DE19923902A1

DE19923902A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19923902A1
Application number: DE19923902A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-11-30
Also published as: WO2000071860A1; EP1180200A1

Abstract

Es wird ein Verbrennungsmotor beschrieben, bei dem jeder Zylinder Ein- und Auslaßventile aufweist, die durch schnelle elektromagnetische Aktuatoren betätigt werden. DOLLAR A Es sind pro Zylinder zwei Auslaßventile, aber nur ein Einlaßventil vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit dem Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei Hochleistungsmotoren ist es bekannt, drei, vier oder fünf Ventile pro Zylinder ein zusetzen. Bei Verwendung von drei Ventilen werden zwei Einlaßventile und ein Auslaßventil, bei Verwendung von vier Ventilen zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile und bei Verwendung von fünf Ventilen drei Einlaß- und zwei Auslaßventile verwen det.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Ventil- und Aktuatoraufwand zu ver ringern, um Raum, Gewicht und Kosten zu sparen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhaft ist es dabei ein Einlaßventil zu verwenden, das einen größeren Durch messer als die Auslaßventile hat. Von Vorteil ist es zumindest für das Einlaßventil ein Leichtbauventil oder ein Keramikventil zu verwenden. Wichtig ist für die Erfindung, daß schnelle Aktuatoren mit kleinen bewegten Massen und großen Magnetkräften zum Einsatz kommen.

Konventionelle Aktuatoren haben wegen der großen bewegten Massen und des ver wendeten Magnetsystems relativ große Schalt- bzw. Flugzeiten. Daher ist bei hohen Drehzahlen der zeitliche Verlauf der Ventilbewegung a ungefähr gleich wie der Ver lauf c bei der konventionellen Nockenwellensteuerung. In Fig. 3 ist der entsprechen de Verlauf ausgezogen eingezeichnet und mit a/c bezeichnet. Bei kleinen Drehzah len öffnet der konventionelle Aktuator das Ventil schneller (Verlauf a) als die Noc kenwellensteuerung (Verlauf c), wie dies Fig. 4 zeigt. Durch die umfangreicher ange saugte Luftmasse wird das Drehmoment erhöht.

Konventionelle Aktuatoren benötigen bei kleinem Zylinderabstand eine relativ große Zylinderkopfbreite, weil in der Zylinderkopfmitte die Zündkerze eingesetzt werden muß. Die an sich vorteilhafte Verwendung von zwei Zündkerzen ist hier oft nicht möglich. Bei großem Zylinderabstand ist eine kleinere Zylinderkopfbreite möglich, indem eine Zündkerze schräg zwischen den Aktuatoren der einzelnen Zylinder ein gebaut wird. Außerdem muß bei derartigen Aktuatoren der Ventilwinkel zur Zylinder bohrungsachse relativ groß gemacht werden, was verbrennungstechnische Nachteile mit sich bringt.

Schnelle Aktuatoren mit geringen bewegten Massen, wie sie aus den internationalen Patentanmeldungen WO98/42959 und W98142960 und in den deutschen Patentan meldungen 198 54 019.1, 198 54 0020.5 und 198 60 451.3 bekannt, bzw. beschrieben sind, bringen eine kürzere Flugzeit, was bei hohen Drehzahlen eine bessere Zylin derfüllung und damit ein erhöhtes Drehmoment und erhöhte Leistung bedeutet. In den Fig. 3 und 4 sind die entsprechenden Verläufe eingezeichnet und mit b bezeich net. Wird die erhöhte Leistung nicht benötigt, so können kleinere Ventildurchmesser und kleinere Aktuatoren benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Kombination erlaubt es, ein Ventil und den zugehörigen Ak tuator einzusparen. Wie schon gesagt, der Durchmesser des Einlaßventils wird grö ßer gewählt. Es ist vorzugsweise ein Leichtbauventil, z. B. ein Stahl- oder ein Al- Stahl-Ventil, das bei den geringen Temperaturbelastungen des Einlaßventils gut zu realisieren ist. Gegebenenfalls muß die Drehfeder für große Hübe durch eine in Richtung Ventilöffnung wirkende Zusatzfeder unterstützt werden.

