AT414152B - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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AT 414 152 B

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, einem hin- und hergehenden Kolben, welcher Zylinder von einem mit Ansaug- und Abgaskanälen versehenen Zylinderkopf abgedeckt ist, in dessen Bereich ein Walzenschieber zum Öffnen und Schließen von jeweils mindestens einer Gasaustauschöffnung je Zylinder angeordnet ist. 5

Bei bekannten derartigen Brennkraftmaschinen, z.B. gemäß der DE 39 43 089 A1 ist der Walzenschieber als Rohr ausgebildet, das mit einer diagonal verlaufenden Trennwand versehen ist. In jeder der beiden Hälften ist eine Öffnung vorgesehen, die auf der Zylinderfläche des Walzenschiebers auf gleicher Höhe liegen. Die Mittelpunkte der beiden Öffnungen sowie die Längs-io achse eines Motor-Zylinders liegen auf einer gemeinsamen Achse, die senkrecht zur Längsachse des Walzenschiebers verläuft. Die beiden Öffnungen verlaufen daher im Bereich oberhalb eines Zylinders um. Die beiden Räume des Walzenschiebers verbinden einen oder mehrere Zylinder zeitweise mit einer Abgasleitung und einer Ansaugleitung für Frischluft oder ein Kraftstoffdampfgemisch. 15

Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass es in diesen Räumen zu erheblichen Verwirbelungen und dadurch zu einer entsprechenden Erhöhung des Strömungswiderstandes kommt. Dadurch kann es zu einer verzögerten Füllung bzw. Leerung des Zylinders kommen. Außerdem sind die Volumina der in den Zylinder einströmenden kühlen Gase und der aus dem Zylinder 20 abströmenden heißen Verbrennungsgase sehr unterschiedlich, wobei die gleichen Querschnitte der Räume des Walzenschiebers diesem Umstand nicht Rechnung tragen.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und 25 bei der auf einfache Weise den unterschiedlichen Volumina der zu einem Zylinder hin und von diesem wegströmenden Gase Rechnung getragen wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Walzenschieber als doppelwandiges Rohr mit zwei 30 voneinander getrennten Kanälen ausgebildet ist, dessen innerer zylindrischer Kanal insbesondere zum Abführen der Abgase und dessen Mantelkanal insbesondere zur Zufuhr von Luft oder einem Kraftstoffdampfgemisch vorgesehen sind, wobei die Kanäle mit Radialkanälen versehen sind, die direkt zu Öffnungen an der äußeren Mantelfläche des Walzenschiebers führen und je nach Drehlage einen oder mehrere der Zylinder mit den Ansaug- bzw. Abgaskanälen in Verbin-35 düng bringen. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es auf einfache Weise möglich, die Querschnitte für die Zufuhr von Luft oder einem Kraftstoffdampfgemisch bzw. die heißen Abgase auf die entsprechenden Volumina abzustimmen. Außerdem ergeben sich durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch relativ große Flächen, über die es zu einem Wärmeaustausch zwischen den abströmenden heißen Abgasen und zuströmenden kühlen Gasen kommt. Da-40 durch wird die Frischluft, oder das Kraftstoffdampfgemisch entsprechend vorgewärmt.

Es ist zweckmäßig, wenn der Walzenschieber intermittierend, vorzugsweise über ein Malteser-getriebe, antreibbar ist, sodass die Drehlagen eines mit auf eine Zylinderöffnung ausgerichteten Radialkanals für vorwählbare Zeitintervalle mit vollem Querschnitt erhalten bleiben. Dadurch 45 ergibt sich, dass die Stellung des Walzenschiebers für ein vorgegebenes Zeitintervall unverändert bleibt, z.B. in einer Stellung, in der eine Öffnung der Mantelfläche des Walzenschiebers mit einer Öffnung des betreffenden Zylinders fluchtet, wodurch während dieser Zeitspanne der volle Querschnitt dieser Öffnungen sichergestellt ist und daher der Gaswechsel entsprechend rasch erfolgen kann. 50

