkurve mit kurzer Dauer und hoher Spitze ergibt erstens eine kurze Zeit, während der die minimalen Verbrennungstemperaturen für Kohlenwasserstoffe aufrechterhalten werden und zweitens eine Spitze, die für die Bildung von Stickstoffoxiden hoch genug ist.

Die Temperaturkurve der in der geschichteten Füllung erzeugten, langsam fortschreitenden Flamme ergibt jedoch eine lang dauernde Verbrennung oberhalb der minimalen Verbrennungstemperatur für Kohlenwasserstoffe und gleichzeitig eine Spitzentemperatur, die unterhalb der für die Erzeugung von Stickstoffoxiden erforderlichen Temperatur liegt.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor ist daher die Erzeugung von HC- und NO-Verunreinigungen während des Leistungshubes bei dem Motor mit geschichteter Füllung in beträchtlichem Ausmaß - wenn niQht vollständig - beseitigt.

Wenn der Kolben 14 seinen Leistungshub beendet, wie in Fig. gezeigt, dreht der Ventilkörper 32 den Auslaßdurchgang 37 in Fluchtung mit der Auslaßöffnung E und der vorderen Kammer 26. Nachdem der Motor den unteren Totpunkt erreicht, wie in Fig. 15 gezeigt, beginnt der Auslaßhub, wie in Fig. 16 gezeigt. Die Abgase werden aus den Brennkammern 24 und 26 über die Auskleidung 51 in die Leitung 34 getrieben. Die Kurbelwelle 13 dreht den Ventilkörper 32 weiter in zeitlicher Abstimmung und führt den Kolben 14 wieder zum oberen Totpunkt, wo der Ansaughub wieder beginnt. Es ist ersichtlich, daß bei Beendigung des Ansaughubes und "Schließung" der Einlaßdurchführung 36 ein Teil der extrem fetten Füllung vom Ansaugkanal R im Einlaßdurchgang 36 eingeschlossen ist. Wenn der Einlaßdurchgang 36 wiederum in Fluchtung mit dem Ansaugkanal L und der Vorbrennkammer 26 gebracht wird, wird die eingeschlossene fette

509838/0687 - 14 -

Füllung in demselben in den Zylinder gesogen, wenn der Ansaughub beginnt. Auf diese Weise wird, auch wenn reine Luft in den Kanal L eingeleitet wird, eine sehr magere Brennstoff-Luftfüllung unmittelbar in den Zylinder 14 eingeleitet, wenn sich der Einlaßdurchgang zuerst in Fluchtung mit der Vorbrennkammer 26 bewegt.

In den Fig. 6 bis 9 ist eine Einrichtung zur Änderung der Zeitsteuerung der Einlaß- und Auslaßdurchgänge 36 un,d 37 gezeigt. Bogenförmige Gleitdichtungen 53 sind innerhalb sich entgegengesetzt erstreckender bogenförmiger Kanäle 54 auf entgegengesetzten Gleitbahnen jeder Einlaßöffnung E angeordnet. Die Gleitdichtungen 53 sind so eingepaßt, daß sie komplementär und zusammenhängend am Ventilkörper 32 anliegen und obere Abdichtungen für den Körper 32 an der Einlaß- und Auslaßöffnung I und E bilden. Die Gleitdichtungen 53 sind ferner aus einer zurückgezogenen Stellung innerhalb des Kanals 54 in eine einschnürende Stellung innerhalb des Weges der Einlaß- und Auslaßöffnungen I oder E ausziehbar, wie durch die gestrichelten Linien in den Fig. 6 und 7 angedeutet.

Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Gleitdichtungen 53 mittels eines Betätigungsmechanismus 55 beweglich, der aus irgendeiner geeigneten Einrichtung zum Bewegen der Dichtungen 53 in Abhängigkeit vom Bedarf des Motors bestehen kann. Beispielsweise kann die Betätigungseinrichtung 55 so angeschlossen sein, daß sie mittels Vakuum über die Bewegung der Sitze von Steuerstangen 56 betätigbar ist, die mit den Dichtungen 53 verbunden sind. Die Dichtungen 53 werden aus ihren einschnürenden Stellungen durch Vorspannfedern 57 herausgedrückt, die mit den Steuersfeangen 56 verbunden sind. Eine Erhöhung des Unterdrucks innerhalb des Betätigungsmechanismus 55 bewegt die Dichtungen 53 in ihre einschnürende Stellung. Daher bewirkt beispielsweise die Verbindung des Betätigungsmechanismus 55 mit einer nicht gezeigten Öffnung unterhalb einer Drosselplatte, daß die

509838/0687 - 15 -

Dichtungen in ihre einschnürende Stellung bei Motorleerlauf (einem Zustand mit hohem Unterdruck) und in ihre zurückgezogene Stellung im ungedrosselten Zustand (einem Zustand mit geringem Unterdruck) gedrückt werden.

Um eine Zeitsteuerung der Fluchtung eines Einlaßdurchgangs 36 mit einer Einlaßöffnung I und einer Vorbrennkammer 26 zu erreichen, werden die Gleitdichtungen 53 in Abhängigkeit vom Bedarf des Motors bewegt, wie oben beschrieben. Wenn sich daher der Motor in einem Leerlaufzustand befindet, erstrecken sich die Gleitdichtungen 53 aus den gegenüberliegenden Kanälen 54 in die eingeschnürte Stellung gemäß Fig. 6. Eine Bewegung ·'■ linken Dichtung, betrachtet gemäß Fig. 6, verursacht eine spätere Bewegung des Ansaugdurchgangs 36 in die Fluchtung mit der Einlaßöffnung I, als wenn sich die Dichtung 53 in ihrer zurückgezogenen Stellung befindet. Eine Bewegung der rechten Dichtung 53 in die einschnürende Stellung verursacht eine verhältnismäßig frühere Bewegung des Ansaugdurchgangs 36 außer Fluchtung mit der Einlaßöffnung I.

