DE8701505U1 - Internal combustion engine with disc valves - Google Patents

Internal combustion engine with disc valves

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Description

Bis—sv werdeii die 5eilerv6n1jiis 4&thgr;&ggr; Viertakt—Verbrennungsmotoren mittels einer mechanischen Steuerung betrieben. Sie besteht aus Nockenwelle, Steuerkette, Steuerräder, Ventilfeder und sonstigen beweglichen mechanischen Teilen.Up to now , the four-stroke internal combustion engines have been operated using a mechanical control system. It consists of a camshaft, timing chain, timing gears, valve springs and other moving mechanical parts.

Neuerungsgemäß wird die mechanische Steuerung durch eine elektronische Steuerung Pig.3 und das bisherige Tellerventil durch ein Scheibenventil (3, 4) ersetzt, welches durch einen elektronisch gesteuerten Motor (24, 25) angetrieben wird Pig.1 und 2. Anstelle des der Erfindung entsprechend dargestellten Ventil-Einzelantriebes könnten die Einlaßsowie die Auslaßventile für sich einen gemeinsamen Antrieb mittels des dargestellten elektronisch gesteuerten Motors (24, 25) erhalten. Der Antrieb der Scheibenventile (3, 4) könnte des weiteren durch ein elektromagnetisches System erfolgen, was jedoch den Verzicht auf' einzelne später aufgezeigte Verbesserungen bedeuten würde. Darüberhinaus wäre auch ein Start-Stop-Betrieb mit elektronisch -gesteuertem Motor möglich.According to the innovation, the mechanical control is replaced by an electronic control Pig.3 and the previous disk valve is replaced by a disk valve (3, 4) which is driven by an electronically controlled motor (24, 25) Pig.1 and 2. Instead of the individual valve drive shown in accordance with the invention, the inlet and outlet valves could be driven together by means of the electronically controlled motor (24, 25) shown. The disk valves (3, 4) could also be driven by an electromagnetic system, but this would mean dispensing with individual improvements shown later. In addition, start-stop operation with an electronically controlled motor would also be possible.

Nachfolgende Verbesserungen können durch die Neuerung erreicht werden:The following improvements can be achieved through the innovation:

- bessere Verbrennung der Gase- better combustion of gases

35 - weniger Schadstoffe an die Umwelt35 - fewer pollutants in the environment

- geringerer Kraftstoffverbrauch- lower fuel consumption

fitfit

i ii i

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• 4 · » t *• 4 · » t *

- höheres Drehmoment und höhere Leistungsabgabe- higher torque and higher power output

- höhere Drehzahl und Betriebstemperatur- higher speed and operating temperature

- bessere Wirkungsgrade.- better efficiencies.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführüngsbeispiel der Neuerung dargestellt ist, werden im folgenden die Neuerung, sowie weitere Vorteile und Ergänzungen naher besohrieben und erläutert.The innovation, as well as other advantages and additions, are described and explained in more detail below using the drawing, which shows an example of the innovation.

Es zeigenShow it

die Figur 3 eine schematisch dargestellte elektronische Motorsteuerung.Figure 3 shows a schematic representation of an electronic engine control system.

Die Figuren 1 und 2 zwei Teilschnitte des Ausfführungs-Figures 1 and 2 show two partial sections of the execution

beispiels.example.

