DE1945955A1

DE1945955A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1945955A1
Application number: DE19691945955
Authority: DE
Inventors: Johnston Hervyn Bradshaw; Blair Gordon Durves
Original assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Current assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR2017908A1; GB1241191A; ES371386A1; US3628518A

Description

ünaer Zeiohen. B 1369

Brennkraftmaschine.

Die Erfindung bezieht aioh auf eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Mehrzylinderbrennkraftmasohine mit Reihenanordnung der Zylinder. Die Erfindung bezieht aioh insbesondere auf einen Zweitaktmotor. Ein Naohteil der kolbengesteuerten, selbstansaugenden Zweitaktbrennkraftmaschinen , wie sie beispielsweise in Motorrädern verwendet werden, ist der , daß die Steuerschlitz- oder Steueröffnungasteuerung symmetrisch erfolgt. Dies ist insbesondere bei den Einlaßsteuerschlitzen der Pail, bei denen typisoh 7.0° vor dem oberen Totpunkt eine öffnung erfolgt, und 70° naoh dem oberen Totpunkt eine Schließung und zwar für Brennkraftmaschinen mit kleinen Drehzahlen und bei denen bis zu 100° vor dem oberen Totpunkt eine öffnung erfolgt und bis zu 100° naoh dem oberen Totpunkt ein Sohließen für Renömotoren. Es ist klar, daß sehr viel Brennstoff aua der Einlaßsteueröffnung während des Kurbelwellenkompressionshubes verloren wird und zwar insbesondere bei der großen Öffnungsdauer, die in Grad ausgedrückt, etwa 200° beträgt.

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Es wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, die eine gewünschte asymmetrische Steuerung ermöglichen und es wurde allgemein angenommen, daß das Soheibenventil oder das Zimmerman-Ventil die beste Lösung sei. Dieses Soheibenventil ermöglicht bei den meisten Konstruktionen eine asymmetrische Steuerung und zwar dadurch, daß eine dünne stahlscheibe vorgesehen ist, die in der gleichen Ebene rotiert wie das Schwungrad und die die Eintritteströmung unterbricht oder die Eintrittssteuerung durohläßt, die in der gleiohen Ebene wie die Kurbelwelle verläuft. Es ist klär, daß es dann schwierig wird, mehr als zwei Zylinder in Reihe miteinander zu verbinden, wenn nicht eine 90°-Biegung im Einlaßkanal in Kauf genommen wird. Für Hoohleistungsmotoren ist diese soharfe Umbiegung unerwünscht. Eine alternative Anordnung wäre, vier Zylinder etwa in der Form eines Quadrates anzuordnen, wobei es sich hier praktisch um zwei Zweizylindermotoren handelt, deren Kurbelwellen miteinander verzahnt sind, um eine Vierzylindermasohine auszubilden.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Mehrzylinderreihenbrennkraftmasohine zu schaffen, die nach dem Zweitaktprinzip arbeitet und bei der der Eintrittasteuersohlitz symmetrisch gesohaltet ist und zwar ohne daß 90°-Schließstüoke oder -Biegungen in dem Einlaßrohr vorgesehen sind und ohne daß durch Rotorgetriebe gekuppelte Kurbelwellen verwendet werden, wie es oben erwähnt wurde.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist eine Brennkraftmaschine einen Stator auf, der quer sich hinduroh erstrecken- ! de Einströmkanäle hat, wobei dieser von einem Rotor umgeben ist, in dem Öffnungen und feste Wandungen derart vor-.; gesehen sind, daß diese die Einströmkanäle öffnen können, damit ein Einströmgemisch durch die Einatrömkanäle hinduroh zu den Einströmsteuersohlitzen der Brennkraftmaschine

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gelangen können, wobei der Aufbau auch derart ist, daß diese Einetrömkanäle, wenn gewünscht, abgedeokt werden können.

