DE10109457B4

DE10109457B4 - Kolbenmotor mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber

Info

Publication number: DE10109457B4
Application number: DE2001109457
Authority: DE
Inventors: Steffen Doller; Heiko Neukirchner; Matthias Riedel
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: DE10109457A1

Abstract

Kolbenmotor mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber folgender Bauart,
– im Brennraumboden ist je eine Einlass- und Auslassöffnung vor dem Flachdrehschieber angeordnet,
– im kurbelwellensynchron über einen mechanischen Untersetzungstrieb angetriebenen Flachdrehschieber sind Steueröffnungen angeordnet, die einen Einlass- und Auslasskanal im Zylinderkopf mittels dieser Steueröffnungen zur Einlass- und Auslassöffnung des Zylinderraums hin absperren oder freigeben,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Flachdrehschieber (3) ein Begrenzungsdrehschieber (4) mit Steueröffnungen (422; 423) axial nachgeordnet ist, der parallel zum Flachdrehschieber (3) kurbelwellensynchron über den mechanischen Untersetzungstrieb (6) angetrieben ist, jedoch über einen ersten Winkelsteller (7) in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber (3) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Vorbekannt sind Kolbenmotoren mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber, wobei im Brennraumboden je eine Einlass- und Auslassöffnung vor dem Flachdrehschieber angeordnet ist. Mittels der Steueröffnungen des umlaufenden Flachdrehschiebers werden die Ein- bzw. Auslassöffnung des Brennraumes jeweils zu den im Zylinderkopf zugeordneten Einlass- bzw. Auslasskanal taktrichtig geöffnet und geschlossen.
Der Flachdrehschieber wird vom Kolbentrieb über einen mechanischen Untersetzungstrieb synchron angetrieben. Hierzu weist er eine Außenverzahnung auf und ist mittig zum Zylinderraum auf einer zentralen Führung des Zylinderblockes oder -kopfes drehbar gelagert. Die Außenverzahnung der Flachdrehschieber benachbarter Zylinder steht miteinander im Eingriff.
Die zentrale Führung im Zylinderblock oder -kopf trägt gleichzeitig eine Zündkerze und ggf. eine Einspritzdüse.
Derartige Motoren sind lange vorbekannt und können als Reihenmotoren mit einem üblichen Kurbeltrieb, siehe DE-Zeitschrift MTZ Jahrgang 21, Heft 9 vom September 1960, Seiten 363 bis 365, oder mit kreisförmig angeordneten Zylindern und einem Taumelscheibentrieb ausgestattet sein.
Vorbekannt sind durch die Schrift DE 100 02 585 A1 auch Kolbenmotoren mit über dem Zylinderraum im Zylinderkopf angeordneten Drehschieber, der jedoch leicht rotationssymmetrisch gewölbt ausgeführt ist und eine Außenverzahnung aufweist.
Aus der DE 198 27 301 A1 ist eine Flachdrehschiebersteuerung zur Steuerung eines Gaswechsels in einem Brennraum eines Kolbenmotors bekannt. Der Flachschieber wird dabei mechanisch oder elektrisch angetrieben.
Bei diesen bekannten Motoren sind die Steuerzeiten in ihrer Winkellage zum Kolbentrieb veränderbar, jedoch kann der Öffnungswinkel der Steueröffnungen im Drehschieber nicht verändert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kolbenmotoren der gattungsgemäßen Art die Steuerzeiten sowohl zu verlagern, als auch wirksame Durchströmquerschnitte zu verändern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Flachdrehschieber ein Begrenzungsdrehschieber mit Steueröffnungen axial nachgeordnet und parallel zum Flachdrehschieber kurbelwellensynchron über den mechanischen Untersetzungstrieb angetrieben ist. Dabei ist weiterhin der Begrenzungsschieber über einen Winkelsteller in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber veränderbar.
