DE102007063048A1

DE102007063048A1 - Befestigungsanordnung für ein Drehventil

Info

Publication number: DE102007063048A1
Application number: DE200710063048
Authority: DE
Inventors: Martin W. Bourne Dirker
Original assignee: Perkins Engines Co Ltd
Current assignee: Perkins Engines Co Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-07-03
Also published as: US20080210311A1; US8100144B2

Abstract

Eine Befestigunganordnung zur Befestigung von mindestens einem Drehventil an einer Antriebswelle wird vorgesehen, wobei die Antriebswelle mindestens ein Befestigungsloch an einer vorbestimmten Position darin aufweist. Die Befestigungsanordnung kann mindestens ein Drehventil mit einem gekrümmten Teil und zwei Seitenteilen aufweisen. Die Anordnung kann auch einen mittleren Durchlass aufweisen, der durch die zwei Seitenteile verläuft, der so geformt ist, dass er gestattet, dass die Antriebwelle sich dort hindurch erstreckt. Das Drehventil kann auch eine Befestigungsöffnung aufweisen, die sich zum mittleren Durchlass an einer vorbestimmten Position öffnet. Die Anordnung kann ein Befestigungselement aufweisen, welches sich durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle erstreckt, um das Drehventil an der Antriebswelle an einer vorbestimmten Position zu befestigen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung ist auf Verbrennungsmotoren gerichtet, und insbesondere auf eine Befestigungsanordnung und ein Verfahren zur Befestigung eines Drehventils an einer Antriebswelle.
Hintergrund
Es ist bekannt gewesen, Drehventile zu verwenden, die auf einer Antriebswelle in einem Zylinderkopf in einem Verbrennungsmotor befestigt sind. Ein Beispiel von Drehventilen, die auf einer Antriebswelle befestigt sind, die in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors verwendet werden, ist im US-Patent Nr. 6 779 504 offenbart, das am 24. August 2004 an Coates erteilt wurde.
Bei Coates sind die Drehventile auf der Antriebswelle durch eine Feder montiert, die sich in eine Nut erstreckt, die in der Antriebswelle ausgeformt ist und in eine entsprechende Nut in dem Drehventil. Eine Einstellschraube wird verwendet, um das Drehventil an der Antriebswelle zu befestigen.
Die Montage dieser Teile ist schwierig, weil die Passfeder in Eingriff mit den jeweiligen Nuten des Drehventils sein muss, und danach die Einstellschraube festgezogen werden muss. Weiterhin ist die Montage dieser Teile sogar noch schwieriger, wenn sie in einem begrenzten Raum ausgeführt wird, wie beispielsweise innerhalb eines Zylinderkopfes. Die vorliegende Anmeldung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Befestigungsanordnung zur Befestigung von mindestens einem Drehventil auf einer Antriebswelle gerichtet, wobei die Antriebswelle zumindest ein Befestigungsloch an einer vorbe stimmten Position darin aufweist. Die Befestigungsanordnung kann mindestens ein Drehventil mit einem gekrümmten Teil und zwei Seitenteilen aufweisen. Das Drehventil kann auch einen mittleren Durchlass aufweisen, der durch die zwei Seitenteile verläuft und bemessen ist, um zu gestatten, dass die Antriebswelle sich dort hindurch erstreck. Weiterhin kann das Drehventil eine Befestigungsöffnung aufweisen, die sich zum mittleren Durchlass an einer vorbestimmten Position öffnet. Die Anordnung kann auch ein Befestigungselement aufweisen, welches sich durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle erstreckt, um das Drehventil an der Antriebswelle an einer vorbestimmten Position zu befestigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Befestigung eines Drehventils an einer Antriebswelle gerichtet, die mindestens ein Befestigungsloch an einer vorbestimmten Position darin hat. Das Verfahren kann aufweisen, ein Drehventil auf die Antriebswelle zu schieben. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine Befestigungsöffnung in dem Drehventil mit einem entsprechenden Befestigungsloch in der Antriebswelle auszurichten. Zusätzlich kann das Verfahren aufweisen, ein Befestigungselement durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle einzuführen, um das Drehventil an der Antriebswelle an einer vorbestimmten Position zu befestigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht von Teilen eines Verbrennungsmotors mit einem beispielhaften Zylinderkopf;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Zylinderkopfes der 1;