Der Stator hat Torzügeweise die Form einer kreisförmigen Stange, ^n der quer verlaufende Einetrömkanäle ausgebildet sind und zwar wenigstens eine für jeden Zylinder. Diese Kanäle können übliche kreisförnige Bohrungen sein. Die Kanäle können jedooh auch andere Quersohnittaf ormen haben« um versohiedene Einatröm- pder Eintritts Charakteristiken zu erzielen· Jeder Kanal fluchtet selbstverständlich mit dem Einlaßabsohnltt und kann so angeordnet sein, daß dieser Kanal diesen Einlaßabachnitt bei der Erzeugung einer gewünschten Strömungsriohtung unterstützt»

Der Rotor hat vorzugsweise die Form einer Hülse, die entsprechend ausgebildete und angeordnete Bohrungen aufweist, die, wenn sie mit den Einströmkanälen im Stator fluchten, eq ermöglichen, daß das Einströmgemisoh in den Brennkraftmas ohinenzylinder einströmt. Die Größe, die Form und die Anordnung der Bohrungen im Rotor hängt von der Elntrittssohlitzeteuerung eines jeden Zylinders und von der Zündreihenfolge der Zylinder ab.

Der Rotor kann von der Kurbelwelle duroh eine übliche Einrichtung angetrieben werden, beispielsweise mittels eines Kettenantriebs, eines Zahnradantriebes oder eines Gummizahnriemene. Torzugsweise 1st eine Verlängerung dea Kurbelgehäuses vorgesehen, um die Stator-Rotor-Baugruppe aufzunehmen· Der Rotor ist vorzugsweise in Antifriktionslagem gelagert und läuft frei vom Gehäuse und vom Stator.

Beim allgemeinen Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist es, obwohl es möglich ist, daß der Pleuel duroh eine Verlängerung der Bohrung des Zylinders sich zum Kurbelgehäuse hin in üblicher Weise erstreckt, bevorzugt, daß der

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Pleuel durch einen Schlitz im Metall des Kurbelgehäuses hindurch geht. Ea iat ebenfalls bevorzugt, daß zwei gegenüberliegende Spülsohlitze zusammen verwendet werden, wobei ein hinterer Spülschlitz vorgesehen ist, der steil zum Zylinderkopf hin geneigt ist.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig» 1 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie X-X der Fig. 2 einer Vierzylinder-Zweitakt-Brennkraftmas chine,

Fig. 2 eine Sohnittansioht, genommen längs der linie Y-Y der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der linie Z-Z der Fig. t.

Es sei zuerst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen· Die Vier-Zylinder 1, 2, 3 und 4 einer Zweitaktbrennkraftmaschine sind in einer Reihe in einem Zylinderblock 5 angeordnet. Ein Kolben 6 ist derart in jedem Zylinder vorgesehen, daß sich die Kolben innerhalb der Zylinder 1 und 2 an ihren oberen Totpunkten befinden, wenn die Kolben innerhalb der Zylinder 2 und 4 sich an ihren unteren Totpunkten befinden. Pleuelstangen 7 verbinden die Kolben 6 mit der Kurbelwelle 8 in üblioher Weise und erstrecken sich durch einen Schlitz 9 in der Wandung 10, die im wesentlichen den Boden eines jeden Zylinders absehließt.

Der Zylinderkopf 11 ist am Zylinderblock 5 befestigt und zwar* mittels Muttern 12* die auf Schraubenbolzen 13 aufgesoharaubt sind, welche ihrerseits in den Zylinderkopf eingeeohraubt sind und diese Zylinderköpfe bilden halbkugelförmige

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förmige Verbrennungskammern 14 am oberen Ende eines jeden Zylinders. Eine Zündkerze 15 ist in eine Gewindeöffnung 16 eingeschraubt, die an Soheitel einer jeden Brennkammer vorgesehen 1st.

