DE2805260A1 - Kontinuierlich drehende kugelschiebersteuerung fuer otto- und dieselmotoren - Google Patents

Description

• Kontinuierlich drehende Kugelschiebersteuerung für utto-und Dieselmotoren.
• diese ort Schieber laufen beiderseits mit ihren Hälsen"1"auf Wälzlagern"2"Abb 1,sodaß die schieber nicht in den Hohlkugeln reiben köJnnen,sondern das könnten nur die runden Dichtringe allein.Der Vorteil einer Kugel ist unter anderem der, daß jede eingedrehte Fut Abb 2-6 kreisrund ist und in ihnen bewährte kreisrunde Dichtungen verwendet werden können.Die einzigen Reibstellen einer Kugelschiebersteuerung sind demnach die kreisrunden Dichtringe,die erfahrunge gemäßynicht sehr ins Gewicht rallen.
• Der Leistungsverlust der Kugelbewegung ist im Verhältnis zur Ventilsteuerung sehr klein, weil bei# letzterer die Federarbeit und' der Aufwand für das Öffnen des Auslaßventils nicht zurückgewonnen werden kann, ebensowenig wie die Beschleunigungsarbeit der zu beschleunigenden oscilierenden Massen.Beim Kugelachieber hingegen, gibt es nur kontinuierlich drehende Massen,weshalb als Antriebselement ein Zahnkeilriemen genügt.Diese Steuerung ist# über den ganzen Drehzahlbereich im Gegensatz zur Ventilsteuerung völlig geräuschlos.
• Daß ein Kugelschieber nicht nur Ein- "E" und Auslaß"A" steuert,sondern dazu den Brennraum "Br" 1-7Abb ist wohl sein bedeutenster Vorteil.
• Dadurch wird es möglich,nach dem Auslaßhub den Zylinder so vollkom# en zu entleeren, daß beim folgenden Saughub der Zylinder zu loo mit Frischfüllung geladen werden kann und nicht wie bisher ausnahmslos bei Saugmotoren nur zu 70-80%,weil sich die heißen Restgase im Brennraum erst entspannen müssen, bis ein Saugen wirksam wird.Mit dem Leistungsgewinn dabei entsteht eine Verbesserung des #mech und damit eine Rrennstoffersparnis.Eine weitere Ersparnis entsteht,wie oben gesagt durch den geringeren Leistungsaufwand der Schiebersteuerung.
• Hinzukommt,daß durch das mögliche Wegsteuern des Brennraumes,die Frischfüllung nicht mit den heißen Restgasen in Verbindung kommt und die Verdichtung mit einer niederen Temperatur beginnen läßt-Dadurch läßt sich auch bei Normalbenzin ein erheblich höherer Ver dichtungsendruck entsprechend einem£ = 1/13-1/14 erreichen und wegen des größeren Wärmegefälles eine Brennstoffersparnis.Wichtiger bei der höheren Verdichtung ist,daß auch sehr magere Gemische noch zündwillig bleiben und die Luftdrosselung bei der Leistungsregelung, vrenn sie nicht ganz fortfällt,so mindestens erheblich reduziert wird.
• Mit dem Fortfall der Luftdrosselung verringert sich der Kompressions verlust im Zylinder, welcher die Ursache der schädlichen CO und CH bildung ist.Da nunmehr die Yerbrennung bei gleichen Temperaturen jedoch unter höherem Druck stattfindet pkann dann der NOx gehalt im Abgas nur niedriger als bisher sein.Durch Erhalt der Verdichtung im Teillastgebiet,wird sich der Ottomotor dem Diesel nähern und den Motor umwelt freundlicher machen.Dabei verbessert sich der Brennstoffverbrauch im Teillastgebiet.
• Unter vergleichbaren Bedingunzen macht bei Ottomotoren eine Ernte- drigung deryAnfangstemperatur um 5oO eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses(bei Normalbenzin)auf #= 1/14 möglich.Bei einer weiteren Erhöhung von @ würde der Motor in Straßenfahrzeugen müde werden,wie wir es beim Diesel kennen, der lebhafter war als er noch mit#=1/15 gebaut wurde. Mit einer Erhöhung von # wird im Arbeitsdiagramm dessen Unterseite geschmälert,sodaß die Drehkraft bei günstigter Kurbelstellung erheblich nachläßt.1)amit der Motor auch bei langsamen

