DE3632120C2 - Verbrennungsmotor sowie insbesondere für einen solchen Verbrennungsmotor vorgesehene Drehschiebervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor sowie eine Drehschiebervorrichtung, die bei einem solchen Verbrennungsmo­ tor oder bei einem Gaskompressor zum Steuern der Strömung von Ansaug- und Abgas verwendbar ist.

Drehschiebervorrichtungen für Verbrennungsmotoren sind bereits vorgeschlagen worden. Diese Drehschiebervorrichtungen haben im folgenden als Drehschieber bezeichnete Absperrkörper, die mit der Kurbelwelle des Motors in Antriebsverbindung sind, um nacheinander das Einströmen von Ansauggas, beispielsweise ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, in den Motor und das Ausströmen von Abgas aus dem Motor zu gestatten.

Diese Drehschiebervorrichtungen sind als Ersatz für die her­ kömmlichen Tellerventile und Nockenwellenanordnungen verwend­ bar, welche in Verbrennungsmotoren benutzt werden. Die Dreh­ schiebervorrichtungen können leichter gewartet werden und sind bei schnellaufenden Motoren, Triebwerken und Gaskompressoren verwendbar. Das herkömmliche Problem des Ventilspiels bei Tel­ lerventilen tritt bei den Drehschiebervorrichtungen nicht auf.

Die EP 0 194 041 A1 beschreibt eine Drehschiebervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der der Drehschieber aus einer Hülse besteht, welche mit der inneren Oberfläche des Gehäuses, in welchem sie angeordnet ist, vollflächig in Berührung ist. Die Hülse wird unter leichter Federspannung in das Gehäuse eingesetzt und so mit dessen innerer Oberfläche in Berührung gehalten. Ein Überdruck innerhalb der Brennkammer innerhalb des Drehschiebers verstärkt den Dichtdruck. Die Hülse ist ver­ tikal geteilt, so daß sie sich während des Verbrennungs- oder Arbeitshubes aufweiten kann. Dadurch wird die Reibung zwischen der Hülse und dem Gehäuse beträchtlich verstärkt. Hingegen wird diese Reibung während des Auslaß- und Ansaughubes redu­ ziert. Die Variationen der Gasdrücke innerhalb der Hülse wer­ den zur Verwindung des Gehäuses führen und zum Wackeln der Hülse innerhalb des Gehäuses. Außerdem wird die Reibung zwi­ schen der Hülse und dem Gehäuse zum Verschleiß des Gehäuses führen. Diese Reibung reduziert außerdem den Wirkungsgrad der Drehschiebervorrichtung, da zum Überwinden der Reibung Energie verbraucht wird. Die Drehschiebervorrichtung hat eine weitere Sichteinrichtung, die an dem oberen Ende der Hülse vorgesehen ist.

Die DE 29 25 319 A1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einer Drehschiebervorrichtung, die einen Drehschieber aufweist, der durch eine innere, gekrümmte Wand in zwei Kammern unterteilt ist. Im Zylinderkopf befindet sich eine erste Dichteinrich­ tung, die die zylindrische äußere Oberfläche des Drehschiebers berührt. Eine große Dichtscheibe als zweite Dichteinrichtung wird mittels einer Schraubenfeder an eine Stirnseite des Dreh­ schiebers gedrückt. Der Drehschieber enthält keinen Brennraum, denn die vorgenannten beiden Kammern sind nur während des An­ saug- und des Auslaßhubes zu der Kolbenkammer hin offen, wes­ halb innerhalb der beiden Kammern auch keine Verbrennungs­ drücke auftreten. Die Fertigung dieser bekannten Drehschie­ bervorrichtung ist wegen zahlreicher Hinterschneidungen im Zy­ linderkopf und in dem Drehschieber kompliziert. Weiter muß bei auftretendem Verschleiß an den Wänden der Kolbenkammer im Be­ reich des Zylinderkopfes der gesamte, sehr teuere Zylinderkopf ausgetauscht werden. Ferner führt der Aufbau der beiden Dicht­ einrichtungen zu Verschleiß, der die Lebensdauer und die Dichtwirkung herabsetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor und eine Drehschiebervorrichtung der eingangs genannten Art so zu ver­ bessern, daß eine gute Dichtwirkung bei verlängerter Lebens­ dauer des Verbrennungsmotors und der Drehschiebervorrichtung erreicht wird und zudem die Herstellung und die Reparatur des Verbrennungsmotors und der Drehschiebervorrichtung verbilligt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Verbrennungsmo­ tor und eine Drehschiebervorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst.

