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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren
und insbesondere auf einen Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor.
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Hintergrund
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Ein
Zylinderkopf wird typischerweise in Verbindung mit einem Hauptkörper
eines Verbrennungsmotors verwendet, um ein Ende eines Zylinder abzuschließen,
der in dem Hauptkörper des Verbrennungsmotors geformt ist.
Der Zylinder, sich in dem Zylindern hin und her bewegende Kolben
und der Zylinderkopf definieren eine Brennkammer mit einem variablen
Volumen dazwischen. Ein Ventil ist in dem Verbrennungsmotor angeordnet,
um einen Luftfluss oder eine Mischung aus Luft und Brennstoff in
die Brennkammer zu liefern. Typischerweise ist ein davon getrenntes
Ventil in dem Zylinderkopf angeordnet, um eine Ableitung von Abgasen
aus der Brennkammer vorzusehen.
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Bei
den meisten Verbrennungsmotoren werden Sitzventile verwendet, um
das Hereinfließen und das Herausfließen von Gasen
in die bzw. aus der Brennkammer zu steuern. Diese Sitzventile werden typischerweise
durch eine Nockenwelle aktiviert, die drehfest bzw. zur Drehbewegung
durch ein Antriebselement mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
gekoppelt ist. Das drehfeste Koppeln der Kurbelwelle mit der Nockenwelle
sieht eine konstante Übersetzung zwischen der Drehzahl
der Kurbelwelle und der Drehzahl der Nockenwelle vor. Die Aktivierung
der einzelnen Ventile ist somit an die Drehung der Kurbelwelle gebunden.
Oft ist keine unabhängige Steuerung der Ventile möglich,
auch wenn es erwünscht ist, eine verbesserte Motorleistung
und/oder verbesserte Emissionscharakteristiken zu erreichen.
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Die
Sitzventile sind typischerweise in eine geschlossene Position federvorgespannt.
Um das Ventil zu öffnen, muss die Nockenwelle zuerst die Vorspannung der
Federn überwinden, was zu einem großen Energieaufwand
zum Öffnen der Ventile führt.
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Ein
alternativer Zylinderkopf, der darin aufgenommene kugelförmige
Dreheinlass- und -auslassventile verwendet, ist im
US-Patent Nr. 6 779 504 gezeigt, dass
an Coates am 24. August 2004 erteilt wurde. Der Zylinderkopf von
Coates wird durch zwei getrennte Körperteile gebildet.
Die Körperteile definieren, wenn sie aneinander montiert
sind, eine Vielzahl von kugelförmigen Ventilkammern. Die
Ventilkammern entsprechen jeweils der Form eines einzelnen kugelförmigen
Ventils, das darin aufgenommen werden soll. Jeder der zwei Körperteile
des Zylinderkopfes hat eine Vielzahl von darin ausgeformten Hohlräumen,
die eine Hälfte der kugelförmigen Ventilkammern
bilden.
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Getrennte
Kühlströmungsmittelkammern sind in jedem der getrennten
Körperteile des Zylinderkopfes vorgesehen. Ein oberer der
Körperteile hat Einlassdurchlässe, die eine jeweilige
Ventilkammer mit einer Einlasssammelleitung verbinden, die darin ausgeformt
ist. Ein unterer der Körperteile hat darin ausgeformte
Einlassdurchlässe, die eine jeweilige Ventilkammer mit
einer Auslasssammelleitung verbinden.
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Ein
Luftfluss zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinder wird durch
jedes der kugelförmigen Drehventile gesteuert, die in dem
Zylinderkopf aufgenommen sind. Insbesondere wird ein Fluss von Gasen
durch eine Öffnung in der kugelförmigen Oberfläche
des Drehventils gestattet, die in Ausrichtung mit einer Flussöffnung
im unteren Körperteil des Zylinderkopfes gebracht wird,
und durch die Seitenflächen der kugelförmigen
Drehventile. Um einen erforderlichen Luftfluss durch das Drehventil
vorzusehen, hat das Drehventil auch eine gewisse Größe
und insbesondere eine gewisse Höhe.
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Insbesondere
wenn große Luftflüsse erforderlich sind, kann
die Größe des Drehventils sehr groß werden,
was somit einen entsprechend großen Zylinderkopf nötig
macht, der zur Aufnahme der Drehventile verwendet werden muss. Ein
solch großer Zylinderkopf führt zu gesteigerten
Kosten davon. Weiterhin müssen die Körperteile
getrennt hergestellt werden, was unterschiedliche Formen für
die jeweiligen Körper nötig macht, was zu hohen
Herstellungskosten für die Körperteile des Zylinderkopfes
führt. Die Oberflächen der Körperteile,
die zueinander hinweist, müssen maschinell (spanend) bearbeitet
werden, um eine Abdichtung der dadurch geformten Ventilkammern zu
gestatten. Aufgrund ungleichmäßiger Aufheizung
der getrennten Körperteile könnte sich die Geometrie
der Ventilkammern während des Betriebs verändern,
wodurch negativ der Fluss des Strömungsmittels dort hindurch
beeinflusst wird. Die jeweiligen Größen der Einlassdurchlässe
und der Auslassdurchlässe sind teilweise durch die Höhe
des jeweiligen Körperteils begrenzt, indem sie ausgeformt
sind, wodurch der maximale Luftfluss durch den Zylinderkopf beeinflusst
wird.
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Die
vorliegende Anmeldung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Zylinderkopf für
einen Verbrennungsmotor gerichtet. Der Zylinderkopf kann eine Ventilkammer
aufweisen, die geformt ist, um mindestens zwei Drehventile darin
aufzunehmen. Der Zylinderkopf kann auch mindestens zwei erste Durchlässe
aufweisen, die sich zwischen der Ventilkammer und einer Unterseite
des Zylinderkopfes erstrecken. Der Zylinderkopf kann weiter einen
Flussdurchlass aufweisen, um eine Strömungsmittelverbindung
zwischen der Ventilkammer und dem Äußeren des
Zylinderkopfes vorzusehen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Zylinderkopfanordnung gerichtet,
die einen Zylinderkopf und eine Vielzahl von Ventilkammern aufweist,
die in dem Zylinderkopf ausgeformt sind, wobei die Vielzahl von
Ventilkammern mindestens zwei Gruppen von Ventilkammern aufweist,
wobei jede Gruppe die gleiche Anzahl von Ventilkammern enthält.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht von Teilen eines Verbrennungsmotors
mit einem beispielhaften Zylinderkopf;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des Zylinderkopfes der 1;
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3 ist
eine Draufsicht des Zylinderkopfes der 2;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Unterteil des Zylinderkopfes
der 1 zeigt;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Oberteil des Zylinderkopfes
der 1 mit einer daran montierten Abdeckplatte zeigt;
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6 ist
eine Querschnittsansicht des Zylinderkopfes entlang der Linie VI-VI
in 3 mit zusätzlichen darin montierten Elementen;
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7 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 6;
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8 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7;
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9 ist
eine Teildraufsicht des Zylinderkopfes der 2 mit darin
angeordneten Drehventilen;
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10 ist
eine Endansicht eines alternativen Zylinderkopfes;
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11 ist
eine Draufsicht eines beispielhaften Drehventils, welches in einem
Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors verwendet werden soll;
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12 ist
eine Querschnittsansicht des Drehventils entlang der Linie B-B in 11;
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13 ist
eine Seitenansicht des Drehventils der 11;
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14 ist
eine Querschnittsansicht des Drehventils entlang der Linie A-A in 11;
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15 ist
eine weitere Seitenansicht des Drehventils der 11;
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16 ist
eine perspektivische Ansicht des Drehventils der 11;
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17 ist
eine Querschnittsansicht, ähnlich der 14,
eines alternativen Drehventils;
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18 ist
eine Querschnittsansicht, ähnlich der 12,
eines alternativen Drehventils;
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19 ist
eine Querschnittsansicht einer Antriebswelle für sich drehende
Drehventile;
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20 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schnittes
der Antriebswelle gemäß 19 mit
einem daran montierten Drehventil;
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21(a) ist eine Querschnittsansicht einer Deflektor/Lageranordnung;
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21(b) ist eine Querschnittansicht einer alternativen
Deflektor/Lageranordnung;
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22 ist
eine Querschnittsansicht einer Deflektoranordnung;
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23 ist
eine schematische Endansicht eines Verbrennungsmotors, der einen
Antriebsmechanismus zum Antreiben von Drehventilen zeigt, die in dem
Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sind,
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24(a) ist eine Endansicht eines Verbrennungsmotors;
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24(b) ist eine Draufsicht eines Verbrennungsmotors,
die einen alternativen Antriebsmechanismus zum Antreiben von Drehventilen
zeigt, die in dem Zylinderkopf des Motors angeordnet sind;
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25 ist
eine Endansicht eines Verbrennungsmotors, die einen weiteren alternativen
Antriebsmechanismus zum Antreiben von Drehventilen zeigt, die in
dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sind;
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26(a) ist eine Endansicht eines Verbrennungsmotors;
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26(b) ist eine Draufsicht eines Verbrennungsmotors;
und
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26(c) ist eine vergrößerte
schematische Querschnittsansicht durch einen Antriebsmotor, wobei
ein weiterer alternativer Antriebsmechanismus zum Antrieb von Drehventilen
gezeigt ist, die in dem Zylinderkopf angeordnet sind.
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Detaillierte Beschreibung
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In
der folgenden Beschreibung können relative Ausdrücke,
wie beispielsweise oben, unten, seitlich, links, rechts usw. verwendet
werden, um gewisse Elemente zu beschreiben. Diese relativen Ausdrücke
werden nur zu Beschreibungszwecken verwendet und sollen nicht als
für die Anmeldung einschränkend angesehen werden.
Im Folgenden wird ein Flussquerschnitt bzw. Strömungsquerschnitt
für Öffnungen und Durchlässe beschrieben.
In diesen Fällen wird sich der Ausdruck „Strömungsquerschnitt” auf
die kleinste Querschnittsfläche der Öffnung, des Durchlasses
usw. beziehen.
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Bezugszeichen
werden in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen verwendet,
um die in den Zeichnungen gezeigten Beispiele zu beschreiben. In
den unterschiedlichen Ansichten und Beispielen können die
gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Teile
zu bezeichnen.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Anmeldung. Zur Vereinfachung sind
ein Hauptmotorkörper 3 und ein Kurbelwellengehäuse 4 nur
schematisch gezeigt, während ein Zylinderkopf 7 des
Motors 1 detaillierter gezeigt ist. Wie der Fachmann erkennen
wird, kann der Motorhauptkörper 3 mindestens einen
(nicht gezeigten) darin ausgeformten Zylinder haben, um eine entsprechende
Anzahl von Kolben darin aufzunehmen. Der beispielhafte in 1 gezeigte
Motorhauptkörper 3 hat vier darin ausgebildete
Zylinder. Die vorliegende Anmeldung ist jedoch nicht auf einen Motor
mit vier Zylindern eingeschränkt.
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Das
Kurbelwellengehäuse 4 ist geeignet, um eine Kurbelwelle
aufzunehmen, die an die Kolben gekoppelt ist, wie in der Technik
wohl bekannt. Das Kurbelwellengehäuse 4 hat eine Öffnung 9 an
mindestens einem Ende davon, um zu gestatten, dass sich ein Teil
der Kurbelwelle aus dem Kurbelwellengehäuse 4 heraus
erstreckt.
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Der
Zylinderkopf 7 wird nun detaillierter bezüglich
der 2–9 der Zeichnungen
beschrieben, die einen beispielhaften Zylinderkopf zeigen. Der Zylinderkopf 7 weist
einen einteiligen Zylinderhauptkörper 11 und eine
Abdeckplatte 12 auf, die am Besten in 5 gezeigt
ist. Der Zylinderhauptkörper 11 hat eine Oberseite 15 (am
Besten in den 2 und 3 zu sehen),
eine Unterseite 16 (am Besten in 4 zu sehen),
gegenüberliegende Endstirnseiten 17 und 18 (am
Besten in den 4 und 5 zu sehen)
und gegenüberliegende Seiten 19, 20 (am Besten
in den 4 und 5 zu sehen).
