DE29901854U1 - Internal combustion engine, compressor or pump, with the channels controlling the rotary valves rotating around the axes of the cylinders and directly driven by external teeth - Google Patents

Internal combustion engine, compressor or pump, with the channels controlling the rotary valves rotating around the axes of the cylinders and directly driven by external teeth

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Description

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff dee Schutzanspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Wie beispielsweise in der Beschreibung der DE 195 35 920 Al ausgeführt, sind die üblicherweise bei Brennkraftmaschinen als Absperrmittel verwendeten Hubventile nicht frei von Nachteilen. So sind bekanntlich die üblicherweise verwendeten Nockenantriebe nicht nur teuer, sondern erfordern auch einige Prozent der Motorleistung zu ihrem Antrieb. Desweiteren ist die große Bauhöh'e·,—die bie zum zweifachen des Kolbenhubs betragen kann, und die Vielzahl der Einzelteile eines Zylinderkopfes mit Hubventilen hervorzuheben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß moderne hoch verdichtete Brennkraftmaschinen mit Hubventilen zu ihrem Betrieb Superbenzin benötigen.As stated in the description of DE 195 35 920 A1, for example, the lift valves usually used as shut-off devices in internal combustion engines are not without disadvantages. It is well known that the cam drives usually used are not only expensive, but also require several percent of the engine power to drive them. Furthermore, the large overall height—which can be up to twice the piston stroke—and the large number of individual parts of a cylinder head with lift valves must be emphasized. Another disadvantage is that modern, high-compression internal combustion engines with lift valves require premium gasoline to operate.

Aus der genannten Patentschrift ist bereits eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Absperrmittel durch einen Drehschieber in Kalottenform gebildet wird. Die -Abdichtung der Brennräume soll hier durch drehbare, antreibbare Dichtringe erfolgen.An internal combustion engine is already known from the above-mentioned patent specification, the shut-off device of which is formed by a rotary slide valve in the form of a dome. The sealing of the combustion chambers is to be achieved here by means of rotatable, drivable sealing rings.

Diese bekannte Brennkraftmaschine vermeidet die Nachteile bekannter Hubventile jedoch dadurch, daß andere Nachteile in Kauf genommen werden. Bedingt durch die Anordnung des Antriebsrades ergibt sich ein geringer Steuerquerschnitt ( A = 176 mm2 bei einer Zylinderbohrung von 0 76 mm }, und es ist nicht möglich mehrere Drehschieber ohne Zwischenräder direkt anzutreiben. Außerdem erfordert das außenliegende Antriebsrad zusätzliche Wellendichtringe und ein seperates Gehäuse, das die Abmessungen vergrößert und das Gewicht der Konstruktion erhöht. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Dichtringe am Hand der Ein- und Auslaßkanäle angeordnet sind, sie bilden damit einen Bestandteil des Brennraumgehäuses, und sind demgemäß hohen Temperaturen und der Ablagerung von Ruß ausgesetzt. Dies läßt einen erheblichen Verschleiß und eine verminderte Dichtwirkung der Hinge erwarten.This known internal combustion engine avoids the disadvantages of known lift valves, however, by accepting other disadvantages. Due to the arrangement of the drive wheel, the control cross-section is small (A = 176 mm 2 with a cylinder bore of 0 76 mm ), and it is not possible to drive several rotary valves directly without intermediate wheels. In addition, the external drive wheel requires additional shaft seals and a separate housing, which increases the dimensions and the weight of the structure. A further disadvantage is that the seals are arranged on the hand of the inlet and outlet channels, they thus form part of the combustion chamber housing, and are therefore exposed to high temperatures and the deposit of soot. This leads to considerable wear and a reduced sealing effect of the hinge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die sehr kompakte Zylinderköpfe und kurze gerade Ansaugkanäle hat, die über leichtlaufende drehbewegte Absperrmittel gesteuert wird, und die mit Normalbenzin, Methanol oder Gas zu betreiben ist. Eine weitere Aufgabe ist, Gleitflächendichtungen für drehbewegte Absperrmittel zu schaffen, die hohem Druck standhalten und eine hohe Lebensdauer erreichen.The invention is based on the object of creating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which has very compact cylinder heads and short, straight intake ducts, which is controlled by smoothly running rotary shut-off devices, and which can be operated with regular gasoline, methanol or gas. A further object is to create sliding surface seals for rotary shut-off devices that can withstand high pressure and have a long service life.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgaben besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. The solution to these problems according to the invention consists in the characterizing features of claim 1; advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion überspannt ein leicht gewölbter Drehschieber in Kalottenform das Brennraumgehäuse· Dieser Drehschieber steuert Einlaß- und Auslaßkanal, er wird über eine Außenverzahnung direkt angetrieben und mittels Druckumlaufschmierung gekühlt und geschmiert. Der Zylinderkopf besteht aus wenigen Teilen, ist einfach und schnell zu montieren, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht· Weitere Vorteile sind die kleinen Abmessungen und das geringe Gewicht, was besonders bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylinderreihen zum Tragen kommt. Der Betrieb mit Hormalbenzin, Methanol oder Gas und die völlige Wartungsfreiheit haben niedrige Betriebskosten zur Folge.In the design according to the invention, a slightly curved rotary valve in the shape of a dome spans the combustion chamber housing. This rotary valve controls the inlet and outlet channels, it is driven directly via external gearing and cooled and lubricated by means of pressure lubrication. The cylinder head consists of a few parts, is easy and quick to assemble, which enables cost-effective production. Other advantages are the small dimensions and the low weight, which is particularly important for internal combustion engines with several rows of cylinders. Operation with methane, methanol or gas and the complete freedom from maintenance result in low operating costs.