In gleicher Weise verursacht eine Bewegung der linken Dichtung 53, betrachtet gemäß Fig. 7, eine spätere Bewegung des Auslaßdurchgangs 37 in Fluchtung mit der Auslaßöffnung E, als wenn die Dichtung 53 sich in ihrer zurückgezogenen Stellung befindet. Ebenfalls verursacht eine Bewegung der rechten Dichtung 53 in die zurückgezogene Stellung eine verhältnismäßig frühere Bewegung des Auslaßdurchgangs 37 außer Fluchtung mit der Auslaßöffnung E.

Die Einrichtung einer veränderlichen Zeitsteuerung entsprechend dem Motorbedarf ist wesentlich, da es im modernen Motorbau üblich ist, die Öffnung des Ansaugventils zu bewirken, bevor der Kolben das obere Ende des Auslaßhubes erreicht. Das Ventil wird so gesteuert, daß sich das Auslaßventil schließt, nachdem der Einlaß geöffnet ist, so daß eine Überlappung während

- 16-509838/0687

einer vorbestimmten Zeitspanne erfolgt, während der beide Ventile zugleich geöffnet sind. Diese Ventilüberlappung wird vorgesehen, um eine maximale Leistung bei weit geöffneter Drossel oder Zeiten hohen Bedarfs bei Betrieb des Motors zu erzeugen. Im Zustand hohen Bedarfs erzeugen die während eines Auslaßhubes mit hoher Geschwindigkeit auftretenden Abgase innerhalb der Auslaßöffnung einen nahezu atmosphärischen Druck (oder einen leicht negativen Druck). Gleichzeitig steht eine Füllung in der Ansaugsäule unter einem Überdruck.

Wenn sich daher das Ansaugventil beim Auslaßhub öffnet, strömt die unter Überdruck stehende Füllung im Ansaugkanal in den Zylinder und treibt die verbleibenden verbrannten Gase durch das offene Auslaßventil nach außen. Die Spülwirkung der die alte Füllung hinausdrückenden neuen Füllung gewährleistet, daß eine maximal reine Füllung ohne jegliche verbrannte Gase in den Motor gesaugt wird.

Um ferner zu gewährleisten, daß eine maximale Füllung in den Zylinder eingeleitet wird, wird das Ansaugventil gewöhnlich in einem Zeitpunkt geschlossen, nachdem der Kolben das untere Ende des Ansaughubes erreicht. Bei hohem Bedarf hält der Überdruck der Füllung innerhalb der Ansaugleitung eine positive Strömung in den Zylinder aufrecht, auch wenn der Kolben seine Aufwärtsbewegung während des Verdichtungshubes begonnen hat.

Es ist ferner üblich, das Auslaßventil in einem Zeitpunkt zu öffnen, bevor der Kolben das untere Ende des Leistungshubes erreicht, um zu gewährleisten, daß das Auslaßventil während des ganzen Auslaßhubes vollständig geöffnet ist. Bei Perioden hohen Bedarfs gewährleisten die Kolbengeschwindigkeit sowie die Brennbedingungen hohen Wirkungsgrades im Zylinder, daß verhältnismäßig wenig unverbrannte Kohlenwasserstoffe oder roher Brennstoff durch den Auslaßkanal austreten.

509838/0687 - 17 -

Diese oben beschriebene Ventilsteuerung ergibt verhältnismäßig ideale Brennbedingungen innerhalb des Zylinders während Perioden des Motorbedarfs. Daher hat ein in üblicher Weise gesteuertes Ventilsystem in einem Kraftfahrzeugmotor einen Zyklus, der dem in Fig. 8 dargestellten ähnlich ist. In diesem Zyklus öffnet sich das Ansaugventil bei etwa 22° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt und schließt bei 66° nach dem unteren Totpunkt. Das Auslaßventil öffnet bei 65° vor dem unteren Totpunkt und schließt bei 24° nach dem oberen Totpunkt.

Bei Leerlaufbedingungen wird jedoch die oben beschriebene Steuerung für den Motorbetrieb nachteilig. Bei Leerlauf herrscht ein hoher Unterdruck im Ansaugbereich. Wenn der Kolben das obere Ende seiner Bewegung während des Auslaßhubes erreicht, liegt der Druck der Gase innerhalb der Zylinder beträchtlich oberhalb Atmosphärendruck, während er innerhalb der Ansaugleitung ein gutes,Stück darunter liegt. Daher herrscht im Moment der Öffnung des Ansaugventils ein beträchtlicher Druckunterschied an der Ventilöffnung, der bewirkt, daß ein Teil der Abgase in die Ansaugleitung gesaugt wird. Wenn sich der Kolben beim Ansaughub nach unten zu bewegen beginnt, besteht ein Teil der angesaugten Füllung aus Abgasen, wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung im Zylinder herabgesetzt wird.