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Der
Zylinderhauptkörper 11 hat eine Vielzahl von darin
ausgeformten Ventilkammern 24, wie am Besten in den Querschnittsansichten
der 6–8 gezeigt.
Insbesondere sind acht getrennte Ventilkammern 24 vorgesehen.
Die Ventilkammern 24 sind in zwei Gruppen A und B (7) von
jeweils vier Ventilkammern 24 aufgeteilt. Die zwei Gruppen
A und B der Ventilkammern 24 bilden jeweils eine Reihe
von benachbarten Ventilkammern 24. Die Ventilkammern 24 der
Gruppe A sind Lufteinlasskammern, und die Ventilkammern 24 der
Gruppe B sind Abgas- bzw. Auslasskammern, wie genauer unten offensichtlich
wird. Ein unterer Abschnitt der Ventilkammern 24 (d. h.
benachbart zur Unterseite 116) ist ausgeformt, um zur Form
des darin aufzunehmenden Drehventils zu passen. Durchlässe 27, 28,
die sich zwischen den Endstirnseiten 17, 18 und durch
die Ventilkammern der Gruppen A bzw. B erstrecken, sind im Hauptkörper 11 ausgeformt.
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Wie
genauer im Folgenden beschrieben wird, ist jede Ventilkammer 24 ausgeformt,
um zwei Drehventile 30 in einer Anordnung Seite an Seite
aufzunehmen, wie beispielsweise in 7 gezeigt.
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Einführdurchlässe 32 sind
im Zylinderhauptkörper 11 des Zylinderkopfes 7 vorgesehen,
der sich zwischen jeder der Ventilkammern 24 und der Oberseite 15 erstreckt.
Wie am Besten in 3 zu sehen ist, definiert jeder
der Durchlässe 32 eine im Allgemeinen herzförmige Öffnung 33 in
der Oberseite 15. Jede Öffnung 33 und
jeder Einführdurchlass 32 ist bemessen, um zu
gestatten, dass ein Drehventil 30 dort hindurch in die
assoziierte Ventilkammer 24 eingeführt wird. Jeder
Einführdurchlass 32 erweitert sich von seiner
jeweiligen Öffnung zu seiner jeweiligen Ventilkammer 24 in
Längsrichtung (siehe 6), hat jedoch
eine konstante Breite in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung
(siehe 8).
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Flussdurchlässe 36 sind
im Hauptkörper 11 vorgesehen, die sich zwischen
jeder Ventilkammer 24 und der Unterseite 16 erstrecken.
Zwei Flussdurchlässe 36 sind zwischen jeder Ventilkammer 24 und
der Unterseite 16 vorgesehen (einer für jedes
darin aufzunehmende Drehventil). Insbesondere erstrecken sich die
Flussdurchlässe 36 zwischen den Ventilkammern 24 und
den Ausnehmungen 38, die in der Unterseite des Hauptkörpers 11 ausgeformt
sind. In dem beispielhaften Zylin derkopf 7 sind vier Ausnehmungen 38 ausgeformt.
Die Ausnehmungen 38 sind bemessen, um zu den Zylindern
zu passen, die im Motorhauptkörper ausgeformt sind, und
sie sind angeordnet, um damit ausgerichtet zu sein. Die Ausnehmungen 38 bilden
sogenannte Flammstirnseiten für die Zylinder im Motorhauptkörper.
Jede Ausnehmung 38 ist strömungsmittelmäßig
mit zwei getrennten Ventilkammern 24 verbunden, mit einer
Ventilkammer 24 der Gruppe A und mit einer Ventilkammer 24 der
Gruppe B. Jeder der Flussdurchlässe 36 definiert
eine Öffnung 39 in einer der kugelförmigen
Ausnehmungen 38. Jeder Flussdurchlass 36 verjüngt sich
von seiner jeweiligen Ventilkammer 24 zur entsprechenden Öffnung 39.
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In
mehreren der Figuren ist zu sehen, dass gewisse der Flussdurchlässe 36 und
ihre entsprechenden Öffnungen 39 zu den kugelförmigen
Ausnehmungen 38 von anderer Größe sind
als andere. Der Grund für diese unterschiedlichen Größen
ist dabei, dass die Flussdurchlässe 36, die kleinere
Abmessungen haben, in einem Zustand vor der Endbearbeitung gezeigt
sind, wie beispielsweise in einem gegossen Zustand. Die Flussdurchlässe 36,
jedoch, die größere Abmessungen haben, sind in
einem endbearbeiteten Zustand gezeigt. Es sei bemerkt, dass nur
die Ventilkammern 24 mit dem darin gezeigten Drehventilen 30 in
einem endbearbeiteten Zustand gezeigt sind. Die anderen Ventilkammern 24 (und
die Durchlässe 36) werden jedoch ähnlich
jenen sein, in denen die Drehventile 30 sind, sobald sie
endbearbeitet sind.
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Die
Einführdurchlässe 32 und die Flussdurchlässe 36 sind
im Motorhauptkörper 11 angeordnet, sodass es eine
im Wesentlichen gerade Zugangslinie durch die Einführdurchlässe 32 zu
den Flussdurchlässen 36 gibt. Kreisförmige
Dichtungsanordnungen 44 sind in jeder Ventilkammer 24 vorgesehen
(sobald sie endbearbeitet sind). Die kreisförmigen Dichtungsanordnungen
sind so angeordnet, dass sie jede Öffnung des Durchlasses 36 zur
Ventilkammer 24 hin umgeben, und sie sind koaxial dazu angeordnet.
Jede Dichtungsanordnung 44 ist in einem entsprechenden
Sitz aufgenommen, der in einer Oberfläche der Ventilkammer
maschinell eingearbeitet ist, und zwar umlaufend um jeden Durchlass 36 (siehe 6).
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Eine
sich in Längsrichtung erstreckende Luftleitung 47 ist
in dem beispielhaften Hauptkörper 11 vorgesehen.
Die Luftleitung 47 ist zur Endstirnseite 18 bei
der Öffnung 48 offen. Die Öffnung 48 kann durch
eine (nicht gezeigte) Abdeckung geschlossen sein, wenn der Zylinderkopf 7 montiert
ist. Durchlässe 49 und 50 sind vorgesehen,
die sich zwischen der Luftleitung 47 und der Oberseite 15 erstrecken.
Die Luftleitung 47 erstreckt sich benachbart zur Seite 19 des
Hauptkörpers. Im Bereich der Luftleitung 47 ist die
Unterseite 16 ausgenommen.
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Ein
Flussdurchlass 55 ist zwischen jeder Ventilkammer 24 der
Gruppe A der Ventilkammern 24 und der Luftleitung 47 vorgesehen.
Der Strömungsquerschnitt des Flussdurchlasses 55 ist
größer als der kombinierte Strömungsquerschnitt
der Flussdurchlässe 36, die mit der Ventilkammer 24 assoziiert sind,
mit der der Flussdurchlass 55 verbunden ist. Ebenfalls
ist der Strömungsquerschnitt der Luftleitung 47 größer
als der Strömungsquerschnitt des Flussdurchlasses 55.
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Ein
Abgas- bzw. Auslassdurchlass 60 ist zwischen jeder Ventilkammer 24 der
Gruppe B und der Seite 20 des Hauptkörpers 11 vorgesehen.
Jeder Auslassdurchlass 60 öffnet sich zu der Seite 20 des Zylinderhauptkörpers 11 an
einer entsprechenden Öffnung 62. Die Flussdurchlässe 60 verjüngen
sich jeweils von ihrer entsprechenden Ventilkammer 24 zur
Seite 20 des Hauptkörpers. Der Strömungsquerschnitt
des Flussdurchlasses 60 an der Öffnung 62 ist jedoch
größer als der kombinierte Strömungsquerschnitt
der Flussdurchlässe 32, die mit einer der Ventilkammern
der Gruppe B assoziiert sind.
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Der
Zylinderhauptkörper 11 hat auch Montage- bzw.
Befestigungslöcher 65, die sich zwischen der Oberseite 15 und
der Unterseite 16 erstrecken. An der Oberseite 15 haben
die Befestigungslöcher 65 einen vergrößerten
Durchmesser, um zu gestatten, dass der Kopf einer Montage- bzw.
Befestigungsschraube darin aufgenommen wird.
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Der
Zylinderhauptkörper 11 hat auch Einspritzvorrichtungsdurchlässe 67,
die sich zwischen seiner Oberseite 15 und seiner Unterseite 16 erstrecken.
Die Einspritzvorrichtungsdurchlässe sind jeweils angeordnet,
um sich in der Mitte von einer der kugelförmigen Ausnehmungen 38 zu öffnen,
die in der Unterseite 16 des Hauptkörpers 11 ausgeformt sind.
Die Einspritzvorrichtungsdurchlässe 67 erstrecken
sich durch einen Teil des Hauptkörpers, der die Gruppe
A der Ventilkammern 24 von der Gruppe B trennt. Wie am
Besten in 8 gezeigt, hat der Einspritzvorrichtungsdurchlass
mehrere Stufen, die von der Oberseite 15 zur Unterseite 16 des
Hauptkörpers 11 bezüglich des Durchmessers
abnehmen. In ähnlicher Weise nimmt der Wandteil, der die
zwei Ventilkammern 24 der Gruppen A und B trennt, auch
bezüglich der Breite von der Oberseite 15 zur
Unterseite 16 hin ab. Weiterhin sind Montage- bzw. Befestigungslöcher 69 und 70 in
der Oberseite 15 vorgesehen. Die Befestigungslöcher 69 und 70 sind
mit Innengewinde versehen. Die Befestigungslöcher 70 sind
in einer Linie mit den Einspritzvorrichtungsdurchlässen 67 angeordnet.
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Die
Oberseite 15 hat einen ausgenommenen Hauptteil von rechteckiger
Form. Der ausgenommene Hauptteil hat eine endbearbeitete Oberfläche,
um eine Abdichtung zur Abdeckplatte 12 hin zu gestatten,
wie unten beschrieben wird. Die Einführöffnungen 33,
die Befestigungslöcher 65, die Einspritzvorrichtungsdurchlässe 67 und
die Befestigungslöcher 69 und 70 sind
jeweils in dem ausgenommenen Hauptteil der Oberseite 15 ausgeformt.
Die Oberseite 15 hat auch eine endbearbeitete flache Oberfläche, die
jeden der Durchlässe 49 und 50 umgibt,
um eine Abdichtung zu Luftversorgungsleitungen hin zu gestatten,
wie genauer unten beschrieben wird.
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Die
Unterseite 16 hat eine endbearbeitete flache Hauptfläche
zur Abdichtung zum Motorhauptkörper hin. Außerhalb
der Dichtungsfläche sind die kugelförmigen Ausnehmungen 38 und
die Ausnehmung 53 vorgesehen.
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Die
Seite 20 des Zylinderhauptkörpers 11 hat auch
endbearbeitete flache Oberflächen, zumindest um die Öffnungen 62 der
Flussdurchlässe 60 herum, um eine Abdichtung zu
einer Abgassammelleitung zu gestatten.
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Die
Abdeckplatte 12 ist eine im Wesentlichen flache rechteckige
Platte. Die Abdeckplatte 12 ist so dimensioniert, dass
sie in dem ausgenommenen Hauptteil der Oberseite 15 des
Hauptkörpers 11 sitzt. Die Abdeckplatte 12 hat
eine Oberseite 80 und eine Unterseite 82. Die
Unterseite 82 ist eine flache endbearbeitete Oberfläche,
um eine Abdichtung zum ausgenommenen Hauptteil der Oberseite 15 des Hauptkörpers 11 zu
gestatten. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann eine Dichtungsanordnung
zwischen der Abdeckplatte 12 und dem Zylinderkopf 7 angeordnet
sein, wenn diese darauf montiert ist.