Abgasleitungen 17 sind am Zylinderblock 15 derart angeordnet,, daß sie mit Auspufföffnungen 18 fluchten, um die Auspuffgase in üblioher Weise abzuführen·

Sine Einlaßöffnung "B ist am unteren Ende des Zylinders angeordnet und in fluchtender Lage mit der äußeren öffnung dieses Einlaßkanals ist ein üblioher Vergaser 20 angeordnet· Ein Ventil, welohes mit 21 bezeichnet ist, ist im Einlaßkanal 19 angeordnet, und kann diesen Kanal öffnen und schließen.

Die Ventilbaugruppe 21 ist innerhalb einer zylindrischen Bohrung 22 im Zylinderblock angeordnet· Diese Bohrung verläuft über die gesamte länge des Zylinderblockes und sohneidet jeden Einlaßkanal 19 in genau der gleichen Weise. Die Ventilbaugruppe 21 weist einen Stator 23 mit kreisförmigem Quersohnitt auf, um den herum sich ein zylindrischer Rotor 24 dreht. An einem Ende der Ventilbaugruppe weist der Stator 23 einen zentralen Ansatz 25 auf, an dem ein Kugel-

lager 26 montiert ist, welohes derart angeordnet ist, daß der Rotor 24 im Abstand vom Stator 23 und von der Bohrung 22 gehalten wird. Die innere Kugellauffläche 27 des Kugellagers 26 sitzt mit Preßsitz am Anaatz 25 und verbleibt stationär mit diesem Ansatz und die äußere Kugellauffläche 28 dreht sich mit dem Rotor 24· Der Ansatz 25 weist ein Gewindeende 29 mit vermindertem Durohmesser auf, welohes in eine Bohrung in einer Endplatte 31 eingesetzt ist. Diese Endplatte 31 ist am Zylinderblock befestigt und schließt das Ende der Bohrung 22 ab. Eine Mutter 32 hält den Einsatz

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25 an der Endplatte 31 feat.

Am anderen Ende der Ventilbaugruppe ist der Rotor 24 duroh eine integrale Endwandung 33 abgeschlossen, von dem aus sich ein mittlerer Einsatz 34 erstreckt. Ein Lager 35 ist am .Ansatz 34 derart angeordnet, daß die innere Kugellaufbahn mit diesem Ansatz sich dreht, während die äußere Kugellaufbahn stationär ist und in einer Einsenkung 36 am Ende der Bohrung 22 angeordnet ist. Das Kugellager 37 ist innerhalb der Aussparung 38 in der Endwandung 33 angeordnet und dessen äußere Führungefläche dreht sich mit dem Rotor, dessen innere Führungsfläche stationär am Ansatz 39 bleibt, der sich vom Ende des Stators 23 aus erstreckt. Eine Endplatte

40 schließt das Ende der Bohrung 22 und weist eine Bohrung

41 auf, duroh die sich der Ansatz 34 des Rotors 24 hinduroh erstreckt. Eine Riemenscheibe 42 ist am Gewindeendenabsohnitt 43 des Ansatzes 34 angeordnet und wird an diesem Ende mittels einer Mutter 44 gehalten. Die Riemenacheibe 42 und damit der Rotor 24 werden von der Riemenacheibe 45 angetrieben, die an der Kurbelwelle 8 montiert ist und zwar mittels eines gezahnten Treibriemens 46· Das Antriebaverhältnis ist 2 : 1 und zwar derart, daß sich der Rotor 24 einmal für ;je zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 8 dreht.

Duroh die Verwendung der lager 26, 35 und 37 wird eine Ventilbaugruppe geschaffen, in der keine aufeinanderreibenden Teile vorhanden sind und die mit einem minimalen Reibungsverlust arbeiten kann. Das Ventil ermöglicht eine sehr geringe Antriebsleistung und zwar insbesondere, wenn der Rotor aus einem leichten Material wie beispielsweise Aluminium, hergestellt ist.

