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Die
Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor im Viertaktbetrieb mit
zumindest einem von einem längsverschiebbaren
Kolben gebildeten Kolbenraum, der mit einem Einlasskanal sowie einem
Auslasskanal in Verbindung bringbar ist, wobei zur Verbindung des
Kolbenraums mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal ein einziges
Ventil vorgesehen ist und dem Ventil ein als Längsschieber ausgebildetes Steuermittel
zugeordnet ist, das die Verbindung des Ventils mit dem Einlasskanal
und dem Auslasskanal steuert.
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Ein
gattungsgemäßer im Viertaktbetrieb
arbeitender Verbrennungsmotor ist aus der
DE 36 44 865 A1 bekannt.
Derartige Verbrennungsmotoren, bei denen anstelle jeweils zumindest
eines Auslassventils und eines Einlassventils lediglich ein Ventil vorgesehen
ist, das die Verbindung des Kolbenraums mit dem Einlasskanal und
dem Auslasskanal steuert, weisen durch den Wegfall von Ventilen
einen einfachen Aufbau auf und ermöglichen einen großen Ventilquerschnitt.
Hierdurch ist ein großer
Einlassquerschnitt erzielbar, wodurch eine Leistungserhöhung, eine
Schadstoffreduzierung und eine Kraftstoffreduzierung erzielbar ist.
Zur Verbindung des Ventils mit dem Einlasskanal bzw. dem Auslasskanal ist
bei derartigen Verbrennungsmotoren ein Steuermittel erforderlich.
Aus der
DE 36 44 865
A1 sind Ausgestaltungen des Steuermittels als Drehschieberventil
oder Längsschieberventil
offenbart.
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In
der
4 der
DE
36 44 865 A1 ist eine Anordnung gezeigt, bei der ein koaxial
zum Ventil angeordnetes, als Längsschieber
ausgebildetes Steuermittel vorgesehen ist. Zur Betätigung des
Längsschiebers
ist die Nockenwelle neben einem das Ventil betätigenden Nocken mit zumindest
einem weiteren Nocken versehen, der den Längsschieber entgegen einer
Feder betätigt.
Die Anordnung des Längsschiebers
koaxial zu dem Ventil und die Betätigung des Längsschiebers
entgegen der Kraft einer Feder durch einen zusätzliche Nocken verursacht jedoch eine
hohen Bauaufwand.
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Aus
der
DE 31 08 813 A1 ist
ein Verbrennungsmotor im Viertaktbetrieb offenbart, bei dem der Kolbenraum
mittels eines Ventils mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal
verbindbar ist. Zur Steuerung der Verbindung des Einlasskanals bzw. des
Auslasskanals mit dem Ventil ist ein Steuermittel vorgesehen, das
von einer als Drehschieber ausgebildeten Steuerhülse gebildet ist. Die Betätigung der Steuerhülse erfolgt über ein
Kegelrad, das an einer Nockenwelle angeordnet ist, die mit einem
das Ventil betätigenden
Nocken versehen ist. Die Ausbildung des Steuermittels als von einem
Drehschieber gebildeten Steuerhülse
und der Antrieb der Steuerhülse mittels
eines Kegelrades verursacht jedoch einen hohen Bauaufwand.
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Aus
der nicht gattungsgemäßen
DE 38 41 839 A1 ist
eine Ventilanordnung für
einen Verbrennungsmotor offenbart, bei der die Öffnungsbewegung und die Schließbewegung
der Ventile zwangsgesteuert über
Nocken erfolgt. Die Ventile können hierbei
als Flachschieberventile oder Rotationsventile ausgebildet sein.
Die Ausbildung der Ventile als zwangsgeführte Flachschieberventile bzw.
Rotationsventile und deren Lagerung im Zylinderkopf verursacht jedoch
einen hohen Bauaufwand.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäße Verbrennungsmotor
zur Verfügung
zu stellen, der einen verringerten Bauaufwand verursacht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Ventil und der Längsschieber mittels
eines Nockens betätigbar
sind und der Längsschieber
an dem Nocken zwangsgeführt
ist. Erfindungsgemäß sind somit
das Ventil und das als Längsschieber
ausgebildete Steuermittel von einem einzigen Nocken betätigbar.