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Die
Abdeckplatte 12 hat eine Vielzahl von Befestigungslöchern 84,
die sich zwischen ihrer Oberseite 80 und ihrer Unterseite 82 erstrecken.
Die Anzahl der Befestigungslöcher 84 und ihre
Anordnung entsprechen der Anzahl und der Anordnung der Befestigungslöcher 69 und 70,
die in der Oberseite 15 des Hauptkörpers 11 ausgeformt
sind. Die Abdeckplatte 12 hat auch Öffnungen 86,
die sich zwischen ihrer Ober- und Unterseite erstrecken. Die Öffnungen 86 sind
so bemessen, dass sie einen Teil einer (nicht gezeigten) Einspritzvorrichtungsanordnung darin
aufnehmen. Die Öffnungen 86 sind so angeordnet,
dass sie mit den Einspritzvorrichtungsdurchlässen 67 im
Hauptkörper 11 ausgerichtet sind, wenn die Abdeckplatte 12 daran
montiert ist.
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Nachdem
oben ein beispielhafter Zylinderkopf 7 beschrieben wurde,
sei bemerkt, dass die Anmeldung nicht auf die spezielle Zylinderkopfkonfiguration
eingeschränkt ist. Insbesondere, wie oben erwähnt,
ist die Ventilkammer 24 geformt, um zwei Drehventile 30 darin
aufzunehmen. Die Ventilkammer 24 kann jedoch geformt sein,
um ein einzelnes Drehventil oder eine größere
Anzahl als zwei Drehventile 30 darin aufzunehmen. Weiterhin,
falls zwei oder mehr Drehventile 30 verwendet werden, müssen
diese nicht notwendigerweise in einer Seite an Seite liegenden Anordnung
angeordnet sein, wie gezeigt.
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Unabhängig
von der Anzahl der Drehventile 30 pro Ventilkammer 24 können
die verschiedenen in dem Zylinderkopf 7 angeordneten Durchlässe
die Gleichen bleiben. Nur die Anzahl der Flussdurchlässe 36 könnte
angepasst werden. Weiterhin ist der Zylinderkopf 7, wie
er gezeigt ist, konfiguriert, um vier Zylinder eines Verbrennungsmotors
zu bedienen. Der Zylinderkopf 7 kann jedoch geeignet sein,
um irgendeine Anzahl von Zylindern zu bedienen. Insbesondere bei
Anwendungen bei großen Motoren kann ein Zylinderkopf pro
Zylinder des Motors vorgesehen sein.
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Auch
wenn der Zylinderhauptkörper 11 des Zylinderkopfes 7 als
ein einteiliger Zylinderhauptkörper 11 mit darin
ausgeformten Ventilkammern 24 gezeigt ist, könnte
der Zylinderhauptkörper 11 zwei oder mehr Körperteile
aufweisen, wie beispielsweise einen oberen und einen unteren Körperteil,
die, wenn sie montiert sind, die Ventilkammern 24 und die
jeweiligen Flussdurchlässe formen. Bei einer solchen geteilten
Konstruktion können die Einführöffnungen 32 weggelassen
werden, da Zylinder in die Ventilkammern 24 vor der Montage
der Körperteile eingeführt werden können.
Aus dem gleichen Grund könnte die Abdeckplatte 12 weggelassen
werden.
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Wenn
die Abdeckplatte 12 verwendet wird, um die Einführöffnungen 32 im
Zylinderkopf 7 abzudecken, kann die Oberfläche
der Abdeckplatte 12, die zum Zylinderkopf 7 hinweist,
nicht flach sein. Sie kann vielmehr einen oder mehrere Vorsprünge
haben, die dimensioniert sind, um in die Einführdurchlässe 32 zu
passen, um diese zumindest teilweise auszufüllen. Außer
solchen Vorsprüngen kann die Oberfläche der Abdeckplatte 12,
die zum Zylinderkopf 7 hinweist, wieder eine flache endbearbeitete Dichtungsfläche
sein.
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Obwohl
dies nicht gezeigt ist, können Kühlströmungsmitteldurchlässe
in dem Zylinderkopfhauptkörper 11 des Zylinderkopfes 7 angeordnet sein.
Insbesondere kann ein Kühlströmungsmitteldurchlass
in einem erhöhten Wandteil zwischen benachbarten Flussdurchlässen 36 benachbart
zu jeder Ventilkammer 24, und insbesondere umlaufend um die
sich in Längsrichtung erstreckenden Durchlässe 27 und 28 vorgesehen
sein. In der einteiligen Konstruktion des Zylinderkopfhauptkörpers 11 können sich
Kühlströmungsmitteldurchlässe im Wesentlichen
vom Unterteil zum Oberteil des einteiligen Zylinderkopfhauptkörpers 11 erstrecken.
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In
dem in 7 gezeigten Beispiel sind Längsdurchlässe 27, 28 in
dem Zylinderkopf 7 vorgesehen. Es wäre auch möglich,
Durchlässe vorzusehen, die sich quer im Ventilkörper
erstrecken, um eine Antriebswelle dort hindurch aufzunehmen. In einem
solchen Fall würde die Antriebswelle sich von den Seitenteilen
des Zylinderkopfes 7 erstrecken. Die Ventilkammer 24 kann
entsprechend angepasst sein, und möglicherweise kann auch
die Lage von einigen der Flussdurchlässe angepasst sein.
Es kann eine Option in einem Zylinderkopf sein, der für
einen einzigen Zylinder konfiguriert ist, Durchlässe zum Aufnehmen
von Antriebswellen zu haben, die sich quer zum Ventilkörper
erstrecken.
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10 zeigt
schematisch eine Endansicht eines weiteren beispielhaften Zylinderkopfes 107. Der
Zylinderkopf 107 hat einen Zylinderkopfhauptkörper 111 mit
einer Oberseite 115, mit einer Unterseite 116 und
mit Endstirnseiten (wovon nur eine gezeigt ist), und mit Seiten 119 und 120.
Die Ventilkammern 124 sind in dem Zylinderkopfhauptkörper 111 vorgesehen.
Die Ventilkammer 124 kann im Wesentlichen von der gleichen
Form sein wie in dem oben beschriebenen Zylinderkopf 7.
Die Ventilkammer 124 und andere innere Teile des Zylinderkopfhauptkörpers 111,
die unten beschrieben werden, sind durch gestrichelte Linien gezeigt.
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Längsverlaufende
Durchlässe 127 und 128 erstrecken sich
zwischen den Endstirnseiten des Zylinderkopfhauptkörpers 111.
Die Durchlässe 127, 128 sind angeordnet,
um sich durch getrennte Gruppen A, B der Ventilkammern 124 zu
erstrecken. Drehventile 130 sind schematisch gezeigt, die
in den Ventilkammern 124 aufgenommen werden sollen. Durchlässe 132 sind
in dem Zylinderkopfhauptkörper 111 vorgesehen,
die sich zwischen jeder der Ventilkammern 124 und der Oberseite 115 erstrecken.
Die Unterseite 116 hat wiederum Ausnehmungen 138 und Flussöffnungen
zwischen den einzelnen Ventilkammern 124, und die Ausnehmungen 138 sind
vorgesehen, wie im Zylinderkopf 7, der mit Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben
wurde. Ein Einspritzvorrichtungsdurchlass 67 ist ebenfalls
zwischen jeder Ausnehmung 138 in der Unterseite 116 und
der Oberseite 115 vorgesehen.
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Ein
Hauptunterschied zwischen dem Zylinderkopf 107 und dem
zuvor beschriebenen Zylinderkopf 7 ist, dass keine zusätzlichen
Flussdurchlässe vorgesehen sind, wie beispielsweise die
Flussdurchlässe 47, 55 und 60.
Ein Strömungsmittelfluss in die jeweilige Ventilkammer 124 hinein
oder aus dieser heraus wird über den Durchlass 132 vorgesehen,
der ein kombinierter Einführungs/Flussdurchlass ist. Weiterhin
weicht die Form der Oberseite 115 von der Form der zuvor
beschriebenen Oberseite 15 ab.
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Die
Oberseite 115 des Zylinderkopfhauptkörpers 111 hat
einen sich in Längsrichtung erstreckenden mittleren Teil 180,
der horizontal angeordnet ist. Ein Teil 181 der Oberseite 115 ist
bezüglich des mittleren Teils 180 abgewinkelt
und erstreckt sich zwischen dem mittleren Teil 180 und
der Seite 119. Ein weiterer Teil 182 der Oberseite 115 ist
auch bezüglich des mittleren Teils 180 abgewinkelt
und erstreckt sich zwischen dem mittleren Teil 180 und
der Seite 120.
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Durchlässe 132,
die sich von den Ventilkammern 124 der Gruppe A erstrecken, öffnen
sich zum Teil 181 der Oberseite 115. Die Durchlässe 132,
die sich von den Ventilkammern 124 der Gruppe B erstrecken, öffnen
sich zum Teil 182 der Oberseite 115. Die Durchlässe 132 haben
eine Hauptausdehnung, die im Wesentlichen in rechten Winkeln zu
ihrem jeweiligen Teil 181, 182 ist. Die Teile 181 und 182 der Oberseite 115 sind
in dem gleichen Winkel bezüglich des mittleren Teils 180 abgewinkelt.
Der Teil 181 ist bezüglich der kugelförmigen
Ausnehmung 138 in der Unterseite 116 angeordnet,
sodass eine Ebene parallel zum Teil 181 tangential zu der
kugelförmigen Ausnehmung 138 im Bereich der Ventilkammer
sein kann. Das gleiche ist beim Teil 182 der Fall.
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Der
Zylinderkopf 107 kann somit symmetrisch bezüglich
einer Längsebene geformt sein, die sich senkrecht und durch
die Mitte des Teils 180 der Oberseite 115 erstreckt.
Die Teile 181 und 182 sind jeweils im Wesentlichen
flach und sind endbearbeitet, um eine Abdichtung zu jeweiligen (nicht
gezeigten) Flusssammelleitungen zu gestatten, die daran montiert
sind und dorthin abgedichtet sind. Jeweilige (nicht gezeigte) Befestigungslöcher
sind in jedem der Teile 181 und 182 der Oberseite 115 vorgesehen.
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Auch
wenn die oben beschriebene Oberseite 115 einen mittleren
Teil und zwei abgewinkelte Teile hat, wäre es möglich,
den mittleren Teil 180 wegzulassen und nur zwei abgewinkelte
Teile zu haben. Die abgewinkelten Teile wären mit Bezug zueinander
und mit Bezug zur Unterseite des Zylinderkopfes 107 abgewinkelt.
Ein Winkel, der zwischen dem abgewinkelten Teil 181 oder
dem abgewinkelten Teil 182 eingeschlossen ist, ist beispielsweise
in einem Bereich zwischen 20 und 50 Grad oder in einem Bereich zwischen
30 und 40 Grad.
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Wie
oben erwähnt, ist jede der Ventilkammern 24 oder 124 des
Zylinderkopfes 7 oder 107 geformt, um zwei Drehventile 30 darin
aufzunehmen, kann jedoch auch geformt sein, um ein einzelnes Drehventil
oder mehr als zwei aufzunehmen.
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Ein
beispielhaftes Drehventil 30 wird nun detaillierter mit
Bezugnahme auf die 11–16 beschrieben.
