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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Steuerscheibe nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
herkömmlichen Brennkraftmaschinen ist die Steuerung des
Gaswechsels über Nockenwellen und Ventilen bekannt. Nachteilig
ist, dass diese Ventilsteuerungen sehr aufwändig sind,
hohe Reibleistungen aufweisen und sich wegen ihrer oszillierend bewegten
Teile für hohe Drehzahlen weniger gut eignen.
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Um
auf oszillierende Teile einer Ventilsteuerung verzichten zu können,
offenbart die
DE 3941786 A1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuerscheibe für im Otto-Verfahren
arbeitende Axial-Kreiskolbenmotoren. Die Brennkraftmaschine weist
einen Zylinderkopf auf, wobei die Steuerscheibe im Zylinderkopf drehbar
gelagert ist. Der Zylinderkopf bildet mit Zylindern mit darin oszillierenden
Kolben jeweils einen Brennraum. Die Steuerscheibe weist zur Einlasssteuerung
zum jeweiligen Brennraum einen Einlasssteuerkanal und zur Auslasssteuerung
aus dem jeweiligen Brennraum einen Auslasssteuerkanal auf. Die Steuerscheibe
ist um eine zwischen den Zylindern verlaufende Rotationsachse rotierbar
gelagert. Der Auslasssteuerkanal und der Einlasssteuerkanal überstreichen
bei Rotation der Steuerscheibe die Zylinder und steuern damit den
Gaswechsel. Nachteilig ist dabei, dass der Auslasssteuerkanal und
der Einlasssteuerkanal unterschiedlichen Abstand zur Rotationsachse
aufweisen, so dass der Auslasssteuerkanal und der Einlasssteuerkanal
jeweils beim Überstreichen der Zylinder diese nur zu einem
kleinen Teil in einem Randbereich der Zylinder überdecken,
wodurch die Steuergüte des Gaswechsels nur ungenügend
ist.
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Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Steuerscheibe
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass eine zweite Öffnung des Einlasssteuerkanals
und eine erste Öffnung des Auslasssteuerkanals in einem Steuerscheibenboden
der Steuerscheibe zum verbesserten Gaswechsel konzentrisch zu den Zylindern
ausgerichtet sind.
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Vorteilhafterweise
ist mittels der mittig zu den Zylindern angeordneten ersten Öffnungen
des Auslasssteuerkanals und zweiten Öffnung des Einlasssteuerkanals
die Strömungsverhältnisse zur Entleerung und Befüllung
der Brennräume optimiert, so dass der Füllungsgrad
verbessert werden kann, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert und
damit der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Brennkraftmaschine mit Steuerscheibe möglich.
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Zur
Verbesserung der konstruktiven Ausführung der Brennkraftmaschine
ist im Zylinderkopf jedem Zylinder eine mit der zweiten Öffnung
des Einlasssteuerkanals und der erste Öffnung des Auslasssteuerkanals
fluchtende Gaswechselöffnung zugeordnet. Vorteilhafterweise
werden mit dem fluchtenden Übergang zwischen den Brennräumen
und dem Einlass- bzw. Auslasssteuerkanal die Strömungsverhältnisse
weiter optimiert, so dass der Füllungsgrad weiter verbessert
werden kann, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert und damit der Kraftstoffverbrauch
gesenkt werden kann.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine sind die Gaswechselöffnungen jeweils
von einem Brennraumdach eingefasst. Vorteilhafterweise deckt der
Zylinderkopf mit seinen Brennraumdächern zumindest teilweise
die Brennräume ab und nimmt zumindest teilweise den entstehenden
Brennraumdruck während der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches
im Brennraum auf, so dass die mechanische Belastung der Steuerscheibe
gesenkt werden kann, wodurch die Steuerscheibe und eine Lagerung
der Steuerscheibe einfacher und kostengünstig ausgeführt
werden kann oder ein Mitteldruck bei gleich bleibender Belastung
der Steuerscheibe zur Wirkungsgradsteigerung angehoben werden kann.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist jedem Brennraum eine Zündvorrichtung