Der Längsschieber
ist hierbei an dem Nocken zwangsgeführt, wobei keine Feder für den Längsschieber
erforderlich ist. Insgesamt ergibt sich somit durch die getrennte
Anordnung des Ventils und des Längsschiebers,
die gemeinsame Betätigung
des Ventils und des Längsschiebers durch
einen gemeinsamen Nocken und dem Entfall einer Feder für den Längsschieber
ein Verbrennungsmotor mit geringem Bauaufwand.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Längsschieber
mit einer bügelförmigen Nockenführung versehen.
Mittels einer bügelförmigen Nockenführung, die
auf einfache Weise an dem Längsschieber
herstellbar ist, kann der Längsschieber
mittels des Nockens mit geringem Bauaufwand zwangsgeführt werden.
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Besondere
Vorteile sind erzielbar, wenn die Nockenführung im mittleren Bereich
des Steuerschiebers zwischen zwei Steuerkanten des Steuerschiebers
angeordnet ist, wobei eine erste Steuerkante des Einlasskanal und
eine zweite Steuerkante den Auslasskanal steuert. Mit einer derartigen
Anordnung der Nockenführung
kann eine günstige
Kanalführung
für den
Einlasskanal und den Auslasskanal sowie eine einfache Bauweise des
Längsschiebers mit
im Außenbereich
angeordneten Steuerkanten erzielt werden. Zudem wird eine thermisch
günstige Anordnung
des Längsschiebers
im Bereich des Nackens erzielt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist der Längsschieber
senkrecht zu dem Ventil angeordnet. Durch diese Anordnung des Längsschiebers
senkrecht zu dem Ventil kann mit geringem Bauaufwand eine Zwangsführung des
Längsschiebers
von dem ebenfalls das Ventil betätigenden Nocken
erzielt werden.
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Der
Längsschieber
ist hierbei gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung zwischen einer ersten Stellung, in der Einlasskanal
geöffnet
ist und der Auslasskanal abgesperrt ist und einer zweiten Stellung,
in der Einlasskanal abgesperrt und der Auslasskanal geöffnet ist,
mittels des in der Nockenführung
angeordneten Nockens verschiebbar. Hierdurch kann die Verbindung
des Ventils mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal auf einfache
Weise gesteuert werden.
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Zweckmäßigerweise
ist der Nocken und die Nockenführung
derart ausgebildet, dass während des
Ansaugtaktes der Längsschieber
in die erste Stellung beaufschlagt ist und das Ventil in die Öffnungsstellung
beaufschlagt ist. Hierdurch kann über den in die erste Stellung
beaufschlagten Steuerschieber, in der der Einlasskanal geöffnet ist,
und das in die Öffnungsstellung
beaufschlagte Ventil eine Verbindung des Kolbenraums mit dem Einlasskanal
zum Ansaugen von Frischgas hergestellt werden.
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Der
Nocken und die Nockenführung
sind weiterhin mit besonderem Vorteil derart ausgebildet, dass während des
Auslasstaktes der Längsschieber in
die zweite Stellung beaufschlagt ist und das Ventil in die Öffnungsstellung
beaufschlagt ist. In der zweiten Stellung des Längsschiebers ist der Auslasskanal geöffnet, wobei
durch das geöffnete
Ventil Abgas von dem Kolbenraum in den Auslasskanal strömen kann.
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Weiterhin
ist der Nocken und die Nockenführung
derart ausgebildet, dass während
des Verdichtungstaktes und des Expansionstaktes das Ventil in die
Sperrstellung beaufschlagt ist und der Steuerschieber von der ersten
Stellung in die zweite Stellung beaufschlagbar ist. Hierdurch kann
bei geschlossenem Ventil eine Umsteuerung des Längsschiebers von der ersten
Stellung, in der der Einlasskanal während des Ansaugtaktes geöffnet ist,
in die zweite Stellung, in der der Auslasskanal für den Auslasstakt
geöffnet
wird, auf einfache Weise sichergestellt werden.
