DE4302648A1 - Drehschieberventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Drehschieberventil dieser Art ist aus der DE-AS 20 62 323 bekannt. Dieses Drehschieberventil stellt das Einlaßventil bei einem Zweitaktmotor dar. Die im Zy­ linderkopf drehbar gelagerte Welle weist eine Durchlaßbohrung auf, die über einen vorgegebenen Drehbereich der Welle einen zylinderseitigen Kanal mit einer zum Zy­ linderraum führenden Bohrung verbindet. Das Drehschieberventil dreht sich hierbei mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle des Zweitaktmotors. Da die Füllung des Zylinders mit frischer Ladung relativ schlecht ist, ist zwischen Vergaser und Drehschieberventil eine ein- oder mehrstufige Turbine zwischengeschaltet.

Ein weiterer Zweitaktmotor mit Drehschieberventilen ist der DE-OS 38 21 617 ent­ nehmbar. Hierbei sind einlaßseitig zwei Drehschieberventile vorgesehen, deren Steu­ erzeiten einander überschneiden, wobei eines der Ventile der Zufuhr der Spülluft und das andere der Zufuhr der Ladeluft dient. Um die Füllung zu verbessern, sind für Spülung und Ladung unterschiedliche Lader oder Gebläse vorgesehen. Die Welle der Drehschieberventile weist zur Bildung eines Durchlasses jeweils etwa Halbmondform auf.

Ein Auslaßventil in Form eines Drehschieberventils bei einem Zweitaktmotor ist Gegenstand der FR-OS 25 31 139. Hierbei weist die Welle als Durchlaß eine Bohrung auf.

Wie sich aus diesem Stand der Technik ergibt, drehen sich die Wellen der Drehschie­ berventile mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle des Motors. Dies bedeutet, daß der Durchlaß des Drehschieberventils die Verbindung zwischen dem zylindersei­ tigen Kanal und dem Zylinder bzw. Brennraum nicht über einen ausreichend großen Hubweg des Kolbens des Motors herstellt. Die Füllung des Motors ist daher schlecht, so daß der Einsatz von Ladern erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Ladung des Motors zu erhalten.

Da der Ladungsgrad bei Viertaktmotoren wesentlich höher ist als bei Zweitaktmo­ toren sind daher kaum Vorschläge für den Einsatz von Drehschieberventilen anstelle von Tellerventilen nicht gemacht worden.

Es besteht die Aufgabe, das Drehschieberventil so zu verbessern, daß lange Ventilöff­ nungszeiten erreichbar sind, die sich über mehr als 180 Kurbelwellengrade erstrecken können.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiele bei einem Viertaktmotor werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinder mit Zylinderkopf in schematischer Dar­ stellung zu Beginn des Ansaugtakts;

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt in der Mitte des Verdichtungshu­ bes;

Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt in der Mitte des Arbeitshubes;

Fig. 4 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt in einer Stellung zu Beginn des Auspufftakts;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Drehschieberwelle;

Fig. 6 einen Schnitt durch diese Welle und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Ausführungsvariante dieser Welle.

Gemäß Fig. 1 ist ein Zylinder 1, ein Zylinderkopf 2 und ein Kolben 3 vorhanden. Im Zylinderkopf 2 ist ein erstes Drehschieberventil 4 drehbar gelagert, welches als Einlaßventil ausgebildet ist. Weiterhin lagert der Zylinderkopf 2 drehbar ein zweites Drehschieberventil 5, welches als Auslaßventil ausgebildet ist. Das Drehschieberven­ til 4 weist eine Welle 6 mit einem Durchlaß 7 auf. Die Welle 6 ist im Zylinderkopf 2 abgedichtet gelagert. Das Drehschieberventil 5 weist ebenfalls eine Welle 8 auf, die abgedichtet im Zylinderkopf 2 gelagert ist und ebenfalls einen Durchlaß 23 aufweist, von dem nur dessen Achse 9 in Fig. 1 dargestellt ist. Der Zylinderkopf 2 ist mit einem ersten Kanal 10 versehen, über welchen das Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt wird. An der dem Kanal 10 gegenüberliegenden Seite weist der Zylinderkopf 2 eine zum Zylinder- bzw. Verbrennungsraum 11 führende Bohrung 12 auf. Weiterhin ist im Zylinder ein weiterer die Auspuffgase abführender Kanal 13 vorhanden sowie eine weitere dazu gegenüberliegende zum Zylinderraum 11 führende Bohrung 14.