Zusammen mit einem erfindungsgemäß antriebsseitig vor dem Flach- und Begrenzungsdrehschieber im mechanischen Untersetzungstrieb zwischen Kurbelwelle und den vorgenannten Schiebern angeordneten Winkelsteller kann sowohl die Größe bzw. der wirksame Querschnitt der Steueröffnungen, als auch gemeinsam die Drehwinkellage von Flach- und Begrenzungsdrehschieber zur Kurbelwelle verändert werden.
In den Nebenansprüchen sind erfindungsgemäße kurbelwellensynchrone Antriebe für Flach- und Begrenzungsdrehschieber mit Elektromotor beschrieben.
Die Merkmale der Neben- und Unteransprüche werden in der Beschreibung im Zusammenhang mit ihren Auswirkungen erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kolbenmotors mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber,
2 eine schematische Darstellung der Steueröffnungen in einer Ansicht gemäß Ebene A mit Blick auf eine Hälfte eines Begrenzungsschiebers und Partien des dahinterliegenden Flachdrehschiebers in der Stellung des größten freien Querschnittes der Einlassöffnung im Flachdrehschieber,
3 eine Darstellung gemäß 2, jedoch in der Stellung des kleinsten freien Querschnittes der Einlassöffnung im Flachdrehschieber,
4 eine Darstellung gemäß 1, jedoch mit elektrischem Antrieb der Flachdrehschieber,
5 eine Darstellung gemäß 4, jedoch mit einem eigenen elektrischen Antrieb des Begrenzungsschiebers.
In 1 ist ein Kolbenmotor mit seinem Kolbentrieb 1 und über dem Zylinderraum ZR im Zylinderkopf 2 angeordneten Flachdrehschieber 3 schematisiert dargestellt. Im Brennraumboden ist je eine Einlass- 22 und Auslassöffnung 23 vor dem Flachdrehschieber 3 angeordnet. Mittels der Steueröffnungen 322; 323 des umlaufenden Flachdrehschiebers 3 werden die Ein- 22 bzw. Auslassöffnung 23 des Zylinderraumes ZR jeweils zu den im Zylinderkopf 2 zugeordneten Einlass- 22K bzw. Auslasskanal 23K taktrichtig geöffnet und geschlossen.
In einer zentralen Führung 25 im Zylinderkopf 2 ist eine Zündkerze 5 und ggf. eine Einspritzdüse angeordnet.
Der Flachdrehschieber 3 ist mittig zum Zylinderraum ZR auf der zentralen Führung 25 des Zylinderkopfes 2 drehbar gelagert und wird vom Kolbentrieb 1 über einen mechanischen Untersetzungstrieb 6 synchron angetrieben. Hierzu weist der Drehschieber 3 eine Außenverzahnung V3 auf, die mit einem Zahnrad 62 auf der Welle 61 im Eingriff steht.
Bei Reihenmotoren steht die Außenverzahnung V3 der Flachdrehschieber 3 jeweils mit der Außenverzahnung V3 des Flachdrehschiebers 3 vom benachbarten Zylinder im Eingriff. Dies entspricht dem in der Beschreibungseinleitung genannten vorbekannten Stand der Technik.
Erfindungsgemäß ist dem Flachdrehschieber 3 ein Begrenzungsdrehschieber 4 mit Steueröffnungen 422; 423 axial nachgeordnet.
Dieser Begrenzungsdrehschieber 4 wird parallel zum Flachdrehschieber 3 kurbelwellensynchron über die Welle 61 des mechanischen Untersetzungstriebes 6 mittelbar angetrieben. Die Welle 61 treibt den erfindungsgemäßen ersten Winkelsteller 7, wobei dessen Ausgangswelle 71 mit einem Zahnrad 72 in die Außenverzahnung V4 des Begrenzungsdrehschiebers 4 eingreift und ihn antreibt.
In den 2 und 3 ist jeweils nur eine Hälfte eines Begrenzungsdrehschiebers 4 zusammen mit dem dahinterliegenden Flachdrehschieber 3 schematisch, nur mit ihren Steueröffnungen 322; 323; 422; 423 versehen, gezeigt. Demgemäß weisen beide Drehschieber jeweils zwei der dargestellten Paare von Steueröffnungen um 180° Drehwinkel versetzt auf.
Der Erstreckungswinkel der Steueröffnungen 422 des Begrenzungsdrehschiebers 4 ist gleich dem Erstreckungswinkel der Steueröffnungen 322 des Flachdrehschiebers 3. Siehe dies in 2.
Bei gleicher Lage der Steueröffnungen 422 zu den Steueröffnungen 322 des Flachdrehschiebers 3 weisen beide Steueröffnungen 322; 422 einen etwa gleichen Öffnungswinkel und -querschnitt auf. Es ist im Bereich der beiden Drehschieber eine ungedrosselte Strömung möglich.