zugeordnet und die Zündvorrichtung im Brennraumdach vorgesehen. Vorteilhafterweise
kann die Zündvorrichtung ortfest im Zylinderkopf vorgesehen
werden, so dass allgemein bekannte Zündvorrichtungen wie
Zündkerzen oder Zündstege eingesetzt werden können,
wodurch Kosten gesenkt werden können und die Zündvorrichtung
einfach gehalten werden kann.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine sind die Gaswechselöffnungen jeweils
von Dichtringen eingefasst, die im Zylinderkopf angeordnet sind
und an der Steuerscheibe anliegen. Vorteilhafterweise dichten die
Dichtringe den Übergang zwischen Zylinderkopf und Steuerscheibenboden
ab, so dass keine Druckverluste auftreten und keine Verbrennungsluft
bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Abgas zwischen Zylinderkopf und
Steuerscheibe gelangen kann, wodurch Druckverluste minimiert werden
und Vermischung von Abgas mit Verbrennungsluft vermeidbar ist.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist in einem Steuerscheibendeckel der Steuerscheibe
eine erste Öffnung des Einlasssteuerkanals im Wesentlichen konzentrisch
zur zweiten Öffnung des Einlasssteuerkanals angeordnet.
Vorteilhafterweise kann der Einlasssteuerkanal zwischen den beiden Öffnungen
im Wesentlichen gerade und parallel zu den Zylindern ausgeführt
werden, so dass die angesaugte Verbrennungsluft bzw. das angesaugte
Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen strömungsoptimierten
Einlasssteuerkanal zu den Brennräumen strömen
kann, wodurch der Wirkungsgrad weiter gesteigert werden kann.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine überstreicht die erste Öffnung
des Einlasssteuerkanals jeweils einen, jedem Zylinder zugeordneten,
im Wesentlichen fluchtende Einlasskanalöffnung eines Einlasskanals
im Zylinderkopfdeckel. Vorteilhafterweise ist jeder Zylinder über
einen eigenen Einlasskanal mit Verbrennungsluft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch
befüllbar, so dass der Einlass zusammen mit dem Einlasssteuerkanal
und seinen Öffnungen und der Einlasskanal mit seiner Einlasskanalöffnung
strömungsoptimiert werden kann, wodurch der Wirkungsgrad
weiter gesteigert werden kann.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist die erste Öffnung des Einlasssteuerkanals
zwischen zwei konzentrisch zur Rotationsachse der Steuerscheibe,
im Steuerscheibendeckel angeordneten, Dichtringen vorgesehen, wobei
die Dichtringe an einem Zylinderkopfdeckel des Zylinderkopfs anliegen.
Vorteilhafterweise dichten die Dichtringe den Übergang
zwischen dem Zylinderkopfdeckel und dem Steuerscheibendeckel ab,
so dass ein Eintreten von Verbrennungsluft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch
zwischen Zylinderkopf und Steuerscheibe verhindert wird, wodurch
Druckverluste minimiert werden.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine sind zwischen dem Steuerscheibendeckel und dem
Zylinderkopfdeckel zwei Zwischenringe vorgesehen, die am Zylinderkopfdeckel
angebracht sind und jeweils mit einem der Dichtringe im Steuerscheibendeckel
dichtend zusammenwirken. Vorteilhafterweise ist die Dichtwirkung
zwischen Zylinderkopfdeckel und Steuerscheibendeckel mittels Zusammenwirken
von Zwischenringen und Dichtringen verbessert, so dass keine Verbrennungsluft
bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch zwischen die Zylinderkopf und Steuerscheibe
gelangen kann, wodurch Druckverluste minimiert werden.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist jedem Einlass ein Einspritzventil zugeordnet
und Kraftstoff in den Einlasssteuerkanal abspritzt. Vorteilhafterweise kann
das Einspritzventil im Einlass ausgerichtet werden, so dass der
abgespritzte Kraftstoff ohne wesentlich im Einlasssteuerkanal anzuhaften,
in den Brennraum gelangen kann, wodurch der Kraftstoffverbrauch
gesenkt werden kann und Emissionen gesenkt werden können.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist in einem Zylindermantel der Steuerscheibe
eine zweite Öffnung des Auslasssteuerkanals angeordnet.