Bei dem Verbrennungsmotor nach der Erfindung ist eine Zünd­ kerze zum Einleiten der Verbrennung an dem Gehäuse der Dreh­ schiebervorrichtung befestigt, die Verbrennung beginnt inner­ halb des Drehschiebers selbst, und die Flammausbreitung er­ folgt über den Schieberbrennraum in die Kolbenkammer des Mo­ tors. Durch den Verbrennungsbeginn bedingter Verschleiß findet somit in der Drehschiebervorrichtung statt, wo sich Ver­ schleißauswirkungen besser beheben lassen als im Motor selbst.

Bei der Drehschiebervorrichtung nach der Erfindung ist nur eine, nämlich die erste Dichteinrichtung an dem Drehschieber selbst so befestigt, daß sich die Dichteinrichtung in Umfangs­ richtung mit dem Drehschieber drehen kann, in radialer Rich­ tung aber relativ zu ihm beweglich ist. Überdies ist diese Dichteinrichtung nur mit einem Teil der zylindrischen inneren Oberfläche des Gehäuses in Berührung, so daß diese weniger ab­ genützt wird. Die zweite Dichteinrichtung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß auf sie keine seitlichen Kräfte einwirken können. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Lebensdauer der Dichteinrichtungen deutlich erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegen­ stände der Unteransprüche.

Keramikmaterialien sind für Teile von Turbinentriebwerken und Verbrennungsmotoren entwickelt worden. Bei den Triebwerks- und Motorkonstruktionen müssen die mechanischen und thermischen Eigenschaften sowie die Schmiereigenschaften der Keramikmate­ rialien berücksichtigt werden. Die Drehschiebervorrichtung nach der Erfindung hat aus Keramik herstellbare Teile, die mit dem Material von Zylinderkopf, Zylindern und Kolben des Motors kompatibel sind.

Die Drehschieber der Drehschiebervorrichtungen nach der Erfin­ dung sind in dem Zylinderkopf angeordnet und werden gleichzei­ tig durch einen Drehschieberantrieb angetrieben, welcher mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Eine Kopfplatte hat Öffnungen, die eine Verbindung zwischen den Drehschiebervor­ richtungen und den Kolbenkammern herstellen. Die Kopfplatte reduziert die Axial- und Querkräfte an den Drehschiebervor­ richtungen und minimiert das komprimierbare Volumen des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Schieberbrennräumen. Im we­ sentlichen wird das gesamte Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Schieberbrennraum der Flammenfront ausgesetzt, mit dem Ergeb­ nis einer Verringerung der Kohlenwasserstoffemissionen und ei­ ner besseren Kraftstoffausnutzung. Eine Funkenerzeugungseinrichtung in Form einer Zündkerze ist an dem Zylinderkopf befestigt und erstreckt sich in eine Zündöffnung, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Schieberbrennraum zu zünden. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann statt der Zündkerze an dem Zylinderkopf befestigt sein, wenn der Motor ein Dieselmotor ist, oder in Verbindung mit einer Funkenerzeugungseinrichtung in dem Falle eines Motors mit Kraftstoffeinspritzung und Funkenzündung.

Die in dem Zylinderkopf vorgesehenen Bohrungen, die zu den Kolbenkammern in dem Zylinderblock hin offen sind, können grö­ ßer sein als die Öffnungen in der Kopfplatte. Ansaug- und Ab­ gaskanäle, die in dem Zylinderkopf angeordnet sind, sind zu getrennten Teilen jeder Bohrung hin offen. Jede Bohrung nimmt ein Gehäuse jeder Drehschiebervorrichtung in Form einer durch­ gehenden Buchse auf, die einen Einlaßschlitz, einen Auslaß­ schlitz, eine Zündöffnung und/oder eine Kraftstoffeinspritz­ öffnung hat. Die Einlaß- und Auslaßschlitze sind auf die An­ saug- und Abgaskanäle ausgerichtet. Die Einlaß- und Auslaß­ schlitze haben insgesamt eine rechteckige Form, um die Ge­ schwindigkeit des Öffnens und Schließens des Gasdurchlaßquer­ schnittes der Schlitze zu verbessern. Die Buchse ist ein zy­ lindrisches Teil mit einer zylindrischen inneren Oberfläche. Die Buchse kann aus keramischem Material hergestellt sein.