Das Drehventil 30 gemäß dem in den 11–16 gezeigten
Ausführungsbeispiel hat einen Körper 202,
der beispielsweise aus einem Metall, einer Keramik oder einer Kombination
davon gemacht ist, und zwar in Form eines Kugelsegmentes. Der Körper
hat eine sphärische bzw. kugelförmige Zone 204 und
zwei parallele, im Allgemeinen flache Seitenteile 206 und 208.
Die Seitenteile 206, 208 sind im gleichen Abstand
von einem Mittelpunkt der kugelförmigen Zone 204.
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Die
kugelförmige Zone 204 ist im Allgemeinen drehsymmetrisch
bezüglich einer Drehachse des Drehventils 30.
Irgendwelche Öffnungen, die in der kugelförmigen
Zone 204 vorgesehen sind, sollen nicht diese Drehsymmetrie
unterbrechen, auch wenn diese Öffnungen nicht in drehsymmetrischer
Weise angeordnet sind. Wie dies hier verwendet wird, bezieht sich,
wenn auf eine Drehsymmetrie eines Elementes oder eines Teils davon
Bezug genommen wird, die Drehsymmetrie auf das Element oder den Teil
im Allgemeinen, ungeachtet irgendwelcher Öffnungen, die
in diesem Element oder Teil ausgeformt sind, welche die Drehsymmetrie
unterbrechen können.
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Ein
gerader Durchlass 210 ist durch den Körper 202 zwischen
den Seitenteilen 206 und 208 ausgeformt. Der Durchlass 210 ist
koaxial zu einer Mittelachse, die sich zwischen den zwei Seitenteilen 206, 208 erstreckt,
welche die Drehachse des Drehventils 30 definiert. Der
Durchlass 210 ist bemessen, um zu gestatten, dass eine
Antriebswelle dort hindurch eingeführt wird, wie genauer
unten besprochen wird.
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Der
Körper 202 hat auch eine darin ausgeformte Kammer 212.
Die Kammer 212 ist zu beiden Seitenteilen 206, 208 bei
jeweiligen Öffnungen 216, 218 offen.
Die Öffnungen 216, 218 haben die gleiche Form
und Abmessungen und, wie am Besten in 15 zu
sehen ist, jede der Öffnungen 216, 218 hat ungefähr
eine C-Form, welche teilweise den mittleren Durchlass 210 umgibt.
Jede der Öffnungen 216, 218 kann sich
um mehr als 180° in einer Drehrichtung des Drehventils 30 erstrecken.
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Weiterhin
sind in dem Ausführungsbeispiel, so wie es gezeigt ist, Öffnungen 226 und 228 in
der kugelförmigen Zone 204 vorgesehen, um die
Kammer 212 zur kugelförmigen Zone 204 hin
zu öffnen. Die zwei Öffnungen 226, 228 sind
in einer Seite an Seite liegenden Anordnung angeordnet und sind symmetrisch
bezüglich einer Ebene, die sich durch den Mittelpunkt der
kugelförmigen Zone erstreckt und parallel zu beiden Seitenteilen 206, 208 ist.
Ein Steg 230 ist zwischen den Öffnungen 226, 228 ausgeformt.
Die Öffnungen 226, 228 sind bezüglich
der Kammer 212 in einer Drehrichtung des Drehventilkörpers
zentriert, d. h. in Umfangsrichtung. Die Öffnungen 226, 228 weiten
sich jeweils in einer Richtung weg von der Ebene auf, die parallel
zu den Seitenteilen 206, 208 ist. Weiterhin definiert
jede der Öffnungen 226, 228 eine gekrümmte
konkave Vorderkante 232 und eine gekrümmte konkave
Hinterkante 233 bezüglich einer Drehrichtung des
Ventils. Die Form der konkaven Vorderkante 232 und der
konkaven Hinterkante 233 passt zu einer Umfangsform eines Flussdurchlasses,
der in einem Zylinderkopf 107 ausgeformt ist, d. h., wenn
der Flussdurchlass rund ist, wird die Vorderkante eine runde Form
haben.
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Ein
geschnittener Flussquerschnitt der Öffnung 216 im
Seitenteil 206 ist genau so groß wie oder größer
als ein geschnittener Flussquerschnitt der Öffnung 226.
In ähnlicher Weise ist ein Flussquerschnitt der Öffnung 218 genau
so groß wie oder größer als ein Flussquerschnitt
der Öffnung 228. Die Kammer 212 definiert
eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Öffnungen 216, 218 in
den Seitenteilen und den Öffnungen 226, 228 in
der kugelförmigen Zone.
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Ein
Wandteil des Ventilkörpers 202, welcher den Durchlass 210 von
der Kammer 212 abtrennt, hat eine dort hindurch ausgeformte Öffnung 238.
Die Öffnung 238 ist bezüglich der Öffnung 228 in
der kugelförmigen Zone 204 ausgerichtet und zentriert.
Der Wandteil 234 hat einen erhöhten Abschnitt 240,
der sich in die Kammer 212 erstreckt und die Öffnung 238 umgibt.
Der erhöhte Abschnitt 240 definiert eine flache
Oberfläche 242. Ein ähnliches Befestigungsloch kann
ausgerichtet und zentriert bezüglich der Öffnung 226 vorgesehen
sein.
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Das
in den 11–16 gezeigte
Drehventil 30 hat zwei Seite an Seite liegende Öffnungen in
seiner kugelförmigen Zone 204. Es sei bemerkt, dass
eine einzige Öffnung (beispielsweise ohne den Steg 230)
oder eine größere Anzahl von Öffnungen (d.
h. mehr als zwei) in der kugelförmigen Zone vorgesehen
sein kann. Darüber hinaus ist die Kammer 212,
so wie sie gezeigt ist, an beiden Seitenteilen 206, 208 offen.
Wiederum sei bemerkt, dass die Kammer 212 nur zu einem
der Seitenteile offen sein kann. Es ist auch möglich, eine
getrennte Wand in der Kammer 212 vorzusehen, um zwei getrennte Kammern
vorzusehen, die jeweils mit einem der Seitenteile 206, 208 und
einer der Öffnungen 226, 228 in der kugelförmigen
Zone 204 verbunden ist. Tatsächlich kann irgendeine
Art einer Strömungsmittelverbindung zwischen den Öffnungen 216, 218 in
den Seitenteilen 206, 208 und den Öffnungen 226, 228 in
der kugelförmigen Zone 204, wie beispielsweise
ein gerader Durchlass, im Ventilkörper 202 vorgesehen sein.
Obwohl die Öffnungen 226, 228 in der
kugelförmigen Zone 204 bezüglich einer
Ebene symmetrisch sind, die parallel zu den Seitenteilen 206, 208 ist,
wie gezeigt, ist es möglich, die zwei Öffnungen
in einer Drehrichtung des Drehventils zu versetzen, oder dass die Öffnungen
unterschiedliche Formen und Größen haben. Ein
ringförmiger Vorsprung kann um den mittleren Durchlass
herum vorgesehen sein, um den Durchlass über die sonst
flachen Seitenteile 206, 208 hinaus zu erweitern.
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Das
Drehventil 30 wurde derart beschrieben, dass es eine kugelförmige
Zone 204 hat, die drehsymmetrisch bezüglich der
Drehachse des Drehventils 30 ist. Anstatt eine kugelförmige
Zone 204 vorzusehen, ist es möglich, einen im
Allgemeinen gekrümmten Teil vorzusehen, der drehsymmetrisch
bezüglich der Drehachse des Drehventils 30 ist.
Anders gesagt, die Krümmung der Oberfläche, die
sich zwischen den zwei Seitenteilen in Drehrichtung erstreckt, kann
von der Krümmung senkrecht zur Drehrichtung abweichen.
Die Krümmung senkrecht zur Drehrichtung kann kreisförmig
sein oder kann davon abweichen, beispielsweise eine ovale Krümmung. Obwohl
eine konvexe (sphärische) Krümmung in den Zeichnungen
gezeigt ist, ist eine konkave Krümmung oder eine Mischung
aus konkaven und konvexen Krümmungen möglich.
Die Krümmung kann bezüglich einer Ebene symmetrisch
sein, die parallel zu den Seitenteilen ist und das Drehventil schneidet,
es ist jedoch auch möglich, eine nicht symmetrische Krümmung
zu haben.
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Wie
durch gestrichelte Linien in 11 und 16 gezeigt,
kann die Öffnung 226 (und/oder 228) einen
Teil 250 haben, der sich über die Vorderkante 232 und/oder
die Hinterkante 233 erstreckt. Dieser Teil 250 kann
als ein sekundärer Teil der Öffnungen 226, 228 zu
sehen sein. Dieser sekundäre Teil hätte einen
Strömungsquerschnitt, der wesentlich kleiner als der Strömungsquerschnitt
des Rests der Öffnung ist. Der Teil 250 hätte
beispielsweise einen Strömungsquerschnitt, der weniger
als 50 Prozent des Strömungsquerschnittes des anderen Teils
der Öffnungen 226 und 228 ist.
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Die
inneren Flächen der Kammer 212 und/oder die Flussdurchlässe
oder Öffnungen 260, 276, 278 in
dem Drehventil können aus einem wärmeisolierenden
Material gemacht sein. Insbesondere kann eine Beschichtung auf diesen
Oberflächen vorgesehen sein. Zusätzlich kann wärmeisolierendes Material
an irgendeiner Oberfläche des Drehventils vorgesehen sein,
einschließlich im mittleren Durchlass. Der gesamte Deflektor
kann tatsächlich aus einem wärmeisolierenden Material
gemacht sein.
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17 zeigt
eine Querschnittsansicht (ähnlich der 14)
eines alternativen Drehventils 30. Das in 17 gezeigte
Drehventil 30 hat alle Merkmale des bezüglich
den 11–16 beschriebenen
Drehventils 30. Der einzige Unterschied ist, dass eine
zusätzliche Öffnung 260, die sich zwischen
der Kammer 212 und der kugelförmigen Zone 204 erstreckt,
vorgesehen ist. Die zusätzliche Öffnung 260 ist
in Drehrichtung bezüglich der Öffnungen 226, 228 versetzt.
Der Strömungsquerschnitt der zusätzlichen Öffnung 260 ist
kleiner als der kombinierte Strömungsquerschnitt der Öffnungen 226, 228.
Anstatt eine einzige zusätzliche Öffnung 260 zwischen
der Kammer 212 und der kugelförmigen Zone vorzusehen,
können zusätzliche Öffnungen 260 vorgesehen sein.
Diese können in einer Seite an Seite liegenden Anordnung ähnlich
den Öffnungen 226, 228 sein, oder sie
können in Drehrichtung versetzt sein. Die kombinierten
Strömungsquerschnitte der Öffnungen 260 sind
kleiner als die kombinierten Strömungsquerschnitte der Öffnungen 226, 228.
Die Öffnungen 226, 228 und 260 können
als ein Satz von Öffnungen angesehen werden. In einem alternativen
Drehventil kann ein zweiter Satz dieser Öffnungen vorgesehen sein,
der um 180° in Drehrichtung versetzt ist. In diesem Fall
müsste die Kammer 212 entsprechend angepasst sein.
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18 zeigt
eine Querschnittsansicht (ähnlich der 12)
von noch einem weiteren beispielhaften Drehventil 30. Das
in 18 gezeigte Drehventil 30 hat im Wesentlichen
die gleichen Merkmale wie das Drehventil 30, das mit Bezug
auf die 11–16 beschrieben
wurde. Das Drehventil 30 gemäß 18 weicht
jedoch von dem in den 11–16 gezeigten
Drehventil 30 dahingehend ab, dass es zusätzliche
Flussdurchlässe 276 und 278 hat, die
in seinem Körper 202 ausgeformt sind. Die Flussdurchlässe 276, 278 erstrecken
sich zwischen der kugelförmigen Zone 204 und den
Seitenteilen 206 bzw. 208 und definieren jeweils Öffnungen 296, 298, 286 und 288.