Vorteilhafterweise ist das Abgas aus den Brennräumen seitlich aus
dem Zylinderkopf geführt, so dass im Zylinderkopfdeckel
keine oder keine besondere Kühlung vorgesehen werden muss,
wodurch sich die Konstruktion der Brennkraftmaschine stark vereinfacht.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine überstreicht die zweite Öffnung
des Auslasssteuerkanals jeweils einen, jedem Zylinder zugeordneten,
Auslasskanalöffnung eines Auslasskanals im Zylinderkopf.
Vorteilhafterweise ist das Abgas über die Auslässe
aus der Steuerscheibe und dem Zylinderkopf abgeführt, so dass
keine oder keine besondere Kühlung der Steuerscheibe bzw.
der Zylinderkopfes vorgesehen werden muss, wodurch sich die Konstruktion
der Brennkraftmaschine stark vereinfacht.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist die zweite Öffnung des Auslasssteuerkanals
zwischen zwei umlaufenden, im Zylindermantel der Steuerscheibe angeordneten,
Dichtringen angeordnet, wobei die Dichtringe im Zylinderkopf anliegen.
Vorteilhafterweise kann über die Dichtringe kein Abgas
zwischen Steuerscheibe und Zylinderkopf gelangen, so dass eine Aufheizung
des Zylinderkopfbodens bzw. -Deckels vermieden werden kann, wodurch
Verbrennungsluft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht erwärmt
werden.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist die Steuerscheibe über ein von der
Brennkraftmaschine angetriebenes Getriebe betätigt. Vorteilhafterweise
kann die Steuerscheibe auf einfache Weise mittels Getriebe angetrieben
und synchronisiert werden, so dass auf eine aufwendige Ventilsteuerung
verzichtet werden kann, wodurch sich die Konstruktion der Brennkraftmaschine
sich stark vereinfacht.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist die Steuerscheibe über ein Elektroantrieb
betätigt. Vorteilhafterweise kann ein Elektroantrieb die
Steuerscheibe direkt antrieben, so dass auf aufwendiges Getriebe verzichtet
werden kann, wodurch sich die Konstruktion der Brennkraftmaschine
sich stark vereinfacht.
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Zur
weiteren Verbesserung der konstruktiven Ausführung der
Brennkraftmaschine ist das Getriebe oder der Elektromotor oberhalb
oder seitlich des Zylinderkopfs angeordnet ist. Vorteilhafterweise
kann das Getriebe oder der Elektroantrieb beliebig am Zylinderkopf
positioniert werden, so dass die Ausführung der Brennkraftmaschine
viele Freiheitsgrade offenlässt, wodurch die Brennkraftmaschine
sich konstruktiven Gegebenheiten leicht anpassen lässt.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in den nachfolgenden
Beschreibungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine,
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2 eine
Seitenansicht,
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3 eine
Draufsicht,
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4 eine
Schnittdarstellung der Brennkraftmaschine gemäß 2 und
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5 Darstellung des Gaswechsels mittels Steuerscheibe
an Teilschnitten:
- a) Ende Verdichtungstakt
Zweiter Zylinder, Ende Ausstoßtakt erster Zylinder
- b) Arbeitstakt zweiter Zylinder, Ansaugtakt erster Zylinder
- c) Ende Arbeitstakt zweiter Zylinder, Ende Ansaugtakt erster
Zylinder
- d) Ausstoßtakt zweiter Zylinder, Verdichtungstakt erster
Zylinder
- e) Ende Ausstoßtakt zweiter Zylinder, Ende Verdichtungstakt
erster Zylinder
- f) Ansaugtakt zweiter Zylinder, Arbeittakt erster Zylinder.