In Figur 1 und 2 ist ein Zentralteil (1, 2) dargestellt, das zur Lagerung des Scheibenventils (3» 4·) sowie zur Aufnahme des Einlaß- bzw. Auslaßkanals (16, 17) dient* Das Zentralteil (1, 2) und die Ventilscheibe (3a, 4a) sind aus einem thermisch hochbelastbaren und verzugsfreiem keramischen Y/erkstoff, z.B. Siliciuinnitrit gefertigt. Für das rotierende Scheibenventil (3, 4) ist damit ein hohes Maß an Betriebssicherheit geschaffen. Aus Gründen der Abdichtung - besonderes das Auslaßventil betreffend - Und eines spielfreien Laufes der Scheibenventile (3» 4) werden die Laufflächen (8, 8a) und (9» 9a) mittels einer achsial wirksamen Feder (5, 5a) Fig.1 über ein Kugellager (6, 6a) und Anschläge (7, 7a) zusammengedrückt. Als Wärmedämmung zu dem Motor (24, 25) ist ein Zwischenring (1a, 2a) angebracht. Figures 1 and 2 show a central part (1, 2) which serves to support the disc valve (3» 4·) and to accommodate the inlet and outlet channels (16, 17)* The central part (1, 2) and the valve disc (3a, 4a) are made of a thermally highly resilient and distortion-free ceramic material, e.g. silicon nitride. This creates a high degree of operational reliability for the rotating disc valve (3, 4). For reasons of sealing - particularly concerning the outlet valve - and to ensure that the disc valves (3» 4) run without play, the running surfaces (8, 8a) and (9» 9a) are pressed together by means of an axially acting spring (5, 5a) Fig.1 via a ball bearing (6, 6a) and stops (7, 7a). An intermediate ring (1a, 2a) is attached as thermal insulation to the motor (24, 25).

Die jeweilige Position der Durchbrüche (12, 13) der Einlaß- und Auslaßventile (3, 4) wird mittels einer Abtasteinrichtung (31, 32) dem Zentral-Computer (29) angezeigt. Gleichzeitig erhält der Zentral -Computer (29) mittels einer Abtasteinrichtung (26) Fig.3 die Position des O.T.The respective position of the openings (12, 13) of the intake and exhaust valves (3, 4) is indicated to the central computer (29) by means of a scanning device (31, 32). At the same time, the central computer (29) receives the position of the TDC by means of a scanning device (26) Fig.3.

tilttilt

> · til·> · till·

♦ ·♦ ·

l'l'

der Kurbelwelle"(277 für dl'e einzelnen Zylinder angezeigte Das Zusammenwirken der Abtasteinrichtungen (26, 51» 52) konnte man als "elektronische Steuerkette" bezeichnen. Die Position der Durchbrüche (12, 13) kann des weiteren fü> die eigene Information z*B* durch die Stellung einer an der Motorwelle (33) angebrachte Markierung (34) angezeigt werden.the crankshaft" (277 for the individual cylinders The interaction of the scanning devices (26, 51» 52) could be referred to as an "electronic timing chain". The position of the openings (12, 13) can also be displayed for your own information, e.g. by the position of a mark (34) attached to the engine shaft (33).

Nachfolgend werden die besonderen Merkmale der Neuerung die zu den vorgenannten Verbesserungen führen, angezeigt, zunächst die Betriebszustände der Ein- und Auslaßventile Beim stand und Starten des Motors.The special features of the innovation that lead to the aforementioned improvements are shown below, first of all the operating states of the intake and exhaust valves when the engine is stopped and started.

Zündung AUS: Einlaß- und Auslaßventile sind geschlossen.Ignition OFF: Intake and exhaust valves are closed.

Zündung EIN: Einlaßventile sind geschlossen.Ignition ON: Intake valves are closed.

Auslaßventile sind offen. (Keine Kompression)Exhaust valves are open. (No compression)

STARTEN: Nach Erreichen der Startdrehzahl werden die Einlaß- und Auslaßventile zu jedem einzelnen Zylinder so positioniert, daß ihre DurchSTARTING: After reaching the starting speed, the intake and exhaust valves for each individual cylinder are positioned so that their flow

brüche (12, 13) - bei dem sich gerade im O.T* der Kurbelwelle befindlichen Zylinder die in Fig. 2 gezeigte Stellung zu den ortsfesten Durchbrüchen (10, 11) und (14, <5) ergibt. Diese Stellung würde dem Taktbreaks (12, 13) - in which the cylinder located just at TDC* of the crankshaft results in the position shown in Fig. 2 in relation to the stationary breaks (10, 11) and (14, <5) . This position would correspond to the stroke

"Ansaugen" entsprechen, wobei die Ventiltiberschneidung z.B. 15° betragen würde, Auf die Kurbelwelle bezogen würde das bedeuten: "Intake", whereby the valve overlap would be e.g. 15°. In relation to the crankshaft, this would mean:

Eö 30° KW vor O.T.Eö 30° KW before T.T.