Da sich ferner das Auslaßventil normalerweise vor Beendigung des Leistungshubes öffnet, beginnt die Füllung im Zylinder auszuströmen, bevor die Verbrennung unter verhältnismäßig schlechten Bedingungen beendet ist. Dies führt zum Ausstoß von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und sogar rohem Brennstoff in die Auslaßleitung und erhöht den Brennstoffverbrauch des Motors sowie die ausgestoßenen Emissionen.

Die einstellbaren Gleitdichtungen 53 ermöglichen jedoch eine Änderung der Steuerung des Einlaß- und Auslaßdurchgangs 36

509838/0687

bzw. 37, wodurch der Motorleerlauf geglättet und der Brennstoffverbrauch sowie der Ausstoß von Emissionen verringert wird. Wenn daher die gegenüberliegenden Dichtungen 53 beim Motorleerlauf in die eingeschnürte Stellung bewegt werden, werden beide Durchgänge 36 und 37 veranlaßt, sich beim oberen Totpunkt spät "zu öffnen" (infolge der von der rechten Dichtung 53 verursachten Einschnürung) und sich am unteren Totpunkt früh "zu schließen" (infolge der von der linken Dichtung 53 verursachten Einschnürung), wie in Fig. 9 graphisch ,dargestellt.

Infolge der Bewegung der Dichtungen 53 in ihre einschnürende Stellung wird 1) die Ventilüberlappung bei Leerlauf tatsächlich ausgeschaltet und 2) der Auslaßdurchgang 37 bewegt sich nicht in Fluchtung mit der Auslaßöffnung E, bevor der Kolben tatsächlich den unteren Totpunkt erreicht. Die Ausschaltung sowohl von Ventilüberlappung als auch des frühzeitigen Öffnens der Auslaßöffnung in Abhängigkeit von einer Verminderung des Motorbedarfs gewährleistet, daß Verbrennungsgase beim Auslaßhub nicht in die Arisaugkanäle L und R eingeführt werden und daß eine vollständige Verbrennung in der Hauptbrennkammer 24 vor dem "Öffnen" des Auslaßdurchgangs 37 stattfindet. Die Motorleerlaufdrehzahl kann daher ohne den üblicherweise begleitenden unruhigen Lauf, hohen Brennstoffverbrauch und hohen Ausstoß an Verunreinigungen herabgesetzt werden.

In Fig. 17 ist ein Motor 110 mit geschichteter Füllung gezeigt, welcher eine Kurbelwelle 111, eine Verbindungsstange 112 und einen Kolben 113 aufweist, der zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung innerhalb eines Zylinders 114 in einem Motorblock 115 gelagert ist. Der Motor kann von irgendeiner Bauart sein, wie beispielsweise ein Vierzylinder-Reihenmotor mit einem üblichen ölschmiersystem 116, elektrischen System und Schwungrad, wie im Motorbau bekannt.

- 19 509838/0687

Der Motor 110 weist einen Zylinderkopf 117 auf, welcher mit
dem Motorblock 115 über den Zylinder 114 verbunden ist. Der
Zylinderkopf 117, der Zylinder 114 und eine obere Arbeitsfläche jedes Kolbens 113 bilden die Hauptbrennkammer 118 innerhalb
jedes Zylinders 114.

Der Zylinderkopf 117 enthält eine langgestreckte Horizontalbohrung 119 und ein umlaufender- zylindrischer Ventilkörper
120 ist eng in die Bohrung 119 eingepaßt. Der Ventilkörper
120 wird durch einen nicht gezeigten Treibriemen über ein
Treibrad G (siehe Fig. 18) angetrieben, welches antriebsmäßig mit der Kurbelwelle 111 verbunden ist. Das Umdrehungsverhältnis der Kurbelwelle 111 zum Ventilkörper beträgt 4:1.

Der Ventilkörper 120 weist einen Rahmen aus Gußeisen oder
Leichtmetallegierung mit einer gehärteten zylindrischen Außenfläche 121 auf. Sich diametral durch den Ventilkörper erstreckende erste und zweite Einlaßdurchgänge 122 und 123 und diametral verlaufende Auslaßdurchgänge 124 weisen einen axialen Abstand längs des zylindrischen Ventilkörpers 120 auf, und sind so angeordnet, daß sie mit getrennten Ansaug- und Auslaßleitungen
fluchten können, wie weiter unten erläutert.

Bezüglich eines einzigen Zylinders ist der erste Ansaugdurchgang 122 axial innerhalb des Ventilkörpers 120 so angeordnet, daß er mit einem ersten Ansaugkanal L fluchtet, um die magere Brennstoffüllung von einer ersten Dosiereinrichtung (wie einem ersten Venturirohr innerhalb eines Vergasers 126) zum Ventilkörper 120 zu übertragen. Eine Drehung des den ersten Ansaugdurchgang 122 tragenden Ventilkörpers 120 bringt den .Ansaugdurchgang 122 in gleichzeitige Fluchtung zwischen dem mageren Ansaugkanal L und der Hauptbrennkammer 180.

Wenn sich der Kolben 113 während des Ansaughubes nach unten
bewegt, wird eine magere .Brennstoff-Luftfüllung durch den

- 20 509838/0687

Mageransaugkanal L in die Hauptbrennkammer 118 gesogen.