Hinzu kommen die prinzipiellen Vorteile von Drehschiebern, wie hohe Betriebssicherheit, absolute Drehzahlfestigkeit, exakte Steuerzeiten, hohe Klopffestigkeit, keine Ladungsverluste durch heiße Ventile, vollständig zu öffnende Einlaß- und Auslaßkanäle im Gegensatz zu Hubventilen, die nur Kreisringflächen freigeben, geringe Leistung zu ihrem Antrieb erforderlich und geräuschloser Lauf.In addition, there are the fundamental advantages of rotary valves, such as high operational reliability, absolute speed stability, exact control times, high knock resistance, no charge losses due to hot valves, inlet and outlet channels that can be opened completely in contrast to lift valves, which only release circular ring surfaces, low power required to drive them and noiseless operation.

Das Ansaugsystem besteht aus kurzen, geraden Einlaßkanälen, Ansaugtrichtern mit Drosselklappen und einem Druckausgleichsbehälter für jede Zylinderreihe, der die Luftzuführung zu den Zylindern anstelle langer verlustbehafteter Ansaugkrümmer übernimmt. Der Vorteil kurzer Einlaß- und Auslaßkanäle ist, daß die angesaugte Luft wenig erwärmt wird, und das heiße Abgas wenig Wärme an den Zylinderkopf abgibt. Die Gemischbildung erfolgt durch direkte Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder.The intake system consists of short, straight intake ducts, intake funnels with throttle valves and a pressure compensation tank for each cylinder bank, which supplies air to the cylinders instead of long, loss-prone intake manifolds. The advantage of short intake and exhaust ducts is that the air drawn in is heated up little and the hot exhaust gas gives off little heat to the cylinder head. The mixture is formed by direct injection of the fuel into the cylinder.

Die erfindungsgemäßen Gleitflächendiohtungen für drehbewegte Absperrmittel sind im Gehäuse des Zylinderkopf integriert und damit vor Verschmutzung durch Verbrennungsrückständen geschützt. Die Dichtringe haben 2 Aufgaben, 1 dichten sie den Brennraum bei hohem Druck ( Verdichtung, Verbrennung ) gegen das Drehschiebergehäuse, in dem Atmosphärendruck hersoht, ab. Dies wird dadurch gelöst, daß die Bingnut im Gehäuse über Bohrungen mit dem Brennraum verbunden ist, der Überdruck im Brennraum wirkt somit auf_ die Diohtringe und damit ist die Diohtflächenpressung d~ K proportional zum Brennraumdruok Pb.The sliding surface seals according to the invention for rotary shut-off devices are integrated in the housing of the cylinder head and are thus protected from contamination by combustion residues. The sealing rings have two tasks: 1) they seal the combustion chamber at high pressure (compression, combustion) against the rotary valve housing, in which atmospheric pressure prevails. This is achieved by the fact that the Bing groove in the housing is connected to the combustion chamber via bores; the excess pressure in the combustion chamber thus acts on the seal rings and the seal surface pressure d ~ K is therefore proportional to the combustion chamber pressure P b .

