DE19949857A1 - Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil - Google Patents
Viertaktverbrennungsmotor mit einem DrehschieberventilInfo
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Abstract
Bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil als Einlaßventil weist der Zylinderkopf (1) eine quer zur Zylinderachse gelagerte Ventilwelle (2) auf, die einen schräg zur Wellenachse (4) verlaufenden Durchlaß (3) aufweist und sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors dreht. Im Zylinderkopf (1) ist weiterhin ein zur Ventilwelle (2) führender Kanal (5) vorgesehen. Im Kanal (5) ist eine Kraftstoffeinspritzdüse (8) angeordnet, deren Strahlachse (12) auf das ventilwellenseitige Ende der Bohrung (6) gerichtet, die zwischen Ventilwelle (2) und dem Verbrennungsraum (7) vorgesehen ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse (8) gibt einen Kraftstoffstrahl (11) ab, wenn die Bohrung (6) vom Durchlaß (3) übergriffen wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Motor ist Gegenstand der EP 0 635 095 B1. Dieses dort beschriebene
Drehschieberventil weist den Vorteil auf, daß lange Ventilöffnungszeiten erreicht werden, die
sich über mehr als 180 Kurbelwellengraden erstrecken. Hierdurch wird erreicht, daß eine
optimale Füllung des Verbrennungsraumes während des Ansaughubs erreicht wird.
Bei diesem Viertaktverbrennungsmotor wird davon ausgegangen, daß dem
Verbrennungsraum über das Einlaßventil ein konventionell erzeugtes Luft-Kraftstoffgemisch
zugeführt wird. Dieses wird üblicherweise von einem Vergaser erzeugt.
Die FR 26 62 214 beschreibt einen Zweitaktverbrennungsmotor mit einem
Drehschieberventil, bei welchem eine Kraftstoffeinspritzdüse im Kanal zwischen einem
Kompressor und der Ventilwelle angeordnet ist. Der Kraftstoffstrahl der Einspritzdüse ist auf
eine Durchlaßöffnung des Durchlasses der Ventilwelle gerichtet, wenn dieser Durchlaß die
Verbindung zwischen dem Kanal und der zur Verbrennungsraum führenden Bohrung
herstellt. Dieser Durchlaß ist jedoch dreidimensional gekrümmt, so daß der Kraftstoff nicht
direkt in den Verbrennungsraum eintreten kann. Vielmehr werden die Tröpfchen des
Kraftstoffstrahles von der vom Kompressor komprimierten Luft mitgerissen.
Es besteht die Aufgabe, einen Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Kraftstoffeinspritzung in den
Verbrennungsraum ermöglicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den oberen Teil eines Zylinders in einer durch die
Ventilwellenachse gehenden Ebene;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt gemäß Fig. 1 in einer rechtwinklig zur
Ventilwellenachse verlaufenden Ebene;
Fig. 3 ein Diagramm des Ventilöffnungsverlaufs;
Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt zur Darstellung einer bevorzugten
Kolbenform und
Fig. 5 verschiedene Phasen des Einlaßtaktes.
In einem Zylinderkopf 1 ist drehbar eine Ventilwelle 2 gelagert. Diese Ventilwelle dreht sich
mit der halben Umdrehungszahl der Kurbelwelle 21. Diese Ventilwelle 2 weist einen als
Einlaß wirkenden Durchlaß 3 auf, der schräg zur Ventilwellenachse 4 verläuft. Bei einer
Umdrehung der Ventilwelle 2 verbindet der Durchlaß 3 einen zur Ventilwelle 2 führenden
Kanal 5 im Zylinderkopf 1 mit einer Bohrung 6 im Zylinderkopf 1, welche von der
Ventilwelle 2 zum Verbrennungsraum 7 des Zylinders verläuft. In der Wand des Kanals 5 ist
eine Kraftstoffeinspritzdüse 8 angeordnet. Wie der Fig. 2 entnehmbar, beträgt der
Winkelbereich α der Durchlaßöffnung 9 etwa 90°, während der auf die Achse 4 bezogene
Winkelbereich β der Bohrung 6 etwa 35° beträgt. Hierdurch ergibt sich ein Verlauf des
Öffnens und Schließens des Ventils entsprechend der Fig. 3.
Dies bedeutet, daß über einen Drehwinkel der Ventilwelle 2 von etwa 35° das Ventil öffnet,
anschließend über einen Winkelbereich von etwa 50° voll geöffnet ist und über einen
weiteren Drehwinkel von etwa 35° schließt. Der voll geöffnete Winkelbereich ist in Fig. 3
mit 10 bezeichnet.
Die Einspritzdüse 8 erzeugt einen kegelförmigen Kraftstoffstrahl 11, dessen Achse mit 12
bezeichnet ist. Dieser Kraftstoffstrahl 11 ist auf die Oberfläche 13 des Zylinders 20 gerichtet.
Der Strahl 11 ist so ausgerichtet, daß seine Achse 12 einen Winkel γ zur Achse 4 einnimmt,
der größer ist als der Winkel δ, den die Durchlaßachse 14 zur Achse 4 einnimmt. Dies ist
bezogen auf den Fall, daß die Achsen 4, 12 und 14 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Kegelwinkel ε des Strahles 11 etwa 20°, womit
erreicht wird, daß er im Bereich der Bohrung 6 eine Breite aufweist, die etwas geringer ist als
die Breite 18 der Bohrung 6. Der Strahl 11 kann somit ungehindert von der Einspritzdüse 8
durch den Durchlaß 3 und die Bohrung 6 in den Verbrennungsraum 7 eintreten.