Ein Drehschieber, der einen Schieberbrennraum hat, welcher sowohl zu der Kolbenkammer als auch zu der inneren Oberfläche der Buchse hin offen ist, ist in jeder Buchse drehbar angeord­ net. Das untere Ende des Drehschiebers ist an der Kopfplatte angeordnet, um die Axial- und Querkräfte an dem Drehschieber zu reduzieren. Die Öffnung in der Kopfplatte verbindet den Schieberbrennraum mit der Kolbenkammer. Der Drehschieber hat eine äußere zylindrische Oberfläche, die im Abstand benachbart zu der inneren Oberfläche der Buchse angeordnet ist. Der Dreh­ schieber ist auf dem Zylinderkopf mit reibungsarmen Lagern drehbar befestigt. Der Schieberbrennraum des Drehschiebers nimmt das Luft/Kraftstoff-Gemisch und Abgase auf. Als erste Dichteinrichtung ist eine Segmentdichtung an dem Drehschieber angebracht und abdichtend an der inneren Oberfläche der Buchse angeordnet. Die Segmentdichtung ist ein Keramikteil, das mit dem Drehschieber antreibbar ist. Die Segmentdichtung hat eine begrenzte Radialbewegung, so daß sie automatisch die dichtende Berührung mit der inneren Oberfläche der Buchse auf­ rechterhält. In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Seg­ mentdichtung einen oberen und einen unteren Drehzapfen, die sich in Aussparungen in dem Drehschieber erstrecken. Die Dreh­ zapfen gestatten der Segmentdichtung, sich um eine Achse zu drehen, die zu der inneren Oberfläche der Buchse parallel ist. Die Segmentdichtung weist eine durch Druck aktivierte Ring­ dichtung auf, die an dem Drehschieber anliegt, um ein Minimum an Reibung zwischen der Segmentdichtung und der Buchse zu schaffen, und gestattet weniger enge Bearbeitungstoleranzen des Drehschiebers. Als zweite Dichteinrichtung ist eine durch Druck aktivierte Dichtung zwischen der Kopfplatte und dem un­ teren Ende des Drehschiebers angeordnet.

Die Drehschiebervorrichtungen bewirken eine Luft/Kraftstoff-Schichtung zu den äußeren Teilen des Schieberbrennraums hin, wenn der Kraftstoff mit der Luft vor oder während des Ansau­ gens vermischt wird. Das verbessert die Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches und gestattet insgesamt ein relativ mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Drehschieber verursachen Zirkulation und Turbulenz des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Kolbenkammern. Vorzeitige Zündung und Klopfen werden dadurch reduziert.

Die Drehschiebervorrichtungen können direkt aus dem Zylinder­ kopf entfernt werden. Der Zylinderkopf und die mit ihm verbun­ denen Einlaß- und Auslaßleitungen sowie das Kühlsystem brau­ chen nicht von dem Motor entfernt zu werden, um Zugang zu den Drehschiebervorrichtungen zu schaffen. Weder der erste Einbau noch summierte Verschleißeffekte erfordern ein Nachstellen von Teilen der Drehschiebervorrichtungen. Alle Passungen und Spiele werden durch bei der Fertigung hergestellte Abmessungen festgelegt, so daß bei dem ersten Zusammenbau lediglich die Drehung der Drehschieberantriebswelle und des Drehschiebers miteinander synchronisiert zu werden brauchen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in Draufsicht einen Verbrennungsmotor mit Drehschiebervorrichtungen nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt den Motor nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 4 mit einer Seitenansicht eines Dreh­ schiebers und einer Dichtung,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Dichtung für eine Drehschiebervorrichtung des Motors nach Fig. 1,

Fig. 7 eine Vorderansicht der Dichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 in Draufsicht die Dichtung nach Fig. 6,

Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht nach der Linie 9-9 in Fig. 5,

