DE10239403A1 - Rotary slider control for reciprocating piston engine has slider mounted outside of combustion chamber and with radial opening in upper area facing chamber and with toothed gearing in lower end facing crank chamber - Google Patents

Rotary slider control for reciprocating piston engine has slider mounted outside of combustion chamber and with radial opening in upper area facing chamber and with toothed gearing in lower end facing crank chamber

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Abstract

The tubular rotary slider (1) is mounted in the region of the lower dead centre point of the piston (4) outside of the cylinder chamber (6) between the cylinder wall of the cylinder (2) and the crank housing wall of the crank housing (3) and is provided in the upper area facing the combustion chamber with a radial opening (12) for controlling the gas change in the cylinder chamber (6), as well as at the lower end facing the crank chamber with toothed gearing (9). The slider is driven by the crankshaft and rotates about the cylinder axis (5). For a two stroke engine the rotary slider has underneath the through opening and above the toothed gearing an inlet opening for drawing in the fuel air mixture.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehschiebersteuerung für einen Hubkolbenmotor durch einen rohrförmigen Drehschieber, insbesondere für einen Antriebsmotor mit kleiner Zylinderzahl für Arbeitsgeräte und mobile Aggregate. The invention relates to a rotary valve control for a reciprocating piston engine by a tubular rotary valve, especially for one Drive motor with a small number of cylinders for tools and mobile units.

Der Zweitaktmotor ist als Antriebsmotor für Arbeitsgeräte weit verbreitet, weil er kompakte Bauweise, geringes Gewicht und günstige Herstellkosten vereint. Die für Arbeitsgeräte geltenden Abgasvorschriften lassen sich jedoch mit dem symmetrischen Steuerdiagramm des einfachen Zweitaktmotors nicht mehr erfüllen wegen der beim Gaswechsel auftretenden und für das Abgas relevanten Kraftstoff-Spülverluste. The two-stroke engine is widely used as a drive motor for work equipment because it combines compact design, low weight and low manufacturing costs. However, the exhaust gas regulations applicable to work equipment can be met with the symmetrical control diagram of the simple two-stroke engine no longer meet because of those occurring during gas changes and for the exhaust gas relevant fuel flushing losses.

Als Abgas-Alternative bietet sich der Viertaktmotor mit einem asymmetrischen Steuerdiagramm an, wäre da nicht der Mehraufwand an Bauraum, Kosten und Gewicht für die Ventilsteuerung. The four-stroke engine with an asymmetrical engine offers itself as an alternative to exhaust gases Control diagram, if it weren't for the additional expenditure in terms of installation space, costs and Weight for the valve control.

Die Erfindung hat deshalb zur Aufgabe, die aufwendige Ventilsteuerung des Motors durch eine kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Schiebersteuerung zu ersetzen. The invention therefore has for its object the complex valve control of the Motors through a cost, weight and space-saving Replace slide control.

Allgemein gilt, daß Schiebersteuerungen lediglich in Zweitaktmotoren eine Serienreife erreichten, in bekannter Weise über den Kolben, der zugleich als Schieber arbeitet oder in Form des vereinzelt benutzten Einlaß-Drehschiebers in Kubelgehäusen von Zweitaktmotoren. In general, slide controls are only used in two-stroke engines Series maturity was achieved, in a known manner, via the piston, which also served as Slider works or in the form of the occasionally used inlet rotary valve in cubic housings of two-stroke engines.

Beim Viertaktmotor dagegen hat keine der bekannten Schieberbauformen wie Walzendrehschieber, Kegeldrehschieber, Flachschieber oder Hülsenschieber eine Großserienfertigung erlebt. In the four-stroke engine, however, has none of the known valve designs like Rotary rotary slide valve, cone rotary slide valve, flat slide valve or sleeve slide valve experienced mass production.

Hauptprobleme sind die sichere Abdichtung bei Zünddruck, die Temperaturbelastung und die Schmierung des Schiebers. The main problems are the reliable sealing at ignition pressure Thermal stress and the lubrication of the slide.

Bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird davon ausgegangen, daß eine serientaugliche Schiebersteuerung nicht dem Zünddruck und der maximalen Verbrennungstemperatur ausgesetzt sein darf und damit nicht Teil des Brennraumes sein kann. When solving the problem according to the invention, it is assumed that that a series-compatible slide control not the ignition pressure and the maximum combustion temperature may be exposed and therefore not part of the combustion chamber.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The object of the invention is achieved by the features of claim 1 solved.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8, aus den Zeichnungen und den zugehörigen Figurenbeschreibungen. Further features of the invention emerge from claims 2 to 8, from the drawings and the associated figure descriptions.

Die Erfindung ist jeweils schematisch in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt: The invention is in each case schematically in two exemplary embodiments shown:

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Zweitakt-Drehschiebermotor mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 4. Fig. 1 shows in cross section a two-stroke rotary valve engine with the features of claims 1, 2 and 4.

Fig. 2 den Querschnitt eines Viertakt-Drehschiebermotors mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Fig. 2 shows the cross-section of a four-stroke rotary valve engine having the features of claims 1 and 5.

Fig. 1 und Fig. 2 sind vereinfachte Prinzipbilder. Zur leichteren Darstellung sind die Gaswechselkanäle (19, 20 des Zweitaktmotors bzw. 18, 19 des Viertaktmotors) in die Zeichnungsebene geklappt. Fig. 1 and Fig. 2 are simplified schematic diagrams. For easier illustration, the gas exchange channels ( 19 , 20 of the two-stroke engine or 18 , 19 of the four-stroke engine) are folded into the plane of the drawing.

Beim erfindungsgemäßen Zweitaktmotor nach Fig. 1 bildet der überströmkanal (20) mit dem Auslaßkanal (19) einen kleinen Winkel im Zylinder (2), wodurch beide Kanäle mit einer einzigen Durchtrittsöffnung (12) im Drehschieber (1) steuerbar sind. In the two-stroke engine according to the invention according to FIG. 1, the overflow channel ( 20 ) forms a small angle in the cylinder ( 2 ) with the outlet channel ( 19 ), as a result of which both channels can be controlled with a single passage opening ( 12 ) in the rotary slide valve ( 1 ).

Beim Viertaktmotor nach Fig. 2 bilden Einlaßkanal (18) und Auslaßkanal (19) im Zylinder (2) einen Winkel von etwa 135°, die Breite jedes Kanals beträgt etwa 26% des Kolbendurchmessers, was etwa einem Zentriwinkel im Zylinder (2) von etwa 30° entspricht. Zur Steuerung beider Kanäle reicht eine Durchtrittsöffnung (12) mit einer Breite von etwa 50% des Kolbendurchmessers. In the four-stroke engine of FIG. 2, the inlet channel ( 18 ) and outlet channel ( 19 ) in the cylinder ( 2 ) form an angle of approximately 135 °, the width of each channel is approximately 26% of the piston diameter, which is approximately a central angle in the cylinder ( 2 ) of approximately Corresponds to 30 °. A passage opening ( 12 ) with a width of approximately 50% of the piston diameter is sufficient to control both channels.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Drehschieber (1) in der erfindungsgemäßen Anordnung zwischen Zylinder (1) und Kurbelgehäuse (3) weder dem Zünddruck, noch der maximalen Verbrennungstemperatur ausgesetzt. As can be seen from Fig. 1, the rotary valve ( 1 ) in the arrangement according to the invention between the cylinder ( 1 ) and the crankcase ( 3 ) is neither exposed to the ignition pressure nor to the maximum combustion temperature.

Als thermische Belastung verbleibt die beherrschbare Temperatur der Auspuffgase, wie gesteuerte Auspuffklappen in Zweitakt-Rennmotoren beweisen. The controllable temperature of the remains as a thermal load Exhaust gases, such as controlled exhaust flaps in two-stroke racing engines prove.