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Besondere
Voreile ergeben sich, wenn der Nocken und die Nockenführung derart
ausgebildet ist, dass im Bereich des oberen Totpunktes zwischen dem
Auslasstakt und dem Ansaugtakt das Ventil geöffnet bleibt und der Längsschieber
von der zweiten Stellung in die erste Stellung beaufschlagbar ist. Hierdurch
wird erzielt, dass das Ventil zwischen dem Auslasstakt und dem Einlasstakt
geöffnet
bleibt und mittels des Längsschiebers
der Kolbenraum am Ende des Auslasstaktes mit dem Auslasskanal und zu
Beginn des Einlasstaktes mit dem Einlasskanal verbunden wird.
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Zweckmäßigerweise
ist der Nacken und die Nockenführung
derart ausgebildet, dass im Bereich des unteren Totpunktes zwischen
dem Expansionstakt und dem Auslasstakt der Längsschieber in die zweite Stellung
beaufschlagbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise zu Beginn
des Auslasstaktes durch eine Beaufschlagung des Längsschiebers
in die zweite Stellung eine Öffnung
des Auslasskanals sichergestellt werden.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn der Kolben mit einer einen Brennraum
bildenden Vertiefung versehen ist. Hierdurch wird auf einfache Weise ermöglicht,
dass das Ventil zwischen dem Auslasstakt und dem Ansaugtakt in die Öffnungsstellung
beaufschlagt bleiben kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist der Nocken zwei Nockenerhebung auf. Hierdurch ist
mit geringem Bauaufwand erzielbar, dass bei allen Drehwinkeln des
Nockens eine Nockenerhebung zur Steuerung des Ventils und eine zweite
Nockenerhebung zur Zwangsführung
und Steuerung des Längsschiebers
zur Verfügung
steht.
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Während des
Ansaugtaktes und des Auslasstaktes ist hierbei mittels einer Nockenerhebung
das Ventil in die Öffnungsstellung
beaufschlagbar und mittels der weiteren Nockenerhebung der Längsschieber
steuerbar. Hierdurch kann auf einfache Weise mittels einer Nockenerhebung
das Ventil aufgesteuert und mittels der weiteren Nockenerhebung
der Längsschieber
zwangsgeführt
werden.
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Während des
Verdichtungstaktes und des Expansionstaktes sind mit besonderem
Vorteil beide Nockenerhebungen in der Nockenführung des Längsschiebers angeordnet, wobei
auf einfache Weise erzielt wird, dass das Ventil während des
Verdichtungstaktes und des Expansionstaktes in die Sperrstellung
beaufschlagt ist.
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Der
Nocken weist gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung einen Grundkreis auf,
an dem die Nockenerhebungen ausgebildet sind, wobei die Nockenerhebungen
schmaler als der Grundkreis sind und wobei die Nockenführung mit
einer ersten Führungsfläche für die Nockenerhebungen
und einer zweiten Führungsfläche für den Grundkreis
versehen ist. In der Nockenführung
des Längsschiebers
sind je nach Drehwinkel des Nockens eine Nockenerhebung oder beide
Nockenerhebungen angeordnet, die mit der ersten Führungsfläche in Wirkverbindung
stehen. Um die Zwangsführung
des Längsschiebers
sicherzustellen, wenn lediglich eine Nockenerhebung in der Nockenführung angeordnet ist,
ist die zweite Führungsfläche vorgesehen,
die mit dem Grundkreis des Nockens in Wirkverbindung steht. Durch
die gegenüber
dem Grundkreis schmalere Gestaltung der Nockenerhebung kann hierbei die
erste Führungsfläche und
die zweite Führungsfläche an der
Nockenführung
auf einfache Weise und bei geringem Bauaufwand axial benachbart
nebeneinander ausgebildet werden.