Das Ventil ist wirksam, um die Einlaßöffnungen oder Einlaßschlitze der Ventile zu öffnen und zu sohließen und zwar

mittels

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ORIGINAL INSPECTED

mittels einer Öffnung im Stator und im Rotor, die sioh in eine fluohtende Lage hinein und aus dieaer heraus bewegen. Die öffnungen im Stator 23 sind Bohrungen 47 mit kreisförmigem Querschnitt und haben den gleichen Durchmesser und fluchten mit den, Einlaßöffnungen 19· Beim dagestellten Ausführungsbeispiel sind vier Bohrungen 47 im Stator 23 vorgesehen.

Der Rotor 24 weist vier Paare von diametral gegenüberliegenden- öffnungen 48 auf. Jedes Paar ist mit seiner Achse in der gleichen Ebene angeordnet) wie die Aohse einer der Bohrungen 47 im Stator 23· Die Achsen der Bohrungspaare 48, die den Zylindern 1 und 3 zugeordnet sind» liegen in einer Ebene und verlaufen unter rechten Winkeln zu den Achsen der Bohrungspaare, die den Zylindern 2 und 4 zugeordnet sind. Durch diese Ausbildung sind die Einlaßöffnungen der Zylinder 1 und 3 vollständig geöffnet, d.h. deren Bohrungen 48 fluohten mit den Öffnungen 47» wenn die Einlaßöffnung der Zylinder 2 und 4 vollständig geschlossen ist, d.h. wenn die -öffnungen 48 und die Bohrungen 47 vollständig aus ihrer fluchtenden Lage heraus verschoben sind.

Die Betriebs- und Funktionsweise der Ventile in Bezug auf die beiden Kolbentakte ist die folgende.

Wenn sich der Kolben beim KurbelgehäuseVerdichtungshub naoh unten bewegt, so beginnt sich das Ventil zu schließen. Durch die 2:1- Beziehung zwisohen der Kurbelwellendrehzahl und der Rotordrehzahl führt eine Drehung der Kurbelwelle um 180° aus der oben Totpunktlage in die untere Totpunktlage EU einer 90°-Drehung des Rotors aus der voll geöffneten In die voll geschlossenen Stellung. Das Schließen der Einlaßöffnung während des Kurbelgehäusekompressionshubea begrenst die Brennstoffverluste und erhöht das Kurbelgehäuse-

kompresaionsverhältnis

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kompressionsverhältnis und dies führt zu einer schnellen und wirksamen Zuführung des Brennstoffgemischeβ vom Kurbelgehäuse in die Verbrennungskammer, wenn der hinter· Eintrittseohlitz 4-9 und der seitliohe Eintrittaaehlit« 50 vom Kolben freigegeben werden. Die Wandung 10 am Boden dee Zylinders hat die Wirkung, das Kürbelgehäusekompreeaionsverhältnis auf einem sehr hohen Wert zu halten·

Wenn sioh der Kolben bei dem Kurbelgehäuseeintrumhub nach oben bewegt, so Öffnet aich das Ventil, bis es vollständig geöffnet ist und zwar in der oberen Totpunktstellung und dadurch kann das Brennstoff gemisch vom Vergaser in das Kurbelgehäuse eingesaugt werden«

Es ist ersiohtlioh, daß die Steueröffnungesteuerung der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung nicht kolbengesteuert ist und so ausgebildet sein kann, daß diese Steuerung in Belug auf die Kolbenbewegung asymmetrisch 1st, wie es beim vorstehenden Ausführungabeispiel beschrieben wurde·

Bei einer abgeänderten Ausführungsform sind die Öffnungen im Rotor rechteckig und öffnen und schließen die Statorbohrung für einen gegebenen Eotordurchmeseer schneller·

Die Zündfolge einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist nicht auf die im vorstehtafien beschriebene.Zündfolge beschränkt, bei der die Zylinder paarweise gezündet werden« Es kann auoh vorteilhaft sein» bei einer Vierzylinderbrennkraftmasohine jeweils einen Zylinder bei jeder 90°- Drehung der Kurbelwelle zu zünden· Ee ist ereiohtlioh, daß die "Bohrungen in Eotor so angeordnet sein können, daß diese an jede beliebige und erforderliche Zündfolge angepaßt sind. . .