Als Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Zweitakt-Drehschiebermotors ist das asymmetrische Steuerdiagramm mit geringer Überschneidung zu nennen, weil die Durchtrittsöffnung (12) des Drehschiebers (1) kurz vor Kolben-UT den überströmkanal (20) öffnet und kurz nach Kolben-UT den Auslaßkanal (19) schließt, sodaß beim Gaswechsel keine Spülverluste auftreten können. The main advantage of the two-stroke rotary valve engine according to the invention is the asymmetrical control diagram with little overlap, because the passage opening ( 12 ) of the rotary valve ( 1 ) opens the overflow channel ( 20 ) shortly before the piston UT and the outlet channel ( 19 ) shortly after the piston UT closes so that no flushing losses can occur when changing the gas.

Mit der Einlaßöffnung (13) im Drehschieber (1) kann beim Zweitaktmotor eine vorteilhafte asymmetrische Ansaugsteuerung in den Kurbelraum (8) erreicht werden, wenn der Einlaßkanal (18) kurz nach Kolben-OT durch die Einlaßöffnung (13) geschlossen wird, sodaß kein Rückströmen des angesaugten Luft- Kraftstoff-Gemisches aus dem Kurbelraum (8) erfolgen kann. With the inlet opening ( 13 ) in the rotary valve ( 1 ) an advantageous asymmetrical intake control in the crank chamber ( 8 ) can be achieved with the two-stroke engine if the inlet channel ( 18 ) is closed shortly after the piston TDC through the inlet opening ( 13 ), so that no backflow of the intake air-fuel mixture from the crank chamber ( 8 ).

Beispielhaft erfolgt in Fig. 1 der Antrieb des Drehschiebers (1) über zwei Kegelrad-Verzahnungen. For example, in Fig. 1 the rotary valve ( 1 ) is driven by two bevel gear teeth.

Mit einer Durchtrittsöffnung (12) muß sich im Zweitaktmotor der Drehschieber (1) mit Kurbelwellendrehzahl um die Zylinderachse (5) drehen, wobei der Drehschieber (1) sich mit Spiel frei drehen kann und keine Kräfte zu übertragen hat. With a passage opening ( 12 ) in the two-stroke engine, the rotary valve ( 1 ) must rotate at crankshaft speed around the cylinder axis ( 5 ), the rotary valve ( 1 ) being able to rotate freely with play and having no forces to transmit.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß für einen Viertaktmotor der Drehschieber (1) länger baut. From Fig. 2 it can be seen that the rotary valve ( 1 ) builds longer for a four-stroke engine.

Mit einer Durchtrittsöffnung (12) muß sich hierbei der Drehschieber (1) mit halber Kurbelwellendrehzahl drehen und ist deshalb untersetzt. With a passage opening ( 12 ), the rotary valve ( 1 ) must rotate at half the crankshaft speed and is therefore reduced.

Da der Ansaugtakt erst nach Freigabe der Durchtrittsöffnung (11) durch den abwärts gehenden Kolben (4) beginnt, verbleibt im Zylinderraum (6) automatisch ein für das Abgas vorteilhafter Restgasgehalt, der bei einem herkömmlichen ventilgesteuerten Viertaktmotor nur durch eine aufwendige Abgasrückführeinrichtung erreicht wird. Since the intake stroke only begins after the passage ( 11 ) has been released by the downward-moving piston ( 4 ), a residual gas content that is advantageous for the exhaust gas automatically remains in the cylinder chamber ( 6 ).

Neben den geringeren Schadstoffkonzentrationen im Abgas bietet der Restgasgehalt im Zylinder (2) als weitere Vorteile, daß der äußere Aufwand für die Gemischbildung verringert werden kann, da der heiße Restgasanteil die Gemischaufbereitung fördert und der Motor auch mit einer einfachen und in jedem Kolben-OT zündenden Magnetzündung betrieben werden kann. In addition to the lower pollutant concentrations in the exhaust gas, the residual gas content in the cylinder ( 2 ) offers further advantages that the external effort for the mixture formation can be reduced, since the hot residual gas portion promotes the mixture preparation and the engine ignites with a simple and in each piston TDC Magnet ignition can be operated.