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Die 1, 2 und 3 zeigen
die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit
Steuerscheibe 2 in einer perspektivischen Seitenansicht,
einer Seitenansicht und einer Draufsicht. In 4 ist die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt
gezeigt. Die Brennkraftmaschine 1 ist als Reihen-Zweizylinder
ausgeführt und wird als 4-Takt-Motor mit Fremdzündung
betrieben. Oszillierende Kolben 3 in Zylindern 4 eines
Kurbelgehäuses 5 bilden zusammen mit einem Zylinderkopf 6 die
jeweiligen Brennräume 7. Der Gaswechsel der Brennkraftmaschine 1 wird
mittels Einlass 8 und Auslass 9 gesteuert. Die
Verbrennungsluft strömt über den Einlass 7,
mit einem jedem Zylinder 4 zugeordneten, Einlasskanal 10 in
einem Zylinderkopfdeckel 11 des Zylinderkopfes 6 und
einem einzigen Einlasssteuerkanal 12 (5b und 5f)
der Steuerscheibe 2 in die Brennräume 7.
Das Abgas strömt über den Auslass 9 mit
einem einzigen Auslasssteuerkanal 13 (5d)
der Steuerscheibe 2 und jedem Zylinder 4 zugeordneten
Auslasskanal 14 im Zylinderkopf 6 aus den Brennräumen 7.
Der Einlass 8 ist mit einem nicht gezeigten Einlasstrakt
verbunden. Der Auslass 9 ist über Abgasrohre 15 mit
einem nicht gezeigten Abgastrakt verbunden.
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Wie 4 zeigt,
ist die Steuerscheibe 2 ist im Zylinderkopf 6 rotierbar
gelagert. Die Steuerscheibe 2 rotiert um eine zwischen
den beiden Zylindern 4, parallel zu den Zylindern 4,
verlaufende Rotationsachse 16. Der Einlasssteuerkanal 12 und
der Auslasssteuerkanal 13 der Steuerscheibe 2 verbinden nach
dem 4-Takt-Prinzip die beiden Brennräume 7 jeweils
mit dem Einlasskanal 10 und dem Auslasskanal 14.
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Die
Brennkraftmaschine 1 weist eine Kurbelwelle 17 zwei
Kröpfungen 18 ohne Versatz zueinander auf. Bei
dem als so genannten Parallel-Twin ausgelegten Kurbeltrieb oszillieren über
Pleuel 19 mit den Kröpfungen 18 der Kurbelwelle 17 verbunden Kolben 3 parallel
in Zylindern 4 des Kurbelgehäuses 5.
Die Kurbelwelle 17 ist in einer Trennstelle 20 zwischen
Kurbelgehäuse 5 und einer Ölwanne 21 in
geeigneter Weise gelagert. Die Kurbelwelle 17 weist einen
Abtrieb 22 zu einem nicht dargestellten Antriebsstrang
auf und einen gegenüberliegenden Abtrieb 23 mit
einem Antriebsrad 24 auf.
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Wie
die 1 bis 3 zeigen, ist das Antriebsrad 24 ist
Teil eines Getriebes 25 zum Antreiben der Steuerscheibe 2.
Das Antriebsrad 24 treibt über eine Kette 26 ein
weiteres Rad 27 an, welches über eine Welle 28,
einem Kegelradgetriebe 29 und einer Antriebswelle 30 die
Steuerscheibe 2 antreibt. Zum Spannen der Kette 26 ist
ein Spanner 31 vorgesehen. Denkbar ist auch, dass die beiden
Räder 24 und 27 über einen Riemen
miteinander verbunden sind. Weiterhin ist es denkbar, dass an Stelle
des Kettentriebs ein nicht näher dargestellter Elektroantrieb
die Welle 28 antreibt oder direkt die Antriebswelle 30.
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Die
scheibenförmige Steuerscheibe 2 ist im Zylinderkopf 6 aufgenommen
und in einer Steuerscheibenaufnahme 32 des Zylinderkopfs 6 rotierbar gelagert.