  Beerlauç ¢

  rund läuft'muß dann zusätzlich, das Schwungrad vergrößert werden,was die zweite Ursache einer zunehmend trägen Beschleunigung im PKW ist,Das hat nichts mit der PS Leistung zu tun.
• Bei der Verbrennung bei gleicher Temperatur wie bischer,jedoch unter höherem Druck erniedrigt sich wegen des größeren Wärmegefälles die mittlere Motortemperatur.Dabei bleibt im Motor das Schmieröl kühler, tas den Verschleiß hintanhält und wie es der Diesel zeigt, eine längere Lebensdauer bringt.
• Bei Ottomotoren rücken mit der Erhöhung der Verdichtung im Gemisch die Brennstofftröpfchen näher aneinander, sodaß dadurch auch ein sehr mageres Gemisch noch zündwillig bleitt.Außerdem wird die Zündwilligkeit bei sehr mageren Gemischen noch dadurch vergrößert,daß beim Anmeldegegenstand im Gegensatz zu Normalmotoren,das ganze misch durch einen Schußkanal"S"Abb 7 an der Kerze vorbeigeblasen wird und nicht wie bisher nur ein kleiner Teil in die Nähe der Kerze gelangt.Beim Vorbeiblasen durch den Schußkanal ##rhöht sich die Warscheinlichkeit,daß der Zündbogen auch bei sehr magerem #emisch Tröpfchen tritft.Die Zündung aus dem Schußkanal"S"wirke wie eine Stichflamme turbulent in den Brennraum hinein,Ähnllches hat sich bei Dieselmotoren bewährt.Dort jedoch müssen die @euergase durch den Kanal wieder zurück, wobei sie Verluste haben. heim inmeldegegenstand hingegen vergrößert sich mit fortschreitender Abwärtsbewegung des Kolben der Schußkanal"S"und gibt schließlich den ganzen Brennraumaustritt zum Kolben"K"frei,wobei sich die @euergase voll auf den Kolben"K" ausbreiten können.Abb 8.Die normale hohe Drucksteigerung im Zündpunkt wirkt zuerst nicht mit voller Kraft auf den Kolben,wo sie um den Totpunkt @ein wirksames Drehmoment ausüben könnteysondern läßt zuerst den Brennvorgang im Brennraum"Br" unter hohem Druck ablaufen, bis der Brennraum weiter öffnet und der Kolben eine Stellung erreicht hat, in der er ein wirksames Drehmoment abzugeben vermag.Abb@8.
• Gegenüber Ventilsteuerungen haben Schieber noch den Vorteil, daß sie wegen fehlender Ledern das Erreichen höchster Drehzahlen nicht beX hindern.Während bei Ventilen das Öffnen und Schließen durch enge Spalten erfolgt, drosseln die mondsichelförmigen Eräffnungsquerschnitte bei einer Kugel weniger.Außerdem ist es bei einer Kugel den größten Eröffnungsquerschnitt auch bei der großten Kolbengeschwindigkeit voll auszunützen.Einlaßnocken bei Ventilsteuerungen müßten oben spitz werden, zum das gleiche zu erreichen.
• Der Xrfindungsgegenstand brächte auch dem Diesel Vorteile,indem wegen der Mischung im Schußkanal der Luft zahl 1 näher zu kommen wäre, und ein weniger hohes notwendug würde.
• Der Kolben hat beim Aufwärtsgang nach der Anmeldung ca 30°Kw vor o.T. bereits den gewünschten Verdichtungsenddruck erreicht,weil er bis dahin ohne Brennraum"Br" verdichtete.Um diese Kolbenstellung beginnt der Brennraum 4Br"zu öffnender war bis dahin mit verbranntem heißen Gas(Restgas) gefüllt und stand je nach dem Auslaßbeginn unter einem Druck von ca 7-8 bar.Über dem Kolben"K"dagegen liegt die eben verdichtete kalte Frischfüllung mit ca 16 bar,die nunmehr in den sich öffnenden Brennraum"Br"bläst,beim Durchströmen des Schußkanales"S"Abb 7 die Mischung verbessert und dort gezündet wird.
• aeim Del würde anstelle der Kerze die Einspritzdüse sitzen.Da bei beginnendem Öffnen des Brennraumes die ganze Frischfüllung durch den Schußkanal"S"gedrückt wird Abb 7,wäre so dem Streben nachgekommen,den eingespritzten Brennstoff mit der ganzen Verbrennungs -luft in Verbindung zu bringen, indem man über den Kurbelbogen von "Beginn Br.öffnen@bis "O.T." die Düse bei Vollast einspritzen läßt.
• ei heutigen PKW Verbrennungsmotoren treten Verbrennungsdrücke um 70-80 bar auf.Die abwärtslaufenden Kolben laufen dem Druckanstieg davon,und sind ihm heut noch gewachsen.Bei der Ventilsteuerung sind die ventile selbstdichtend,sodaß im Ganzen die Druckverluste in Grenzen bleiben. Daher darf der Kugelschieber,wenn er die hochentwickelte Ventilsteuerung ersetzen will, in Bezug auf Druckgasverluste oder Spa@tverluste etc, nicht schlechter sein0 Abb 1 zeigt die Abdichtung der "Z" Kugel sind die Ringe auf den beiderseitigen Hälsen 1"Abb 1-6. Diese Ringe sind mit so hoher Vor''a spannung eingesetzt, daß sie nicht mit der Kugel mitdrehen,sondern nur in den Nuten der drehenden Kugelhälse"1"gleiten.Die Dichtung des feststehenden Ringes kann durch Dichtstoffe erhöht werden. st Abb 5 zeigt die Wirkung des Zünddruckes,der auf die Ringe eine- selb) dichtende Wirkung ### ausübt,Die Dichtung dieser Ringe kann noch wirksamer gemacht werden Ann6,indem man mehrere schmale Ringe einer die so vorgespannt sind,daß abwechselnd die einen außen fest aufsitzen und die anderen auf dem grunde der Ringnute und mit der Kugel mitdrehen.
• Die Dichtung der Öffnungen zum Einlaß"E"und zum: Auslaß * M zeigen Abb 2 u 3.Hier dichten dünne elastische warmfeste Ringplatten"Y" die pls Pakete eingebaut,durch die Hülsen"W"eingestallt,auf den gewünschten Dichtdruck in der Hohlkugel gleiten.Der auftretende Zünddruck, der in die Öffnungen"A"u."E"strebt,fährt außen unter däs Ringplattenpaket und erhöht dabei den Dichtdruck.Die Abdichtung des Brennraumes,welche nur"ab Auslaß schließen"bis "Brennraum öffnen" wirken kann und daher nur gegen max 10 bar dichten muß,wird hier durch normale Rundringe bewerkstelligt"X"Abb 4.
• Den höchsten Zünddruck nimmt nicht nur der Brennraum auf, sondern da auch der Spalt um die Kugel.Alle Spalten zusammengenommen,angefangen vom obersten Kolbenring den Kleinstabstand zwischen Kolben und Zylinderdeokel,hier zusätzlich den Spalt um die Kugel sind echte schädliche Räume,die mit Zunahme des£1prozentuell anteilig am Brennraum,wachsen und durch entsprechende Hubverlängerung ausgeglichen werden müssen.Also darf auch der Kugel nicht groß gehalten werden,hbchstens 85-90% des Zylinder ä. Die Spaltdicke darf nicht größer sein als die Nadellagerlose.Ein leichtes Berühren der Kugel an der oberen stark gekühlten Hohlkugelgehälfte ist jedoch vorteilhaft,weil dort die Dichtringe"X""Y" ihre Wärme abführen können.An der Verminderung der Spaltwirkung hilft eine gelenkte Schmierung.Der Öleintritt ist periodisch, gerade wenn die Einlaßöffnung den Öleintritt überfahren hat.Sehmierstoff und Kugeloberfläche sollen so zueinander st#immen,daß das anbackende Öl den Spalt auf den natürlichen minimalen Abstand verkleinert.Konatruktiv wird der Spalt durch die Wirkungsbereiche der Dichtungen um die 3 Öffnungen von Einlaß"E",Auslaß"A"und Brennraum"Br"verkleine nert.