As 30° KW nach O.T.As 30° CA after T.T.

Variable Ventilüberschneidung zwischen Eö und As. Die Verstellung des Überschneidungswinkels erfolgt während des Betriebes "symetrisch oder asymetrisch zum 0.T." über den gesamten Drehzahlbereich.Variable valve overlap between Eö and As. The adjustment of the overlap angle takes place during operation "symmetrically or asymmetrically to the 0.T." over the entire speed range.

1 11 1

Variabler skfedu^oHf^uQ^^eiia^in- öder Auslaßventil (3, 4> durch Beschleunigung oder Verzögerung des Öffnungsabläufes zwisohen dem umlaufenden Durchbruch (12, 13) und dem ortsfesten Durchbruch (10, 11) im Zylinderkopf (35) unu dem Zentralteil (1, 2)» Nach Beendigung des Öffnuügäablaufös wird der Dürchbrüch (12, 13) Über den vom Zentral-ComputeL* (29) gesteuerten Motor (24, 25) wieder in seine vorausgegangene Position zum jeweiligen O.T. der Kurbelwelle gebracht* Variable opening or exhaust valve (3, 4) by accelerating or decelerating the opening process between the circumferential opening (12, 13) and the stationary opening (10, 11) in the cylinder head (35) and the central part (1, 2)» After the opening process has ended, the opening (12, 13) is returned to its previous position at the respective TDC of the crankshaft via the motor (24, 25) controlled by the central computer (29)*

Zylinderabschaltung ist mit offenbleibendem Einlaß- oder AüsläSvei
leistung,Cylinder deactivation is possible with the intake or exhaust valve remaining open
perfomance,

Auslaßventil uiugliuit; Somit entfällt dioExhaust valve uiugliuit; Thus, the

Eechnergesteuerte· Zündeinheit (30) Fig. 3 sowohl für Zündunterbrechung bei offenbleibendem Einlaß oder Auslaßventil, als auch für Zündzeitpunktverstellung.Computer-controlled ignition unit (30) Fig. 3 both for ignition interruption when the intake or exhaust valve remains open, and for ignition timing adjustment.

Nach den unter dem Kapitel "Zündung EIN" und "STARTEN" beschriebenen Betriebszustände der Einlaß- und Auslaßventile kann die Kurbelwelle (27) mit Schwungmasse (28) mit geringerem Energieaufwand auf die zum Anlauf des Motors benötigte Drehzahl gebracht werden*After the operating states of the intake and exhaust valves described in the chapter "Ignition ON" and "STARTING", the crankshaft (27) with flywheel (28) can be brought to the speed required to start the engine with less energy expenditure*

Der Leistungsaufwand wird gemäß der Neuerung gegenüber 2$ der bisherigen Ventilsteuerung mittels einer Nockenwelle geringer.According to the innovation, the power requirement is lower than 2$ of the previous valve control using a camshaft.

Die Neuerung bringt eine erhebliche Reduzierung der für den bisherigen Ventilantrieb erforderlichen beweglichen Teile und somit auch eine Verringerung der Massenkräfte, Schwingungen und Verschleißteile.The innovation brings a significant reduction in the number of moving parts required for the previous valve drive and thus also a reduction in inertia forces, vibrations and wearing parts.