Der große Durchmesser des Ventiltellers ist vorteilhaft bei der Zylinderdruckmessung gemäß der internationalen Patentanmeldung. PCT/EP98/00830, da hier die Durch biegung größer ist.

Infolge der geringeren beweglichen Massen des schnellen Aktuators läßt sich das Ventilmehrgewicht des größeren Ventils beherrschen, so daß sich immer noch eine ausreichende oder auch noch schnellere Flugzeit im Vergleich zum konventionellen Aktuator ergibt. Mit dem vergrößerten Ventildurchmesser des Einlaßventils ein schließlich des schnellen Aktuators lassen sich ausreichende Zylinderfüllungen er zielen.

Bei dem erfindungsgemäßen 3-Ventilkonzept kann man auch bei kleiner Zylinder kopfbreite zwei Zündkerzen einsetzen und einen kleinen Ventilwinkel anwenden. Da durch ist auch eine Anwendung bei Dieselmotoren möglich. Außerdem ist bei diesem Konzept eine große Kosten- und Gewichtseinsparung möglich.

Schnelle Aktuatoren mit geringer bewegter Masse lassen sich durch die Ankerausbil dung gemäß der internationalen Patentanmeldung WO98/42959 und/oder durch die Lagerung des Ankers durch einen drehfedergelagerten Hebel gemäß der internatio nalen Patentanmeldung WO98/42960 und/oder durch die Befestigung des Ankers mittels wenigstens eines Hebels an einem drehbar gelagerten Rohr, durch dessen Innern die Drehfeder verläuft, die mit dem Rohr verbunden ist, gemäß der deutschen Patentanmeldung 198 54 019.1 und/oder die Ausbildung der Joche der Elektroma gnete und des Ankers als langer Magnet (Länge/Tiefe der Joche und des Ankers zur Breite < 1,5) gemäß der deutschen Patentanmeldung 198 54 020.5 und/oder durch Ausbildung des Aktuators als Drehmotor gemäß der Patentanmeldung 198 60 451.3 erzielen.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Teil eines Motorblocks mit aufgesetztem Aktuator

Fig. 2 einen Aufblick auf den Motorblock und die Aktuatoren

Fig. 3 und 4 Verläufe von Flugwegen der Ventile über der Zeit bei unterschiedlichen Drehzahlen und unterschiedlichen Aktuatoren

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Motorblock 1, in dessen Zylinderblock 2 ein Einlaßventil 3 mit großem Durchmesser (z. B. ca. 48 mm Durchmesser) und zwei Auslaßventile 4a und 4b eingesetzt sind, die einen kleineren Durchmesser (von ca. 36 mm) aufweisen. Die Anordnung der Ventile 3 und 4a und 4b weisen Ventilführun gen 5 und Ventilfedern 6 auf, die die Ventile 3 und 4 nach oben drücken. Diese Ven tilfedern 6 erzeugen einen Teil der Federkräfte, die den verwendeten Aktuator ohne Ansteuerung in eine Zwischenstellung stellen.

Mit 7a ist der Aktuator für das Einlaßventil 3 und mit 7b und 7c die für die Auslaßven tile 4a und 4b bezeichnet. Der prinzipielle Aufbau der Aktuatoren ist aus dem Aktua tor 7c erkennbar, wo zwei Elektromagnete 8a und 8b gezeigt sind, die auf einen An ker 9 einwirken, der über einen Hebel an einer Drehfeder 10 schwenkbar gelagert ist. Die Drehfeder und die Ventilfeder 6 bilden zusammen die erwähnten Federkräfte. Eine Verlängerung 11 des Hebels überträgt die Ankerbewegung auf den Ventilschaft. Hier ist also der Abstand des Ankers von der Schwenkachse des Hebels (Achse der Drehfeder) kleiner als der Abstand des Einwirkungspunkts auf das Ventil vor der Schwenkachse z. B. 0,5. Eine solche Dimensionierung hat bei dem großen Einlaß ventil, das einen großen Hub benötigt, den Vorteil, daß nur ein reduzierter Hub des Ankers notwendig ist.