3 ist eine Draufsicht des Zylinderkopfes der 2;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Unterteil des Zylinderkopfes der 1 zeigt;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Oberteil des Zylinderkopfes der 1 mit einer daran montierten Abdeckplatte zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht des Zylinderkopfes entlang der Linie VI-VI in 3 mit zusätzlichen darin montierten Elementen;
7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 6;
8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7;
9 ist eine Teildraufsicht des Zylinderkopfes der 2 mit darin angeordneten Drehventilen;
10 ist eine Endansicht eines alternativen Zylinderkopfes;
11 ist eine Draufsicht eines beispielhaften Drehventils, welches in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors verwendet werden soll;
12 ist eine Querschnittsansicht des Drehventils entlang der Linie B-B in
11;
13 ist eine Seitenansicht des Drehventils der 11;
14 ist eine Querschnittsansicht des Drehventils entlang der Linie A-A in 11;
15 ist eine weitere Seitenansicht des Drehventils der 11;
16 ist eine perspektivische Ansicht des Drehventils der 11;
17 ist eine Querschnittsansicht, ähnlich der 14, eines alternativen Drehventils;
18 ist eine Querschnittsansicht, ähnlich der 12, eines alternativen Drehventils;
19 ist eine Querschnittsansicht einer Antriebswelle für sich drehende Drehventile;
20 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schnittes der Antriebswelle gemäß 19 mit einem daran montierten Drehventil;
21(a) ist eine Querschnittsansicht einer Deflektor/Lageranordnung;
21(b) ist eine Querschnittansicht einer alternativen Deflektor/Lageranordnung;
22 ist eine Querschnittsansicht einer Deflektoranordnung;
23 ist eine schematische Endansicht eines Verbrennungsmotors, der einen Antriebsmechanismus zum Antreiben von Drehventilen zeigt, die in dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sind,
24(a) ist eine Endansicht eines Verbrennungsmotors;
24(b) ist eine Draufsicht eines Verbrennungsmotors, die einen alternativen Antriebsmechanismus zum Antreiben von Drehventilen zeigt, die in dem Zylinderkopf des Motors angeordnet sind;
25 ist eine Endansicht eines Verbrennungsmotors, die einen weiteren alternativen Antriebsmechanismus zum Antreiben von Drehventilen zeigt, die in dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sind;
26(a) ist eine Endansicht eines Verbrennungsmotors;
26(b) ist eine Draufsicht eines Verbrennungsmotors; und
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.
Detaillierte Beschreibung
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.
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.
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 auf zunehmen. 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.
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.
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).
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.
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.
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).
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 Zylinderkopf 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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. Dar über 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 komplementä re 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.
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.
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.
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.
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.
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 verwendet 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
Industrielle Anwendbarkeit
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.
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.
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 Ven tilkammern 24 und der assoziierten Teile bezüglich der Gruppe A wird in ähnlicher Weise ausgeführt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. Wei terhin 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.
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 Gasflusses 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.
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 Umdre hungen 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Befestigungsanordnung der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele der Befestigungsanordnung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Befestigungsanordnung 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.
Zusammenfassung der Erfindung