Die komplementär zur Steuerscheibe 2 ausgeformte
Steuerscheibenaufnahme 32 ist in Form eines nach oben offnen
Zylinders mit einer Zylinderkopfwand 33 und einem Zylinderkopfboden 34 gebildet.
Der Zylinderkopf 6 ist an das Kurbelgehäuse 5 angeschraubt
und begrenzt mit seinem Zylinderkopfboden 34, den Kolben 3 und
den Zylindern 4 jeweils einen Brennraum 7. Die
Steuerscheibenaufnahme 32 ist mit dem Zylinderkopfdeckel 11 verschlossen. Im
Zylinderkopfdeckel 11 ist in geeigneter Weise die Antriebswelle 30 der
Steuerscheibe 2 gelagert. Die Welle 28 ist in
geeigneter Weise in einer Trennstelle 35 zwischen dem Zylinderkopfdeckel 11 und
einer Zylinderkopfhaube 36 gelagert.
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Der
Einlass 8 weist einen gemeinsamen Flansch 37 auf,
der mit dem nicht dargestellten Einlasstrakt verbunden ist. Ausgehend
vom Flansch 38 ist im Zylinderkopfdeckel 11 jedem
Zylinder 6 jeweils ein Einlasskanal 10 zugeordnet.
Jeder Einlasskanal 10 endet mit einer Einlasskanalöffnung 38 im
Zylinderkopfdeckelboden 39, wobei die Einlasskanalöffnungen 38 im
Wesentlichen konzentrisch zu den jeweiligen Zylindern 4 ausgebildet
sind. Jedem Einlasskanal 10 ist ein Einspritzventil 40 zugeordnet,
wobei die Einspritzventile 40 den Kraftstoff in Richtung der
Einlasskanalöffnungen 38 abspritzen. Der einzige
Einlasssteuerkanal 12 der Steuerscheibe 2 verbindet
entsprechend der Taktfolge zyklisch die Einlasskanäle 10 mit
den zugehörigen Zylindern 4. Der Einlasssteuerkanal 12 weist
eine erste Öffnung 41 in einem Steuerscheibendeckel 42 und
eine zweite Öffnung 43 in einem Steuerscheibenboden 44 auf.
Der Einlassteuerkanal 12 ist im Wesentlichen parallel zu den
Zylindern 4 ausgebildet, wobei die erste Öffnung 41 des
Einlasssteuerkanals 12 bei Überstreichen der Einlasskanalöffnungen 38 der
Einlasskanäle 10 im Wesentlichen mit den Einlasskanalöffnungen 38 und der
ersten Öffnung 41 des Einlasssteuerkanals 12 mit
einer Gaswechselöffnung 45 im Zylinderkopfboden 34 fluchtet
(5b und 5f).
Jeder Zylinder 4 weist eine einzige Gaswechselöffnung 45 auf.
Durch die Gaswechselöffnung 45 wird Verbrennungsluft den
Brennräumen 7 zugeführt und Abgas aus
den Brennräumen 7 abgeführt. Die Gaswechselöffnungen 45 sind
jeweils von einem Brennraumdach 46 eingefasst. Die Verbrennungsluft
kann über den Flansch 37, die Einlasskanäle 10,
den Einlasssteuerkanal 12 in die jeweiligen Brennräume 7 strömen,
wobei bei Verbindung des Brennraums 7 mit dem Einlasskanal 10 die
erste Öffnung 41 und die zweite Öffnung 43 konzentrisch
zu den Zylindern 4 angeordnet sind, so dass der Einlass 8 zwischen
der Einlasskanalöffnung 38 und der Gaswechselöffnung 45 eine insgesamt
fluchtende und zu den Zylindern 4 konzentrische Verbindung
herstellt.
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Die
erste Öffnung 41 des Einlasssteuerkanals 12 ist
zwischen zwei konzentrisch zur Rotationsachse 16 der Steuerscheibe 2 Dichtringen 47 vorgesehen.