Wie aus den Fig. 17 und 23 ersichtlich, ist ein zweiter Ansaugdurchgang 123 in axialem Abstand vom ersten Durchgang 122 längs des Ventilkörpers 120 derart angeordnet, daß er mit einem zweiten Ansaugkanal für die Zuführung einer zweiten fetten Brennstoff-Luftfüllung aus einer zweiten Dosiereinrichtung, wie einem zweiten Venturirohr innerhalb des Vergasers 126, fluchten kann. Der zweite Ansaugdurchgang 123 ist bei gesteuerter Drehung des Ventilkörpers 120 so ausgerichtet, daß er gleichzeitig mit dem zweiten Fett-Ansaugkanal R und mit einer Vorbrennkammer 128 fluchtet, die durch den Kopf gebildet wird und sich in offener Verbindung in die Hauptbrennkammer 118 erstreckt. Eine Zündkerze 129 erstreckt sich in die Vorbrennkammer 128 zur Zündung des brennstoffreichen Gemische, das in dieselbe bei einem Ansaughub des Motors 110 gesaugt wird.

Die die Füllung führenden Kanäle L und R treten in offene Fluchtung mit dem Ventilkörper 20 an Stellen, die einen Abstand von etwa 90° einschließen. Gleichzeitig erstrecken sich die Ansaugdurchgänge 122 und 123 diametral durch den Ventilkörper unter einem gegenseitigen Winkel von 90°. Die zwei Ansaugdurchgänge 122 und 123 sind daher innerhalb des Ventilkörpers 120 so angeordnet, daß sie gleichzeitig jeweils mit dem eine magere bzw. fette Füllung führenden Kanal L bzw. R sowie jeweils mit der Hauptbrennkammer 118 bzw. Vorbrennkammer 128 fluchten. Ferner gewährleistet die zueinander senkrechte Lage der Ansaugdurchgänge 122 und 123 eine vollständig symmetrische Steuerung des "Öffnens" und "Schließens" der Durchgänge 122 und 123, wenn sie sich in und außer Fluchtung mit ihren jeweiligen Ansaugkanälen L und R über zwei vollständige Viertaktzyklen des Motors bewegen, wobei eine vollständige Drehung des Umlaufventilkörpers 120 bewirkt wird. Die Steuerung dieser Ansaugdurchgänge wird weiter unten erläutert.

- 21 509838/068 7

Bei einer gesteuerten Drehung des Ventilkörpers 120 in Verbindung mit dem Abwärtshub des Kolbens 113 während eines Ansaughubes wird in die Hauptbrennkammer 118 ein mageres Brennstoffgemisch und gleichzeitig in die Vorbrennkammer 128 ein fettes Brennstoffgemisch geliefert. Beginn und Dauer der Fluchtung der Ansaugdurchgänge 122 und 123 kann durch Veränderung der Winkelstellung der Kanten der in die Hauptbrennkammer 118 und die Vorbrennkammer 128 vom Ventilkörper 120 führenden Öffnungen bestimmt werden, wie weiter unten-erläutert. Eine weitere Drehung des Ventilkörpers 120 bringt die Ansaugdurchgänge 122 und 123 außer Fluchtung mit den jeweiligen Brennkammern 118 bzw. 128, wenn der Kolben 113 seinen Verdichtungshub beginnt, wie weiter unten erläutert.

In den Fig. 19 bis 22 ist eine dritte Ausführungsform des Motors mit geschichteter Füllung gemäß der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform trägt, wobei wieder auf einen einzigen Zylinder Bezug genommen wird, ein erster umlaufender Ventilkörper 230 einen ersten und zweiten Einlaßdurchgang 231 und 232 jeweils zur Fluchtung mit einem ersten Mager-Ansaugkanal L und einer Hauptbrennkammer 218 bzw. einem zweiten Fett-Ansaugkanal R und einer Vorbrennkammer 228. Die Vorbrennkammer 228 steht in Verbindung mit der Hauptbrennkammer 218 über eine Mündung, die um die Achse des Kolbens 213 angeordnet ist. Der zweite Ansaugdurchgang 232 stellt eine Verbindung zwischen dem Mager-Ansaugkanal L und der Hauptbrennkammer 218 an einer Stelle nahe dem äußeren Umfang des Zylinders 214 innerhalb des Kopfes 211 her. Beim Ansaughub des Kolbens 213 drehen sich die jeweiligen Ansaugdurchgänge 231 und 232 in annähernd gleichzeitige Fluchtung mit den jeweiligen Brennkammern 218 bzw. 228 zur Zuführung einer mageren Füllung zur Hauptbrennkammer 218 sowie einer fetten Füllung zur Vorbrennkammer 228, wie oben bei der Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung mit einem einzigen Ventil erläutert.

Ein zweiter Ventilkörper 233 innerhalb des Zylinderkopfes 217 trägt einen Auslaßdurchgang 234 und wird in zeitgesteuertem Umlauf durch die Kurbelwelle 211 über eine nicht gezeigte Steuerkette angetrieben. Wie weiter unten erläutert, wird der Auslaßdurchgang 234 in die Verbindung mit der Hauptbrennkammer 218 bei einem Auslaßhub des Kolbens 213 gedreht»

Die Arbeitsweise der in den Fig. 17 und 18 dargestellten Ausführungsform mit einem einzigen Ventil und der in den Fig. 19 bis 2? dargestellten Ausführungsform mit doppeltem Ventil ist ähnlich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Ausführungsform mit doppeltem Ventil aus dem Grund zu bevorzugen ist, daß die Ventilkörper 230 und 233 ^inen geringeren Durchmesser aufweisen können als derjenige des Motors mit einem einzigen Ventilkörper gemäß Fig. 17 und weil die Vorbrennkammer 228 bequem um die Achse des Kolbens 213 angeordnet werden kann, so daß eine optimale Flammenfortpflanzung in die Hauptbrennkammer erfolgen kann. Da die Arbeitsweise des Motors bei beiden Ausführungsformen im wesentlichen ähnlich ist, hält sich die folgende Diskussion der Arbeitsweise des in den Fig. 19 bis 22 dargestellten Motors im wesentlichen an den Betrieb des in Fig. 17 gezeigten Motors mit einem einzigen Ventilkörper.