Ein hoher Restgasgehalt im Zylinder (2) führt zwar zu einer Verminderung der spezifischen Leistung des Motors, aber ein Aggregatmotor wird aus Lebensdauergründen ohnehin nicht für höchste spezifische Leistungen ausgelegt. A high residual gas content in the cylinder ( 2 ) leads to a reduction in the specific output of the engine, but an aggregate engine is not designed for the highest specific output anyway due to service life.

Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Viertakt-Drehschiebermotor durch den Entfall der beim klassischen Viertaktmotor im Zylinderkopf angeordneten Ventile lediglich den Raumbedarf eines Zweitaktmotors beansprucht. From Fig. 2 it can also be seen that the four-stroke rotary valve engine according to the invention only takes up the space required for a two-stroke engine by eliminating the valves arranged in the cylinder head in the classic four-stroke engine.

Da die Brennraumoberfläche nicht durch Kanäle unterbrochen ist, kann beim luftgekühlten Viertakt-Drehschiebermotor die verbesserte Wärmeabfuhr für eine Verdichtungserhöhung und damit für eine Leistungssteigerung genutzt werden. Since the combustion chamber surface is not interrupted by channels, the air-cooled four-stroke rotary vane engine for improved heat dissipation an increase in compression and thus used for an increase in performance become.

Der Kurbelraum (8) ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach (Fig. 2) als geschlossener Ölraum ausgebildet. Damit erfolgt nicht nur die Schmierung der Triebwerksteile und des Drehschiebers (1) samt Antriebswelle (15) mit Öl aus dem Kurbelraum (8), sondern es können auch preigünstigere und geräuschdämmende Gleitlager eingesetzt werden. In the present exemplary embodiment according to ( FIG. 2), the crank chamber ( 8 ) is designed as a closed oil chamber. This not only lubricates the engine parts and the rotary valve ( 1 ) together with the drive shaft ( 15 ) with oil from the crankcase ( 8 ), but it is also possible to use lower-priced and noise-reducing plain bearings.

Für besondere Aggregat-Einsatzfälle, beispielsweise bei Überkopf-Arbeiten, kann es vorteilhaft sein, wenn der Viertakt-Drehschiebermotor mit Gemischschmierung durch dem Kraftstoff zugemischtes Öl betrieben wird. For special unit applications, for example when working overhead it can be advantageous if the four-stroke rotary valve engine with Mixture lubrication is operated by the oil mixed with fuel.

In diesem Falle wird wie beim Zweitaktmotor das Triebwerk in Rollenlagern gelagert, der Einlaßkanal (19) in (Fig. 2) wird zum überströmkanal (20) umfunktioniert und der Drehschieber (1) zusätzlich mit zwei gegenüber liegende Einlaßöffnungen (13) versehen, sodaß vor dem überströmen des Gemisches in den Zylinderraum (6) im Kurbelraum (8) zwei Ansaugungen erfolgen. In this case, as with the two-stroke engine, the engine is mounted in roller bearings, the inlet channel ( 19 ) in ( Fig. 2) is converted into an overflow channel ( 20 ) and the rotary valve ( 1 ) is also provided with two opposite inlet openings ( 13 ), so that When the mixture overflows into the cylinder chamber ( 6 ) in the crank chamber ( 8 ), two suction takes place.

Im Ausführungsbeispiel nach (Fig. 2) bilden im Viertaktmotor Zylinder (2) und Brennraum (7) des Zylinderkopfes vorteilhaft ein gemeinsames Bauteil. In the embodiment according to ( Fig. 2) cylinder ( 2 ) and combustion chamber ( 7 ) of the cylinder head advantageously form a common component in the four-stroke engine.

