DE19715888A1

DE19715888A1 - Langsamer Drehschieber für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19715888A1
Application number: DE19715888A
Authority: DE
Original assignee: BERGMANN HERIBERT
Current assignee: BERGMANN HERIBERT
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 1998-10-22

Description

Die Erfindung betrifft alle Brennkraftmaschinen der Verfahren Zweitakt und Viertakt. Die heute bekannten Brennkraftmaschinen nach dem Viertaktverfahren basieren alle auf der Begebenheit das sich zum Steuern der Gaswechselvorgänge, die Kurbelwelle einen Drehwinkel von 720° zurücklegen muß, während die Steuerorgane (hier Nockenwelle) nur einen 360° Drehwinkel zurücklegt, also i=2 : 1. Dies ist so, selbst, bei mit Mehrventilzylinderköpfen ausgestatteten Brennkraftmaschinen, da sich das Prinzip des viertaktigen Gaswechsels, ansaugen-, verdichten-, verbrennen-, ausstoßen-, nicht beeinflussen läßt (Zweitaktbrenn kraftmaschinen erledigen hier eben Zwei der Vier Takte auf einmal, Kolben als Steuerorgan).

Sämtliche bekannte Steuerungen gehen von dieser daraus ergehenden Gesetzmäßigkeit aus. Dadurch bekannte Nachteile wie schnell rotierende Massen, hin und her bewegte Massen müssen beschleunigt und gebremst, Ventilfedern gespannt werden, alles Punkte die die sgn. Schleppleistung erhöhen. Auch eine Auslegung der Steuerung, an in allen Drehzahlbereichen günstige Öffnungs- und Schließwinkel, ist sehr selten zu erreichen. 4-Takt-Brennkraftmaschinen mit drehbewegten Absperrmitten (Drehschiebermotore) sind ebenfalls auf diesem Grundsätzlichen Steuerverhältnis 2 : 1 aufgebaut. Stark wechselnde Reibungsverhältnisse dadurch Verschleiß, sowie die nicht optimale Auslegung der Steuerzeiten und Abdichtungsprobleme sind gerade hier ebenfalls bekannt. Ebenso die, um auf einen vernünftigen Öffnungsquerschnitt zu kommen, immensen Platzbedürfnisse.

Aber die zwei größten Nachteile sind allen 2- + 4-Takt-Maschinen gemein: Die einmal gefundenen Steuerzeiten lassen sich nicht oder nur mit hohem technischen Aufwand beeinflussen, eine Drehsinnänderung ist bei einer Viertaktmaschine meist gar nicht und bei Zweitaktmaschinen auch nur bei Großdieseln auf Schiffen bekannt. Wird eine Drehsinn änderung gewünscht, ist dies oft nur mit hohem technischen Aufwand (Umkehrgetriebe, hoher Platzbedarf und Fertigungsaufwand) zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 zu schaffen, bei der der Antrieb der Steuerung nicht im festen Verhältnis 2 : 1 oder 4 : 1 angetrieben wird, beeinflußbare Steuerzeiten enthalten kann und eine Drehrichtungs änderung vorgenommen werden kann. Letzentlich eine höhere Leistung zu erzielen und eine bessere Umweltverträglichkeit zu erreichen.

Eine, dies realisierende, Konstruktion wird nun am Beispiel einer Viertaktbrennkraftmaschine mit elektronischer Umsetzung/Programmierung beschrieben:
Der im Beispiel bestimmte Viertaktmotor ist als Einzylinder-Flachdrehschiebermotor nach bekannter Art aufgebaut, wesentlich ist aber:

1. Die mechanische Entkoppelung der Kurbelwelle von der Steuerung des Drehschiebers.
2. Eine Opto-elektronische Erfassung, "Geber", des Kurbelwellendrehwinkels,
2a Eine mögliche Erfassung der Stellung des Drehschiebers.
3. Ein Antrieb des Drehschiebers durch einen elektrische Signale wandelnden "Stellmotor" (Servo/Schritt).
4. Eine Drehschieberscheibe die so gearbeitet ist das sie eine Anzahl Bohrungen enthält die zu dem Steuerverhältnis 2 (Takte) : 1 (Umdrehung) beitragen, hier im Beispiel also 5 Bohrungen.
(Hier angenommenes Drehzahlverhältnis 10 : 1. (Kurbelwelle/Drehschieber).
5. Eine Rechnereinheit die geeignet ist aus den Daten der Geber geeignete Signale an den Stellmotor zu leiten, für hier jetzt 10 : 1 (frei programmierbar im Ablauf, aber die mit der Zündeinrichtung, der Einspritzeinrichtung und auch der Abgasreinigung kommunizieren kann).
6. Ein Zylinderkopf der so gearbeitet ist, das er eine, der Drehzahl des Schiebers entsprechende, Anzahl von Ein- und Auslaßkanälen enthält also 5× Ein-, 5× Auslaß je Zylinder, eine Zündkerze aufnimmt.

