AT524192A2 - Plattenventil-Viertaktkopf - Google Patents

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AT524192A2
AT524192A2 ATA9202/2020A AT92022020A AT524192A2 AT 524192 A2 AT524192 A2 AT 524192A2 AT 92022020 A AT92022020 A AT 92022020A AT 524192 A2 AT524192 A2 AT 524192A2
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Abstract

Bereitgestellt wird ein Kopf für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kopf mindestens eine Platte verwendet, um das Füllen und Entleeren des Brennraums zu steuern. Die Platte kann so angeordnet werden, dass die Bewegung der Platte die Einlass- und/oder Auslassöffnungen öffnen oder schließen kann. Der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Öffnungen kann durch einen Teilausschnitt in der Platte gesteuert werden.

Description

PLATTENVENTIL-VIERTAKTKOPF QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
[0001] Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen US-Patentanmeldung 62/856,402, die am 3. Juni 3019 beim Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
HINTERGRUND [0002] 1. Gebiet
[0003] Vorrichtungen und Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen beziehen sich auf einen Kopf für einen Verbrennungsmotor, der mindestens eine Platte verwendet, um das Füllen und Entleeren des Brennraums zu steuern.
[0004] 2. Beschreibung des Standes der Technik
[0005] In Viertakt-Verbrennungsmotoren werden fast ausschließlich Einlass- und Auslassventile verwendet, um den Brennraum zu füllen und zu entleeren. Der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Ventile wird normalerweise durch einen Nocken gesteuert. Die Nocke öffnet und schließt die Ventile in Abhängigkeit von der Hub-/Kurbelstellung.
[0006] Obwohl die Verwendung eines Tellerventils in Viertaktmotoren nahezu universell ist, gibt es mehrere konstruktive Einschränkungen dieser Anordnung. Die Komplexität des Ventiltriebs ist seit langem eine konstruktive Herausforderung, und ein Tellerventil ist ein sich hin- und herbewegendes Teil, das sehr präzise gesteuert werden muss, damit der Motor ordnungsgemäß und zuverlässig funktioniert.
[0007] Das Tellerventil selbst hat sich als eine sehr zuverlässige Konstruktion erwiesen. Mit zunehmender Motordrehzahl wird jedoch das Gesamtgewicht der sich hin- und herbewegenden Teile, einschließlich der Teile des Ventiltriebs, entscheidend. Die Belastungen nehmen mit höheren Motordrehzahlen zu und verringern die Zuverlässigkeit. Dies führt zu einem Bedarf an leichteren und stärkeren Materialien, was die Kosten erhöht.
[0008] Ein typisches Tellerventil wird durch eine Feder geschlossen gehalten und je nach Motorkonstruktion durch eine von mehreren Methoden aufgedrückt. Letztendlich wird ein Nocken verwendet, um das Ventil zu öffnen, und die Feder muss stark genug sein, um die Trägheit des Ventils und der sich hin- und herbewegenden Teile des Ventiltriebs zu überwinden, sich in Öffnungsrichtung zu bewegen und dem Nockenprofil zu folgen, wenn sich das Ventil schließt. Mit zunehmender Motordrehzahl nimmt jedoch die Trägheit zu und es werden stärkere Federn benötigt. Dadurch werden die Ventile und die anderen Komponenten des Ventiltriebs stärker belastet, so dass schwerere Komponenten erforderlich sind, um die Belastungen zu bewältigen. Die Energie, die zur Bewältigung dieser erhöhten Belastungen aufgewendet wird, verringert die nutzbare Leistung des Motors.
ZUSAMMENFASSUNG
[0009] Beispielhafte Ausführungsformen können zumindest die oben genannten Probleme und/oder Nachteile sowie andere, oben nicht beschriebene Nachteile beheben. Es ist auch nicht erforderlich, dass die Beispielausführungen die oben beschriebenen Nachteile überwinden, und sie können auch keines der oben beschriebenen Probleme überwinden.
[0010] Ein oder mehrere Ausführungsbeispiele können einen Motorkopf bereitstellen, der Folgendes umfasst: einen Befestigungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er an einem Ende eines Zylinders befestigt werden kann, so dass eine Verbrennungskammer durch Wände des Zylinders und des Befestigungsabschnitts definiert wird; eine Einlassöffnung, die sich von einem ersten Ende in Verbindung mit der Verbrennungskammer und einem zweiten Ende gegenüber der Verbrennungskammer erstreckt; eine Auslassöffnung, die sich von einem ersten Ende in Verbindung mit der Verbrennungskammer und einem zweiten Ende gegenüber der Verbrennungskammer erstreckt; eine erste Platte, die einen festen Abschnitt und mindestens eine Öffnung umfasst, wobei die erste Platte zwischen einer ersten Position, in der der feste Abschnitt der ersten Platte den Einlasskanal zwischen dem ersten Ende des Einlasskanals und dem zweiten Ende des Einlasskanals verschließt, und einer zweiten Position, in der die Öffnung in der ersten Platte den Durchgang von Gas zwischen dem ersten Ende des Einlasskanals und dem zweiten Ende des Einlasskanals ermöglicht, beweglich ist und eine zweite Platte, die einen massiven Teil und mindestens eine Öffnung aufweist, wobei die zweite Platte zwischen einer ersten Position, in der der massive Teil der zweiten Platte den Auslasskanal zwischen dem ersten Ende des Auslasskanals und dem zweiten Ende des Auslasskanals verschließt, und einer zweiten Position, in der die Öffnung in der zweiten Platte den Durchgang von Gas zwischen dem ersten Ende des Auslasskanals und dem zweiten Ende des Auslasskanals ermöglicht, bewegbar ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0011] Die obigen und/oder andere Aspekte und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und leichter zu verstehen sein, in denen:
[0012] FIGs. 1A und 1B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Motors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
[0013] Fig. 2A, 2B und 2C sind eine Draufsicht, eine Querschnittsansicht bzw. eine perspektivische Ansicht eines Ansaugrotorsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
[0014] FIGs. 3A, 3B und 3C sind eine Draufsicht, eine Querschnittsansicht bzw. eine perspektivische Ansicht eines Auspuffrotorsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
[0015] Fig. 4 ist eine Explosionsansicht eines Plattensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
[0016] FIGs. 5A und 5B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht des Plattensystems von FIG. 4 in einer offenen Position;
[0017] FIGs. 6A und 6B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht des Plattensystems von FIG. 4 in einer geschlossenen Position;
[0018] FIG. 7A ist eine Baugruppe, die zum Antrieb von Platten gemäß einem Ausführungsbeispiel konfiguriert ist;
[0019] FIG. 7B ist ein Zahnriemen gemäß dem Ausführungsbeispiel von FIG. 7A;
[0020] FIGs. 8A, 8B und 8C sind eine Draufsicht, eine Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht eines Getriebegehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
[0021] FIGs. 9A ist ein Querschnitt und FIGs. 9B und 9C sind perspektivische Ansichten einer variablen Steuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
[0022] Es wird nun im Detail auf Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Elemente beziehen. In dieser Hinsicht können die Ausführungsbeispiele unterschiedliche Formen haben und sind nicht so auszulegen, dass sie auf die hierin dargelegten Beschreibungen beschränkt sind.