Um eine entsprechend lange Lebensdauer des Walzenschiebers sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest der innere Kanal durch ein Keramikrohr gebildet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Wand des inneren Kanals dem Angriff der korrosiven Abgase widerstehen kann. 55 3

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Bei einer Brennkraftmaschine bei der der bzw. die Zylinder von einem Zylinderkopf abgedeckt ist, der mit mindestens einem mit einem Zylinder verbundenen Kanal versehen ist, ist es günstig, dass der Walzenschieber in einer im wesentlichen senkrecht zu der Achse des mindestens einen Zylinders verlaufenden Ausnehmung des Zylinderkopfes drehbar gehalten ist, in der pro 5 Zylinder ein mit diesem verbundener Kanal endet.

Es wird bevorzugt, dass an der einem Kanal eines Zylinders gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung eine an dem Walzenschieber flächig anliegende Druckplatte in axialer Richtung des Zylinders in einem zylindrischen Raum des Zylinderkopfes verschiebbar gehalten ist, wobei io das vom Walzenschieber abgekehrte Ende des zylindrischen Raumes über einen durch den Zylinderkopf führenden Druckkanal mit dem an den Zylinderkopf angrenzenden Bereich des der Druckplatte gegenüberliegenden Zylinders verbunden ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die während des Verdichtungs- und Arbeitstaktes eines Zylinders der Brennkraftmaschine auftretenden hohen Kräfte nicht einseitig auf den Walzenschieber einwirken, sondern von zwei 15 einander gegenüberliegenden Seiten. Auf diese Weise lässt sich eine zuverlässige Abdichtung des Walzenschiebers gegen dessen Aufnahme im Zylinderkopf erreichen.

Schließlich ist es für die einfache Herstellung günstig, wenn der Zylinderkopf zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung zur Aufnahme des Walzenschiebers durch im Querschnitt 20 halbrunde Vertiefungen gebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt. 25 Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen in einem Zylinderkopf gehaltenen Walzenschieber gemäß der Erfindung entlang der Linie l-l in der Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie ll-ll in der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie lll-lll in der Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt durch 30 einen Walzenschieber, Fig. 5 einen Schnitt durch den Walzenschieber entlang der Linie V-V in der Fig. 4, Fig. 6 einen Schnitt durch den Walzenschieber entlang der Linie Vl-Vl in der Fig. 4, und Fig. 7 einen Schnitt durch den Walzenschieber entlang der Linie Vll-Vll in der Fig. 4.

Gemäß der Fig. 2 umfasst ein Zylinderkopf 13 einen oberen Zylinderkopfteil 2 und einen unte-35 ren Zylinderkopfteil 3. Ein insgesamt mit 1 bezeichneter Walzensschieber, ist, wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, in einer Ausnehmung 30 der beiden Zylinderkopfteile 2, 3 drehbar gehalten. Dabei verläuft die Achse des Walzenschiebers 1 in der Teilungsebene 31 der beiden Zylinderkopfteile 2, 3. 40 An einer Stirnseite des Zylinderkopfes 13 ist ein Abgaskanal 11 angeflanscht, der koaxial zum Walzenschieber 1 angeordnet ist. Dabei ist die Stirnseite des Walzenschiebers 1 mittels einer Dichtung 7, 14 abgedichtet.