Infolgedessen, dass der Begrenzungsdrehschieber 4 über den zwischengeschalteten ersten Winkelsteller 7 angetrieben wird, ist er während des Betriebes in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber 3 veränderbar.
Je größer die über den ersten Winkelsteller 7 eingestellte Verdrehung α zwischen Flachdrehschieber 3 und Begrenzungsdrehschieber 4 von der Lage ist, bei der sich die Flächen der Steueröffnungen 422 des Begrenzungsdrehschiebers 4 und der Steueröffnungen 322 des Flachdrehschiebers voll überdecken – siehe 2 –, um so geringer wird der wirksame Querschnitt der Steueröffnungen 322' des Flachdrehschiebers 3, siehe 3 im Vergleich zu 2.
Vorzugsweise wird die Steueröffnung 423 des Begrenzungsdrehschiebers 4 für den Auslasskanal 23 so bemessen, dass die Steueröffnung 323 des Flachdrehschiebers 3 auch bei Verstellung zueinander stets ihren vollen Querschnitt aufweist, siehe 2 und 3. Dies bedeutet, dass der Erstreckungswinkel der Steueröffnungen 423 des Begrenzungsdrehschiebers 4 um den Winkelverstellbereich α größer als der Erstreckungswinkel der Steueröffnungen 323 des Flachdrehschiebers 3 ist.
Der erste Winkelsteller 7 und der zweite Winkelsteller 60 werden von einem Motorsteuergerät 8 entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand des Motors angesteuert und gestellt, um den wirksamen Querschnitt der Steueröffnungen als auch die gemeinsame Drehwinkellage von Flach- 3 und Begrenzungsdrehschieber 4 zur Kurbelwelle KW zu verändern.
4 zeigt ähnlich der 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kolbenmotors mit über dem Zylinderraum ZR im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber, jedoch mit elektrischem Antrieb der Flachdrehschieber. Der Flachdrehschieber 3 ist kurbelwellensynchron, jedoch mit in einem im festen Verhältnis niedrigerer Drehzahl von einem Elektromotor 9 über die Welle 61 angetrieben. Dem Flachdrehschieber 3 ist ein Begrenzungsdrehschieber 4 mit Steueröffnungen 422; 423 axial nachgeordnet, der parallel zum Flachdrehschieber 3 vom Elektromotor 9 über einen ersten Winkelsteller 7 in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber 3 veränderbar angetrieben ist.
Die Synchronisation der Drehung des Elektromotors 9 wird über das Steuergerät 8 gewährleistet, dem hierzu vom Aufnehmer 81 von der Drehwinkelstellung der Kurbelwelle KW Signale β und das Drehzahlsignal n eingangsseitig angeschlossen sind.
Ebenso wird vom Steuergerät 8 über den ersten Winkelsteller 7 die Drehwinkellage des Begrenzungsdrehschiebers 4 zum Flachdrehschieber 3 bestimmt und eingestellt.
5 zeigt, ähnlich der 4, eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kolbenmotors mit über dem Zylinderraum ZR im Zylinderblock oder -kopf angeordneten elektrisch angetriebenen Flachdrehschieber 3 und zusätzlich einem elektrischen Antrieb für den Begrenzungsdrehschieber 4.
Ein Elektromotor 10 treibt über eine Welle 11 das Zahnrad 72 und dieses den Begrenzungsdrehschieber 4 an.
Die Synchronisation der Drehung dieses Elektromotors 10 zur Kurbelwelle KW wird gleichfalls über das Steuergerät 8 gewährleistet und auch die Drehwinkellage des Begrenzungsdrehschiebers 4 zum Flachdrehschieber 3 bestimmt und eingestellt.
Einzelheiten der Steuerung der Elektromotoren 9; 10 für Flachdrehschieber 3 und Begrenzungsdrehschieber 4 sind nicht Gegenstand dieser Anmeldung. Demgemäss wurde z. B. auf die Darstellung von Aufnehmern für die Drehwinkelstellungen des Flachdrehschiebers 3 und Begrenzungsdrehschiebers 4 und ggf. zugehörige Signalverbindungen verzichtet.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Flachdrehschieberanordnung ist in den Ausführungen nach 4 und 5 jeweils gleichartig, wie zur Ausführung gemäß 1 beschrieben.