[0023] Es versteht sich, dass die Begriffe "einschließen", "einschließlich", "umfassen" und/oder "umfassen", wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
[0024] Es versteht sich weiter, dass, obwohl die Begriffe "erste", "zweite", "dritte" usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe begrenzt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, einer Komponente, einem Bereich, einer Schicht oder einem Abschnitt zu unterscheiden.
[0025] Wie hierin verwendet, schließt der Begriff "und/oder" alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Elemente ein. Ausdrücke wie "mindestens eines von", wenn sie einer Liste von Elementen vorangestellt werden, verändern die gesamte Liste von Elementen und nicht die einzelnen Elemente der Liste. Darüber hinaus beziehen sich die in der Spezifikation beschriebenen Begriffe wie "Einheit", "-er (- oder)” und "Modul" auf ein Element zur Durchführung mindestens einer Funktion oder eines Vorgangs und können in Hardware, Software oder einer Kombination aus
Hardware und Software implementiert sein.
[0026] Zur Bezeichnung bestimmter Systemkomponenten werden verschiedene Begriffe verwendet. Verschiedene Firmen können eine Komponente mit unterschiedlichen Namen bezeichnen - dieses Dokument beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden, die sich zwar im Namen, nicht aber in der Funktion unterscheiden.
[0027] Einzelheiten dieser Ausführungsbeispiele, die für den Fachmann auf dem technischen Gebiet, auf das sich diese Ausführungsbeispiele beziehen, offensichtlich sind, werden hier nicht im Detail beschrieben.
[0028] Ein oder mehrere Ausführungsbeispiele stellen einen Kopf für einen ViertaktVerbrennungsmotor bereit, der mindestens einen sich hin- und herbewegenden Kolben in einer Zylinderbohrung verwendet. FIGs. 1A und 1B zeigen einen Motor 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. FIG. 1A ist eine Draufsicht auf den Motor 100, und FIG. 1B zeigt einen Querschnitt des Motors 100 entlang der Linie A-A von FIG. 1A. Der Kopf 200 ist so montiert, dass er das Ende des Zylinders 50 abdeckt und einen Brennraum 55 zwischen dem Kolben 53 und dem Kopf 200 bildet. Ein Teil des Kopfes 200 steht mit dem Brennraum 55 in Verbindung und kann eine beliebige Form annehmen, um eine gewünschte Brennraumform und/oder ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis zu erreichen. Zur Befestigung des Kopfes 200 und zur Abdichtung zwischen dem Zylinder 50 und dem Kopf 200 können Bolzen und/oder Stehbolzen mit Muttern verwendet werden. Für die Abdichtung zwischen dem Zylinder 50 und dem Kopf 200 können bearbeitete Oberflächen verwendet werden. Dieses Mittel sollte jedoch nicht als einschränkend angesehen werden, und eine Dichtung, ein O-Ring oder ein anderes Mittel kann verwendet werden, um die Dichtung zu erreichen, wie es ein Fachmann verstehen würde. Alternativ können der Zylinder 50 und der Kopf 200 auch aus einem Stück bestehen.
[0029] Innerhalb des Kopfes 200 befinden sich mindestens zwei Öffnungen: eine Einlassöffnung 220a und eine Auslassöffnung 220b. Sowohl die Einlass- als auch die Auslassöffnung 220a und 220b stehen an einem Ende mit dem Brennraum 55 und am gegenüberliegenden Ende mit der Atmosphäre in Verbindung.
[0030] FIG. 2A, 2B und 2C zeigen ein Ansaugrotorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel. FIG. 2A ist eine Draufsicht auf das Ansaugrotorsystem, und FIG. 2B zeigt einen Querschnitt des Ansaugrotorsystems entlang der Linie A-A in FIG. 2A. FIG. 2C ist eine perspektivische Ansicht des Ansaugrotorsystems. Mindestens eine Öffnung im Kopf 200 ist eine Ansaugöffnung 220a, die dazu dient, den Brennraum 55 mit Luft für die Verbrennung im Motor zu füllen. Ein Ansaugsystem (nicht dargestellt) steht an einem Ende mit der Atmosphäre und am anderen Ende mit der Ansaugöffnung 220a in Verbindung, und das Ansaugsystem kann z. B. ein Luftfiltersystem, einen Vergaser oder eine Drosselklappe mit Kraftstoffeinspritzung, einen Turbolader, ein Gebläse und einen Ansaugkrümmer enthalten. Kraftstoffeinspritzdüsen können verwendet werden, um Kraftstoff für die Verbrennung hinzuzufügen, und können in das Ansaugsystem integriert sein oder direkt in den Brennraum 55 einspritzen. Diese Liste ist nicht als allumfassend für Ansaugsystemkonfigurationen und mögliche Methoden zur Erzielung eines gewünschten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 55 zu betrachten, und die Ausführungsbeispiele sind nicht auf die hier aufgeführten beschränkt.