Im Bereich des zweiten Endes des Walzenschiebers 1 ist dieser drehfest mit einem Achsstum-45 mel 32 verbunden, der eine Abdeckplatte 9 des Zylinderkopfes 13 durchsetzt. An der freien Stirnseite des Achsstummels 32 ist ein Steuerrad 4 drehfest befestigt. Dabei ist der mittels einer Feder 8 gegen den Abgaskanal 11 vorgespannte Walzenschieber 1 mittels beidseitig in beide Zylinderkopfteile 2, 3 eingesetzter Simmeringe 12 abgedichtet, um einen Austritt von Schmieröl zu vermeiden. 50

Im Bereich von zwei in einen Zylinderblock 35 eingearbeiteter Zylinder 33, 34, die z.B. Teil eines Vierzylinder-Boxermotors sein können, weist der Zylinderkopfteil 3 koaxial zu den Zylindern 33, 34 angeordnete Kanäle 36 auf, von denen je einer einem Zylinder 33, 34 zugeordnet ist. Dabei enden die Kanäle 36 in der Ausnehmung 30 zur Aufnahme des Walzenschiebers 1. 55 4

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Der zylindrische als doppelwandiges Rohr ausgebildete Walzenschieber 1 weist einen inneren zylindrischen Kanal 40 auf, der vorzugsweise durch ein Keramikrohr gebildet ist und zur Abfuhr von Abgasen dient. Dieser zentrale Kanal 40 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Radialkanälen 41, 42 verbunden (Fig. 5 und 6), die um einen Winkel von 90° gegeneinan-5 der versetzt sind und an der Mantelfläche des Walzenschiebers 1 enden und, wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, mit den Kanälen 36 des Zylinderkopfteiles 3 fluchten. Dabei ist der Walzenschieber 1 im Bereich der Ränder der Kanäle 36 mit Dichtungen 37 abgedichtet.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, mündet zwischen dem angeflanschten Abgaskanal 11 und io dem diesem benachbarten Simmering 12 ein Ansaugkanal 10 senkrecht in den Zylinderkopfteil 2, der zur Zufuhr von Frischluft oder einem Kraftstoffdampfgemisch dient. Der Walzenschieber 1 weist in der senkrecht zu seiner Achse stehenden und den Ansaugkanal 10 enthaltenden Ebene vier Radialkanäle 38 auf (Fig. 7), wobei in der Ebene dieser Radialkanäle 38 ein Ringraum 39 in den beiden Zylinderkopfteilen 2, 3 eingearbeitet ist, sodass über den Ansaugkanal 10 15 zuströmendes Frischgas über den Ringraum 39 und die Radialkanäle 38 in einen Mantelkanal 44 des Walzenschiebers 1 einströmen kann. Dabei sind diese Radialkanäle 38 gleichmäßig über den Umfang des Walzenschiebers 1 verteilt angeordnet (Fig. 7).

Dieser Mantelkanal 44, der von Frischgas, z.B. Frischluft im Falle eines Einspritzmotors, oder 20 einem Kraftstoffdampfgemisch im Falle eines Vergasermotors in Richtung des Pfeils 43 durch-strömt ist, ist über weitere Radialkanäle 45, 46 mit der Mantelfläche des Walzenschiebers 1 verbunden. Diese vom Mantelkanal 44 wegführenden Radialkanäle 45, 46 sind in je einer Normalebene zur Achse des Walzenschiebers angeordnet, in der auch die Radialkanäle 41, bzw. 42 des zentralen Kanals 40 angeordnet sind (Fig. 5 und 6) und in denen sich auch die Achsen 25 der Zylinder 33, 34 befinden.

Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, weist der Zylinderkopfteil 3 im Bereich der Kanäle 36 an der den Zylindern 33, 34 zugekehrten Seite Ausdrehungen 5 auf, die koaxial mit den Kanälen 36 angeordnet sind. Von diesen Ausdrehungen 5 zweigt ein Druckkanal 20 schräg nach oben ab, 30 der an der Außenseite des Zylinderkopfteiles 3 mit einem Stoppel 16 dicht verschlossen ist. Dieser schräge Druckkanal 16 geht in einen in Richtung der Achsen der Zylinder 33, 34 verlaufenden geteilten Druckkanal 17 über, der sich in beiden Zylinderkopfteilen 2, 3 erstreckt. In der Teilungsebene 31 des Zylinderkopfes 13, also zwischen den beiden Zylinderkopfteilen 2, 3 ist um den Druckkanal 17 eine Dichtung 18 vorgesehen. Der Druckkanal 17 geht im Zylinderkopf-35 teil 2 in einen schräg nach oben führenden Druckkanal 15 über der nach außen hin mit einem Stoppel 16 abgeschlossen ist und zu einem zylindrischen Raum 50 führt. Im Raum 50 ist eine Druckplatte 6 in Richtung der Achse des dem Raum 50 zugeordneten Zylinders 33, 34 verschiebbar angeordnet und gegen den zylindrischen Raum 50 abgedichtet. 40 Über die Druckkanäle 20, 17, 15 wird der im Zylinder 33, 34 herrschende Druck auf die dem Walzenschieber 1 abgekehrte Stirnfläche der Druckplatte 6 übertragen, sodass die Druckplatte 6 mit einem dem Druck im Zylinder 33, 34 entsprechenden Kraft auf den Walzenschieber 1 drückt und einerseits eine Durchbiegung desselben aufgrund des im Zylinder 33, 34 herrschenden Drucks vermeidet und andererseits zur sicheren Abdichtung des Walzenschiebers 1 bei-45 trägt. Dadurch werden auch Druckverluste in den Zylindern 33, 34 vermieden.

Zur verbesserten Kraftübertragung in den Druckkanälen 20, 17, 15 und dem Raum 50 können diese mit einer Flüssigkeit wie z.B. Öl gefüllt werden. Dazu ist es notwendig, dass zu Beginn des Druckkanals 20 zylinderseitig eine Membran vorgesehen ist. 50

Gemäß der Fig. 3 sind in den Zylinderkopfteilen 2, 3 weiters für jeden Zylinder 33, 34 Aufnahmen für eine Einspritzdüse 21 und eine Zündkerze 22 vorgesehen. Außerdem sind die Zylinderkopfteile 2, 3 von Kühlkanälen 19 durchsetzt, die zur Führung von Kühlwasser vorgesehen sind. 55

Claims (5)