Die Dichtringe 47 sind im Steuerscheibendeckel 42 angeordnet
und liegen am Zylinderkopfdeckelboden 39 an. Zur Verbesserung
der Abdichtung sind am Zylinderkopfdeckelboden 39 zwei
Zwischenringe 48 angebracht, die jeweils mit einem Dichtring 47 dichtend
zusammenwirken. Die Gaswechselöffnungen 45 sind
jeweils von Dichtringen 49 eingefasst, die im Zylinderkopfboden 34 angeordnet
sind und am Steuerscheibenboden 44 anliegen.
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Der
Auslass 9 wird vom einzigen Auslasssteuerkanal 13 der
Steuerscheibe 2 und jeweils einem Zylinder 6 zugeordneten
Auslasskanal 14 im Zylinderkopf 6 gebildet. Der
Auslasssteuerkanal 13 verbindet die Brennräume 7 entsprechend
der Taktfolge zyklisch mit den Auslasskanälen 14 der
jeweiligen Zylinder 4. Die Auslasskanäle 14 enden
jeweils mit einem Flansch 50, die über die Abgasgasrohre 15 mit einem
nicht gezeigten Abgastrakt verbunden sind. Der Abgassteuerkanal 13 der
Steuerscheibe 2 weist eine erste Öffnung 51 auf,
die im Wesentlichen konzentrisch zu den Zylindern 4 ausgebildet
ist und mit der Gaswechselöffnung 45 fluchtet.
In einem Steuerscheibenmantel 52 ist eine zweite Öffnung 53 des Auslasssteuerkanals 13 der
Steuerscheibe 2 vorgesehen. Die zweite Öffnung 53 überstreicht
bei Rotation der Steuerscheibe 2 jeweils eine Auslasskanalöffnung 54 der
Auslasskanäle 14 (5d).
Die Auslasskanalöffnungen 54 der jeweiligen Zylinder 4 sind sich
gegenüberliegend in der Zylinderkopfwand 33 vorgesehen.
Die auf die Auslasskanalöffnungen 54 folgenden
Auslasskanäle 14 sind an einer Außenseite
der Zylinderkopfwand 33 vorgesehen und von einem Kühlmantel 55 umgeben.
Es ist auch denkbar, den Auslass 9 jeweils über
die Auslasskanalöffnungen 54, einen kurzen, senkrecht
zur Rotationsachse 22 stehenden, Auslasskanal 14 und
den daran anschließenden Flansch 50 aus dem Zylinderkopf 6 herausführen.
Die zweite Öffnung 53 des Auslasssteuerkanals 13 ist
zwischen zwei umlaufenden, im Steuerscheibenmantel 52 der
Steuerscheibe 2 angeordneten Dichtringen 56 angeordnet.
Die Dichtringe 56 liegen an der Zylinderkopfwand 33 an,
wobei auch die Auslasskanalöffnungen 54 von den
Dichtringen 56 eingeschlossen sind.
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Jedem
Zylinder 4 ist eine Zündvorrichtung die in Form
von Zündkerzen 57 zugeordnet. Die Zündkerzen 57 werden
von einem nicht dargestellten, geeigneten Zündsystem angesteuert.
Die Zündkerzen 57 sind über nicht näher
dargestellte Gewindebohrungen in den Zylinderkopf 6 eingeschraubt, wobei
nicht näher dargestellte Elektroden der Zündkerzen 57 aus
dem Brennraumdach 46 in die Brennräume 7 hineinragen.
Es ist auch denkbar, die Zündvorrichtung in Form von Zündstegen
auszubilden. Es sind mindestens zwei Zündstege pro Zylinder 4 in das
Brennraumdach 46 integriert. Die Zündstege wirken
wie Elektroden einer Zündkerze, zwischen denen ein Zündfunke
ausgebildet werden kann. Somit kann auf Zündkerzen verzichtet
werden, so dass keine Gewindebohrungen in den Zylinderkopf 6 eingebracht
werden müssen, wodurch die Stabilität des Zylinderkopfs 6 gesteigert
werden kann und die Kosten gesenkt werden können.
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Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 steuert
seinen Gaswechsel mittels seiner rotierenden Steuerscheibe 2.