Claims (1)

1. Schutzansprüche.

   1.) Kontinuierlich drehn de# Kugelschiebersteuerung für Otto-und Dieselmotoren gekennzeichnet durch eine Kugel(3) deren kleiner sein muß,als der Zylinder .

   2.)Kont....gekennzeichnet durch eine Kugel(3),die mit ihren beidersietigen höhlen Hälsen(1)auf lagern(2) dreht,aber mit so kurzem i Abstand vonenander,damit der Spaltraum auf der Kugel möglichst klein ist und dazwischen die Dichtungen für(E) Einlaß,(A) Auslaß (Br)Brennraum gerade Platz haben.

   3.)Kont..gekennzeichnet dadruch,daß die obere Hohlkugelhälfte(4) getrennt von den beiderseitigen Lagerdeckeln(6)ist und so die BeS festigung von(4) auf Dichtung nicht durch bloße Lagerdrücke nach oben gemindert werden kann.

   4.)Kont..gekennzeichnet durch runde Dichtringe(Z) auf den Hälsen(1) welche so nah an der Kugel sitzen,daß sie noch innerhalb der Dichtfläche zwischen(4) und dem Zylinderdeckel(7) zum dichten kommen.

   5.)kont..gekennzeichnet durch eine Kühlung, (5) welche auf den Oberteil (4) und die Öffnung(8) zwischen Kugelraum und Zylinder wirkt.

   6.)Kont ..gekennzeichnet durch ein solches Spiel zwischen Kugel(3) und Hohlkugel,das nicht größer ist als das natürliche der beiderseitigen Lager(2),damit die Kugel zwecks Wärmeabfuhr die gekühlte Fläche von(4) gerade streift ohne reibend zu drücken.