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Die
erste Führungsfläche ist
zweckmäßigerweise
als im wesentlichen kreisbogenförmige
Führungsfläche ausgebildet
und die zweite Führungsfläche von
einer geradliniegen Führungsfläche gebildet. Hierdurch
kann die Zwangsführung
des Längsschiebers
durch den mit dem Grundkreis und den Nockenerhebungen versehenen
Nocken auf einfache Weise erzielt werden.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei
zeigt
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1 einen
erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors
im Schnitt,
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2 den
Verbrennungsmotor im Ansaugtakt-Ende/Verdichtungstakt-Beginn,
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3 den
Verbrennungsmotor im Verdichtungstakt-Ende/Expansionstakt-Beginn,
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4 den
Verbrennungsmotor im Expansionstakt-Ende/Auslasstakt-Beginn und
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5 den
Verbrennungsmotor im Auslasstakt-Ende/Einlasstakt-Beginn.
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor 1 mit
einem in einer Zylinderbohrung 2 eines Motorblocks 3 längsverschiebbaren
Kolben 4 gezeigt. Der Kolben 4 bildet mit dem
Motorblock 3 einen Kolbenraum 5, der mittels eines
Ventils 6 mit einem in einem Zylinderkopf 7 ausgebildeten Einlasskanal 8 und
Auslasskanal 9 in Verbindung bringbar ist.
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Das
Ventil 6 ist mittels eines an einer Nockenwelle angeordneten
Nockens 10 von einer Sperrstellung entgegen der Kraft einer
Feder 11 in eine Öffnungsstellung
beaufschlagbar.
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Dem
Ventil 6 ist ein als Längsschieber 12 ausgebildetes
Steuermittel 13 zugeordnet, das die Verbindung des Ventils 6 mit
dem Einlasskanal 8 bzw. dem Auslasskanal 9 steuert.
Der Längsschieber 12 weist
hierzu an den beiden Enden tellerförmige Steuerkanten 12a, 12b auf,
wobei die Steuerkante 12a den Einlasskanal 8 und
die Steuerkante 12b den Auslasskanal 9 steuert.
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Erfindungsgemäß ist der
Längsschieber 12 ebenfalls
mittels des Nockens 10 betätigbar und weist im mittleren
Bereich zwischen den Steuerkanten 12a, 12b eine bügelförmige Nockenführung 14 auf,
mittels der der Längsschieber 12 an
dem Nocken 10 zwangsgeführt
ist.
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Der
Steuerschieber 12 ist hierbei senkrecht zu dem Ventil 6 angeordnet
und im Zylinderkopf 7 verschiebbar gelagert.
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Der
Längsschieber 12 ist
mittels des Nockens 10 zwischen einer dargestellten ersten
Stellung, in der mittels der Steuerkante 12a der Einlasskanal 8 geöffnet und
mittels der Steuerkante 12b der Auslasskanal 9 abgesperrt
ist und einer zweite Stellung verschiebbar, in der mittels der Steuerkante 12a der
Einlasskanal 8 abgesperrt und mittels der Steuerkante 12b der
Auslasskanal 9 geöffnet
ist.
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Der
Nocken 10 weit hierbei zwei Nockenerhebungen 10a, 10b,
die an einem Grundkreis 10c angeordnet sind. Die Nockenerhebungen 10a, 10b sind in
axialer Richtung schmaler als der Grundkreis 10c ausgebildet.
Die Nockenführung 14 ist
mit einer ersten Führungsfläche 14a für die Nockenerhebungen 10a, 10b und
einer zweiten Führungsfläche 14b für den Grundkreis 10c versehen.
Die erste Führungsfläche 14a ist
hierbei im wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet. Die zweite
Führungsfläche 14b ist
von einer geradlinigen Führungsfläche gebildet,
die senkrecht zu der Längsachse
des Längsschiebers 12 angeordnet
ist.
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In
der 1 und der 2 ist der
Verbrennungsmotor im Ansaugtakt dargestellt. Mittels der Nockenerhebung 10b ist
das Ventil 6 in die Öffnungsstellung
beaufschlagt. Der Längsschieber 12 ist
von der in der Nockenführung 14 angeordneten
zweiten Nockenerhebung 10a und dem Grundkreis 10c zwangsgeführt und
in die erste Stellung beaufschlagt, in der Einlasskanal 8 geöffnet und
der Auslasskanal 9 abgesperrt ist.
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Nach
Durchlaufen des unteren Totpunktes gelangt der Verbrennungsmotor
in den in der 3 dargestellten Verdichtungstakt.