Dabei arbeitet die Brennkraftmaschine 1 nach dem 4-Takt-Verfahren,
wonach die Steuerscheibe 2 mit der halben Drehzahl der
Kurbelwelle 17 dreht und zur Einlasssteuerung der Einlasssteuerkanal 12 den
Einlass 8 und der Auslasssteuerkanal 13 den Auslass 9 steuert.
In den 5a bis f sind die Takte anhand
von Teillängsschnitten der Brennkraftmaschine 1 dargestellt.
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5a zeigt
die Kolben 3 der Zylinder 4 im ihrem oberen Totpunkt.
Dabei ist der erste Zylinder (in den Figuren die rechte Zylinder)
am Ende seines Ausstoßtaktes und der zweite Zylinder (in
den Figuren die linken Zylinder) an Ende seines Verdichtungstaktes
angelangt. Am Ende des Verdichtungstaktes ist der so genannte Zünd-OT
erreicht und es erfolgt eine Zündung eines verdichteten
Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels der Zündvorrichtung.
Die Gaswechselöffnungen 45 der Zylinder 4 sind
mittels des Steuerscheibenbodens 44 der Steuerscheibe 2 verschlossen.
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5b zeigt
die Kolben 3 auf ihrem Weg in den unteren Totpunkt (UT).
Durch gleichzeitige Drehung der Steuerscheibe 2 überstreicht
der Einlasssteuerkanal 12 mit seinen Öffnungen 41, 43 die
Einlasskanalöffnung 38 und die Gaswechselöffnung 45 des
ersten Zylinders, so dass der Einlass 8 für den ersten
Zylinder geöffnet ist und der erste Zylinder Kraftstoff-Luft-Gemisch
mittels des durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 3 gebildeten
Unterdrucks angesaugt. Das Einspritzventil 40 des ersten Zylinders
spritzt Kraftstoff in den Einlasssteuerkanal 12 ab, wonach
das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Einlasssteuerkanal 12 und
im Brennraum 7 gebildet wird, wodurch die Gemischbildung
im Ansaugtakt besonders einfach optimiert werden kann. Der zweite Zylinder
führt seinen Arbeitstakt aus, in dem mittels der Energiefreisetzung
bei der Verbrennung des Kraftstoff- Luft-Gemisches im zweiten Zylinder
der Kolben 3 in seinen unteren Totpunkt getrieben wird. Die
Gaswechselöffnung 45 des zweiten Zylinders 4 bleibt
verschlossen.
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5c zeigt
die Kolben 3 in ihrem unteren Totpunkt (UT). Die Kurbelwelle 17 hat
sich um 180° gedreht, während die Steuerscheibe 2 sich
um 90° gedreht hat. Die Steuerscheibe 2 verschließt
die Gaswechselöffnungen 45 beider Zylinder 4.
Der ersten Zylinder hat seinen Ansaugtakt und der zweite Zylinder
seinen Arbeitstakt beendet.
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5d zeigt
die Kolben 3 auf ihrem Weg in den oberen Totpunkt. Dabei
verdichtete der erste Zylinder in seinem Verdichtungstakt das vorher
angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch und der zweite Zylinder stößt
in seinem Ausstoßtakt das verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch über
den geöffneten Auslass 9 aus. Die Gaswechselöffnung 45 des
ersten Zylinders 4 bleibt verschlossen.
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5e zeigt
die Kolben 3 an ihrem oberen Totpunkt. Die Kurbelwelle 17 hat
sich insgesamt um 360° gedreht während die Steuerscheibe
sich um 180° gedreht hat. Jetzt befindet sich der erste
Zylinder am Ende seines Verdichtungstaktes, wobei die Zündvorrichtung 57 das
verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch um den oberen Zünd-OT
zündet. Der zweite Zylinder hat seinen Ausstoßtakt
beendet. Die Gaswechselöffnungen 45 beider Zylinder 4 sind verschlossen.