Bei Betrieb drehen sich die Ansaug- und Auslaßventilkörper 230 und 233 bezüglich der Kurbelwelle mit einem Verhältnis von einer Umdrehung der Ventilkörper 230 und 233 auf jeweils vier Umdrehungen der Kurbelwelle. Die Ventilkörper drehen sich, betrachtet gemäß den Fig. 19 bis 22, im Uhrzeigersinn. Daher drehen sich bei jedem einzelnen Hub des Kolbens 213 die Ventilkörper 230 und 233 um eine VierteJUumdrehung oder 90° um ihre Achsen. Bei einem Viertaktzyklus arbeitet der Motor daher folgendermaßen:

Wenn der Kolben den oberen Totpunkt nach einem Auslaßhub erreicht, wie in Fig. 19 gezeigt, dreht sich derfruslaßdurchgang

in nur teilweise Fluchtung mit der Hauptbrennkammer 218 und einem Auslaßkanal E. Gleichzeitig wird, da der erste und zweite Ansaugdurchgang 231 und 232 in Fluchtung mit den Brennkammern stehen, eine optimale Spülung der Kammern 218 und 228 bewirkt. Der Betrag dieser "Ventilüberlappung" wird durch verschiedene Eigenschaften und Forderungen des Motorbaus optimal bestimmt, welche allgemein bekannt sind.'

Wenn der Kolben 213 seinen nach unten gerichteten Ansaughub beginnt, wie in Fig. 20 gezeigt, wird der Auslaßdurchgang 234 außer Fluchtung mit der Hauptbrennkammer 218 gedreht, so daß der Auslaßventilkörper "geschlossen" wird. Gleichzeitig drehen sich die Ansaugdurchgänge 231 und 232 in maximal offene Fluchtung mit der Vorbrennkammer 228 bzw. der Hauptbrennkammer 218. Eine fette Füllung wird so durch den Fett-Ansaugkanal R und den Ansaugdurchgang 231 in die Vorbrennkammer 228 gesaugt. Gleichzeitig wird eine magere Füllung durch den zweiten Mager-Ansaugkanal L und den zweiten Ansaugdurchgang 232 in die Hauptbrennkammer 218 gesaugt, wie oben erläutert.

Wenn der Kolben 213 den unteren Totpunkt beim Ansaughub erreicht (oder den unteren Totpunkt etwas überschreitet, was von der gewünschten Ventilsteuerung abhängt, wie weiter unten erläutert), hat sich der erste Ansaugventilkörper 230 um volle 90° gedreht, was die Ansaugdurchgänge 231 und 232 außer Fluchtung mit den Brennkammern 218 und 228 sowie den die Füllung zuführenden Kanälen L und R bringt. Das Ansaugventil ist daher "geschlossen", so daß der Verdichtungshub des Motors vorbereitet ist, wie in Fig. 21 gezeigt.

Wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, wird die Zündkerze 229 durch eine übliche elektrische Einrichtung mit Spule und Verteiler gezündet, so daß die in der Vorbrennkammer 228 eingeschlossene fette Mischung gezündet wird. Wenn die Mischung gezündet wird, schreitet eine Flamme von der Vorbrennkammer in

509838/0687 " .

die magere Mischung in der Hauptbrennkammer vor, wobei eine lange und verhältnismäßig gleichmäßige Verbrennung der Brennstoffüllung bewirkt wird, wenn der Kolben 213 seinen nach unten gerichteten Leistungshub beginnt.

Wenn der Kolben 213 seinen nach oben gerichteten Auslaßhub beginnt, beginnt sich der Auslaßdurchgang 234 wieder in Fluchtung mit der Hauptbrennkammer 218 zu drehen, so daß der Ausstoß der in der Hauptbrennkammer 218 enthaltenen verbrannten Verbrennungsgase bewirkt wird. Wenn der Kolben 213 den oberen Totpunkt erreicht, beginnen sich die Ansaugdurchgänge 231 und 232 wieder in Verbindung mit den Brennkammern 218 und 228 zu drehen, so daß eine "Ventilüberlappung" hervorgerufen wird, um die Spülwirkung zu verbessern, wie oben erläutert. Der Motor wiederholt sodann die vier Hübe des üblichen Viertaktzyklus.

Wie in Fig. 17 gezeigt, steht der Ventilkörper 120 in Gleitberührung mit langgestreckten Dichtungen 135, die aus Dichtungsmaterial, wie komprimiertem Kohlenstoff od.dgl., bestehen. Nicht gezeigte Stirnflächendichtungen sind ebenfalls vorgesehen, deren Form dem Umfang der Stirnfläche des Ventilkörpers 120 komplementär ist. Die Dichtungen 135 sind in Kerben angeordnet, die in den Kopf 117 nahe in die langgestreckte Bohrung 119 zur Fluchtung mit den zwei Ansaugdurchgängen 122 und und dem Auslaßdurchgang 124 führenden Öffnungen eingearbeitet sind. Die Dichtungen 135 werden gegen die Außenfläche des Ventilkörpers 120 durch nicht gezeigte Federstreifen gedrückt, die zwischen die Dichtungsstreifen 135 und den untersten Teil jeder Kerbe innerhalb des Kopfes 117 eingelegt sind. Die Federstreifen bestehen vorzugsweise aus elastischen gewellten · Gliedern aus rostfreiem Stahl, welche die Dichtungsstreifen 135 in Gleitberührung mit dem Ventilkörper 120 drücken.