Das Ventil 6 liegt hierbei am Grundkreis 10c des
Nockens 10 an und ist von der Feder 11 in der
Sperrstellung beaufschlagt. Der Längsschieber 12 ist
von den in der Nockenführung 14 angeordneten
Nockenerhebungen 10a, 10b zwangsgeführt und
wird mittels des Nockens 10 von der ersten Stellung in
Richtung der zweiten Stellung beaufschlagt.
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Nach
Durchlaufen des oberen Totpunktes gelangt der Verbrennungsmotor 1 in
den in der 4 dargestellten Expansionstakt.
Das Ventil 6 liegt hierbei weiterhin am Grundkreis 10c des
Nockens 10 an und ist von der Feder 11 in der
Sperrstellung beaufschlagt. Der Längsschieber 12 ist
weiterhin von den in der Nockenführung 14 angeordneten
Nockenerhebungen 10a, 10b zwangsgeführt und
wird mittels des Nockens 10 von der ersten Stellung in
Richtung der zweiten Stellung beaufschlagt.
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Nach
Durchlaufen des unteren Totpunktes gelangt der Verbrennungsmotor
in den in der 5 dargestellten Auslasstakt.
Der Nocken 10 und die Nockenführung 14 sind hierbei
derart ausgebildet, dass im Bereich des unteren Totpunktes der Längsschieber 12 in
die zweite Stellung beaufschlagt ist und das Ventil 6 mittels
der Nockenerhebung 10a in die Öffnungsstellung beaufschlagt
wird. Während des
Auslasstaktes ist das Ventil 6 mittel der Nockenerhebung 10a in
die Öffnungsstellung
beaufschlagt. Der Längsschieber 12 ist
von dem in der Nockenführung 14 angeordneten
Grundkreis 10c und der Nockenerhebung 10b zwangsgeführt und
die zweite Stellung beaufschlagt, in der Auslasskanal 9 geöffnet ist.
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Im
Bereich des oberen Totpunktes zwischen dem Auslasstakt und dem Ansaugtakt
ist der Nocken 10 mit den Nockenerhebungen 10a, 10b und
die Nockenführung 14 derart
ausgebildet, dass das Ventil 6 in der Öffnungsstellung beaufschlagt
bleibt und der Längsschieber 12 von
der zweiten Stellung in die erste Stellung beaufschlagt wird. Der
Kolben 4 ist hierbei mit einer einen Brennraum bildenden
Vertiefung 20 versehen.
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Während des
Verdichtungstaktes und des Expansionstaktes sind beide Nockenerhebungen 10a, 10b zur
Zwangsführung
des Längsschiebers 12 in
der Nockenführung 14 angeordnet.
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Während des
Einlasstaktes und des Auslasstaktes ist mittels einer Nockenerhebung 10a bzw. 10b das
Ventils 6 in die Öffnungsstellung
beaufschlagbar. Die jeweils andere Nockenerhebung 10b bzw. 10a und
der Grundkreis 10c sind in der Nockenführung 14 zur Zwangsführung des
Längsschiebers 12 angeordnet.
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Die
gemeinsame Betätigung
des Ventils 6 und des Längsschiebers 12 mittels
eines Nockens 10 und die Zwangsführung des Längsschiebers 12 mittels
des Nockens 10 ermöglicht
eine einfache Steuerung des Längsschiebers 12 und
des Ventils 6 und somit eine Bauweise des Verbrennungsmotors. Durch
die Zwangsführung
des Längsschiebers 12 mittels
des Nockens 10 sind hierbei am Längsschieber 12 keine
Federn erforderlich, wodurch sich geringe Reibungsverluste ergeben.
Am Ventil 6 und dem Längsschieber 12 ergeben
sich wenige Reibungsflächen,
die eine Schmierung erfordern. Zudem ergibt sich durch die Anordnung
des Längsschiebers 12 im oberen
Teil des Zylinderkopfes 7 im Bereich des Nockens 10 eine
thermisch günstige
Anordnung des Längsschiebers 12.
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Der
Verbrennungsmotor kann hierbei als Selbst- oder Fremdzünder ausgebildet
sein.