Fig. 10 eine Schnittansicht nach der Linie 10-10 in Fig. 9,

Fig. 11 bis 16 schematische Ansichten, welche Drehschie­ berstellungen des Verbrennungsmotors nach Fig. 1 zeigen,

Fig. 17 eine Schnittansicht einer Modifizierung der Drehschiebervorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 18 eine Schnittansicht nach der Linie 18-18 in Fig. 17,

Fig. 19 eine Schnittansicht nach der Linie 19-19 in Fig. 18,

Fig. 20 eine Schnittansicht nach der Linie 20-20 in Fig. 19,

Fig. 21 eine Schnittansicht nach der Linie 21-21 in Fig. 20,

Fig. 22 eine perspektivische Ansicht der Innenseite einer Segmentdichtung des Drehschiebers,

Fig. 23 eine Vorderansicht der Außenseite der Seg­ mentdichtung des Drehschiebers,

Fig. 24 in Draufsicht die Segmentdichtung des Dreh­ schiebers, und

Fig. 25 eine perspektivische Ansicht des Drehschie­ bers der Drehschiebervorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen insgesamt mit 10 bezeichneten Verbrennungsmotor, der mit Drehschiebervorrichtungen 24, 25, 26 und 27 ausgerüstet ist, die Schieberbrennräume haben. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Schieberbrennräumen bildet Schichten, um eine wirksame Zündung in einer Umgebung mageren Gemisches zu gestatten. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Schieberbrennräumen ist in Zirkulation und in Turbulenz, was eine wirksame und effiziente Ausbreitung der Flammenfront in dem Schieberbrennraum und in einer Kolbenkammer 12 ergibt. Der Motor 10 hat einen Zylinderblock 11 mit vier aufrechten Kol­ benkammern 12. Die Anzahl der Kolbenkammern 12 in dem Zylin­ derblock 11 kann je nach dem Entwurf des Motors variieren. Jede Kolbenkammer 12 nimmt einen Kolben 13 auf. Der Kolben 13 ist in der Kolbenkammer 12 verschiebbar angeordnet und mit ei­ ner Kurbelwelle 14 durch ein Pleuel 16 verbunden. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist eine Kopfplatte 17 oben auf dem Zy­ linderblock 11 angeordnet. Die Kopfplatte 17 hat eine Öffnung 18, die auf die zentrale vertikale Achse der Kolbenkammer 12 ausgerichtet ist. Die Kopfplatte 17 reduziert die Axial- und Querkräfte an den Drehschiebervorrichtungen und reduziert die Komprimierbarkeit des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Schie­ berbrennräumen. Im wesentlichen wird das gesamte Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Schieberbrennräumen der Flam­ menfront ausgesetzt, was eine Verringerung der Kohlenwasser­ stoffemissionen und eine Einsparung an Kraftstoff zur Folge hat. Der Kolben 13 hat einen nach oben gerichteten zentralen Vorsprung 19, der in der Öffnung 18 angeordnet ist, wenn der Kolben 13 in seinem oberen Totpunkt und somit am Ende des Kom­ pressionshubes ist. Der Vorsprung 19 verstärkt die Kompression des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem drehbaren Schieberbrenn­ raum und erleichtert eine insgesamt zylindrisch expandierende Flammenfront über der Oberseite des Kolbens 13 während des Ar­ beitshubes. Kolben ohne Vorsprünge 19 können in dem Verbren­ nungsmotor benutzt werden.

Ein insgesamt mit 21 bezeichneter Zylinderkopf ist oben auf der Kopfplatte 17 angeordnet. Mittels mehrerer Kopfschrauben 22 sind der Zylinderkopf 21 und die Kopfplatte 17 an dem Zy­ linderblock 11 befestigt. Der Zylinderkopf 21 hat mehrere ver­ tikale Bohrungen 23, welche die insgesamt mit 24, 25, 26 und 27 bezeichneten Drehschiebervorrichtungen aufnehmen, die den Strom des Luft/Kraftstoff-Gemisches in die drehbaren Schieber­ brennräume leiten, das Luft/Kraftstoff-Gemisch einem Zünd­ funken aussetzen und das Ausströmen der Abgase aus den Schie­ berbrennräumen und den Kolbenkammern 12 steuern. Die Dreh­ schiebervorrichtungen 24, 25, 26 und 27 sind im Aufbau und in der Funktion identisch. Die folgende Beschreibung ist auf die Drehschiebervorrichtung 24 gerichtet.