[0031] FIGs. 3A, 3B und 3C zeigen ein Abgasrotorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel. FIG. 3A ist eine Draufsicht auf das Abgasrotorsystem, und FIG. 3B zeigt einen Querschnitt des Abgasrotorsystems entlang der Linie A-A in FIG. 3A. FIG. 3C ist eine perspektivische Ansicht des Abgasrotorsystems. Mindestens eine Öffnung im Kopf 200 ist eine Abgasöffnung 220b, die dazu dient, verbrannte Gase aus der Brennkammer 55 zu entfernen. Ein Auspuffsystem (nicht dargestellt) kann an einem Ende mit der Auspufföffnung 220b in Verbindung stehen und dazu dienen, die Gase vom Motor/Auspufföffnung wegzuleiten. An einem anderen Ende kann das Abgassystem mit der Atmosphäre in Verbindung stehen. Eine Abgasanlage kann Komponenten zur Emissionskontrolle und/oder zur Geräuschkontrolle enthalten. Ein Fachmann wird verstehen, dass diese Beschreibung von Abgassystemkonfigurationen lediglich ein Beispiel darstellt und nicht einschränkend ist.
[0032] Unter Bezugnahme auf die FIGs. 1A, 1B, 2A-2C und 3A-3C ist in Verbindung mit jeder Öffnung 220a/220b eine Platte 250a/250b so angeordnet, dass sie die entsprechende Öffnung in einem Winkel schneidet, der ungefähr senkrecht zum Gasstrom durch die Öffnung 220a/220b am Schnittpunkt liegt. Die Platte 250a/250b ist so konstruiert, dass sie so bewegt werden kann, dass die entsprechende Öffnung 220a/220b geöffnet werden kann, um eine Verbindung zwischen der Brennkammer 55 und der Atmosphäre zu ermöglichen, oder geschlossen werden kann, um die Brennkammer 55 gegenüber der Atmosphäre abzudichten. Die Platte 250a/250b kann einen im Wesentlichen flachen Abschnitt aufweisen und um eine Achse drehbar sein, wie in den FIG. 1A, 1B, 2A-2C und 3A-3C gezeigt, oder sie kann gleiten und sich hin- und herbewegen (siehe FIG. 4, 5A, 5B, 6A und 6B), oder sich drehen und hin- und herbewegen. Die Platte 220a/220b muss nicht flach sein, sondern kann gekrümmt sein, um ihre Festigkeit und Steifigkeit zu erhöhen. Die Dicke und Form der Platte 250a/250b sind nicht auf diese Beschreibungen beschränkt, und es kann jede Dicke und/oder Form verwendet werden, die das Öffnen und Schließen der Öffnung 220a/220b ermöglicht.
[0033] Die Platte 250a/250b kann aus Aluminium bestehen und mit einer harten Oberflächenbeschichtung wie Nikasil. Alternativ kann die Platte 250a/250b aus einem oder mehreren anderen Metallen, Kohlefasern, anderen Verbundwerkstoffen oder einem anderen Material, einer anderen Materialkombination und/oder einer anderen Oberflächenbehandlung hergestellt werden, wie es für einen Fachmann selbstverständlich ist.
[0034] Die Platte 250a/250b kann sich auf einer Welle 255a/255b drehen, die am Schnittpunkt zwischen der Öffnung 220a/220b und der Platte 250a/250b ungefähr parallel zur Öffnung 220a/220b verläuft. Die Welle 255a/255b und die Platte 250a/250b können aus einem einzigen Stück bestehen, oder die Platte 250a/250b kann an der Welle 255a/255b befestigt werden. Die Platte 250a/250b kann auf beliebige Weise so gebaut werden, dass sie eine Welle 255a/255b hat, auf der sie sich drehen kann. Eine Öffnung 260a/260b in der Platte kann es ermöglichen, dass sich der Anschluss 220a/220b öffnet, wenn die Platte 250a/250b gedreht wird und die Öffnung 260a/260b mit dem Anschluss 220a/220b fluchtet.
[0035] Lager 256a/256b können verwendet werden, um die Plattenwelle 255a/255b zu stützen und Reibung und Verschleiß zu verringern, wenn sich die Platte 250a/250b dreht, und können Radialund/oder Axiallager sein. Bei den Lagern kann es sich um Kugellager, Rollenlager, Bronzelager oder jede andere Art von Lager handeln, wie sie von einem Fachmann verstanden wird.
[0036] Öl, das in einem Ölkanal 257a/257b bereitgestellt wird, wie in FIG. 2B und 3B gezeigt, kann verwendet werden, um den Verschleiß in den Lagern 256a/256b zu verringern und die Kühlung der Platte 250a/250b zu unterstützen.
[0037] Die Dichtungen 258a/258b und 231 können verwendet werden, um Öl in den Bereichen, die mit Öl in Berührung kommen sollen, und aus den Öffnungen 220a/220b und/oder der Brennkammer 55 fernzuhalten.