2. Um "bei Betriebsphasen geringen Brennraumdrucks einen Ölaustritt in die Einlaß- und Auslaßöffnungen zu verhindern, befinden sich unter den Dichtringen kleine Tellerfedern die den nötigen Anpressdruck erzeugen. Der Dichtring ist mit einer umlaufenden Rille versehen, hiermit ergeben sich zusätzliche Dichtkanten. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gleitflächendichtrings mit den Betriebsphasen der Maschine periodisch wechselnder Dichtflächenpressung liegt in einem kleinen Beibmoment, einem geringen Verschleiß und einer verbesserten Dichtwirkung.2. In order to prevent oil from escaping into the inlet and outlet openings during operating phases with low combustion chamber pressure, small disc springs are located under the sealing rings to generate the necessary contact pressure. The sealing ring is provided with a circumferential groove, which creates additional sealing edges. The advantages of the sliding surface sealing ring according to the invention with periodically changing sealing surface pressure during the operating phases of the machine are a small friction torque, low wear and an improved sealing effect.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der. Figuren erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained below with reference to the figures. They show:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine mögliche konstruktive Ausbildung der Erfindung, (verkleinert) Fig. 2 eine Draufsicht des Gehäuseuntefteils. (verkleinert) Fig. 3 eine Seitenansicht des Zylinderkopfs.Fig. 1 is a vertical section through a possible structural design of the invention. (reduced) Fig. 2 is a plan view of the housing base. (reduced) Fig. 3 is a side view of the cylinder head.

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt sowie eine Draufsicht des Drehschiebers. Fig. 4 shows a vertical section and a top view of the rotary valve.

Fig. 5 einen Teilschnitt durch das Gehäuseunterteil mit Dichtring, eine Teilansicht des Gehäuseunterteils.(vergrößert) Fig. 6 eine Teilansicht des Gehäuseoberteils und eine vergrößerte Teilzeichnung der Ölabstreifleiste.Fig. 5 a partial section through the housing lower part with sealing ring, a partial view of the housing lower part. (enlarged) Fig. 6 a partial view of the housing upper part and an enlarged partial drawing of the oil scraper strip.

Betrachtet man zunächst die Zeichnung Fig. 1, hier ist ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf mit Ansaugsystem 17 dargestellt. In dem Zylinderkopf werden die Kanäle von einem um die Achse des Zylinders sich drehenden Schieber 3 gesteuert. Zur radialen Führung der Drehschieber 3 werden wegen dem geringen Bauraum Nadellager 5 verwendet. Der Antrieb erfolgt von der Kurbelwelle über ein Kegelradpaar auf eine Königswelle 4 und von dort über ein Zahnrad direkt auf die außenverzahnten Drehschieber 3. Dieses Zahnrad enthält evtl. einen Schwingungsdämpfer und ist breiter als die Drehschieberverzahnung,um eine Änderung der Verdichtung mittels verschieden dicker Zylinderkopfdichtungen zu ermöglichen. Eine Anpassung der Steuerzeiten an die Siotordrehzahl kann über einen im zentralen Antriebskegelrad integrierten Fliehkraftregler erfolgen. Der Zylinderkopf ist in zwei Gehäusehälften 1,2 horizontal geteilt, es ist aber auch denkbar, das Gehäuseunterteil 1 zusammen mit den Zylindern zu gießen.If we first look at the drawing Fig. 1, a cylinder head with an intake system 17 according to the invention is shown here. In the cylinder head, the channels are controlled by a slide 3 rotating about the axis of the cylinder. Needle bearings 5 are used to guide the rotary slides 3 radially because of the limited installation space. The drive is from the crankshaft via a pair of bevel gears to a main shaft 4 and from there via a gear directly to the externally toothed rotary slides 3. This gear may contain a vibration damper and is wider than the rotary slide gearing to enable the compression to be changed using cylinder head gaskets of different thicknesses. The control times can be adjusted to the engine speed using a centrifugal governor integrated in the central drive bevel gear. The cylinder head is divided horizontally into two housing halves 1, 2, but it is also conceivable to cast the lower housing section 1 together with the cylinders.