Die Flussdurchlässe sind jeweils mit Bezug zu den Seitenteilen 206, 208 abgewinkelt.
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Obwohl 18 die
Flussdurchlässe 276, 278 derart zeigt,
dass sie bezüglich einer Ebene symmetrisch sind, die parallel
zu den Seitenteilen 206, 208 ist, und das Drehventil
schneidet, können sie asymmetrisch sein. Anstatt, dass
zwei Flussdurchlässe 278, 288 vorgesehen
sind, kann ein einziger Flussdurchlass vorgesehen sein. Weiterhin
kann eine größere Anzahl von Flussdurchlässen
vorgesehen sein, die symmetrisch gepaart sein können, wie jene
in den Zeichnungen, oder die asymmetrisch sein können,
wie beispielsweise bezüglich der Drehrichtung des Drehventils
versetzt.
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19 zeigt
eine schematische Längsquerschnittsansicht einer Antriebswelle 300 für
darauf montierte Drehventile. Die Antriebswelle 300 ist
beispielsweise geeignet, um mit dem Zylinderkopf 7 und den
Drehventilen 30 verwendet zu werden, wie oben beschrieben,
und es kann darauf Bezug genommen werden. Die Antriebswelle 300 ist
bemessen, um durch die Durchlässe 27, 28 des
Zylinderkopfes 7 und irgendwelche darin vorgesehenen Lagerelemente
zu laufen. Die Antriebswelle 300 ist aus Metall, Keramik
oder irgendeinem anderen geeigneten Material gemacht.
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Die
Antriebswelle 300 hat einen mittleren Flussdurchlass 305,
der sich in Längsrichtung dort hindurch erstreckt, der
mit einer (nicht gezeigten) Kühlströmungsmittelversorgung
verbunden sein kann. Insbesondere im Fall einer Antriebswelle, die aus
Keramik hergestellt ist, kann ein Flussdurchlass darin weggelassen
werden. Die Antriebswelle 300 hat eine Vielzahl von darin
ausgeformten Befestigungslöchern 310, wobei jedes
Befestigungsloch vorgesehen ist, um ein Drehventil an der Antriebswelle 300 zu
befestigen, wie genauer im Folgenden erklärt wird. Die
Befestigungslöcher 310 sind in einer Längsrichtung
beabstandet. Wie in 19 gezeigt, hat die beispielhafte Antriebswelle 300 acht
Befestigungslöcher 310, die darin ausgeformt sind.
Die ersten zwei Befestigungslöcher 310 auf der
linken Seite der Antriebswelle 300 sind in der gleichen
Winkelposition bezüglich der Drehrichtung der Antriebswelle 300 geformt.
Die ersten zwei Befestigungslöcher 310 bilden
eine erste Gruppe 312 der Befestigungslöcher 310.
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Die
dritten und vierten Befestigungslöcher 310 bilden
eine zweite Gruppe 314, die fünften und sechsten
Befestigungslöcher 310 (die durch eine gestrichelte
Linie gezeigt sind) bilden eine dritte Gruppe 316 und die
siebten und achten Befestigungslöcher 310 (die
durch eine gestrichelte Linie gezeigt sind) bilden eine vierte Gruppe 318.
Die Befestigungslöcher 310 sind in Drehrichtung
in jeder Gruppe 312–318 ausgerichtet,
sind jedoch in Drehrichtung bezüglich der Befestigungslöcher
der anderen Gruppen versetzt. Die Mitten der Befestigungslöcher 310 in
jeder der Gruppen sind um eine Entfernung entsprechend der Entfernung
zwischen benachbarten Flussdurchlässen 36 in den
oben beschriebenen Ventilkammern 24 beabstandet. Benachbarte
Befestigungslöcher von benachbarten Gruppen sind um eine
Abstand entsprechend dem Abstand zwischen benachbarten Flussdurchlässen 36 der
benachbarten Ventilkammern 24 beabstandet.
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Die
Befestigungslöcher 310 sind gestufte Löcher
mit einem äußeren Teil 320 und einem
inneren Teil 322. Der äußere Teil 320 hat
einen größeren Durchmesser als der innere Teil 322.
Der innere Teil 322 hat ein Innengewinde. Obwohl die Antriebswelle 30 zur
Anwendung mit dem speziellen Zylinderkopf und den Drehventilen beschrieben
wurde, die oben gezeigt wurden, kann die Anzahl der Befestigungslöcher
und ihre relativen Positionen in unterschiedlichen Anwendungen variieren.
Abhängig von der Anwendung können mehr als zwei
Befestigungslöcher 310 in jeder Gruppe vorgesehen
sein, wenn mehr Drehventile zusammen pro Gruppe gruppiert sind, oder
wenn mehr als ein Befestigungsloch verwendet wird, um ein Drehventil
an der Antriebswelle zu befestigen. Die Drehventile können
in Drehrichtung in Gruppen ausgerichtet sein, oder sie können
in Drehrichtung um einen vorbestimmten Winkel versetzt sein.
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20 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht eines Drehventils 30,
wie dies mit Bezug auf die 11–16 beschrieben
wurde, welches an der Antriebswelle 300 befestigt ist.
Wie in 20 zu sehen ist, ist ein Ringstift 330 vorgesehen,
der sich in die Öffnung 238 des Drehventils 30 und
in den äußeren Teil 320 des Befestigungsloches 310 in
der Antriebswelle 300 erstreckt. Der Ringstift kann aus
Metall oder aus irgendeinem anderen Material gemacht sein, welches
fest genug ist, um der darauf aufgebrachten Spannung zu widerstehen.
Weiterhin ist eine Schraube 335 mit einem Kopf und einem
Schaft vorgesehen. Der Schaft erstreckt sich durch den Ringstift 330 in
den inneren Teil 322 des Befestigungslochs 310,
wo das Außengewinde des Schafts in Eingriff mit dem Innengewinde
kommt, welches in dem Teil 322 des Befestigungslochs 310 vorgesehen ist.
Der untere Teil des Kopfs der Schraube 335 ist in Eingriff
mit der flachen Oberfläche 242 des erhöhten Teils 240 des
Drehventils 30.
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Die 21(a) und (b) zeigen unterschiedliche
Beispiele einer Deflektor/Lageranordnung 400, die in dem
Zylinderkopf 7 anzuordnen ist, wie beispielsweise in
-
6 gezeigt,
und es kann darauf Bezug genommen werden. Die Deflektor/Lageranordnung 400 hat
einen Lagerteil 402 und einen Deflektorteil 404. Der
Lagerteil 402 ist durch eine Innenbahn bzw. einen Innenring 406,
durch eine Außenbahn bzw. einen Außenring 408 und
eine Vielzahl von Lagerelementen bzw. Wälzelementen gebildet,
die dazwischen angeordnet sind, wie beispielsweise Walzen oder Kugeln.
Auch kann irgendeine andere Art von Lagerelement verwendet werden.
Eine Schmierung in Form eines Schmiermittels ist für die
Lagerelemente vorgesehen, und Endplatten 410 und 412 sind
vorgesehen, um das Schmiermittel in dem Lagerteil 402 abzudichten.
Der innere und der äußere Ring 406, 408 und/oder
der Lagerteil 402 können eine Oberfläche haben,
die aus einem Festschmiermittel gemacht ist, wobei in diesem Fall
eine Abdichtung eines viskosen Schmiermittels nicht erforderlich
ist. Der Innenring 406 hat eine mittige Öffnung 414,
die so bemessen ist, dass sie die Antriebswelle 300 darin
aufnimmt.
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Der
Deflektorteil 404 ist aus einem einteiligen Deflektorkörper 420 geformt.
Der Deflektorkörper 420 hat eine mittlere Öffnung 424,
die sich in Längsrichtung dort hindurch erstreckt. Die
mittlere Öffnung 424 ist so bemessen, dass sie
die Antriebswelle 300 darin aufnimmt. Der Deflektorkörper 402 ist
rotationssymmetrisch bezüglich einer Mittelachse der mittleren Öffnung 424.
Der Deflektorkörper 402 hat einen Durchmesser,
der ungefähr gleich einem Durchmesser von einem der in
dem Zylinderkopf 7 ausgeformten Durchlässe 27, 28 oder
größer als dieser ist.
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Der
Deflektorkörper 420 hat eine im Wesentlichen flache
Oberfläche 426, die zum Lagerteil 402 weist.
Eine Abweichung von der flachen Oberfläche ist ein ringförmiger
Vorsprung, der die mittige Öffnung 424 umgibt.
Der ringförmige Vorsprung 428 ist so bemessen,
dass er in Eingriff mit dem Innenring 406 des Lagerteils 402 kommt.
Wenn der ringförmige Vorsprung 428 in Eingriff
mit dem Innenring 406 ist, ist die flache Oberfläche 426 vom
Rest des Lagerteils 402 beabstandet.
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Der
Deflektorkörper 420 definiert auch eine Ablenkfläche 430,
die weg von der flachen Oberfläche 426 weist.
Die Ablenkfläche 430 nimmt in einer Richtung weg
von der flachen Oberfläche 426 ab und definiert
eine Kurve. Am Ende des Deflektorkörpers 420,
welches dem ringförmigen Vorsprung 428 gegenüber
liegt, ist eine flache Anlagefläche 432 zum Eingriff
mit einem Teil des Drehventils 30 ausgeformt, welches den
Durchlass 210 umgibt, wie dies beispielsweise in 6 gezeigt
ist.
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In 21(a) sind der Deflektorkörper
und der Innenring als getrennte Teile gezeigt. Wie in 21(b) gezeigt, können der Deflektorkörper 420 und
der Innenring 406 als ein einziges Teil ausgeformt sein.
Obwohl 21(a) den Deflektorteil und das
Lager als eine Anordnung zeigt, sei bemerkt, dass der Deflektorteil
und das Lager tatsächlich unabhängig voneinander
verwendet werden können, d. h. ein Deflektorteil, so wie
er gezeigt und beschrieben ist, kann als ein Deflektor unabhängig
von der Anwesenheit eines Lagerteils verwendet werden und umgekehrt.
Der Lagerteil kann beispielsweise weggelassen werden, wenn eine
sich drehende Welle (wie beispielsweise die Antriebswelle 300)
und ein Durchlass (wie beispielsweise ein Durchlass 27 oder 28)
so konfiguriert sind, dass sie komplementäre Lagerflächen
darauf ausgeformt haben. Solche komplementären Lagerflächen
könnten beispielsweise Flächen sein, die aus einem
Festschmiermittel gemacht sind. In einer solchen Anordnung sollte
eine Oberfläche der Antriebswelle und/oder eine Innenwandfläche des
Durchlasses aus einem Festschmiermittel gemacht sein.
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Die
Ablenkfläche 430 kann eine sanft gekrümmte
Oberfläche sein, wie gezeigt, oder kann beispielsweise
darin angeordnete Führungsnuten haben. Es ist auch möglich,
dass Schaufeln an dem Deflektor anstelle der Ablenkfläche
oder in Kombination damit vorgesehen sind. Solche Schaufeln können konfiguriert
sein, um den Wechsel von einem in Längsrichtung gerichteten
Strömungsmittelfluss (bezüglich des Deflektors)
zu einem radialen Fluss oder umgekehrt zu erleichtern, insbesondere
während einer Drehung davon. Die Ablenkfläche
und optional die anderen Flächen des Deflektors können
aus einem wärmeisolierenden Material gemacht sein. Der Deflektorkörper
insgesamt kann aus einem wärmeisolierenden Material gemacht
sein oder kann beispielsweise aus Metall gemacht sein, welches zumindest
teilweise mit einem wärmeisolierenden Material beschichtet
ist.