Hierheraus ergibt sich eine Drehschieberdrehzahl bzw. Antriebsmoment von jetzt nur noch 1/10 der Kurbelwellendrehzahl und daraus entsprechend weniger Verschleiß, da die Anordnung der Bohrungen in solcher Symmetrie erfolgen, daß der Verbrennungsdruck auf 10 kleinere Flächen verteilt wird. Im weiteren ergibt sich durch den langsameren Umlauf eine höhere Auflösung des Steuervorganges der jetzt über das elektronische Stellglied frei beeinflußt werden kann. Aus der elektronischen Steuerung ergibt sich, das jetzt problemlos der Drehsinn umgekehrt werden kann: während der Schieber seinen Drehsinn beibehält, kann der Motor, nach elektronischer Korrektur der Kurbelwellenimpulse jetzt andersherum angelassen werden. Auch ist eine Erfassung der Kolbenposition in Kolbenhubrichtung durch eine Laseroptik denkbar, wobei hier eine Korrektur zur Drehsinnumkehr denkrichtigerweise entfallen könnte.

Claims

1. Brennkraftmaschine, insbesondere 4-Tkt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zur Steuerung der Gaswechselvorgänge vorgesehenen Drehschiebern, Ventilen und Walzen, die von der Maschine direkt oder indirekt so angetrieben werden, daß die Abfolge einer kontinuierlichen Drehbewegung der Steuerorgane nicht im Verhältnis 720°Kurbelwelle : 360°Steuerorgan erfolgt. Im weiteren dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerung durch die motoreigene entweder mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch/elektronisch gewandelte und mit entsprechenden Steuerbefehlen, auch Malteserkreuzantrieb, versehenen oder von außen zugeführter mechanischer, pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer, Energie jeweils mit entsprechenden Steuerbefehlen versehen erfolgt, dazu auch motorseitig erfaßbare Daten erfaßt und ausgewertet werden. Dadurch gekennzeichnet, daß hiermit die Steuerzeiten wesentlich beeinflußbar sind. Untersetzung bis 100 : 1 und mehr möglich.

1.1 Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch drehbewegte Absperrmittel in der Weise erfolgt, daß der drehende Teil einem Programm folgt und eine der Übersetzung entsprechende Anzahl Steueröffnungen enthält und diese auch mit Drehabdichtungen nach bekannter Art versehen sein können. Untersetzung bis 100 : 1 und mehr.
1.2 Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf eine solche Anzahl von Kanälen aufweist, wie es das jeweilige Erfordernis nach 1. verlangt, diese zum Brennraum führen und in der Funktionsreihenfolge des Arbeitsspiels angeordnet sind, eine oder mehr Zündkerzen aufnimmt, die Lagerung des Drehschiebers aufnehmen kann und für Wärmeabfuhr sorgt.
1.3 Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Bereich des Zylinderkopfes angeordneter Sammler die Aufgabe übernimmt, die Frischgasmischung den Ansaugöffnungen zuzuführen, sowie eventuell Einspritzdüsen oder Vergaser aufzunehmen.
1.4 Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Sammler im Bereich des Zylinderkopfes so angeordnet ist, das dieser die Aufgabe übernimmt, die Altgase von den Aus laßöffnungen wegzuführen.

2. Brennkraftmaschine, insbesondere 2-Takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zur Steuerung der Gaswechselvorgänge vorgesehenem Drehschiebern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfolge der Drehbewegung der Steuerorgane nicht im Verhältnis 360° Kurbelwelle : 360° Steuerorgan erfolgt. Im weiteren dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerung durch die motoreigene entweder mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch gewandelte, und mit entsprechenden Steuerbefehlen versehenen oder von außen zugeführter mechanischer, pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer, Energie jeweils mit entsprechenden Steuerbefehlen versehen erfolgt, dazu auch motorseitig erfaßbare Daten erfaßt und ausgewertet werden. Dadurch gekennzeichnet, daß hiermit die Steuerzeiten wesentlich beeinflußbar sind. Untersetzung bis 100 : 1 und mehr möglich.

2.1 Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch drehbewegte Absperrmittel in der Weise erfolgt, das der drehende Teil einem Programm folgt und eine der Übersetzung entsprechende Anzahl Steueröffnungen enthält und diese auch mit Drehabdichtungen nach bekannter Art versehen sein können. Untersetzung bis 100 : 1 und mehr.
2.2 Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Bereich des Kurbelhauses angeordneter Sammler die Aufgabe übernimmt, die Frischgasmischung den Ansaugöffnungen zuzuführen, sowie eventuell Einspritzdüsen oder Vergaser aufzunehmen.

3. Auswechselbare Einheiten nach Anspruch 1 + 2 zum Nachrüsten bestehender Brennkraftmaschinen.