1. Befestigungsanordnung zur Befestigung von mindestens einem Drehventil (30) an einer Antriebswelle (300), die Folgendes aufweist: eine Antriebswelle (300) mit mindestens einem Befestigungsloch (310) an einer vorbestimmten Position darin; mindestens ein Drehventil (30) mit einem gekrümmten Teil (202, 204); zwei Seitenteilen (206, 208); einem mittleren Durchlass (210), der durch die zwei Seitenteile (206, 208) läuft, wobei der mittlere Durchlass (210) bemessen ist, um zu gestatten, dass die Antriebswelle (300) sich dort hindurch erstreckt; und einer Befestigungsöffnung (238), die sich zum mittleren Durchlass (210) an einer vorbestimmten Position öffnet; und ein Befestigungselement (335), welches sich durch die Befestigungsöffnung (238) des Drehventils (30) in das Befestigungsloch (310) in der Antriebswelle (300) erstreckt, um das Drehventil (30) an der Antriebswelle (300) an einer vorbestimmten Position zu befestigen.
2. Befestigungsanordnung nach 1., wobei die Antriebswelle (300) eine Vielzahl von Befestigungslöchern (310) an vorbestimmten Positionen aufweist, und wobei eine Vielzahl von Drehventilen (30) an der Antriebswelle (300) durch Befestigungselemente (335) befestigt ist, die sich durch jeweilige Befestigungsöffnungen (238) der Drehventile in jeweilige Befestigungslöcher (310) in der Antriebswelle (300) erstrecken.
3. Befestigungsanordnung nach 2., wobei die Befestigungslöcher (310) in der Antriebswelle (300) entlang der Antriebswelle (300) beabstandet sind, und wobei mindestens eines der Befestigungslöcher (310) in der Antriebswelle (300) bezüglich eines weiteren Befestigungsloches (310) in einer Drehrichtung der Antriebswelle (300) versetzt ist.
4. Befestigungsanordnung nach 3., wobei Gruppen (312, 314, 316, 318) von mindestens zwei benachbarten Befestigungslöchern (310) gebildet werden, wobei die Befestigungslöcher innerhalb jeder Gruppe bezüglich der Drehrichtung der Antriebswelle ausgerichtet sind.
5. Befestigungsanordnung nach 1., wobei das Drehventil (30) mindestens einen Flussdurchlass (212) aufweist, der den gekrümmten Teil (204) und mindestens einen der Seitenteile (206, 208) schneidet, wodurch jeweilige Öffnungen (226, 228, 216, 218) darin gebildet werden, wobei die Befestigungsöffnung (238) in dem Drehventil (30) sich zwischen dem Flussdurchlass (212) und dem mittleren Durchlass (210) erstreckt.
6. Befestigungsanordnung nach 1., wobei das Befestigungsloch (310) in der Antriebswelle (300) und die Befestigungsöffnung (238) in dem Drehventil (30) sich radial zu einer Drehachse der Antriebswelle (300) erstrecken.
7. Befestigungsanordnung nach 1., wobei das Befestigungsloch (310) in der Antriebswelle ein gestuftes Loch mit einem äußeren Teil (320) ist, der einen ersten Durchmesser hat, und mit einem inneren Teil (322) mit einem zweiten Durchmesser, wobei der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ist.
8. Verfahren zum Befestigen eines Drehventils (30) an einer Antriebswelle (300) mit mindestens einem Befestigungsloch (310) an einer vorbestimmten Position darin, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Schieben des Drehventils (30) auf die Antriebswelle; Ausrichten einer Befestigungsöffnung (238) in dem Drehventil mit einem entsprechenden Befestigungsloch (310) in der Antriebswelle; und Einführen eines Befestigungselementes (335) durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle, um das Drehventil an der Antriebswelle an einer vorbestimmten Position anzubringen.
9. Verfahren nach 8., wobei vor dem Einführen des Befestigungselementes durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle ein Ringstift (330) in die Befestigungsöffnung des Drehventils und einen ersten Teil des Befestigungsloches in der Antriebswelle eingeführt wird; und wobei das Befestigungselement durch den Ringstift in einen zweiten Teil der Befestigungsöffnung in der Antriebswelle eingeführt wird.
10. Verfahren nach 8., wobei vor dem Schieben des Drehventils auf die Antriebswelle die Antriebswelle zumindest teilweise in eine Ventilkammer (24, 124) eines Zylinderkopfes (7, 107) des Verbrennungsmotors (1) eingeführt wird, und wobei das Drehventil in die Ventilkammer über eine Einführöffnung (33) eingeführt wird, die in dem Zylinderkopf ausgeformt ist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6779504 [0002]