Beide Wellen 6, 8 werden von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors ange­ trieben und führen dabei die halbe Drehzahl der Kurbelwelle aus. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel dreht sich die Welle 6 im Gegenuhrzeigersinn, während die Welle 8 sich im Uhrzeigersinn dreht.

Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, verläuft die Achse 15 des Durchlasses 7 schräg zur Achse 16 der Welle 6 und schneidet diese. Die Schräglage der Achse 15 ist so gewählt, daß der rechte Rand 17 der einen Durchlaßöffnung 18 zum gegenüberlie­ genden linken Rand 19 der anderen Durchlaßöffnung 20 in Richtung der Wellenachse 16 mit Abstand versetzt angeordnet ist. Dieser Abstand ist in Fig. 5 mit 22 bezeich­ net. Beidseits der Durchlaßöffnungen 18, 20 und zwischen den Durchlaßöffnungen 18, 20 sowohl in radialer als auch axialer Richtung sind schematisch dargestellte Dichtungselemente 21 vorgesehen, die eine Abdichtung der Durchgangsöffnungen gegeneinander und nach außen bewirken.

In Fig. 1 ist der Durchlaß 7 der besseren Übersichtlichkeit halber in Projektions­ richtung A dargestellt.

Der Durchlaß 23 des Drehschieberventils 5 hat eine Achse 9 mit einer Schräglage wie die Achse 15.

Wie aus der Fig. 6 ersichtlich, verbindet in der dargestellten Drehstellung der Welle 6 der Durchlaß 7 den Kanal 10 mit der Bohrung 12. Ist die Welle 6 gegenüber dem Kanal 10 und der Bohrung 12 verdreht, dann ist keine Verbindung zwischen Kanal und Bohrung vorhanden.

Nehmen, bezogen auf die Achse 16 der Welle 6, die Durchlaßöffnungen 18, 20 jeweils einen Winkel α ein und die Öffnung 12 einen Winkel β, ebenfalls bezogen auf die Wellenachse 16, dann bedeutet dies, daß bei einer vollen Umdrehung der Welle 6 der Kanal 10 und die Öffnung 12 über den Durchlaß 7 miteinander verbunden sind, wenn die Welle 6 einen Winkelweg α plus β durchläuft.

In Fig. 1 ist der Fall dargestellt daß der Kolben 3 kurz vor dem oberen Totpunkt steht. Hier beginnt das Drehschieberventil 4 zu öffnen. Das Drehschieberventil 5 nimmt eine Stellung ein, bei der der Durchlaß 23 verschlossen ist. Nach Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens 3 schließt das Drehschieberventil 4, nachdem die Welle 6 den Winkelweg α plus β durchlaufen hat. Während des Verdichtungshubs sind gemäß Fig. 2 beide Drehschieberventile 4, 5 verschlossen. Dies gilt ebenfalls für den Arbeitshub gemäß Fig. 3. Kurz vor Beginn des Auspuffhubes öffnet das Drehschieberventil 5, während das Drehschieberventil 4 nach wie vor verschlossen ist. Führt also die Kurbelwelle zwei Umdrehungen aus, dann drehen sich die Wellen 6, 8 um 360°, wobei die Durchlässe 7, 23 über einen Winkelweg α plus β der Wellen 6, 8 geöffnet sind, d. h. der Kanal 10 mit der Bohrung 12 und die Bohrung 14 mit dem Kanal 13 verbunden sind. In allen anderen Drehstellungen sind die Durchlässe 7, 23 verschlossen und zwar durch die Bohrungswandungen für die Wellen im Zylin­ derkopf.

Die Bohrungen 12, 14 sind bevorzugt in Richtung der Wellenachsen 16 schlitzförmig ausgebildet. Die Durchlässe 7, 23 können ebenfalls in Richtung der Wellenachsen 16 schlitzartig ausgebildet sein.