[0038] FIG. 4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Plattensystems mit einer Platte 250c, die in einer linearen Richtung verschiebbar ist, gemäß einer Beispielsausführungsform. FIG. 5A zeigt eine Draufsicht auf das Plattensystem von FIG. 4 in einer geöffneten Position, und FIG. 5B zeigt einen Querschnitt des Plattensystems von FIG. 5A, der entlang der Linie C-C aufgenommen wurde. FIG. 6A zeigt eine Draufsicht auf das Plattensystem von FIG. 4 in geschlossener Position, und FIG. 6B zeigt einen Querschnitt durch das Plattensystem von FIG. 6A entlang der Linie A-A. Wie dargestellt, kann sich die Platte 250c in einer linearen Bewegung bewegen und wie eine Guillotine wirken, um dadurch die entsprechende Öffnung 220a/220b zu öffnen und zu schließen. Ein Aktuator 271 kann an der Platte 250c befestigt sein, z. B. durch einen Stift 272, wie in FIG. 4 dargestellt, um die Gleitbewegung der Platte 250c zu steuern. Alternativ dazu kann sich die Platte 250c in einer hin- und hergehenden Drehbewegung bewegen.
[0039] Eine Dichtungsvorrichtung kann eine Dichtung zwischen der Platte 250c, wo sie der Öffnung 220a/220b auf der Brennraumseite der Platte 250c ausgesetzt ist, und dem die Öffnung umgebenden Kopf bilden, wenn die Öffnung geschlossen ist. Die Dichtungsvorrichtung kann den Brennraum 55 innerhalb des Zylinders 50 zum geeigneten Zeitpunkt während des Kompressions- und Arbeitstakts gegenüber der Öffnung 220a/220b wirksam abdichten. Wie in FIG. 4 dargestellt, kann die Dichtungsvorrichtung einen Kompressionsring 273 umfassen, der die Einlass- oder Auslassöffnung 220a/220b im Kopf umgibt. Der Kopf kann eine Ringnut 274 aufweisen, die die Öffnung 220a/220b umgibt. Die Ringnut kann optional einen Stift (nicht dargestellt) enthalten, der den Ring 273 fixiert und verhindert, dass sich der Ring 273 in der Nut 274 dreht. Der Ring 273 kann ein durchgehender Ring sein, der genau in die Ringnut 274 passt. Der Ring 273 kann ein geteilter Ring sein, der es ermöglicht, dass jeglicher Druck, der von der Brennkammer 55 in die Ringnut 274 eindringt, den Ring 273 nach außen drückt, um eine Dichtung auf der Seite der Ringnut 274 zu schaffen. Zwischen dem Boden der Ringnut 274 und dem Boden des Rings 273 kann eine gewellte Feder (nicht dargestellt) eingesetzt werden. Die Feder kann dadurch Druck auf den Ring 273 ausüben, wodurch der Ring 273 in Kontakt mit der Platte 250c bleibt, und kann den Druck zwischen der Dichtungsfläche des Rings 273 und der Platte 250c aufrechterhalten, wenn sich die Platte 250c über die Dichtungsfläche des Rings 273 bewegt. Der Verbrennungsdruck, der den Ring 273 gegen die Seite der Ringnut 274 drückt,
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kann auch den Ring 273 gegen die Platte 250c drücken, um die Dichtung zwischen der Platte 250c und dem Ring 273 zu unterstützen.
[0040] Es können mehrere Ringe verwendet werden, um eine Abdichtung an jeder Öffnung zu erreichen. Die Ringe können rund sein und jeweils in eine runde Ringnut passen. Die Form des Rings bzw. der Ringe und der Nut bzw. Nuten kann jedoch jede beliebige Form haben, um unterschiedlich geformte Öffnungen zu ermöglichen. Das für die Konstruktion des Rings verwendete Material kann Gusseisen, Kohlenstoff, Graphit, Stahl, eine Legierung oder ein beliebiges anderes Material sein, das für die Verwendung in Kolbenkompressionsringen geeignet ist, wie es ein Fachmann verstehen würde.
[0041] Zurück zu dem Ausführungsbeispiel der FIGs. 1A, 1B, 2A-2C und 3A-3C, einschließlich der rotierenden Platten 250a/250b, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel die Drehbewegung der Motorkurbelwelle genutzt werden, um die Platten 250a/250b anzutreiben und das Öffnen und Schließen der Öffnungen 220a/220b zu steuern.
[0042] FIG. 7A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Baugruppe, bei der die Kurbelwelle zum Antrieb der Platten verwendet wird. Zahnräder 420, eine oder mehrere Wellen 430 und/oder ein oder mehrere Riemen (nicht dargestellt) und Riemenscheiben 440, 340a und 340b und/oder Ketten und Kettenräder (nicht dargestellt) können verwendet werden, um die Drehbewegung der Kurbelwelle umzuleiten, um die Platten 250a/250b um ihre Achsen zu drehen. Es versteht sich, dass die Quelle für den Antrieb und die Zeitsteuerung der Platten 250a/250b nicht auf die Kurbelwelle beschränkt ist und dass eine andere Methode zur Steuerung der Bewegung und der Zeitsteuerung der Platten verwendet werden kann. Ein nicht einschränkendes Beispiel für eine andere Methode kann ein elektromagnetischer Aktuator zur Steuerung der Plattenbewegung und der Zeitsteuerung sein. Die Platten 220a und 220b können sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl drehen, damit ein einzelner Ausschnitt 260a/260b in jeder Platte die entsprechende Öffnung 220a/220b bei jeder zweiten Kurbelumdrehung öffnen kann.