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22 zeigt
eine Anordnung von zwei Deflektoren, die jeweils im Wesentlichen
die gleiche Form und Abmessungen haben, wie der in 21(a) gezeigte
Deflektorteil 404. Der Hauptunterschied ist jedoch, dass
der ringförmige Vorsprung 428 weggelassen ist,
sodass die Deflektoren 450 in einer Rücken an
Rücken liegenden Beziehung angeordnet sein können,
wie in 22 gezeigt, ohne einen Raum
dazwischen zu bilden. Eine solche Anordnung von Deflektoren kann
beispielsweise in Kombination mit der in 6 gezeigten
Zylinderkopfanordnung verwendet werden, wo die Anordnung zwischen
benachbarten Drehventilen 30 in der gleichen Ventilkammer 24 angeordnet
wäre. Obwohl die Deflektoren 450 als getrennte
Teile gezeigt sind, können sie integral ausgeformt sein,
um einen Deflektor mit entgegengesetzt weisenden Deflektorflächen
zu formen.
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23 zeigt
eine schematische Ansicht eines beispielhaften Verbrennungsmotors 1,
wie beispielsweise jenes, der zuvor beschrieben wurde. insbesondere
zeigt 23 schematisch einen Antriebsmechanismus
zum Antrieb von Drehventilen, die in seinem Zylinderkopf 7 angeordnet
sind. Das Bezugszeichen 500 zeigt eine Kurbelwelle 500.
Die Bezugszeichen 502 und 504 zeigen eine Antriebswelle,
wie beispielsweise eine Antriebswelle 300, die oben beschrieben
wurde, und die in dem Zylinderkopf 7 angeordnet ist.
-
Antriebselemente 512 und 514,
wie beispielsweise Riemen, Ketten, Zahnriemen usw., sind um die
Kurbelwelle 500 und die jeweiligen Antriebswellen 502, 504 herumgelegt.
Die Drehung der Kurbelwelle 500 wird dadurch auf die Antriebswellen 502 bzw. 504 übertragen.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann ein Reduktionsmechanismus vorgesehen
sein, um sicherzustellen, dass eine Drehung der Kurbelwelle zu einer
halben Drehung von jeder der Antriebswellen 502, 504 wird.
Anstatt, dass Antriebsriemen vorgesehen sind, die direkt um die
Kurbelwelle 500 herum und um die Antriebswellen 502, 504 herum
gelegt sind, können Riemenscheiben mit diesen Gliedern
gekoppelt sein, und die Antriebsriemen können sich um die
Riemenscheiben herum erstrecken. Es kann auch ein Getriebemechanismus
verwendet werden, der beispielsweise kreisförmige Zahnräder besitzt,
um die Drehung der Kurbelwelle 500 auf die Antriebswellen 502, 504 zu übertragen.
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24(a) zeigt eine schematische Endansicht
eines alternativen Verbrennungsmotors und 24(b) zeigt
eine schematische Draufsicht davon. Der Verbrennungsmotor kann der
Gleiche sein, wie jener, der oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde.
Der Antriebsmechanismus weicht jedoch im Verhältnis zu
dem zuvor beschriebenen Antriebsmechanismus ab. In dem Antriebsmechanismus
gemäß 23 waren
die Antriebswellen 502, 504 direkt durch entsprechende
Antriebselemente 512, 514 mit jeder der Antriebswellen 502, 504 gekoppelt.
In dem Beispiel, wie es in den 24(a) und 24(b) gezeigt ist, ist jedoch die Kurbelwelle 500 nur
direkt mit der Antriebswelle 504 über das Antriebselement 514 gekoppelt.
Ein getrenntes Antriebselement 520 ist vorgesehen, welches
um die Antriebswellen 502 und 504 herum gelegt
ist, um eine Drehung der Antriebswelle 504 auf die Antriebswelle 502 zu übertragen. Die
Kurbelwelle 500 ist somit drehfest mit der Antriebswelle 502 über
die Antriebswelle 504 und die Antriebselemente 514, 520 gekoppelt.
Die Antriebselemente 514 und 520 sind an gegenüberliegenden Enden
der Antriebswelle 504 vorgesehen.
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25 zeigt
eine Endansicht eines weiteren beispielhaften Verbrennungsmotors 1,
wie beispielsweise den, der oben beschrieben wurde. Die Endansicht
zeigt noch einen weiteren alternativen Antriebsmechanismus zur Übertragung
der Drehung einer Kurbelwelle 500 auf Antriebswellen 502, 504.
Der Antriebsmechanismus hat eine drehbare Welle 530, die beispielsweise
drehbar von dem Zylinderkopf 7 des Verbrennungsmotors 1 oder
durch irgendwelche anderen Mittel getragen werden kann. Ein elliptisches Zahnrad 32 ist
an der drehbaren Welle 530 montiert. Elliptische Zahnräder 534 und 536 sind
auch an der jeweiligen Antriebswelle 502, 504 montiert.
Die elliptischen Zahnräder 532, 534 und 536 sind
so angeordnet, dass sie konstant in Eingriff sind. Die elliptischen
Räder 534 und 536 sind auf gegenüberliegenden
Seiten des elliptischen Rades 532 angeordnet. Weiterhin
ist ein Antriebsriemen 540 vorgesehen, der um die Welle 530 und
die Kurbelwelle 500 herum gelegt ist.
-
Obwohl
das in 25 gezeigte Beispiel eine sehr
spezielle Anordnung von elliptischen Rädern zeigt, können
anders geformte elliptische Räder verwendet werden. Weiterhin
kann eine andere Anordnung von solchen elliptischen Rädern
verwen det werden. Beispielsweise können nur zwei elliptische Räder
verwendet werden, die eine Übertragung einer Drehung von
der Kurbelwelle 500 zu einer der Antriebswellen 502, 504 gestatten
würden. Ein Antriebsmechanismus kann dann vorgesehen werden, um
drehbar bzw. in Drehrichtung die Antriebswellen zu koppeln, ähnlich
wie bei dem in 24 gezeigten Aufbau. Anstelle
von elliptischen Rädern ist es auch möglich, eine
oder mehrere elliptische Riemenschieben vorzusehen und ein Antriebselement
dort herum vorzusehen.
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Die
Eigenschaft von elliptischen Zahnrädern oder Riemenscheiben
ist, dass bei einer konstanten Drehung von einem der Elemente, das
andere Element eine variierende Drehzahl haben wird. Die Drehzahl
kann zwischen einer langsamen und einer schnellen Drehzahl variieren.
Während einer einzigen Drehung eines elliptischen Elementes
(wie beispielsweise des Gezeigten) mit einer konstanten Drehzahl
wird das andere Element zwei Phasen haben, in denen es mit einer
langsamen Drehzahl rotieren wird, und zwei Phasen, in denen es mit
einer schnellen Drehzahl rotieren wird. Abhängig von den Drehzahlveränderungen,
die während einer einzigen Drehung erforderlich sind, können
elliptische Zahnräder oder Riemenscheiben mit mehreren
Ansätzen verwendet werden.
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Im
Allgemeinen können irgendwelche zwei nicht kreisförmigen
Elemente verwendet werden, wobei eines drehfest mit einer Antriebsquelle
gekoppelt ist, wie beispielsweise mit der Kurbelwelle, und wobei das
andere drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt ist, und die gekoppelt
sind, um die obige Drehzahlveränderung zu bewirken. Die
oben beschriebene Drehzahlveränderung kann auch erreicht
werden, wenn ein elliptisches oder nicht kreisförmiges
Element mit einem kreisförmigen Element gekoppelt ist. Im
Fall einer nicht kreisförmigen Riemenscheibe, die mit einer
kreisförmigen Riemenscheibe gekoppelt ist, kann die Riemenspannung
derart vorgesehen sein, dass sie irgendeinen Durchhang aufnimmt,
der während der Drehung der Riemenscheiben auftritt. Wenn ein
nicht kreisförmiges Zahnrad in Kombination mit einem kreisförmigen
Zahnrad verwendet wird, kann ein Mechanismus vorgesehen werden,
der eine Relativbewegung zwischen den Elementen gestattet. Eine
solche Relativbewegung gestattet, dass die Distanz zwischen dem
Drehmittelpunkten der Zahnräder während der Drehung
der Zahnräder variiert. Ein solcher Mechanismus kann für
Riemenscheiben verwendet werden, um eine Riemenspannung vorzusehen,
wie oben beschrieben.
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26 zeigt
einen weiteren alternativen Antriebsmechanismus zum Antrieb der
Wellen 502, 504, die in einem Zylinderkopf 7 eines
Verbrennungsmotors 1 angeordnet sind. Der Antriebsmechanismus
weist einen elektrischen Antriebsmotor 550 auf, der an
einer Stirnseite des Zylinderkopfes 7 angebracht ist. Wie
in den unterschiedlichen Ansichten der 26 zu
sehen ist, ist der elektrische Antriebsmotor 550 so angeordnet,
dass die Antriebswelle 504 sich teilweise dort hinein erstreckt.
Wie am Besten in 26(c) zu sehen, sind
Permanentmagneten 555 in der Antriebswelle 504 eingebettet.
Die Teile der Antriebswelle 504, in denen die Permanentmagneten 555 eingebettet
sind, wird von einem Stator 560 des Elektromotors umgeben.
Die Antriebswelle 504 wirkt somit als ein Rotor des Antriebsmotors 550.
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Ein
Antriebselement 570 ist vorgesehen, welches um die Antriebswellen 502, 504 herumgeführt
ist. Die Antriebswelle ist an einem Ende der Antriebswelle 504 vorgesehen,
die gegenüberliegend zu dem Ende ist, welches in dem elektrischen
Antriebsmotor 550 aufgenommen ist.
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26(a) zeigt einen Sensor 580 zum
Abfühlen der Drehposition und der Drehzahl der Kurbelwelle 500.
Der Detektor 580 ist mit dem Antriebsmotor 550 verbunden,
um Informationen bezüglich der Drehposition und der Drehzahl
der Kurbelwelle 500 zum Antriebsmotor 550 zu liefern.
Alternative Sensoren, wie beispielsweise ein Kolbenpositionssensor, können
vorgesehen sein. Obwohl der Antriebsmotor 550 als ein elektrischer
Antriebsmotor beschrieben wurde, könnte stattdessen ein
hydraulischer oder pneumatischer Antriebsmotor verwendet werden.
Es ist auch nicht nötig, dass die Antriebswelle 504 sich in
den Antriebsmotor 550 erstreckt. Ein herkömmlicher
Antriebsmotor mit einem Rotor und einem Stator kann vorgesehen sein,
und der Rotor kann an die Antriebswelle entweder innerhalb oder
außerhalb des Antriebsmotors gekoppelt sein. Ein separater
Antriebsmotor kann für jede der Antriebswellen vorgesehen
sein, wodurch die Notwendigkeit eines Antriebselementes zur Übertragung
einer Drehung zwischen den Antriebswellen eliminiert wird.
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Der
Antriebsmotor 550 ist so angeordnet, dass er auf die Antriebswelle 504 wirkt,
an der Drehventile angebracht sein werden. Anstatt einen Antriebsmotor 550 zu
haben, der auf eine Antriebswelle wirkt, wäre es auch möglich,
einen Antriebsmotor vorzusehen, der direkt auf Drehventile wirkt,
die in einem Zylinderkopf eines Motors aufgenommen sind. In diesem
Fall kann das Drehventil Permanentmagneten haben, die darin eingebettet
sind, worauf ein Stator des Antriebsmotors wirken kann. Die Drehventile
können auf einer jeweiligen Welle gelagert sein oder könnten
auf einer Welle vorgesehen sein, die innerhalb des Zylinderkopfes
gelagert ist. Alternative Mittel zum Lagern der Drehventile in dem
Zylinderkopf können vorgesehen sein.