In den Fig. 23 bis 26 ist eine Vorrichtung zur Änderung der Steuerung des Ansaugdurchgangs 122 und des Auslaßdurchgangs

509838/0687 - 25 -

124 gezeigt. Bogenförmige Gleitdichtungen 138 sind innerhalb sich entgegengesetzt erstreckender bogenförmiger Kanäle 139 auf gegenüberliegenden Seiten des Ansaugkanals L und des Auslaßkanals E angeordnet. Die Gleitdichtungen 138 sind so eingepaßt, daß sie komplementär und durchgehend mit dem Ventilkörper 120 fluchten und obere Dichtungen für den Ventilkörper jeweils nahe den Einlaß- und Auslaßkanälen L und E bilden. Die Gleitdichtungen 138 können aus einer zurückgezogenen Stellung innerhalb des Kanals 139 in eine einschnürende Stellung innerhalb des Weges des Ansaug- oder Auslaßkanals L bzw. E ausgefahren werden, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 23 und 24 angedeutet.

Die Gleitdichtungen 138 können mittels eines Betätigungsmechanismus 140 verschoben werden, der aus irgendeiner geeigneten Einrichtung zum Verschieben der Dichtungen 138 in Abhängigkeit von der Motorbeanspruchung bestehen kann. Beispielsweise kann der Betätigungsmechanismus "140 so angeschlossen sein, daß er durch Unterdruck betätigt werden kann, um Sätze von Steuerstangen 141 zu verschieben, die mit den Dichtungen 138 verbunden sind. Die Dichtungen 138 sind aus ihren einschnürenden Stellungen heraus durch Vorspannfedern 142 belastet, die mit den Steuerstangen 141 verbunden sind. Eine Vergrößerung des ■ Unterdrucks innerhalb des Betätigungsmechanismus bewegt die Dichtungen 153 in ihre einschnürende Stellung. Daher verursacht beispielsweise die Verbindung des Betätigungsmechanismus 140 mit einer Öffnung unterhalb einer nicht gezeigten Drosselplatte, daß die Dichtungen in ihre einschnürende Stellung bei Motorleerlauf (einem Zustand mit hohem Unterdruck) und in ihre zurückgezogene Stellung bei Betrieb mit offener Drossel (einem Zustand mit geringem Unterdruck) gedrückt werden.

Um die Steuerung der Fluchtung des Mager-Ansaugdurchgangs 122 mit dem Mager-Ansaugkanal L durchzuführen, werden die Gleitdichtungen 138 in Abhängigkeit von der Motorbeanspruchung

- 26 -509833/0687

verschoben, wie oben beschrieben. Wenn daher, der Motor im Leerlauf läuft, erstrecken sich die Gleitdich'".ngen 138 von den gegenüberliegenden Kanälen 139 in die einschnürende Stellung, wie in gestrichelten Linien in Fig. 23 gezeigt. Eine Bewegung der linken Dichtung, betrachtet gemäß Fig. 23, bewirkt eine spätere Bewegung des Ansaugdurchgangs 122 in Fluchtung mit dem Mager-Ansaugkanal L, als wenn die Dichtung 138 sich in ihrer zurückgezogenen Stellung befinden würde. Eine Bewegung der rechten Dichtung 138 in die zurückgezogene Stellung bewirkt eine verhältnismäßig frühere Bewegung des Ansaugdurchgangs 122 außer Fluchtung mit dem Ansaugkanal L.

In gleicher Weise bewirkt eine Verschiebung der linken Dichtung 138, betrachtet gemäß Fig. 24, eine spätere Bewegung des Auslaßdurchgangs 124 in Fluchtung mit einem Auslaßkanal· E, als wenn sich die Dichtung 138 in ihrer zurückgezogenen Stellung befinden würde. Gleichermaßen bewirkt eine Verschiebung der rechten Dichtung 138 in die zurückgezogene Stellung eine verhältnismäßig frühere Bewegung des Auslaßdurchgangs 124 außer Fluchtung mit dem Ausläßkanal E.

Es hat sich gezeigt, daß die Steuerung des Ansaugventils in der oben beschriebenen Weise eingestellt werden kann, ohne daß eine einstellbare Steuerung für den Fett-Ansaugdurchgang 123 vorgesehen wird. Der Ansaugdurchgang 123, welcher eine gesteuerte Fluchtung zwischen dem Fett-Ansaugkanal R und der Vorbrennkammer 128 bewirkt, kann entsprechend der durchschnittlichen Motorbeanspruchung durch die Erzeugung einer festgelegten Öffnung der Vorbrennkammer 128 gesteuert werden.