[0043] FIG. 7B zeigt einen Zahnriemen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Zahnriemen 441 um die Riemenscheiben 440, 340a und 340b angeordnet, und dementsprechend können die Riemenscheiben 340a und 340b zum Antrieb der rotierenden Platten 250a/250b verwendet werden. Die Dauer des Einlass- oder Auslassvorgangs kann durch die Abmessungen der Öffnung 260a/260b in der Platte 250a/250b gesteuert werden. Ein Vorteil riemengetriebener Platten besteht jedoch darin, dass zwischen den Antriebs- und den angetriebenen Scheiben und/oder zwischen den angetriebenen Scheiben ein einzelner oder eine Reihe von Riemenspannern (siehe FIG. 9A-9C) verwendet werden kann. Diese Bewegung, ob einzeln oder zusammen, kann die Mittellinie der Öffnung 260a/260b in der Platte 250a/250b in Bezug auf die Kurbelstellung vorverlegen oder verzögern. Die Bewegung der Spanner kann elektronisch über einen Aktuator 451 (FIG. 9C) oder mechanisch gesteuert werden und kann während des Betriebs des Motors gesteuert werden, um die optimale Ventilsteuerung für eine bestimmte Drehzahl, Last oder Effizienz zu ermöglichen. Die Spanner können ein Lager umfassen, das sich auf einer beweglichen Achse dreht, und das Lager kann direkt oder indirekt mit dem Riemen 441 in Kontakt kommen. Die Riemenscheiben 340a und 340b können an den Plattenwellen 255a bzw. 255b befestigt werden und können an mehreren Stellen für eine schrittweise Einstellung sorgen. Alternativ können auch eine Keilwelle und eine Riemenscheibe (nicht abgebildet) verwendet werden, um eine Einstellung zu ermöglichen. Es können auch Befestigungsschrauben in einem Schlitz verwendet werden, um eine Dreheinstellung zwischen der Riemenscheibe 340a/340b und der Platte 250a/250b zu ermöglichen. Es versteht sich von selbst, dass jede Methode verwendet werden kann, um die Riemenscheiben an den Wellen der Platte zu befestigen und eine schrittweise Dreheinstellung zwischen ihnen zu ermöglichen.
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[0044] Hohe Brennraumdrücke während des Arbeitstakts können einen extremen Druck auf den Teil der Platte 250a/250b ausüben, der mit dem Brennraum 55 in Verbindung steht. Der Druck kann dazu führen, dass sich die Platte 220a/220b vom Kopf 200 und der Dichtungsvorrichtung, z. B. den Ringen 273 und den Ringnuten 274, wegbewegt. Eine Dichtungsvorrichtung kann verwendet werden, um einen Bereich zwischen der Seite der Platte 220a/220b, die der mit dem Brennraum 55 in Verbindung stehenden Seite gegenüberliegt, und einem Ventildeckel, der die Platte 220a/220b umschließt, wirksam abzudichten. Ein Durchgang kann an einem Ende mit der Verbrennungskammer und an der gegenüberliegenden Seite der Platte 250a/250b mit dem wirksam abgedichteten Bereich in Verbindung stehen. Die seitliche Belastung der Platte 250a/250b kann dadurch verringert werden, da der Durchgang bei steigendem Druck in der Brennkammer 55 einen Druckausgleich in den abgedichteten Bereichen auf gegenüberliegenden Seiten der Platte 250a/250b ermöglicht.
[0045] Alternativ kann ein Lager so angeordnet werden, dass es die Platte 250a/250b im Bereich der Öffnung 220a/220b gegen den Druck im Brennraum 55 abstützt. Dabei kann es sich um ein Kugeloder Rollenlager, eine Teflon-Lagerfläche oder eine andere Konstruktion oder ein anderes Material handeln, das mit der Platte 250a/250b in Kontakt kommen kann, um die Durchbiegung der Platte 250a/250b aufgrund des Drucks in der Brennkammer 55 zu stoppen oder zu begrenzen.
[0046] Wie in FIG. 7 gezeigt, kann der Kopf 200 Senkungen 291a und 291b oder einen Bereich aufweisen, der jede Platte 250a/250b aufnimmt und die Drehung der Platten ermöglicht. Eine Öffnung 220a/220b in der Senkung 291a/291b ist geschlossen, wenn die Platte 250a/250b in der Senkung 291a/291b angeordnet und gedreht wird, so dass die Öffnung 260a/260b nicht mit der Öffnung 220a/220b fluchtet. Eine Welle 255a/255b kann in einem zentralen Bereich der Senkbohrung 291a/291b und senkrecht zu dieser angeordnet sein und als Achse dienen, um die sich die Platte 250a/250b dreht. Alternativ kann ein Lager in einem zentralen Bereich der Senkbohrung 291a/291b angeordnet sein, und eine Welle 255a/255b der Platte 250a/250b kann sich um das Lager drehen.
[0047] Die Welle 255a/255b der Platte 250a/250b kann im Wesentlichen senkrecht zu einer flachen Dichtfläche der Platte 250a/250b verlaufen. Eine Dichtfläche der Platte 250a/250b kann mit einem harten Oberflächenmaterial beschichtet werden. Bei der Beschichtung kann es sich um Nikasil oder ein anderes Material handeln. Die Platte 250a/250b kann in einer Senkbohrung 291a/291b im Kopf 200 rotieren, wobei die Dichtungsfläche dem Kopf 200 zugewandtiist. .