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Der
Stator eines solchen Antriebsmotors kann beispielsweise an der Abdeckplatte 12 angebracht
sein, und insbesondere an den Vorsprüngen, die so beschrieben
werden, dass sie sich in die Einführdurchlässe 32 erstrecken.
Der Stator eines solchen Antriebsmotors kann auch durch Innenwände der
Ventilkammer zum Aufnehmen des Drehventils gebildet werden.
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Bezüglich
des zuvor beschriebenen Antriebsmechanismus können Kombinationen
davon gebildet werden. Es ist beispielsweise möglich, einen mechanischen
Antriebsstrang vorzusehen, der Zahnräder und/oder Riemenscheiben
zwischen einem Ausgang des Antriebsmotors und der Antriebswelle aufweist.
Insbesondere können nicht kreisförmige Elemente
ebenfalls in einem solchen mechanischen Antriebsstrang verwendet
werden, der einen Ausgang des Antriebsmotors mit einer oder beiden
Antriebswellen koppelt
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Industrielle Anwendbarkeit
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Der
zuvor beschriebene Zylinderkopf 7 und seine assoziierten
Teile können für irgendeine Art eines Verbrennungsmotors
verwendet werden, insbesondere für Motoren mit direkter
Brennstoffeinspritzung. Wenn keine direkte Brennstoffeinspritzung
verwendet wird, kann eine Brennstoff-Luft-Mischung über
die Luftleitung 47 und ihre assoziierten Ventilkammern 24 geliefert
werden. Der Zylinderkopf 7 kann ein Gussteil sein, wobei
gewisse Teile davon nach dem Gussprozess maschinell (spanend) bearbeitet
werden. Insbesondere können die Flussdurchlässe 36,
die Dichtungssitze, welche die Flussdurchlässe 36 umgeben,
die Durchlässe 27, 28 und die äußeren
Dichtungsflächen typischerweise maschinell bearbeitet sein.
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Um
den Zylinderkopf 7 zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor
vorzubereiten, werden die unterschiedlichen damit assoziierten Teile
zusammengebaut. Eine solche Montage wird nun bezüglich 6 beschrieben,
die einen längsverlaufenden Querschnitt durch den Zylinderkopf 7 zeigt.
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Die
Ansicht gemäß 6 zeigt
einen Querschnitt durch die Gruppe B der Ventilkammern 24 und durch
den Durchlass 28. Im Folgenden wird somit Bezug auf jene
Ventilkammern und auf den Durchlass 28 genommen. Die Montage
der Ventilkammern 24 und der assoziierten Teile bezüglich
der Gruppe A wird in ähnlicher Weise ausgeführt.
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In
einem ersten Schritt werden Lager im Durchlass 28 angeordnet.
Jeder Teil des Durchlasses 28, der zwischen benachbarten
Ventilkammern 24 angeordnet ist, wird zwei Lager, wie beispielsweise
die Lager 402, darin aufnehmen. Zusätzliche Lager,
die von der gleichen Form und Konstruktion sein können,
wie die Lager 402, können in den Teilen des Durchlasses 28 angeordnet
sein, die sich zwischen den äußersten Ventilkammern 24 und
den Endstirnseiten 17 bzw. 18 erstrecken.
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In
einem nächsten Schritt werden Deflektoren, wie beispielsweise
die Deflektoren 404, benachbart zu dem Lager angeordnet,
das in dem Durchlass 28 aufgenommen ist. Die Ablenkfläche
der Deflektoren ist so angeordnet, dass sie zur Innenfläche
der Ventilkammern 24 weist. Anstatt getrennte Lager und Deflektoren
zu haben, könnte stattdessen eine integrierte Deflektor/Lageranordnung
verwendet werden, wie in 22 gezeigt.
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In
einem nächsten Schritt werden Drehventile, wie beispielsweise
die Drehventile 30, in die Ventilkammern 24 durch
ihre jeweilige Einführöffnung 32 eingesetzt.
Als nächstes wird eine Antriebswelle, wie beispielsweise
die Antriebswelle 300, darauf folgend durch die Lager in
den Durchlass 28 eingesetzt, weiter ein Deflektor 404 in
einer ersten Ventilkammer 24, ein erstes Drehventil 30 in
der Ventilkammer, ein zweites Drehventil 30 in der Ventilkammer,
ein zweiter Deflektor 404 in der Ventilkammer, Lager in
dem Durchlass usw.. Während dieser Montage kann die Antriebswelle über
ihren mittleren Kühldurchlass gekühlt werden,
um zu bewirken, dass sie schrumpft, um ein besseres Einführen
während der verschiedenen Teile der Montage zu gestatten.
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Sobald
die Antriebswelle durch alle Teile der Anordnung eingeführt
wurde und aus dem gegenüberliegenden Ende des Zylinderkopfes 7 austritt, werden
die Befestigungslöcher 310 in der Antriebswelle
mit der Öffnung 238 in den Drehventilen 30 ausgerichtet.
Diese Ausrichtung wird durch die Einführöffnung 32 beobachtet
und wird in Paaren ausgeführt. Sobald eine Öffnung 238 in
einer Antriebswelle 30 mit einem entsprechenden Befestigungsloch 310 in
der Antriebswelle 300 ausgerichtet ist, wird der Stift 330 durch
die Öffnung 238 in den oberen Teil der Befestigungsöffnung 310 eingesetzt.
Schließlich wird eine Schraube 335 in die Anordnung
eingesetzt und wird in den inneren Teil des Befestigungslochs 310 der
Antriebswelle 300 geschraubt.
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Auf
diese Weise wird jedes der Drehventile 30 an der Antriebswelle 300 montiert.
Wie oben erwähnt, wird diese letztendliche Montage der
Drehventile 30 in Paaren ausgeführt, da die Gruppen 312 bis 318 der
Befestigungslöcher 310 in Drehrichtung versetzt
sind. Insofern als die Montage der Befestigungslöcher und
das Einführen des Stiftes und der Schraube durch die Einführöffnung 32 ausgeführt werden,
werden die Drehventile in einer konstanten Position gehalten, und
die Antriebswelle ist zu drehen, um eine Ausrichtung der Befestigungslöcher
zu erreichen.
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Es
kann auch möglich sein, die Antriebswelle und die damit
assoziierten Komponenten außerhalb des Zylinderkopfes zu
montieren und eine solche Anordnung durch einen entsprechenden Durchlass
einzuführen, der entweder in Längsrichtung oder
in Querrichtung im Zylinderkopf ausgeformt ist. In einem Zylinderkopf mit
geteilter Ausführung, kann eine solche Anordnung eingesetzt
werden, bevor die einzelnen Köperteile des Zylinderkopfes
aneinander angebracht werden.
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Sobald
diese Montage vollendet ist, können Einspritzvorrichtungen
an dem Zylinderkopf 7 durch Einführen der Einspritzvorrichtungen
durch die entsprechenden Einspritzvorrichtungsöffnungen 67 montiert
werden. Sobald der Zylinderkopf 7 in dieser Weise vormontiert
ist, kann er an dem Motorhauptkörper durch Schrauben befestigt
werden, die sich durch die Befestigungslöcher 65 in
entsprechende Befestigungslöcher in dem Motorhauptkörper
erstrecken.
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Schließlich
kann die Abdeckplatte 12 auf dem Zylinderkopf 7 angeordnet
werden und daran durch Schrauben angebracht werden, die sich durch die
Befestigungslöcher 69 und 70 erstrecken.
Sobald der Zylinderkopf 7 an dem Motorhauptkörper
befestigt ist, wird ein Antriebsmechanismus an die Antriebswellen
gekoppelt. Weiterhin ist eine Abgassammelleitung an der Seite 20 des
Zylinderkopfes 7 angebracht, um strömungsmittelmäßig
jeden der Durchlässe 60 mit der Abgassammelleitung
zu verbinden. In ähnlicher Weise sind Lufteinlassrohre
mit der Oberseite 15 des Zylinderkopfes 7 verbunden, um
strömungsmittelmäßig die Durchlässe 49 und
50 anzuschließen, die mit der Luftleitung 47 verbunden sind.
Die Öffnung 48 in der Endstirnseite 18 kann
von einer Abdeckplatte oder einem Verschluss geschlossen werden.
Alternativ könnte ein anderes Lufteinlassrohr mit der Endstirnseite 18 verbunden
werden, um einen Luftfluss zur Luftleitung 47 vorzusehen.
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Während
des Betriebs des Motors wird jedes der Drehventile 30 aufeinanderfolgende Öffnungs- und
Verschlussereignisse für seinen entsprechenden Flussdurchlass 36 vorsehen.
Die Drehventile 30, die mit der Gruppe A der Ventilkammern
assoziiert sind, werden hauptsächlich Einlassluft in die
jeweiligen Motorzylinder während eines Einlasshubes liefern, und
werden einen Strömungsmittelfluss in die jeweiligen Ventilkammern
während eines Verschlussereignisses verhindern. Wenn eine
im Zylinder auftretende Ladungslösung (ICCD = In-Cylinder
Charge Dilution) erwünscht ist, d. h. eine Vermischung
der Einlassluft mit Abgas, was beispielsweise darauf gerichtet ist, Emissionen,
wie beispielsweise Stickoxyde (NOx) während der Verbrennung
zu vermindern, kann ein gewisses Ausmaß eines Gas flusses
von den Zylindern zu den Ventilkammern vorgesehen sein, die mit der
Gruppe A assoziiert sind. Ein solcher Gasfluss kann beispielsweise
durch zusätzliche Flussöffnungen vorgesehen sein,
wie beispielsweise eine Flussöffnung 260, die
in 17 gezeigt ist, oder Flussöffnungen 276 bis 278,
wie in 18 gezeigt. Es ist auch möglich,
dass ein solcher Gasfluss durch eine unvollständige Abdichtung
zwischen der Dichtungsanordnung 44 und dem Drehventil 30 zumindest
während eines Teils seiner Drehung vorgesehen sein kann.
Eine solche unvollständige Abdichtung könnte erreicht
werden durch Vorsehen von Abschnitten in der kugelförmigen
Zone 204 jedes Drehventils, die von seiner Drehsymmetrie
abweichen.
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Eine
andere Alternative ist, jedes der Drehventile 30 so zu
drehen, dass zwei Öffnungsereignisse durch die Öffnungen 226 bis 228 während
eines einzigen Verbrennungszyklus des Motors auftreten, d. h. das
Drehventil kann zwei Umdrehungen während eines einzigen
Verbrennungszyklus ausführen. In diesem Fall könnten
die Drehzahl der Drehventile 30 variiert werden, sodass
die Öffnungsereignisse von anderer Dauer sind. In einigen
Ausführungsbeispielen kann eine längere Lufteinlassöffnungsdauer verwendet
werden.
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Die
mit der Gruppe B der Ventilkammern 24 assoziierten Drehventile
sehen in ähnlicher Weise Öffnungsereignisse für
Abgas aus den jeweiligen Zylindern durch die jeweiligen Flussdurchlässe 36,
den Flussdurchlass 226, 228 in den Drehventilen 30,
in die jeweilige Ventilkammer 24 und durch den jeweiligen
Abgasdurchlass 60 zur Auslasssammelleitung vor.
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Um
eine ICCD zu erreichen, ist es auch möglich, zu gestatten,
dass Abgas von der mit der Gruppe B assoziierten Ventilkammer 24 in
die jeweiligen Zylinder während eines Einlasshubes fließt,
anstatt Abgas in die Ventilkammern 24 der Gruppe A einzulassen.
Ein solcher Luftfluss, der außerhalb des Hauptöffnungsereignisses
der Drehventile auftritt, um Abgas aus den Zylindern auszustoßen,
kann in ähnlicher Weise auftreten, wie zuvor beschrieben.