Die Einspritzung soll innerhalb des Drehbereiches 10 der Ventilwelle 2 stattfinden. Der
Einspritzbereich erfaßt etwa den Bereich der Fig. 5a bis 5d. Der Einspritzbereich beginnt,
wenn in Drehrichtung 17 der Ventilwelle 2 gesehen, die Vorderkante 15 des Durchlasses die
Bohrung 6 überstrichen hat und endet, wenn die Hinterkante 16 die Bohrung 6 zu
überstreichen beginnt.
Die Kolbenoberfläche 13 ist bevorzugt entsprechend der Fig. 4 konkav ausgebildet,
bevorzugt in Form eines beidseits konkaven Kolbens mit einer elliptischen Vertiefung 19.
Die Dauer der Einspritzung kann variiert werden, sollte jedoch innerhalb des Winkelbereichs
10 stattfinden. Außerdem kann die pro Zeiteinheit bei der Einspritzung zugeführte
Kraftstoffmenge variiert werden.
Wird eine Kolbenform gemäß Fig. 4 gewählt, bildet sich in der Mitte des Zylinders durch
den Einspritzstrahl ein turbolenter Wirbel aus, der vom Abstand Kolben-Zylinderkopf
abhängt. Dieser Wirbel kann vollständig ausgebildet werden, wenn der Kolben einen großen
Abstand zum Zylinderkopf hat. Im Fall des beidseitig konkaven Kolbens entsteht ein
einzelner gut ausgebildeter Wirbel 22 in der Zylindermitte, wodurch der Verbrennungsprozeß
verbessert wird. Da das Ventil über eine relativ lange Phase 10 geöffnet ist, entsteht eine
konstante Strömung. Bei ganz geöffnetem Ventil stimmt der Wirkungsgrad der Strömung mit
der Geometrie des Einlasses überein, d. h. es kommt zu keiner Strömungsseparation. Findet
das Einspritzen bei voll geöffnetem Ventil statt und wird insbesondere eine Kolbenform wie
in Fig. 4 gewählt, kommt es zu keiner Benetzung der Wände des Zylinders. Es findet jedoch
ein starkes Auftreffen des Strahles auf der Kolbenoberfläche 13 statt. Weiterhin ist von
Vorteil, daß mit relativ niedrigem Einspritzdruck gearbeitet werden kann und die
Einspritzdüse 8 außerhalb des heißen Verbrennungsraumes 7 angeordnet ist.
Claims (7)
1. Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil als Einlaßventil,
bestehend aus einer im Zylinderkopf (1) quer zur Zylinderachse gelagerten
Ventilwelle (2), die einen schräg zur Wellenachse (4) verlaufenden Durchlaß (3)
aufweist und die sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors dreht,
mit einem zur Ventilwelle (2) führenden Kanal (5) im Zylinderkopf (1) und einer
zwischen Ventilwelle (2) und dem Verbrennungsraum (7) verlaufenden Bohrung (6)
im Zylinderkopf (1), eine die Bohrung (6) überstreichende Durchlaßöffnung (9) des
Durchlasses (3) bezogen auf die Wellenachse (4) einen Winkelbereich (α)
einnimmt, der mindestens gleich groß ist wie der auf die Wellenachse (4) bezogene
Winkelbereich (β) der Bohrung (6), wobei bei einer vollen Umdrehung der
Ventilwelle (2) nur einmal eine Verbindung über den Durchlaß (3) zwischen dem
Kanal (5) und der Bohrung (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (5)
eine Kraftstoffeinspritzdüse (8) angeordnet ist, deren Strahlachse (12) auf das
ventilwellenseitige Ende der Bohrung (6) ausgerichtet ist und die einen
Kraftstoffstrahl (11) abgibt, wenn die Bohrung (6) von der überstreichenden
Durchlaßöffnung (9) im wesentlichen übergriffen wird.
2. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
größere Winkelbereich (α) einer Durchlaßöffnung (9) zuzüglich des kleineren
Winkelbereichs (β) der Bohrung (6) größer als 90° ist und die Einspritzung
innerhalb eines Drehbereichs (10) der Ventilwelle (2) stattfindet, der beginnt, wenn
in Drehrichtung (17) der Ventilwelle (2) gesehen die Vorderkante (15) der
Durchlaßöffnung (3) die Bohrung (6) überstrichen hat und der endet, wenn die
Hinterkante (16) der Durchlaßöffnung (9) die Bohrung (6) zu überstreichen beginnt.
3. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Geometrie, bei welcher der Durchlaß (3) anfängt, die Verbindung
zwischen dem Kanal (5) und der Bohrung (6) herzustellen, wenn der Kolben sich in
seinem oberen Totpunkt befindet, die Kraftstoffeinspritzung bewirkt wird innerhalb
eines Winkelbereichs der Kurbelwelle, der zwischen etwa 80° und etwa 130° nach
dem oberen Totpunkt liegt.
4. Viertaktverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß wenn die Achse (4) der Ventilwelle (2), die Achse (14) des
Durchlasses (3) und die Strahlachse (12) in einer gemeinsamen Ebene liegen, die
Strahlachse (12) einen größeren Winkel (γ) zur Achse (4) der Ventilwelle (2)
einnimmt als der Winkel (δ) der Achse (14) der Durchlaßöffnung (3).
5. Viertaktverbrennungsmotor mach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in Richtung der Achse (4) der Ventilwelle (2) gesehen im
Bereich des verbrennungsraumseitigen Endes der Bohrung (6) die Breite des
Kraftstoffstrahles (11) maximal der dortigen Breite (18) der Bohrung (6) entspricht.
6. Viertaktverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens der Auftrefibereich des Kraftstoffstrahles (11) auf
der Kolbenoberfläche (13) konkav ausgebildet ist.
7. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kolben als beidseits konkaver Kolben mit einer elliptischen Vertiefung (19) an der
Kolbenoberfläche (13) ausgebildet ist.
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