"·' ■ Die

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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine beschrieben und die Erfindung kann auch bei einer Viertaktbrennkraftmaschine verwendet werden» wenn das Ventil aus einem geeigneten wärmebeständigen Material hergestellt ist, da hier der Mechanismus in einer wesentlich heifieren Umgebung läuft*

Pattntftaaprüohe 009815/1320

Claims

Patentansprüche

j 1. prennkraftmaschine, gekennzeichnet duroh einen Stator, V^/der in Querrichtung verlaufende Einatrömkanäle aufweist und der von einem Rotor umgeben ist, in dem öffnungen und feste Flächen vorgesehen sind, die diese Einströmkanäle öffnen und eohließen, damit das Gemisch duroh die Einströmkanäle hinduroh zu den Eintritts öffnungen der Brennkraftmaschine strömen kann und damit diese Kanäle abgesperrt werden können.

2. Brennkraftmaschine naoh Anspruch 1, daduroh ge kennzeich- * net, daß die Brennkraftmaschine eine Zweitaktbrennkraftmaschine ist.

3.^Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Viertaktbrennkraftmaschine ist.

4· Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine luftgekühlt ist.

5. Brennkraftmasohine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine luftgekühlt ist.

6. Brennkraftmas ohine naoh einem der Ansprüche 2, 3, 4 und 5» daduroh gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Einströmkanäle die gleiche Form und die gleiohe Fläohe haben, wie die Einlaßöffnungen der Brennkraftmaschine.

7. Brennkraftmaschine naoh einem der Ansprüohe 2, 3, 4 und 5, daduroh gekennzeichnet, daß der Stator im wesentlichen svlindrisoh ist.

8· Brennkraftmas ohine naoh Anspruch 7» daduroh gekennzeichnet, daß der Hot or ein hohler Zylinder ist, der koaxial aum und drehbar in dem Stator angeordnet ist.

9· Brennkraftmaschine naoh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet;'³ ein Lager oder mehrere Lager zwischen dem Stator und

! - dem

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IHSPECTEO

.dem Rotor angeordnet sind, um die Drehung des Rotors um den.Stator herum zu erleichtern und um die Teile im Abstand voneinander zu halten«

10· Brennkraftmasohine naoh einem der Ansprüohe 2, 3, 4 und 5t daduroh gekennzeichnet, daß der Stator und der Rotor innerhalb einer Bohrung im Zylinderblock der Brennkraftmaschine angeordnetsind und daß diese Bohrung derart angeordnet ist, daß diese jeden Einlaßkanal in genau der gleichen Weise sohneidet.

11. Brennkraftmas ohine naoh Anepruoh 71 daduroh gekennzeichnet, daß die Offnungen im Stator paarweise angeordnet sind, daß jedes Paar zwei Offnungen aufweist, die diametral gegenüberliegend am Rotor angeordnet sind, wobei deren Aohaen koplanar mit den Achsen einer der Kanäle duroh den Stator hindurch verlaufen.

12. Brennkraftmaschine naoh Anepruoh 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Rotor eine Kreisform haben.

13· Brennkraftmaschine naoh Anspruch 11, daduroh gekennzeioknet, daß die Offnungen im Rotor eine reohteokige Form haben.

14· Brennkraftmas ohine naoh einem der Ansprtiohe 2, 3, 4 und 5» daduroh gekennzeichnet, daß der Rotor von der Kurbelwelle angetrieben ist.

15* Brennkraftmas ohine naoh Anspruch 14» daduroh gekennzeichnet» daß sioh der Rotor mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht.

16· Brennkraftmaschine naoh einem der vorhergehenden Ansprüohe, daduroh gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Anzahl von Zylindern aufweist, die in Reihe angeordnet sind·

1?· Brennkraftmaschine naoh einem der vorhergehenden Ansprüohe, daduroh gekennzeichnet, daß die Brennkraftma-

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schine einen einzigen Zylinder aufweist.

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