[0048] Die Welle 255a/255b kann sich über die Dichtungsfläche hinaus erstrecken und einen Lagerbereich aufweisen, der sich in einem Axiallager 231 in einem Boden einer Senkbohrung 291a/291b dreht. Ein Ölzufuhrkanal kann einem Lager Öl unter Druck zuführen. Eine Dichtung 232 kann auf beiden Seiten eines Lagers angebracht sein, um das Öl in speziellen Ölkanälen zu halten. Die Dichtung kann aus Teflon oder einem anderen geeigneten Material bestehen, um der Hitze standzuhalten. Die Dichtung kann eine Viton-Lippendichtung sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
[0049] Die Platte 250a/250b kann eine Versteifungsstruktur auf der der Dichtfläche gegenüberliegenden Seite der Platte aufweisen. Ein Axialrollenlager 233 (siehe FIG. 1B) kann verwendet werden, um die nach oben gerichteten Kräfte der Zylinderverbrennung auf die rotierende Platte 250a/250b zu übertragen. Die Welle 255a/255b kann sich von der Dichtungsfläche weg erstrecken und einen Lagerbereich aufweisen, der in einem Axiallager rotiert.
[0050] An der Rotorwelle kann oberhalb eines Rotordeckels eine Druckplatte befestigt sein, um eine Lagerfläche für ein Axialrollenlager bereitzustellen, das jede Druckbelastung in Richtung des Kopfes aufnimmt.
[0051] Eine Dichtung kann auf jeder Seite eines Lagers oder einer Lagerkombination angeordnet sein, um Öl in speziellen Ölkanälen zu halten. Eine solche Dichtung kann aus Teflon oder einem anderen Material bestehen und z. B. eine Viton-Lippendichtung sein. Eine Dichtung kann direkt mit der Rotorwelle oder mit einer auf der Rotorwelle angebrachten Hülse in Kontakt kommen. Ein O-Ring kann zur Abdichtung zwischen einer Hülse und einer Rotorwelle verwendet werden.
[0052] Der Kopf 200 kann eine oder mehrere Zündkerzen (nicht dargestellt) enthalten, so dass die funkende Elektrode mit der Verbrennungskammer 55 in Verbindung steht, um das Luft/KraftstoffGemisch zu zünden und den Arbeitstakt zu beginnen.
[0053] Der Kopf 200 kann an seiner Außenfläche mit Kühlrippen 296 versehen sein. Die im Verbrennungsraum 55 erzeugte Wärme kann durch das Material des Kopfes 200 geleitet und durch die Rippen 296 abgeleitet werden, die durch darüber strömende Luft gekühlt werden. Alternativ dazu können in und/oder um den Kopf und/oder einen Ventildeckel herum Kanäle (nicht dargestellt) vorhanden sein, die ein flüssiges Kühlmittel enthalten, das in einem Kühler/Kühlsystem zirkuliert. Die Platte 250a/250b kann einen Durchlass 256 in einem Schacht 255 enthalten, der es ermöglicht, dass ein flüssiges Kühlmittel mit der Platte 250a/250b in Kontakt kommt. Alternativ kann zur Kühlung des Kopfes 200 ein Gebläse oder ein anderes Verfahren verwendet werden, wie es für einen Fachmann verständlich wäre.
[0054] Der Kopf 200 kann aus Aluminium hergestellt und gegossen oder aus dem Vollen gefräst werden. Diese Beschreibung von Aluminium ist jedoch nicht einschränkend, und jedes Material, jede Konstruktion oder jedes Herstellungsverfahren, das für einen Viertaktkopf geeignet ist, kann verwendet werden.
[0055] Ein Rotordeckel 251, wie in FIG. 1B gezeigt, kann verwendet werden, um die Platten 250a/250b zu umschließen und eine Fortsetzung der Öffnungen 220a/220b im Kopf 200 auf der Nicht-Brennraumseite der Platten 250a/250b zu schaffen, und einen Bereich zu schaffen, über den die Auspuff- oder Ansaugsysteme mit der entsprechenden Öffnung 220a/220b verbunden werden können. Der Rotordeckel 251 kann ein oder mehrere Lager enthalten, um die Ausrichtung der Wellen 255a und 255b beizubehalten, und kann Dichtungen enthalten, die Schmieröl enthalten, das das/die Lager schmieren kann.
[0056] Der Rotordeckel 251 kann Kühlrippen (nicht dargestellt) an seiner Außenfläche aufweisen. Die in der Verbrennungskammer 55 erzeugte Wärme kann durch das Material des Kopfes 200 und des Ventildeckels geleitet und über die Kühlrippen abgeleitet werden, die durch darüber strömende Luft gekühlt werden. Alternativ können in und/oder um den Kopf 200 und/oder den Rotordeckel herum Durchgänge vorhanden sein, die mit einem Kühler/Kühlsystem (nicht dargestellt) in Verbindung stehen können, das ein flüssiges Kühlmittel enthalten kann, das innerhalb des Kühlers/Kühlsystems zirkuliert. Alternativ kann zur Kühlung des Rotordeckels ein Ventilator oder eine andere Methode verwendet werden, wie sie von einem Fachmann verstanden wird.
[0057] Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Drehung der Antriebswelle 430 zum Antrieb und zur zeitlichen Steuerung der Drehung der Platten 250a/250b verwendet. FIGs. 8A, 8B und 8C zeigen ein Getriebegehäuse 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. FIG. 8A ist eine Draufsicht auf das Getriebegehäuse 400, und FIG. 8B ist ein Querschnitt entlang der Linie C-C in FIG. 8A. FIG. 8C ist eine perspektivische Ansicht des Getriebegehäuses 400.
[0058] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können eine Kette und ein Kettenrad 410 verwendet werden, um eine Drehbewegung einer Kurbelwelle auf einen Satz von Gehrungszahnrädern 420 zu
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übertragen, die die Drehachse in eine Achse ändern können, die senkrecht oder nahezu senkrecht zu einer Achse der Kurbelwelle ist.
[0059] Die Platten 250a/250b können mit halber Kurbelwellendrehzahl gedreht werden, um ein korrektes Port-Timing zu gewährleisten.