Mit dieser einteiligen Bauform wird beim Viertaktmotor nicht nur eine Teilungsebene inclusive Verschraubungen und eine Zylinderkopfdichtung eingespart, sondern auch die Wärmeabfuhr aus dem Zylinder (2) verbessert. This one-piece design not only saves one division level including screw connections and a cylinder head gasket in the four-stroke engine, but also improves heat dissipation from the cylinder ( 2 ).

Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Drehschieber (1) nicht nur in den beiden einzylinderigen Ausführungsbeispielen, sondern auch für mehrzylindrige Antriebsmotoren verwendet werden kann. It goes without saying that the rotary valve ( 1 ) according to the invention can be used not only in the two single-cylinder exemplary embodiments, but also for multi-cylinder drive motors.

Beispielsweise für einen Reihenmotor wird dann die Verzahnung (9) des in (Fig. 2) von der Antriebswelle (15) angetriebenen Drehschiebers (1) über ein Zwischenrad zum Antrieb des folgenden Drehschiebers genutzt. For a series engine, for example, the toothing ( 9 ) of the rotary valve ( 1 ) driven in ( Fig. 2) by the drive shaft ( 15 ) is then used via an idler gear to drive the following rotary valve.

Mit der erfindungsgemäßen Drehschiebersteuerung wird durch ein asymmetrisches Steuerdiagramm ein hubraumkleiner Zweitaktmotor mit besserem Abgas und geringerem Verbrauch geschaffen und ein hubraumgrößerer Viertaktmotor möglich, der lediglich den Bauraum eines Zweitaktmotors benötigt. Liste der Bezugszeichen 1 Drehschieber
2 Zylinder
3 Kurbelgehäuse
4 Kolben
5 Zylinderachse
6 Zylinderraum
7 Brennraum
8 Kurbelraum
9 Verzahnung des Drehschiebers
10 Kurbelwelle
11 Durchtrittsöffnung in den Zylinderraum
12 Durchtrittsöffnung im Drehschieber
13 Einlaßöffnung für Zweitakter
14 Kegelrad
15 Antriebswelle
16 Kegelrad der Antriebswelle
17 Zahnrad der Antriebswelle
18 Einlaßkanal
19 Auslaßkanal
20 Überströmkanal für Zweitakter
With the rotary slide valve control according to the invention, an asymmetrical control diagram creates a two-stroke engine with smaller cubic capacity with better exhaust gas and lower consumption, and a four-stroke engine with larger cubic capacity is possible, which only requires the installation space of a two-stroke engine. List of reference numerals 1 rotary valve
2 cylinders
3 crankcase
4 pistons
5 cylinder axis
6 cylinder space
7 combustion chamber
8 crankcase
9 Toothing of the rotary valve
10 crankshaft
11 passage opening into the cylinder space
12 passage opening in the rotary valve
13 Inlet opening for two-stroke engines
14 bevel gear
15 drive shaft
16 bevel gear of the drive shaft
17 drive shaft gear
18 inlet duct
19 outlet duct
20 overflow channel for two-stroke

Claims (8)