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5f zeigt
die Kolben 3 auf ihrem Weg zum unteren Totpunkt. Der erste
Zylinder führt seinen Arbeitstakt aus, während
der zweite Zylinder über den geöffneten Einlass 8 Kraftstoff-Luft-Gemisch
ansaugt. Die Gaswechselöffnung 45 des ersten Zylinders 4 bleibt
verschlossen.
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In
den Figuren ist der Antrieb der Steuerscheibe 2 mittels
Getriebe 25 dargestellt. Dabei sind der Gaswechselsteuerung
mittels der Steuerscheibe 2 mit seinem Einlasssteuerkanal 12 und
Auslasssteuerkanal 13 feste Steuerzeiten zugeordnet. Es
ist auch denkbar, das Getriebe 25 zumindest teilweise durch
einen elektrischen Antrieb zu ersetzen. Beispielsweise könnte
der elektrische Antrieb die Welle 28 antreiben oder die
Antriebswelle 30 ersetzen, so dass der elektrische Antrieb
die Steuerscheibe 12 unmittelbar antreibt. Des Weiteren
ist es denkbar mittels des elektrischen Antriebs, der unabhängig
von der Drehung der Kurbelwelle 17 die Steuerscheibe 2 drehen
könnte, veränderliche Steuerzeiten vorzusehen. Die
Steuerscheibe 2 könnte je nach Drehzahl oder Last
einen Vorlauf oder einen Nachlauf aufweisen, d. h. die Steuerscheibe 2 dreht
sich für in diskreten Last- und Drehzahlpunkten kontinuierlich
mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um seine Rotationsachse 16, wobei
der Einlass 8 beispielsweise früher öffnet
und früher schließt oder später öffnet
und später schließt. Denkbar ist auch eine diskontinuierliche,
veränderliche Winkelgeschwindigkeit der Steuerscheibe 2,
wobei der Einlasssteuerkanal 12 und/oder der Auslasssteuerkanal 13 länger
oder kürzer als bei gleichmäßig drehender
Steuerscheibe 2 den Einlass 8 und/oder den Auslass 9 in
ihren jeweiligen Offenstellungen halten, um dann schneller oder
langsamer als bei gleichmäßig drehenden Steuerscheibe 2 in
ihre folgenden Stellungen weiterzudrehen. Hierfür erscheinen
Schrittmotoren besonders geeignet. Vorteilhafterweise kann die Gemischbildung,
unter Optimieren eines Zündkennfeldes, an verschieden Last-
und Drehzahlpunkte im Kennfeld angepasst werden, so dass die Gemischbildung
optimiert werden kann, wodurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine
gesteigert werden kann.
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In
den Figuren ist die Steuerscheibe 2 aus Gründen
der Vereinfachung als massiver Körper mit einem Einlasssteuerkanal 12 und
einem Auslasssteuerkanal 13 dargestellt. Selbstverständlich
kann die Steuerscheibe 2 eine entsprechende gewichts- und
festigkeitsoptimierte Konstruktion aufweisen, so dass die Steuerscheibe 2 zumindest
teilweise Hohl und/oder teilweise offen ausgeführt werden
kann.
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Mit
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Steuerscheibe
sind besonders kompakte Bauweisen möglich, die mit einer
kostengünstigen Produktion und Entfall teurer Komponenten
einhergeht. Des Weiteren sind durch den Wegfall des Ventiltriebs
Reibstellen reduziert, so dass mechanische Geräusche und
Verschleiß minimiert werden können. Es ist weiterhin
denkbar mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
mit Steuerscheibe beispielsweise 4-, 6-, 8- oder 12-Zylinder-Motoren
modular aufzubauen. Dabei sind Motoren in Reihen-, V- oder W-Bauweise
denkbar.
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Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Steuerscheibe
eignet sich für den Einsatz in Fahrzeugen. Denkbar ist
insbesondere der Einsatz im Zusammenhang mit Hybridantrieben. Durch
die kompakte Bauweise und der hervorragenden Abstimmbarkeit auf
einen Betriebspunkt oder einen engen Betriebsbereich erscheint die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Steuerscheibe
beispielsweise für den Einsatz in Voll-Hybriden geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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