[0060] Die Drehzahl der Kurbelwelle kann durch ein Übersetzungsverhältnis von Kettenrädern, z. B. Kettenrad 410, das auf einer Kurbelwelle und einer Eingangswelle 412 montiert ist, die einen Satz von Gehrungsrädern 420 antreibt, auf die Hälfte reduziert werden. Es kann eine Vorrichtung zur Einstellung der Kettenspannung vorhanden sein.
[0061] Das Gehrungsgetriebe kann im Verhältnis 1:1 stehen. Eine Rotorantriebswelle 430 kann sich rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig zum Zylinder 50 drehen. Auf der Rotorantriebswelle 430 kann eine Zahnriemenscheibe 440 montiert sein. Eine Passfeder 442 und eine Passfedernut können verwendet werden, um eine Drehung der Riemenscheibe 440 in Bezug auf die Rotorantriebswelle 430 zu verhindern. Alternativ kann eine Verzahnung (nicht dargestellt) oder eine andere Methode verwendet werden, um zu verhindern, dass sich die Riemenscheibe 440 in Bezug auf die Rotorantriebswelle 430 dreht. Der Zahnriemen 441 kann zum Takten und Antreiben der Riemenscheiben 340a und 340b verwendet werden, die mit den rotierenden Platten 250a und 250b verbunden sind.
[0062] Alternativ können die Gehrungszahnräder 420 direkt von der Kurbelwelle angetrieben werden und ein Übersetzungsverhältnis aufweisen, das die Drehung der Rotorantriebswelle 430 auf die Hälfte der Kurbelwellendrehzahl reduziert. Alternativ kann die Rotorantriebswelle 430 Gehrungszahnräder 420 haben, die direkt von der Kurbelwelle angetrieben werden und sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehen, und eine oder mehrere Riemenscheiben und der Zahnriemen 441 oder eine andere geeignete Methode können verwendet werden, um die Platten 250a und 250b mit der Hälfte der Kurbelwellendrehzahl zu reduzieren.
[0063] Alternativ können die Platten 250a und 250b durch eine Kette oder Ketten und Kettenräder (nicht dargestellt), die an den Platten 250a und 250b befestigt sind, getaktet und angetrieben werden.
[0064] Es versteht sich, dass viele Kombinationen von Getriebeübersetzungen und Antriebsmethoden verwendet werden können, um eine Platte mit der halben Kurbelwellendrehzahl zu drehen und zu takten.
[0065] Die Motorleistung hängt zum Teil von der zeitlichen Abstimmung von Ereignissen ab, wie z. B. dem Öffnen und Schließen der Kanäle 220a und 220b durch die Öffnungen 260a und 260b in den Platten 250a und 250b. Das optimale Timing variiert mit der Motordrehzahl.
[0066] Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann ein Riemenspanner, der zwei Umlenkrollen, verstellbare Arme und einen Einstellmechanismus umfasst, verwendet werden, um die Spannung des Zahnriemens 441 einzustellen (siehe FIG. 7A und 7B).
[0067] FIGs. 9A, 9B und 9C zeigen eine variable Steuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. FIG. 9A zeigt einen Querschnitt der variablen Steuereinheit, und FIGs. 9B und 9C zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der variablen Steuereinheit. Für jede der Riemenscheiben 340a und 340b kann eine entsprechende Umlenkrolle 445a/445b an einem Arm 446a/446b montiert werden, der sich um eine Achse dreht. Eine Umlenkrolle 445a/445b kann sich auf Lagern um eine Achse drehen, die parallel zu der Achse verläuft, um die sich der entsprechende Arm dreht. Die beiden Arme können sich um dieselbe Achse drehen, und jeder Arm 446a/446b kann an einer Umlenkrolle 445a/445b befestigt sein, die in gleichem Abstand von der Achse montiert ist, um die sich der Arm
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446a/446b dreht. Der Winkel der Arme 446a und 446b im Verhältnis zueinander kann durch eine längenverstellbare Stange 450 eingestellt werden. Die Achse, um die sich die Arme 446a und 446b drehen, kann die gleiche sein wie die einer der Riemenscheiben 340a und 340b oder die der Rotorantriebsscheibe 440. Die Arme 446a und 446b können so montiert werden, dass die Riemenscheiben 445a und 445b eine Außenseite des Riemens 441 berühren (siehe FIG. 7A und 7B), so dass sich die Riemenspannung erhöht, wenn der Winkel zwischen den Armen 446a und 446b verringert wird.
[0068] Wenn die Riemenspannung korrekt ist, kann der Winkel zwischen den Armen 446a und 446b verriegelt werden. Dieser verriegelte Einsteller fungiert somit zusammen mit den Umlenkrollen 445a und 445b und den Armen 446a und 446b als variable Steuereinheit, die sich um dieselbe Achse wie eine der Rollen 440, 340a und 340b drehen kann. Durch die Drehung der variablen Steuereinheit wird die Durchbiegung eines Schenkels des Riemens 441 erhöht, während die Durchbiegung des gegenüberliegenden Schenkels des Riemens 441 verringert wird. Das Verhältnis der Riemenscheibe 440, 340a oder 340b, die sich die Achse mit der variablen Steuereinheit teilt, zu den anderen Riemenscheiben 440, 340a und 340b wird je nach Bewegungsrichtung vor- oder zurückgestellt.
[0069] Die variable Steuereinheit kann durch eine einstellbare Stange gedreht werden, die an einer variablen Steuereinheit und einer festen Halterung befestigt ist und manuell eingestellt wird.