Claims

Befestigungsanordnung zur Befestigung von mindestens einem Drehventil (30) an einer Antriebswelle (300), die Folgendes aufweist: eine Antriebswelle (300) mit mindestens einem Befestigungsloch (310) an einer vorbestimmten Position darin; mindestens ein Drehventil (30) mit einem gekrümmten Teil, mit zwei Seitenteilen (206, 208), mit einem mittleren Durchlass (210), der durch die zwei Seitenteile (206, 208) läuft, wobei der mittlere Durchlass (210) so geformt ist, dass er gestattet, dass die Antriebswelle (300) sich dort hindurch erstreckt; und mit einem Befestigungsloch (238), welches sich zum mittleren Durchlass (210) an einer vorbestimmten Position öffnet; und ein Befestigungselement (335), welches sich durch die Befestigungsöffnung (238) des Drehventils (30) in das Befestigungsloch (310) in der Antriebswelle (300) erstreckt, um das Drehventil (30) an der Antriebswelle (300) an einer vorbestimmten Position zu befestigen.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die gekrümmte Oberfläche (204) drehsymmetrisch bezüglich einer Achse des Drehventils ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebswelle (300) eine Vielzahl von Befestigungslöchern (310) an vorbestimmten Positionen aufweist, und wobei eine Vielzahl von Drehventilen (30) auf der Antriebswelle (300) durch Befestigungselemente (335) befestigt ist, die sich durch die Befestigungsöffnungen (238) der Drehventile in die Befestigungslöcher (310) in der Antriebswelle (300) erstrecken.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Befestigungslöcher (310) in der Antriebswelle (300) entlang der Antriebswelle (300) beabstandet sind, und wobei mindestens eines der Befestigungslöcher (310) in der Antriebswelle (300) bezüglich eines anderen Befestigungsloches (310) in einer Drehrichtung der Antriebswelle (300) versetzt ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 4, wobei Gruppen (312, 314, 316, 318) von mindestens zwei benachbarten Befestigungslöchern (310) gebildet werden, wobei die Befestigungslöcher in jeder Gruppe bezüglich ihrer Drehrichtung ausgerichtet sind.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehventil (30) mindestens zwei Befestigungslöcher an vorbestimmten Positionen aufweist, und wobei die Antriebswelle (300) eine entsprechende Anzahl von Befestigungslöchern (310) pro Drehventil (30) aufweist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehventil (30) mindestens einen Flussdurchlass (212) aufweist, der den gekrümmten Teil (204) und mindestens einen der Seitenteile (206, 208) schneidet, wodurch jeweilige Öffnungen (226, 228, 216, 218) darin gebildet werden, wobei das Befestigungsloch (238) in dem Drehventil (30) sich zwischen dem Flussdurchlass (212) und dem mittleren Durchlass (210) erstreckt.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 7, wobei das Befestigungsloch (238) in dem Drehventil (30) in einer geraden Linie durch die Öffnung (228) in dem gekrümmten Teil (204) zugänglich ist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungslöcher (310, 238) in der Antriebswelle (300) und dem Drehventil (30) sich radial zu einer Drehachse der Antriebswelle (300) erstrecken.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Befestigungsloch (310) in der Antriebswelle ein gestuftes Loch mit einem äußeren Teil (320) mit einem ersten Durchmesser, und mit einem inneren Teil (322) mit einem zweiten Durchmesser ist, wobei der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 10, wobei der innere Teil (322) mit einem Innengewinde versehen ist, und wobei das Befestigungselement (335) mit einem Außengewinde versehen ist, welches zum Eingriff mit dem Innengewinde des inneren Teils (322) bemessen ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, welches weiter einen Ringstift (330) aufweist, der in dem Befestigungsloch (238) in dem Drehventil (30) und dem äußeren Teil (320) des Befestigungslochs (310) in der Antriebswelle (300) angeordnet ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 11, wobei der Ringstift (330) aus Metall gemacht ist.
Zylinderkopfanordnung, die Folgendes aufweist: einen Zylinderkopf (7, 107) mit mindestens einer darin definierten Ventilkammer (24, 124); und eine Antriebswellen- und Drehventilkombination, die eine Befestigungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei die Kombination in dem Zylinderkopf (7, 107) derart angeordnet ist, dass das mindestens eine Drehventil (30) in der mindestens einen Ventilkammer (24, 124) aufgenommen ist.
Verfahren zur Befestigung eines Drehventils an einer Antriebswelle mit mindestens einem Befestigungsloch an einer vorbestimmten Position darin, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Schieben eines Drehventils auf die Antriebswelle; Ausrichten eines Befestigungsloches in dem Drehventil mit einem entsprechenden Befestigungsloch in der Antriebswelle; und Einführen eines Befestigungselementes durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle, um das Drehventil an der Antriebswelle an einer vorbestimmten Position zu befestigen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei vor dem Einführen des Befestigungselementes durch die Befestigungsöffnung des Drehventils in das Befestigungsloch in der Antriebswelle ein Ringstift in die Befestigungsöffnung des Drehventils an einem ersten Teil des Befestigungsloches in der Antriebswelle eingeführt wird; und wobei das Befestigungselement durch den Ringstift in einen zweiten Teil der Befestigungsöffnung in der Antriebswelle eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei vor dem Schieben des Drehventils auf die Antriebswelle die Antriebswelle zumindest teilweise in eine Ventilkammer eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors eingeführt wird, und wobei das Drehventil in die Ventilkammer über eine Einführöffnung eingeführt wird, die in dem Zylinderkopf ausgeformt ist.