Die einstellbaren Gleitdichtungen 138 ermöglichen jedoch eine Änderung der Steuerung der Einlaß- und Auslaßdurchgänge 123 und 124, so daß der Motorleerlauf geglättet und der Brennstoff verbrauch sowie der Ausstoß von Emissionen verringert wird. Wenn daher die gegenüberliegenden Dichtungen 138 bei Motorleerlauf in die zurückgezogene Stellung verschoben werden,

509838/0687

ORiGJi^iAL INSPECTED

wird bewirkt, daß beide Durchgänge 122 und 124 sich am oberen Totpunkt spät "öffnen" (infolge der von der linken Dichtung 138 bewirkten Einschnürung) und am unteren Totpunkt früh "schließen" (infolge der von der rechten Dichtung 138 bewirkten Einschnürung), wie in der graphischen Darstellung der Fig. 26 gezeigt.

Infolge der Verschiebung der Dichtungen 138 in ihre zurückgezogene Stellung wird 1) eine Ventilüberlappung bei Leerlauf tatsächlich ausgeschaltet und 2) der Auslaßdurchgang 124 bewegt sich erst in Fluchtung mit dem Auslaßkanal E, wenn der Kolben tatsächlich den unteren Totpunkt erreicht. Die Ausschaltung sowohl der Ventilüberlappung als auch des frühen Öffnens der Auslaßöffnung in Abhängigkeit von einer Verringerung der ■ Motorbelastung gewährleistet, daß Verbrennungsgase beim Auslaßhub nicht in den Ansaugdurchgang 122 eingeführt werden und daß eine vollständige Verbrennung in der Hauptbrennkammer 118 vor dem "Öffnen" des Auslaßdurchgangs 124 stattfindet. Die Leerlaufdrehzahl des Motors kann daher ohne den üblicherweise begleitenden unruhigen Lauf, hohen Brennstoffverbrauch und hohen Ausstoß an Verunreinigungen verringert werden.

Gemäß Fig. 24 ist der Auslaßdurchgang 124 mit einer inneren Auskleidung 145 versehen, die eine Metalloberfläche aus einer wärmeabsorbierenden Legierung, wie rostfreiem Stahl, aufweist und sich jeweils über jede Wand des Auslaßdurchgangs 124 erstreckt. Die entgegengesetzten Enden der inneren Auskleidung 145 sind so gebogen, daß sie sich mit einem vorstehenden Teil der Hülse des Ventilkörpers 132 überdecken. Die Biegungen wirken als Abstandshalter,· um die Oberfläche der Auskleidung 145 im Abstand von jeder Wand des Auslaßdurchgangs 124 zu halten. Ein toter Luftraum 146 zwischen der Wand des Auslaßdurchgangs und der Auskleidung 145 ergibt eine Isolierschicht gegen austretende Abgase.

- 28 509838/0687

Wenn sich der Auslaßdurchgang 124 in Fluchtung mit der Hauptbrennkammer 118 an einem Ende und mit dem Auslaßkanal E am entgegengesetzten Ende während eines Auslaßhubes des Kolbens 113 dreht, werden die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase aus der Hauptbrennkammer 118 abgelassen und strömen über die Oberfläche der Auskleidung 144. Bei Motorbetrieb wird daher die Auskleidung 145 auf einer Rotgluttemperatur gehalten.

Der tote Luftraum 146 ergibt eine Isolierung zwischen der Auskleidung 145 und jeder Wand des Auslaßdurchgangs 124. Der Ventilkörper 132 ist daher gegen eine lokalisierte Abgaserhitzung abgeschirmt.

Der Ventilkörper 132 ist mit Kühlkanälen C versehen, die sich axial durch den Körper 132 erstrecken und mit Wasser aus der Motorkühlanlage versorgt werden. Die Auskleidungen 145 im Auslaßdurchgang 124 ermöglichen die gleichförmige Kühlung des Ventilkörpers 132 mit Kühlmittel, wobei lokalisierte heiße Stellen im Ventilkörper 132 rings um den Bereich jedes darin enthaltenen Auslaßdurchgangs 124 verringert werden.

- 29 509638/0687

Claims

Patentansprüche

1. Verbrennungsmotor mit UmIaufventil, welcher einen Zylinder,

in dem ein Kolben axial verschiebbar ist, und ein Umlaufventil enthält, das die Zuführung von Brennstoff und Luft zu dem Zylinder aus einer Ansaugleitung steuert, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Motor mindestens zwei getrennte Ansaugleitungen (L, R) für Gemische mit unterschiedlichen Brennstoff-Luft-Verhältnissen aufweist und daß das Ventil (32, 120, 230) mindestens einen Durchgang (36, 122-123, 231-232) enthält, der die jeweiligen Leitungen mit dem Zylinder zur Zuführung einer geschichteten Füllung in den Motor verbindet.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze lehnet, daß das Ventil einen einzigen Durchgang (36) enthält, der nacheinander die Ansaugleitungen (L, R) mit dem Zylinder verbindet.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ansaugleitungen (L, R) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Ventils (32) erstrecken.

4« Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Winkelstellungen des Ventils (32) zwischen den aufeinanderfolgenden Verbindungsstellen der Ansaugdurchgang (36) sowohl die erste als auch die zweite Leitung (L, R) mit dem Zylinder verbindet.

5· Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (120, 230) getrennte Durchgänge (122-123, 231-232) enthält, welche die ^eiligen Ansaugleitungen (L, R) nach einander mit dem Zylinder verbinden.

- 30 509838/0687

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweiligen Ansaugleitungen (L, R) in Urnlaufrichtung des Ventils (120, 230) einen gegenseitigen Winkelabstand aufweisen.

7· Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweiligen Durchgänge (122-123, 231-232) im Ventil sich rechtwinklig zueinander erstrecken und daß die Leitungen (L, R) in Umfangsrichtung des Ventils einen gegenseitigen Winkelabstand von 90° aufweisen.

8· Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorbrennkammer (26, 128, 228), die in Verbindung mit dem Zylinder steht, wobei das Ventil (32, 120, 230) mindestens eine der Ansaugleitungen mit der Vorbrennkammer (26, 128, 228) verbindet.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (32) einen einzigen Durchgang (36) enthält, welcher nacheinander die ersteund zweite Leitung (L, R) mit der Vorbrennkammer (26) verbindet.

10. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (128, 228) ein Paar von Durchgängen (122-123, 231-232) enthält, von denen ein erster (122, 231) den Zylinder mit einer Leitung (L) verbindet und von denen ein zweiter (123, 232) die andere Leitung (R) mit der Vorbrennkammer (128, 228) verbindet, wenn sich das Ventil in der zweiten Stellung befindet.

11. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (32, 128) einen zusätzlichen Durchgang (37, 124) enthält, welcher den Zylinder mit einer Auslaßleitung (E) verbindet.

- 31 509838/0687

12. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweites Umlaufventil (223) in zeitlich gesteuerter Abstimmung mit dem ersten Umlaufventil (230) angetrieben ist und einen Durchgang (236) enthält, welaher den Zylinder mit einer Auslaßleitung (E) verbindet.

13. Motor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßdurchgang (37, 124, 234) eine im Abstand vom Ventilkörper (32, 128, 233) angeordnete hitzebeständige Hülse (51, 145) aufweist, so daß ein isolierender Luftspalt (52, 146) gebildet wird, welcher den Ventilkörper gegen die Hitze der in die Auslaßleitung abströmenden Gase abschirmt.

14. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchgang oder die Durchgänge (36, 37, 122, 123, 124 231, 232 234) sich diametral durch das Ventil (32, 120, 230, 233) erstrecken und daß die Drehzahl des Ventils der halben Drehzahl der Motorkurbelwelle entspricht.

15. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Dichtungsmanschette (42) am Körper des Ventils (32) angeordnet ist, wobei die Dichtungsmanschette (42) aus einer elastischen hitzebeständigen Membrandichtungsmanschette (43) besteht, die mindestens eine Öffnung zur Fluchtung mit dem bzw. jedem Durchgang (36, 37) innerhalb des Ventilkörpers enthält, und daß ein abdichtendes und schmierendes Organ (44) in Umfangsrichtung um die öffnung angeordnet ist, wobei das abdichtende und schmierende Organ (44) eine bogenförmige Fläche (45) zur berührenden Fluchtung mit der äußeren Umfangsflache des Ventilkörpers (32) bildet, um diese Oberfläche zu schmieren.

- 32 503838/0687

16. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Membrandichtungsmanschette (43) eine gewellte Lippe (43a) zur Aufnahme innerhalb einer Kerbe (44a) aufweist, die sich in Umfangsrichtung um das abdichtende und schmierende Organ (44) erstreckt, und daß sich die Lippe (43a) im wesentlichen über die Tiefe der Kerbe (44a) erstreckt, so daß das dichtende und schmierende Organ schwimmend unterstützt wird.

17. Motor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge'kennzeich net, daß das dichtende und schmierende Organ (44) einen flüssigkeitsdurchlässigen Ventildichtungskörper aus Sintermetall aufweist.

18. Motor nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß das dichtende und schmierende Organ (44) einen Ventildichtungskörper aus gepreßtem oder geformtem Kohlenstoff aufweist.

19. Motor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch eine Ölleitung (47), welche in Verbindung mit dem Ventildichtungskörper steht, und durch einen Ölkanal (48), der in Umfangsrichtung innerhalb des Ventildichtungskörpers ausgebildet ist.

20. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der zylindrische Ventilkörper (32, 120, 230, 233) sich durch den Ventilkörper erstreckende Durchgänge (38) zur Führung von Kühlmittel durch den Ventilkörper und rings um die Ansaug- und Auslaßdurchgänge (36, 37, 122, 123, 124, 231, 232, 234) enthält.

21· Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ventilkörper (32, 120, 230, 233) einen Aluminiumrahmen (35), welcher den bzw. jeden Durchgang bildet, und eine den, Rahmen umgebende äußere Hülse aus gehärtetem Metall aufweist.

509838/0687

- 33 -

22. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet , daß Organe (53, 138) zur
Einstellung der Steuerung der Herstellung einer Verbindung
des bzw. jedes Durchgangs mit den jeweiligen Leitungen (L, R)
vorgesehen sind, wobei diese Organe in Umfangsrichtung des
Ventilkörpers (32, 120) angeordnet sind.

23. Motor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Organe aus Sätzen von gegenüberliegenden bogenförmigen Organen (53, 136) bestehen, die innerhalb eines Zylinderkopfes (21, 117) des Motors angeordnet sind, wobei jeder Satz von Organen nahe einer der Leitungen (L, R) angeordnet ist, und sich in Umfangsrichtung des Ventilkörpers (32, 120) erstreckt, wobei die bogenförmigen Organe (53, 138) aus einer zurückgezogenen
Stellung, in der die zugehörige Leitung unbehindert ist, in
eine Stellung verschiebbar sind, in der die zugehörige Leitung teilweise versperrt ist. .

3/De

509838/0687