[0070] Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann die variable Steuereinheit durch eine Feder (nicht dargestellt) in einer vorgeschobenen oder verzögerten Position gehalten werden. Wenn die Motordrehzahl steigt, kann die Zentrifugalkraft auf rotierende Gewichte genutzt werden, um die variable Steuereinheit gegen eine Feder zu bewegen, um die Position der Riemenscheibe 440, 340a oder 340b, die die Achse der variablen Steuereinheit teilt, im Vergleich zu den anderen Riemenscheiben 440, 340a oder 340b, die durch denselben Riemen 441 angetrieben werden, voroder zurückzustellen.
[0071] Ein weiteres Beispiel für eine variable Steuereinheit kann einen elektromagnetischen Aktuator verwenden, der von der Motorsteuerungseinheit (ECU) gesteuert wird, um den Zeitpunkt der Ventilereignisse für eine bestimmte Drehzahl genau vorzustellen oder zu verzögern.
[0072] Der Kopf 200 kann an das Ende des Zylinders 50 montiert werden, um den Brennraum 55 zu bilden, und kann durch Kopfschrauben befestigt werden. Die Schnittstelle zwischen dem Kopf 200 und dem Zylinder 50 kann durch eine Kopfdichtung abgedichtet werden.
[0073] Der Zylinder 50, der Kopf 200, der Rotordeckel 251 und die Platten 250a und 250b können durch flüssiges Kühlmittel gekühlt werden, das von einer motorgetriebenen Pumpe (nicht dargestellt) durch sie hindurch gepumpt wird.
[0074] Das Kühlmittel kann durch Kühlkanäle (nicht dargestellt) zirkulieren, die die Wand der Bohrung des Zylinders 50 umgeben. Eine Kopfdichtung kann mit Löchern versehen sein, die eine Verbindung zwischen den Kühlkanälen, die die Wand der Bohrung des Zylinders 50 umgeben, und den Kühlkanälen in und/oder um den Kopf und/oder Teile des Kopfes 200 ermöglichen.
[0075] Die Wellen 255a und 255b können jeweils eine Welle 255a/255b haben, die einen Kühlkanal 256a/256b enthält. Der Kühlkanal 256a/256b kann an einem Ende mit den Kühlkanälen im Zylinder in Verbindung stehen und auch mit einem Kanal (nicht dargestellt), der das Kühlmittel zu einem Kühlradiator zurückführen kann.
[0076] Ein Rotordeckel 251 kann Kühlkanäle enthalten, die an einem Ende mit Kühlkanälen in und/oder um den Kopf und/oder Teile des Kopfes herum in Verbindung stehen und auch mit einem Kanal in Verbindung stehen, der das Kühlmittel zu einem Kühlradiator zurückführen kann.
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[0077] Es versteht sich, dass jedes Mittel verwendet werden kann, um Kühlmittel durch die Kühlmittelkanäle im und/oder um den Kopf, die Rotorabdeckungen und die Rotoren zuzuführen und zu zirkulieren. Das Kühlmittel kann, muss aber nicht, zuerst durch den Zylinder fließen.
[0078] Eine Kopfdichtung kann ein Loch aufweisen, das eine Verbindung zwischen einem Druckölzufuhrkanal im Zylinder 50 und einem Ölkanal im Kopf 200 ermöglicht. Ein Ölkanal im Kopf 200 kann Öl unter Druck zu den Lagern im Kopf 200 liefern.
[0079] Es kann mehr als ein Einlass- und mehr als ein Auslassrotorblech vorhanden sein.
[0080] In der Einlassöffnung kann ein Rückschlagventil installiert sein, um zu verhindern, dass Gase aus dem Brennraum 55 wieder in die Einlassöffnung 220a einströmen, wenn der Druck im Zylinder 50 größer ist als der Druck in der Einlassöffnung 220a, bevor sich die Rotorplatte schließt.
[0081] Es versteht sich von selbst, dass die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nur im beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung betrachtet werden können. Beschreibungen von Merkmalen oder Aspekten in jeder Beispielsausführungsform können als verfügbar für andere ähnliche Merkmale oder Aspekte in anderen Beispielsausführungsformen angesehen werden.
[0082] Während die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen der Form und der Details vorgenommen werden können, ohne dass der Geist und der Anwendungsbereich, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, verlassen wird.
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Claims (1)

Patentansprüche
1. Ein Motorkopf, umfassend:
einen Befestigungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er an einem Ende eines Zylinders befestigt werden kann, so dass Brennraum durch Wände des Zylinders und des Befestigungsabschnitts definiert wird;
eine Einlassöffnung, die sich von einem ersten Ende in Verbindung mit dem Brennraum und einem zweiten Ende gegenüber des Brennraums erstreckt;
eine Auslassöffnung, die sich von einem ersten Ende in Verbindung mit dem Brennraum und einem zweiten Ende gegenüber des Brennraums erstreckt;
eine erste Platte, die einen festen Abschnitt und mindestens eine Öffnung umfasst, wobei die erste Platte zwischen einer ersten Position, in der der feste Abschnitt der ersten Platte die Einlassöffnung zwischen dem ersten Ende der Einlassöffnung und dem zweiten Ende der Einlassöffnung verschließt, und einer zweiten Position, in der die Öffnung in der ersten Platte den Durchgang von Gas zwischen dem ersten Ende der Einlassöffnung und dem zweiten Ende der Einlassöffnung ermöglicht, bewegbar ist; und
eine zweite Platte, die einen festen Abschnitt und mindestens eine Öffnung aufweist, wobei die zweite Platte zwischen einer ersten Position, in der der feste Abschnitt der zweiten Platte die Auslassöffnung zwischen dem ersten Ende der Auslassöffnung und dem zweiten Ende der Auslassöffnung verschließt, und einer zweiten Position, in der die Öffnung in der zweiten Platte den Durchgang von Gas zwischen dem ersten Ende der Auslassöffnung und dem zweiten Ende der Auslassöffnung ermöglicht, bewegbar ist.
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