1. 5 AT 414 152 B In bekannter Weise wirkt eine nicht dargestellte Kurbelwelle mit nicht dargestellten Pleuelstangen und mit nicht dargestellten axial in den Zylindern 33, 34 verschiebbaren Kolben zusammen. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine ist ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und einem auf das Steuerrad 4 (bei dem es sich um einen Teil eines Maltesergetriebes han-5 dein kann) einwirkenden Mitnehmerrad (nicht dargestellt) vorgesehen. Der Antrieb des Mitnehmerrades kann dabei durch einen Zahnriementrieb zwischen der Kurbelwelle und dem Mitnehmerrad erfolgen. Bei dem Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und dem Steuerrad 4 handelte es sich um eine 2:1 Untersetzung. io Bei der in der Fig. 1 dargestellten Stellung des Walzenschiebers 1 befindet sich der Zylinder 33 im Ausblastakt, wobei der Zylinder 33 über den Kanal 36 des Zylinderkopfteils 3 und den Radialkanal 41 mit dem zentralen Kanal 40 des Walzenschiebers 1 und damit mit dem Abgaskanal 11 verbunden ist. 15 Gleichzeitig befindet sich der Zylinder 34 im Ansaugtakt, wobei der Zylinder 34 über den Kanal 36 und den Radialkanal 46 mit dem Mantelkanal 44, und dieser über die Kanäle 38 und den Ringraum 39 mit dem Ansaugkanal 10 verbunden ist, sodass Frischluft in den Zylinder 34 einströmen kann. 20 Dabei kommt es auch zu einem Wärmeaustausch zwischen den heißen Abgasen, die den zentralen Kanal 40 durchströmen und der Frischluft, die den Mantelkanal 44 in Gegenrichtung durchströmt. Während der beiden übrigen Takte eines Viertakt-Zyklus sind die Kanäle 36 des Zylinderkopf-25 teiles 3 durch den Walzenschieber 1 verschlossen, wie sich aus den Fig. 5 und 6 ergibt. Die Drehbewegung des Walzenschiebers 1 erfolgt bei Verwendung eines Maltesergetriebes intermittierend, sodass die Kanäle 36 des Zylinderkopfes immer für einen vorbestimmten Anteil der Zeit für eine Umdrehung des Walzenschiebers 1 voll geöffnet bleiben, wodurch ein rascher 30 Gasaustausch der Zylinder 33, 34 sichergestellt ist. Der hier beschriebenen Motor ist auch dazu geeignet vorhandene Druckluft in mechanische Energie umzuwandeln. Steht mechanische Energie zur Verfügung kann der Motor als Kompressor bzw. als Vakuumapparat verwendet werden. 35 Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (33, 34), einem hin- und hergehenden 40 Kolben, welcher Zylinder (33, 34) von einem mit Ansaug- und Abgaskanälen (10, 11) ver sehenen Zylinderkopf (13) abgedeckt ist, in dessen Bereich ein Walzenschieber (1) zum Öffnen und Schließen von jeweils mindestens einer Gasaustauschöffnung je Zylinder (33, 34) angeordnet ist, wobei der Walzenschieber (1) als doppelwandiges Rohr mit zwei voneinander getrennten Kanälen (40, 44) ausgebildet ist, dessen innerer zylindrischer Ka-45 nal (40) insbesondere zum Abführen der Abgase und dessen Mantelkanal (44) insbeson dere zur Zufuhr von Luft oder einem Kraftstoffdampfgemisch vorgesehen sind, wobei die Kanäle (40, 44) mit Radialkanälen (41, 42, 38, 45, 46) versehen sind, die direkt zu Öffnungen an der äußeren Mantelfläche des Walzenschiebers (1) führen und je nach Drehlage einen oder mehrere der Zylinder (33, 34) mit den Ansaug- bzw. Abgaskanälen (10, 11) in so Verbindung bringen, und wobei weiters der Walzenschieber (1) in einer im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des mindestens einen Zylinders (33, 34) verlaufenden Ausnehmung (30) des Zylinderkopfes (13) drehbar gehalten ist, in der pro Zylinder (33, 34) ein mit diesem verbundener Kanal (36) endet, dadurch gekennzeichnet, dass an der einem Kanal (36) eines Zylinders (33, 34) gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung (30) eine an dem 55 Walzenschieber (1) flächig anliegende Druckplatte (6) in axialer Richtung des Zylinders 6 AT 414 152 B (33, 34) in einem zylindrischen Raum (50) des Zylinderkopfes (2) verschiebbar gehalten ist, wobei das vom Walzenschieber (1) abgekehrte Ende des zylindrischen Raumes (50) über einen durch den Zylinderkopf (13) führenden Druckkanal (15, 17, 20) mit dem an den Zylinderkopf (13) angrenzenden Bereich des der Druckplatte (6) gegenüberliegenden Zylin-5 ders (33, 34) verbunden ist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkanal (20) mit einer Flüssigkeit, z.B. mit Ol, gefüllt ist und zu Beginn des Druckkanals (20) zylinderseitig eine Membran vorgesehen ist. 10
3. 3. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenschieber (1) intermittierend, vorzugsweise über ein Maltesergetriebe, antreibbar ist, so-dass die Drehlagen eines mit auf eine Zylinderöffnung ausgerichteten Radialkanals (41,42, 45, 46) für vorwählbare Zeitintervalle mit vollem Querschnitt erhalten bleiben. 15
4. 4. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der innere Kanal (40) durch ein Keramikrohr gebildet ist.
5. 5. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 20 der Zylinderkopf (13) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung (30) zur Aufnahme des Walzenschiebers (1) durch im Querschnitt halbrunde Vertiefungen gebildet ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 55