Die Neuerung kann auab. für die variable Einlaß-Drehventilsteuerung bei Zweitakt-Motoren eingesetzt werden. 35The innovation can also be used for variable intake rotary valve control in two-stroke engines. 35

9 Schutzansprüche
3 figuren9 Protection claims
3 figures

Claims (9)

&bull; 1 I ■ ■ I Schutzansprüche&bull; 1 I ■ ■ I Protection claims 1. Verbrennungsmotor mit Scheibenventilen, deren Scheiben Durchbräche aufweisen und die in den Ein- bzw. Auslaßkanälen derart angeornet sind, daß sie beim Drehen abwechselnd die Kanäle freigeben und sperren, dadurch gekennzeichnet , daß das Einlaß- und das Auslaßventil (3, 4) jeweils von einem Elektromotor (24, 25) angetrieben sind, daß mit dsm Motor ein erster Stelluiigsgeber und mit der Kurbelwelle ein zweiter Stellungsgeber verbunden ist, deren Ausgangssignale einer Steuereinheit zugeführt sind, welche in Abhängigkeit der Stellungsgebersignale und des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors1. Internal combustion engine with disc valves, the discs of which have openings and which are arranged in the inlet and outlet channels in such a way that they alternately open and close the channels when rotating, characterized in that the inlet and outlet valves (3, 4) are each driven by an electric motor (24, 25), that a first position sensor is connected to the motor and a second position sensor is connected to the crankshaft, the output signals of which are fed to a control unit which, depending on the position sensor signals and the operating state of the internal combustion engine, Drehzahl und Phasenlage der Elektromotoren steuert. 15Controls the speed and phase position of the electric motors. 15 2&ldquor; Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors für die Einlaßventile und für die Auslaßventile je ein Elektromotor vorgesehen ist, der die Ventile über einen Zahnriemen antreibt.2" Combustion engine according to claim 1, characterized in that, in the case of several cylinders of the combustion engine, an electric motor is provided for the intake valves and for the exhaust valves, which drives the valves via a toothed belt. 3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß je Ventil (3, 4) ein Elektromotor vorgesehen ist.3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that one electric motor is provided for each valve (3, 4). 4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilscheiben (3a, 4a), insbesondere die Auslaßventile aus einem thermisch hochbelastbaren und verzugsfreien keramischem Werkstoff, insbesondere Siliziumnitrit, bestehen,4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valve discs (3a, 4a), in particular the exhaust valves, consist of a thermally highly resilient and distortion-free ceramic material, in particular silicon nitride, 5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoren (24, 25) die von ihnen angetriebenen Ventile (3, 4) mit den Ventillagerungen je eine Einheit (1, 1a, 3, 24; 2, 2a, 4, 25) bilden, die auf den Zylinderkopf aufBchraubbar ist. 5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4> characterized in that the electric motors (24, 25) and the valves driven by them (3, 4) each form a unit (1, 1a, 3, 24; 2, 2a, 4, 25) with the valve bearings, which can be screwed onto the cylinder head. ·· » tit ·· » tit 6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Ventil und Motor ein. wärme dämmender Zwischenring (1a, 2a) angebracht ist.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that a heat-insulating intermediate ring (1a, 2a) is mounted between the valve and the engine. 7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (3, 4) in Zentralteilen (1, 2) gelagert sind, durch die die Einlaß- baw. Auslaßkanäle geführt sind.7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the valves (3, 4) are mounted in central parts (1, 2) through which the inlet and outlet channels are guided. 8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet t daß die Zentralt.'iile (1, 2) aus einem, thermisch hochbelastbaren und verzugsfreien, keramischem Werkstoff, insbesondere Siliziumnitrit bestehen.8. Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the central parts (1, 2) consist of a thermally highly resilient and distortion-free ceramic material, in particular silicon nitride. 9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten des Motors das Auslaßventil geöffnet bleibt, bis die Startdrehzahl erreicht ist.9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that to start the engine, the exhaust valve remains open until the starting speed is reached. I 11(1 t I I I I II 11(1 t IIIII
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