Die genaue Fixierung der Gehäuseteile 1 und 2 zueinander erfolgt über Sitzflächen mit Zentrlerstufe 16 siehe Fig. 2 und Fig. 6, Eine zusätzliche Verschraubung ergibt sich durch die zentral angeordnete Zündkerze. Der für die Kühlung und Schmier-The precise fixing of the housing parts 1 and 2 to each other is carried out via seating surfaces with central step 16 see Fig. 2 and Fig. 6. An additional screw connection is provided by the centrally arranged spark plug. The

ung der Drehschieber 3 im Zylinderkopf erforderliche Olumlauf dargestellt in Fig. 2 erfolgt über die Bohrungen 7 und der Rücklauf über.die Bohrungen 8 und-das Hüllrohr der Königswelle.The oil circulation required for operating the rotary valve 3 in the cylinder head, shown in Fig. 2, takes place via the bores 7 and the return via the bores 8 and the casing of the main shaft.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, handelt es sich hier um eine luftgekühlte Ausführung der erfindungsgemäßen Konstruktion mit zugehörigem Ansaugsystem IT,*■ In der Mitte befindet sich der Auslaßkanal und die beiden Stehbolzen für die Auspuffbefestigung.As can be seen from Fig. 3, this is an air-cooled version of the construction according to the invention with associated intake system IT, *■ In the middle is the exhaust channel and the two stud bolts for the exhaust attachment.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Drehschieber sind die radialen Kanten der Steueröffnungen abgerundet, um bei teilweise geöffnetem Schieber die Umströmung der in den Einlaßkanal ragenden Kante zu erleichtern. Der Einlaßkanal, der Auslaßkanal und die Steueröffnung der Drehschieber bilden die Ausschnitte eines Kreisring, diese Form wurde gewählt, um bei vorgegebenen Öffnungswinkels des Drehsohiebers 3 eine möglichst große Fläche freizugeben. Die Einlaß- und Auslaßkanäle sind über je 90°Kurbelwellendrehung voll geöffnet. Der Steuerquerschnitt beträgt ca. 550 mm2bei einer Zylinderbohrung von 84 mm.In the rotary valve shown in Fig. 4, the radial edges of the control openings are rounded to facilitate the flow around the edge protruding into the intake port when the valve is partially open. The intake port, the exhaust port and the control opening of the rotary valve form the cutouts of a circular ring; this shape was chosen in order to expose as large an area as possible for a given opening angle of the rotary valve 3. The intake and exhaust ports are fully open over 90° crankshaft rotation. The control cross-section is approximately 550 mm 2 with a cylinder bore of 84 mm.

Die untere kalottenförmige Abschlußfläche des Drehschiebers 3 bildet eine Dichtfläche die über in die Brennraumwand 1 eingelassene, die Durchtrittsöffnungen zum Brennraum umschließende Dichtringe 6 gleitet. Zur Erzeugung der erforderlichen Dichtflächenpressung dienen Bohrungen 9 welche die Unterseite der Dichtringe 6 mit dem Brennraumdruck beaufschlagen. Bei niedrigem Druck im Brennraum werden die Dichtringe 6 von Tellerfedern 10 gegen die Dichtfläche des Drehschiebers 3 gedrückt siehe Fig. 5.The lower dome-shaped end surface of the rotary valve 3 forms a sealing surface which slides over sealing rings 6 which are embedded in the combustion chamber wall 1 and enclose the openings to the combustion chamber. Bores 9 which apply the combustion chamber pressure to the underside of the sealing rings 6 are used to generate the required sealing surface pressure. When the pressure in the combustion chamber is low, the sealing rings 6 are pressed against the sealing surface of the rotary valve 3 by disc springs 10 (see Fig. 5).