Zusätzliche Flussöffnungen 260 bis 278 können
vorgesehen werden, eine unvollständige Abdichtung zwischen den
Drehventilen 30 und ihrer entsprechenden Dichtungsanordnung
kann vorgesehen werden, oder die Ventile können mit einer
Drehzahl angetrieben werden, um zwei oder mehr als zwei getrennte
Ventilöffnungsereignisse der gleichen Öffnungen
während eines einzigen Verbrennungszyklus des Motors zu
erreichen. Brennstoff kann über die jeweiligen Einspritzvorrichtungen
gemäß den Anforderungen des Motors eingespritzt
werden. Alternativ kann eine Brennstoff-Luft-Mischung über
die Ventilkammern 24 der Gruppe A geliefert werden.
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Der
in 10 gezeigte Zylinderkopf 107 wird in ähnlicher
Weise wie der Zylinderkopf 7 montiert, und sein Betrieb
wird ähnlich dem sein, der zuvor beschrieben wurde. Der
Hauptunterschied liegt in der Tatsache, dass eine Lufteinlasssammelleitung
und eine Abgassammelleitung an den Teilen 181 bzw. 182 der
Oberseite 115 des Zylinderkopfes 107 angebracht
sein werden. Luft wird direkt durch die Einführöffnung 132 in
die jeweiligen Ventilkammern 124 der Gruppe A eintreten,
anstatt durch eine Luftleitung 47 und die Flussdurchlässe 55.
In ähnlicher Weise wird Abgas direkt aus den jeweiligen
Ventilkammern der Gruppe B durch die Einführöffnungen 132 in
die Abgassammelleitung austreten.
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Bezüglich
der 23 bis 26 sind
unterschiedliche Antriebsanordnungen gezeigt. Gemäß 23 und 24 wird
die Drehung der Kurbelwelle 500 des Motors 1 direkt über
einen mechanischen Antriebsstrang auf die jeweiligen Antriebswellen 502, 504 übertragen,
die im Zylinderkopf 7 angeordnet sind. Der mechanische
Antriebsstrang ist so ausgelegt, dass eine konstante Drehung der
Kurbelwelle 500 in eine konstante Drehung der Antriebswellen 502, 504 umgewandelt
wird. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann ein Drehzahlreduktionsmechanismus
vorgesehen sein, sodass jede der Antriebswellen 502, 504 beispielsweise
mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 500 laufen wird.
In dem Fall, dass die Drehventile zwei Hauptflussdurchlässe
durch sie hindurch haben, kann die Drehzahl von jeder der Antriebswellen 502, 504 sogar
auf eine Vierteldrehzahl der Kurbelwelle 500 reduziert
werden.
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25 zeigt
einen alternativen mechanischen Antriebsstrang zur Übertragung
einer Drehung der Kurbelwelle 500 auf die Antriebswelle 502, 504. Dieser
mechanische Antriebsstrang verwendet elliptische Zahnräder,
die in Eingriff miteinander sind. Die elliptischen Zahnräder
haben den Effekt, dass, bei einer konstanten Drehung der Kurbelwelle 500,
die Drehzahl von jeder der Antriebswellen 502, 504 zwischen
einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Drehzahl variieren wird.
Beim Vorsehen einer solchen Drehzahlveränderung kann beispielsweise
ein schnelles Öffnen und Schließen der Drehventile
erreicht werden. Auch wenn 25 elliptische
Zahnräder der Bauart mit zwei Ansätzen zeigt,
können elliptische Zahnräder mit mehreren Ansätzen
bzw. Ausbuchtungen verwendet werden. Tatsächlich könnte irgendeine
Art eines nicht kreisförmigen Zahnrades verwendet werden,
welches eine Drehzahlvariation vorsieht, wie beispielsweise jene,
die oben beschrieben wurde. Die Drehzahl der Antriebswelle wird
um eine Referenzdrehzahl variieren, die mit der Drehzahl der Drehantriebsquelle
assoziiert ist. Die Referenzdrehzahl wird von dem Drehzahlreduktionsmechanismus
abhängen, falls irgendeiner verwendet wird. Ohne einen
Drehzahlreduktionsmechanismus wird die Referenzdrehzahl gleich der
Drehung der Kurbelwelle sein.
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Obwohl 25 elliptische
Zahnräder zeigt, die in Eingriff sind, können
elliptische Riemenscheiben verwendet werden, die durch Antriebsriemen verbunden
sind. Sie können den gleichen Effekt erzeugen. Die in 25 gezeigten
elliptischen Zahnräder werden während einer einzigen
Drehung der Kurbelwelle 500 zwei kurze Perioden erzeugen,
in denen die Drehwellen 502, 504 mit hoher Drehzahl
gedreht werden, und zwei längere Perioden, in denen die Drehwellen 502, 504 sich
mit einer langsameren Drehzahl drehen. Abhängig von der
Anzahl der an den Antriebswellen angebrachten Drehventile und den
Anforderungen des Motors können elliptische Zahnräder
mit mehreren Ansätzen mit einer anderen Anzahl von Drehzahlveränderungen
verwendet werden.
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26 zeigt
einen alternativen Antriebsmechanismus für die Antriebswellen 502, 504.
In dem in 26 gezeigten Beispiel wird ein
elektrischer Antriebsmotor verwendet, um die Antriebswelle 504 anzutreiben.
Die Drehung der Antriebswelle 504 wird dann auf die Antriebswelle 502 über
einen Antriebsriemen 570 übertragen. Ein Sensor 580,
der die Drehposition und die Drehzahl der Kurbelwelle 500 detektiert,
ist mit dem Antriebsmotor 550 verbunden, um diese Information
dorthin zu übertragen. In Übereinstimmung mit
diesen Informationen kann der Antriebsmotor 550 die Antriebswellen 504 bzw. 502 drehen.
Der Antriebsmotor 550 kann mit variierenden Drehzahlen
während einer einzigen Drehung davon angetrieben werden.
Dies kann ein schnelles Öffnen und Schließen des
Drehventils gestatten. Die variierenden Drehzahlen können
wieder um eine Referenzdrehzahl variieren, die mit einer Kurbelwellendrehzahl
assoziiert ist.
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Anstatt
einen Antriebsmotor 550 für eine der Antriebswellen
vorzusehen und einen mechanischen Antriebsstrang zwischen den Antriebswellen
vorzusehen, um sie zu koppeln, können zwei getrennte Antriebsmotoren
vorgesehen werden. Dies würde die Möglichkeit
hinzubringen, unabhängig die Drehung von jeder der Antriebswellen
zu steuern. Insbesondere in Fällen, wo ein einziges Drehventil
an der Antriebswelle angebracht ist, oder wo eine Antriebswelle
mit Drehventilen für einen einzigen Zylinder assoziiert
ist, ist eine individuelle Anpassung des Öffnens, Schließens
und der Drehzahl davon möglich. In dieser Weise kann die
Menge des Strömungsmittelflusse zu und von dem Zylinder
individuell für den Zylinder eingestellt werden. Eine ähnliche
Steuerung ist bei der Anwendung möglich, wo der Antriebsmotor direkt
auf die Drehventile wirkt, beispielsweise wenn die Drehventile darin
eingebettete Magneten haben, wie oben beschrieben. Eine solche individuelle
Anpassung kann insbesondere in Kombination mit einer entsprechenden
Anpassung der einzuspritzenden Brennstoffmenge vorteilhaft sein.
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Eine
elektronische Steuereinheit kann vorgesehen sein, um den Betrieb
des Antriebsmotors zu steuern. Auch wenn 26 einen
elektrischen Antriebsmotor zeigt, kann in ähnlicher Weise
ein hydraulischer Antriebsmotor vorgesehen sein.
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Die
obige Beschreibung beschreibt verschiedene Beispiele für
einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors und seine assoziierten
Komponenten. Die vorliegende Anmeldung ist jedoch nicht auf die speziellen
dort gezeigten Beispiele eingeschränkt. Merkmale der unterschiedlichen
Beispiele für Elemente können kombiniert und/oder
ausgetauscht werden.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem Zylinderkopf der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden
können. Andere Ausführungsbeispiele des Zylinderkopfes
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus
einer praktischen Ausführung des hier offenbarten Zylinderkopfes
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen gezeigt wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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- 1. Zylinderkopf (7, 107)
für einen Verbrennungsmotor (1), der Folgendes
aufweist:
eine Ventilkammer (24, 124), die
bemessen ist, um mindestens zwei Drehventile (30) darin
aufzunehmen;
mindestens zwei erste Durchlässe (36),
die sich zwischen der Ventilkammer (24, 124) und
einer Unterseite (16, 116) des Zylinderkopfes
erstrecken; und
einen Flussdurchlass (55, 47, 49, 50, 60, 132),
der eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Ventilkammer
und dem äußeren des Zylinderkopfes vorsieht.
- 2. Zylinderkopf nach 1., wobei der Zylinderkopf einen einteiligen
Hauptkörper (11, 111) aufweist, in dem
die Kammer, die mindestens zwei ersten Durchlässe (36)
und der Flussdurchlass definiert sind.
- 3. Zylinderkopf nach 2., wobei ein zweiter Durchlass (32, 132)
in dem einteiligen Hauptkörper vorgesehen ist, wobei der
zweite Durchlass eine Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Äußeren
des Hauptkörpers vorsieht und geformt ist, um das Einführen
der Drehventile dort hindurch zu gestatten
- 4. Zylinderkopf nach 3., wobei die ersten Durchlässe
und der zweite Durchlass so angeordnet sind, dass es eine gerade
Zugangslinie durch den zweiten Durchlass zum ersten Durchlass gibt,
und dass der zweite Durchlass den Flussdurchlass bildet.
- 5. Zylinderkopf nach 3., der eine Oberseite aufweist, die mindestens
einen abgewinkelten Teil (181, 182) hat, der nicht
parallel zur Unterseite ist, und wobei der zweite Durchlass sich
zwischen der Ventilkammer und dem abgewinkelten Teil der Oberseite
erstreckt.
- 6. Zylinderkopf nach 1., wobei eine kuppelförmige Ausnehmung
(38, 138) in der Unterseite des Zylinderkopfes
vorgesehen ist, und wobei die mindestens zwei ersten Durchlässe
sich zwischen der Ventilkammer und der kuppelförmigen Ausnehmung
erstrecken.
- 7. Zylinderkopfanordnung, die Folgendes aufweist: einen Zylinderkopf
(7, 107); und
eine Vielzahl von Ventilkammern
(24, 124), die in dem Zylinderkopf ausgeformt
sind, wobei die Vielzahl von Ventilkammern mindestens zwei Gruppen
(A, B) aufweist, wobei jede Gruppe die gleiche Anzahl von Ventilkammern
enthält;
wobei jede der Ventilkammern der Vielzahl
von Ventilkammern geformt ist, um mindestens zwei Drehventile darin
aufzunehmen.
- 8. Zylinderkopfanordnung nach 15., wobei das Lufteinlasssystem
strömungsmittelmäßig mit einer ersten
der mindestens zwei Gruppen von Ventilkammern verbunden ist, und
wobei das Auslasssystem strömungsmittelmäßig
mit einer zweiten der mindestens zwei Gruppen von Ventilkammern
verbunden ist.
- 9. Zylinderkopfanordnung nach 16., welche weiter einen Antriebswellendurchlass
(27, 28) aufweist, der sich in Längsrichtung
durch die erste der mindestens zwei Gruppen von Ventilkammern erstreckt,
und einen Antriebswellendurchlass, der sich in Längsrichtung
durch die zweite der mindestens zwei Gruppen von Ventilkammern erstreckt.
- 10. Zylinderkopfanordnung nach 7., welche weiter mindestens
zwei Drehventile (30) aufweist, welche in den Ventilkammern
aufgenommen sind, und mindestens eine Antriebswelle (300),
die sich durch den Antriebswellendurchlass erstreckt und wobei die
Drehventile darauf befestigt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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