Claims

Kolbenmotor mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber folgender Bauart, – im Brennraumboden ist je eine Einlass- und Auslassöffnung vor dem Flachdrehschieber angeordnet, – im kurbelwellensynchron über einen mechanischen Untersetzungstrieb angetriebenen Flachdrehschieber sind Steueröffnungen angeordnet, die einen Einlass- und Auslasskanal im Zylinderkopf mittels dieser Steueröffnungen zur Einlass- und Auslassöffnung des Zylinderraums hin absperren oder freigeben, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flachdrehschieber (3) ein Begrenzungsdrehschieber (4) mit Steueröffnungen (422; 423) axial nachgeordnet ist, der parallel zum Flachdrehschieber (3) kurbelwellensynchron über den mechanischen Untersetzungstrieb (6) angetrieben ist, jedoch über einen ersten Winkelsteller (7) in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber (3) veränderbar ist.
Kolbenmotor mit über dem Zylinderraum im Zylinderblock oder -kopf angeordneten Flachdrehschieber folgender Bauart, – im Brennraumboden ist je eine Einlass- und Auslassöffnung vor dem Flachdrehschieber angeordnet, – im kurbelwellensynchron, jedoch mit niedrigerer Drehzahl angetriebenen Flachdrehschieber sind Steueröffnungen angeordnet, die einen Einlass- und Auslasskanal im Zylinderkopf mittels dieser Steueröffnungen zur Einlass- und Auslassöffnung des Zylinderraumes hin absperren oder freigeben, gekennzeichnet durch folgende Merkmale, – der Flachdrehschieber (3) ist kurbelwellensynchron, jedoch mit niedrigerer Drehzahl von einem Elektromotor (9) angetrieben, – dem Flachdrehschieber (3) ist ein Begrenzungsdrehschieber (4) mit Steueröffnungen (422; 423) axial nachgeordnet, der parallel zum Flachdrehschieber (3) von einem Elektromotor (9; 10) in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber (3) veränderbar angetrieben ist.
Kolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsdrehschieber (4) über einen ersten Winkelsteller (7) in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber (3) veränderbar angetrieben ist.
Kolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsdrehschieber (4) kurbelwellensynchron, jedoch mit niedrigerer Drehzahl von einem Elektromotor (10) in seiner Drehwinkellage zum Flachdrehschieber (3) veränderbar angetrieben ist.
Kolbenmotor nach jeweils einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erstreckungswinkel der Steueröffnungen (422) des Begrenzungsdrehschiebers (4) gleich dem Erstreckungswinkel der Steueröffnungen (322) des Flachdrehschiebers (3) sind.
Kolbenmotor nach jeweils einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erstreckungswinkel der Steueröffnungen (423) des Begrenzungsdrehschiebers (4) um den Winkelverstellbereich (α) größer als der Erstreckungswinkel der Steueröffnungen (323) des Flachdrehschiebers (3) sind.
Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im mechanischen Untersetzungstrieb (6) vor dem Flachdrehschieber (3) ein zweiter Winkelsteller (60) angeordnet ist.
Kolbenmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkelsteller (7) und der zweite Winkelsteller (60) direkt oder indirekt von einem Motorsteuergerät (8) angesteuert einstellbar sind.