Die Aktuatoren 7 und weitere Aktuatoren weiterer Zylinder sind in einem Kasten 12 montiert, der in vormontiertem Zustand auf den Zylinderkopf 2 aufgesetzt wird, wobei die Ventilschäfte in den Kasten von unten eingeführt werden. Ein derartiger Aufbau ist aus der WO98/42957 bekannt. Die Fig. 2 zeigt zwei Zündkerzen 13 für den Zylin der 14, die durch in den Kasten eingebaute Schächte 15 eingebracht und gewechselt werden können, wodurch beim Kerzenwechsel eine Verletzung der Aktuatoren ver mieden wird.

Auf dem Kasten sitzt oben das Steuergerät 16 der Aktuatoren und zwar direkt am Ansaugrohr 17, so daß eine Kühlung durch den Ansaugluftstrom erfolgt. Im Ansaug rohr ist die Zündspule 18 zur Kühlung untergebracht.

Bezugszeichenliste

1

Motorblock

2

Zylinderblock

3

Einlaßventil

4

a,

4

b Auslaßventil

5

Ventillagerung

6

Ventilfeder

7

a,

7

b,

7

c Aktuatoren

8

a,

8

b Elektromagnete

9

Anker

10

Drehfeder

11

Hebelverlängerung

12

Kasten

13

Zündkerzen

14

Zylinder

15

Schacht

16

Steuergerät

17

Ansaugrohr

18

Zündspule

Claims

1) Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern (14) und mehreren den einzelnen Zylindern (14) zugeordnete Ein- (3) und Auslaßventile (4a, 4b), die durch elek tromagnetische Aktuatoren (7) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder (14) zwei Auslaßventile (4a, 4b) jedoch nur ein Einlaßventil (3) vorgesehen ist.

2) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Einlaßventils (3) größer als der der Auslaßventile (4a, 4b) ist.

3) Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Aktuator (7a) für das Einlaßventil (3) eine geringe bewegliche Masse und kräftige Magnete (8a, 8b) aufweist.

4) Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß zumindest das Einlaßventil (3) ein Leichtbauventil oder ein Keramik ventil ist.

5) Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest der Aktuator (7a) für das Einlaßventil (3) einen von einem schwenkbaren Hebel getragenen Anker (9) auf weist, dessen Be wegung auf das Ventil übertragen wird und der von zwei Elektromagneten (8a, 8b) verschwenkt wird und daß der Hebel mit einer Drehfeder (10) verbunden ist.

6) Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab stand des Ankers (9) von der Schwenkachse (10) kleiner ist, als der des Ein wirkungspunkts auf das Ventil von der Schwenkachse (10).

7) Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß der Aktuator nach Art eines Drehmotors ausgelegt ist.

8) Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Aktuatoren (7) mehrerer Zylinder (14) auf einem Träger, insbesondere einem Kasten (12) montiert sind, der auf den Zylinderblock (2) aufgesetzt wird.

9) Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) für die Aktuatoren (7) auf dem Träger, insbesondere Kasten (12) mit untergebracht ist.

10) Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft strom des Ansaugrohrs (17) des Motors zur Kühlung des Steuergeräts (16) herangezogen ist.

11) Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16') im Ansaugrohr (17) untergebracht ist.

12) Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zündspule (18) im Ansaugrohr (17) untergebracht ist.

13) Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß pro Zylinder (14) zwei Zündkerzen (13) vorgesehen sind.