1. Drehschiebersteuerung für einen Hubkolbenmotor durch einen rohrförmigen Drehschieber, insbesondere für einen Antriebsmotor von Arbeitsgeräten und Aggregaten, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Drehschieber (1) im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens (4) außerhalb des Zylinderraumes (6) zwischen der Zylinder-Wand des Zylinders (2) und der Kurbelgehäusewand des Kurbelgehäuses (3) angeordnet ist, der Drehschieber (1) im oberen, dem Brennraum (7) zugewandtem Bereich mit einer radialen Durchtrittsöffnung (12) zur Steuerung des Gaswechsels im Zylinderraum (6) sowie am unteren, dem Kurbelraum (8) zugewandtem Ende mit einer Verzahnung (9) versehen ist, der Drehschieber (1) von der Kurbelwelle (10) angetrieben wird und sich um die Zylinderachse (5) dreht. 1. Rotary slide control for a reciprocating piston engine by a tubular rotary slide valve, in particular for a drive motor of implements and units, characterized in that the tubular rotary slide valve ( 1 ) in the region of the bottom dead center of the piston ( 4 ) outside the cylinder space ( 6 ) between the cylinder Wall of the cylinder ( 2 ) and the crankcase wall of the crankcase ( 3 ) is arranged, the rotary valve ( 1 ) in the upper, the combustion chamber ( 7 ) facing area with a radial passage opening ( 12 ) for controlling the gas exchange in the cylinder chamber ( 6 ) and on lower end facing the crank chamber ( 8 ) is provided with teeth ( 9 ), the rotary valve ( 1 ) is driven by the crankshaft ( 10 ) and rotates about the cylinder axis ( 5 ). 2. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Zweitaktmotor der Drehschieber (1) unterhalb der Durchtrittsöffnung (12) und oberhalb der Verzahnung (9) eine Einlaßöffnung (13) zur Ansaugung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Kurbelraum (8) aufweist. 2. Rotary slide control according to claim 1, characterized in that for a two-stroke engine, the rotary slide ( 1 ) below the passage opening ( 12 ) and above the teeth ( 9 ), an inlet opening ( 13 ) for suction of the fuel-air mixture in the crank chamber ( 8 ) having. 3. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung der Triebwerksteile und des Drehschiebers (1) durch dem Kraftstoff zugemischtes Öl erfolgt. 3. Rotary valve control according to claim 1 or 2, characterized in that the lubrication of the engine parts and the rotary valve ( 1 ) is carried out by the fuel mixed oil. 4. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Zweitaktmotor der Drehschieber (1) durch ein auf der Kurbelwelle (10) befestigtes Kegelrad (14) direkt angetrieben wird und sich mit Kurbelwellendrehzahl dreht. 4. Rotary valve control according to claim 2 or 3, characterized in that for a two-stroke engine, the rotary valve ( 1 ) by a bevel gear ( 14 ) attached to the crankshaft ( 10 ) is driven directly and rotates at crankshaft speed. 5. Drehschiebersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Viertaktmotor der Drehschieber (1) sich mit halber Kurbelwellendrehzahl dreht und eine Antriebswelle (15) mit einem Kegelrad (16) und einem Zahnrad (17) die Drehzahluntersetzung erzeugt. 5. Rotary slide control according to claim 1, characterized in that for a four-stroke engine the rotary slide ( 1 ) rotates at half the crankshaft speed and a drive shaft ( 15 ) with a bevel gear ( 16 ) and a gear ( 17 ) generates the speed reduction. 6. Drehschiebersteuerung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Viertaktmotor der Kurbelraum (8) als geschlossener Ölraum ausgebildet ist, das Triebwerk in Gleitlagern gelagert ist und die Triebwerksteile und der Drehschieber (1) durch Öl des Kurbelraumes (8) geschmiert werden. 6. Rotary valve control according to claims 1 and 5, characterized in that in a four-stroke engine the crank chamber ( 8 ) is designed as a closed oil chamber, the engine is mounted in plain bearings and the engine parts and the rotary valve ( 1 ) by oil of the crank chamber ( 8 ) be lubricated. 7. Drehschiebersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Drehschieber (1) ein asymmetrisches Steuerdiagramm erzeugt wird. 7. Rotary slide control according to one of claims 1 to 6, characterized in that an asymmetrical control diagram is generated with the rotary slide ( 1 ). 8. Drehschiebersteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Luft-Gemischbildung vor dem Einlaßkanal (18) durch einen Vergaser und die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch eine Magnetzündung erfolgt. 8. Rotary slide control according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fuel-air mixture formation in front of the inlet channel ( 18 ) by a carburetor and the ignition of the fuel-air mixture takes place by a magnetic ignition.
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