   7. )Kont..gekennzeichnet durch eine Schmierung mit periodischer 01-zug-be dann,wenn die einlaßöffnung(E) uf der Kugel gerade vorbeigedreht hat Der Ölzutritt muP ein Rückschlagventil @egen der hohen Znddrücke haben.

   8.)Kont..gekennzeichnet durch eine Abflachung auf einer Seite der Offnung(8),damit dort die Vorauseilende Seite der flichtungen um(E), (A) und (Br) nicht anstoßen können.

   9.)Kont..gekennzeichnet durch eine solche stellung der Öffnungen von(Br) zu (A),Daß bei der Entleerung der Druck der Restgase soweit fällt,daß nach Beginn"(Br)öffnen" beim Überschieben der versicht#eten Luft(Frischfüllung) aus dem Zylinder,ein Druckgefälle sichergestellt ist.

   10.)Kont..gekennzeichnet durch einen wärmebeständigen Verdränger-@ufsatz auf dem Kolbenboden,der sich in o.T. ganz der Hohlkugel im Zylinderdeckel (7)anpaßt.

   11.)Kont..gekennzeichnet durch einen solchen Ströffnungspunkt von(Br) vor o.T. beim Diesel,der zeitlich so liegt,damit die Einspritzdauer von :3rennstoff bei Vollast mit der @berströmdauer der Frischfüllung aus dem Zylinder in den (Br)so übereinstimemn,daß der ganze Brennstoff mit der '-nnzen fflrischfülLung gemischt wird,um der Luftzahl 1 näherzukommen.

   12.)Kon..gekennzeichnet durch eine solche Öffnungsdauer von (Br)f d- die Öffnung (9) in der Stellung günstigsten Drehmomentes am weitesten aufgemacht hat,damit sich die Feuergase ungehemmt auf den holbenboden ausbreiten können, 13.)kont..gekennzeichnet durch einen Schußkanal (S),der sich um o.T.

   zwischen Kolben(K),Zylinderdeckel(7) und Brennraum (Br) bildet und in dem beim utto die Zündkerze so sitzt,daß das durchströmende Gemisch,nachdem ein teil bereits vorbei ist,gezündet wird,wobei die Flamme von dem nachströmenden gemisch so gespeist wird, daß der Brennblauf gezämt verläuft,auch um die NOxbildung in Grenzen zu halten.

   14.)Kont..gekennzeichnet beim Otto durch einen Querschnit im Schußkanal (S),der vor der #erze bei kleinster Oberfläche den größten Querschnitt hat, damit auch bei extrem magerem gemisch Brennstofftröpfchen verlaßlich vom Zündbogen getroffen werden.

   15.)kont.. gekennzeichnet beim Diesel durch einen solchen Schußkanalquerschnitt,der dem 2erstäubungskegel und Spritzdauer angepaßt ist,damit bei Vcllast die ganze vorbeiströmende Luft mit Brennstoff durchsetzt erden kann0 15.)Kont.. gekennzeichnet durch solche Dichtungen auf der Kugel (3)@elche den Dichtdruck abhängig vom Verbrennungsdruck selbsttätig so varieren,um bei den Druckschwankungen die #eckverluste in Grenzen zu halten und so die Heibverluste durch Dichtdrücke niedrig 17. ) Kot.. gekennzeichnet durch Dichtringe(Z) auf den beiderseitigen Hälsen(1) der Kugel(3),welche eine solche Vorspannung hben,daß sie mit ihren Mantelflächen nicht oder wenig in ihren feststehenden Oberteil(4) gleiten und beim Zünddruck zentrifugal i gasdicht dort aufgepreßt werden,ebenso Ihre Setenfläche(Abb.5) am drehenden Hals(1) 18.)Kont..gekennzeichnet durch mehrere schmale selbstspannende Dichtringe(2),von denen abwecheelnd einer zentrifugal drückt und der andere zentripedal auf den Grund dr Ringnste (Abb.6) und so eine Labyrintwirkung erreicht.

   19.)lkont.. gekennzeichnet durch hitzebeständige elastische Blechringscheiben,die als Paket(Y)durch Hineinschrauben der Hülsen (W) ichtend gegen die t-Iohlkugelflä.che von(4) gedrückt werden, und beim Zünddruck kurzzeitig noch mehr dichtend dort aufgepreßt @erden,weil der Zünddruck bei (9) unter das Blechpaket (Yy gefehren ist.

   20.)Kont..gekennzeichnet dsdurch,dß die Dichtringe (Z)auf ihrer Dichtfläche mit einer elastischen wärmebeständigen Masse bestrich#n sind