Die Ölabstreifleisten 12 an sich bekannten Aufbaus in Fig. 6 werden mit Blattfedern 11 gegen die Oberseite der Drehschieber 3 gedrückt, streifen hier anhaftendes Öl ab und fördern es über eine Nut nach innen zu dem Nadellager 5. um einen erhöten Ölverbrauch zu vermeiden, befinden sich die oben beschriebenen Teile 12 in Bezug auf die Drehrichtung des Schiebers 3 vor dem Einlaß- und Auslaßkanal. Bei der mit 13 bezeichneten Fläche handelt es sich um eine Vertiefung in der Gleitfläche des Gehäuses 2 um das Beibmoment des Drehschiebers 3 zu reduzieren.The oil scraper strips 12 of known construction in Fig. 6 are pressed against the top of the rotary valve 3 by leaf springs 11, scrape off any oil adhering there and convey it inwards via a groove to the needle bearing 5. In order to avoid increased oil consumption, the parts 12 described above are located in front of the inlet and outlet channels in relation to the direction of rotation of the valve 3. The surface designated 13 is a recess in the sliding surface of the housing 2 in order to reduce the friction moment of the rotary valve 3.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine, Verdichter oder Pumpe mit, die Kanäle steuernden um die Achsen der Zylinder rotierenden und über eine Außenverzahnung direkt angetriebenen Drehschiebern 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Abdichtung des Brennraums im Zylinderkopf 1 eingelassenen Gleitflächendichtungen 6 über Bohrungen 9 mit dem Brennraumdruck beaufschlagt werden. Die Dichtflächenpressuxig Pd = F/A ist damit proportional zum Brennraumdruck Pb. In Betriebsphasen niedrigen Brennraumdrucks werden die Dichtringe 6 von Tellerfedern 10 gegen die Dichtfläche des Drehschiebers 3 gedrückt. 1. Internal combustion engine, compressor or pump with rotary slide valves 3 which control the channels and rotate about the axes of the cylinders and are directly driven by external gearing, characterized in that the sliding surface seals 6 which are embedded in the cylinder head 1 to seal the combustion chamber are subjected to the combustion chamber pressure via bores 9. The sealing surface pressure P d = F/A is thus proportional to the combustion chamber pressure P b . In operating phases with low combustion chamber pressure, the sealing rings 6 are pressed against the sealing surface of the rotary slide valve 3 by disc springs 10 . 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieber 3 mit abgerundeten radialen Steuerkanten bei teilweise geöffnetem Schieber 3 die Umströmung der in den Einlaßkanal ragenden Kante erleichtern. 2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the rotary slide valves 3 with rounded radial control edges facilitate the flow around the edge projecting into the inlet channel when the slide valve 3 is partially open. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft über kurze gerade Kanäle, Ansaugtrichter und einen gemeinsamen Druckausgleichsbehälter 17 für alle Zylinder einer Reihe den Brennräumen zugeführt wird. 3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the combustion air is supplied to the combustion chambers via short straight channels, intake funnels and a common pressure equalization tank 17 for all cylinders of a row. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der Lage der beiden Gehäusehälften 1, 2 zueinander über Sitzflächen mit Zentrierstufe 16 erfolgt und die zentral angeordnete Zündkerze auch die Funktion einer zusätzlichen Verschraubung hat. 4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the fixing of the position of the two housing halves 1 , 2 to each other takes place via seating surfaces with a centering step 16 and the centrally arranged spark plug also has the function of an additional screw connection. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Ölabstreifleisten 12 mit Blattfedern 11 gegen die obere kalottenförmige Abschlußfläche des Drehschiebers 3 gedrückt werden. 5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the oil scraper strips 12 are pressed by leaf springs 11 against the upper dome-shaped end surface of the rotary slide valve 3 .
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