Die Wandungen der Durchlässe 7, 23 können sich mittig verjüngen, wie dies den Fig. 1, 5 und 6 zu entnehmen ist. Der minimale Durchlaßquerschnitt darf hierbei nicht kleiner sein als der Durchlaßquerschnitt der Bohrungen 12 bzw. 14.

Um die Füllung des Zylinders verändern zu können, kann die Welle 6 in Richtung der Achse 16 verschiebbar sein. Diese Verschiebung kann elektronisch in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Motors gesteuert werden.

Der Winkel α plus β ist also bevorzugt größer als 90°. Liegen schlitzartige Bohrungen 12, 14 und schlitzartige Durchlässe 7, 23 vor, dann wird hierdurch erreicht, daß die Drehschieberventile 4, 5 sehr rasch öffnen und über den größten Teil des Drehwinkels α plus β voll geöffnet sind.

Die Wellen 6, 8 bestehen bevorzugt aus einem keramischen Material. Dies kann auch für die Lagerung der Wellen 6, 8 im Zylinderkopf 2 der Fall sein.

Es ist weiterhin möglich, die schlitzartigen Durchlässe 7, 23 keilförmig auszubilden, womit es bei einer Axialverschiebung der Welle 6, 8 möglich ist, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Drehschieberventile 4, 5 zu verändern, was in Abhängigkeit der Motorparameter erfolgt. Dies ist schematisch in Fig. 7 gezeigt, wo die Welle 6 gegenüber der Bohrung 12 verschoben ist.

Claims (11)

1. Drehschieberventil bei einem kolbenbetriebenen Verbrennungsmotor, das eine im Zylinderkopf drehbar gelagerte Welle aufweist, die mit einem die Welle durchdringenden Durchlaß versehen ist, der bei der Drehung der Welle in mindestens einem Drehbereich einen zylinderseitigen Kanal mit einer zum Zylinderraum führenden Bohrung im Zylinderkopf verbindet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Welle (6, 8) mit der halben Drehzahl der Kurbel­ welle des Motors sich dreht, der Durchlaß (7, 23) schräg zur Wellenachse (16) verläuft und hierbei der rechte Rand (17) der einen Durchlaßöffnung (18) zum gegenüberliegenden linken Rand (19) der anderen Durchlaßöffnung (20) in Richtung der Wellenachse (16) mit Abstand versetzt angeordnet ist, jede der Durchlaßöffnungen (18, 20) in Umfangsrichtung der Welle (6, 8) gesehen zusammen mit dem an der Welle (6, 8) anliegenden Winkelbereich (P) der Bohrung (12, 14) einen Winkelbereich (α plus β) einschließt, der etwa 90° beträgt und die Welle (6, 8) nicht nur beidseits der Durchlaßöffnungen (18, 20), sondern auch zwischen den Durchlaßöffnungen (18, 20) längs und quer zur Wellenachse (16) abgedichtet in Zylinderkopf (2) gelagert ist.

2. Drehschieberventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Durchlaßöffnung (18, 20) einen Winkelbereich (α) einschließt, der größer als der Winkelbereich (β) der Bohrung (12, 14) ist.

3. Drehschieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (7, 23) in Richtung der Wellenachse (16) schlitzförmig aus­ gebildet ist.

4. Drehschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rung (12,14) in Richtung der Wellenachse (16) schlitzförmig ausgebildet ist.

5. Drehschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rung (12, 14) oval ausgebildet ist und die lange Achse des Ovals in Richtung der Wellenachse (16) verläuft.

6. Drehschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchlaß (7, 23) sich zur Wellenachse (16) verjüngt und eine Mini­ malquerschnittsfläche aufweist, die mindestens der Minimalquerschnittsfläche der Bohrung (12, 14) entspricht.

7. Drehschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Welle (6, 8) in Richtung der Wellenachse (16) verschiebbar ist.

8. Drehschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Welle (6, 8) aus einem keramischen Material besteht.

9. Drehschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wellenlagerung aus einem keramischen Material besteht.

10. Drehschieberventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der schlitzförmige Durchlaß (7, 23) keilförmig ausgebildet ist.

11. Drehschieberventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (12, 14) ebenfalls keilförmig ausgebildet ist.