Gemäß den Fig. 3 und 4 hat die Drehschiebervorrichtung 24 ein Gehäuse in Form einer zylindrischen Buchse 28, die im unteren Teil der Bohrung 23 angeordnet ist. Das untere Ende der Buchse 28 liegt an der Kopfplatte 17 an. Die Buchse 28 ist ein kreis­ zylindrisches Teil, das eine innere zylindrische Oberfläche 29, einen Einlaßschlitz 31 und einen Auslaßschlitz 33 hat. Der Einlaßschlitz 31 ist auf einen Einlaßkanal 32 ausgerichtet, der in dem Zylinderkopf 21 angeordnet ist. Die Buchse 28 kann aus der Bohrung 23 entfernt werden, um Wartung und Reparatur des Motors 10 zu erleichtern. Die Lage der Kanten der Buchsen 28, welche den Einlaßschlitz 31 und den Auslaßschlitz 33 bil­ den, können geändert werden, um die Steuerzeiten auf im fol­ genden beschriebene Weise einzustellen. Das Ersetzen der Buchse 28 durch eine andere Buchse, die geeignet gelegene Kan­ ten hat, beispielsweise vertikale Kanten, gestattet, den Motor 10 für unterschiedliche Betriebsdrehzahlen auszulegen. Die Buchse 28 kann aus einem keramischen Material bestehen, wie beispielsweise Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder einer Kera­ mik, die Silicium, Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff und an­ dere Materialien enthält. Eine Buchse 28 aus keramischem Mate­ rial dient als Zylinderkopfisolator zum Begrenzen der Wärmeab­ leitung zu dem Zylinderkopf 21 hin. Die Buchse 28 kann auch aus anderen Materialien bestehen, beispielsweise aus Metall oder Kohlenstoff.

Gemäß Fig. 2 hat der Zylinderkopf 21 zusätzliche Einlaßkanäle 32A, 32B, 32C und Auslaßkanäle 34A, 34B und 34C für die Drehschiebervorrichtungen 25, 26 und 27. Einlaß- und Auslaß­ leitungen (nicht dargestellt) werden benutzt, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch oder Luft den Einlaßkanälen 32, 32A, 32B und 32C zuzuführen und Abgase in eine Emissionsbegren­ zungs- und Schalldämpfungsvorrichtung abzuleiten. Gemäß Fig. 3 wird die Buchse 28 durch Teile 36 und 37, die in der Bohrung 23 angeordnet sind, in fester Position an der Kopfplatte 17 gehalten. Eine Federscheibe 40, die zwischen den Teilen 36 und 37 angeordnet ist, gestattet die thermische Ausdehnung des Zy­ linderkopfes 21 relativ zu der Buchse 28. Ein Ring 38, der das Teil 37 umgibt, hält die Teile 36 und 37 und die Federscheibe 40 in der Bohrung 23. Mittels mehrerer Schrauben 39 ist der Ring 38 auf dem Zylinderkopf 21 befestigt. Der Ring 38 ist von dem Zylinderkopf 21 entfernbar, um das Herausziehen der ge­ samten Drehschiebervorrichtung aus dem Zylinderkopf 21 zu ge­ statten. Das erfolgt, ohne den Zylinderkopf 21 von dem Zylin­ derblock 11 oder die Einlaß- und Auslaßleitungen zu entfernen.

Die Buchse 28 hat eine Zündöffnung 41 im wesentlichen gegen­ über den Einlaß- und Auslaßschlitzen 31 und 33. Eine Zündkerze 42 ist mit ihrem Zündende 44 in der Zündöffnung 41 angeordnet, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Die Zündkerze 42 hat einen Körper, und ihr Zündende 44 ist mit Gewinde versehen. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist das Zündende 44 in eine Mutter 46 eingeschraubt, die in einer äußeren Aussparung 47 in der Buchse 28 angeordnet ist. Der innere Teil des Zündendes 44 ist im wesentlichen bündig mit der inneren Oberfläche 29 der Buchse 28 angeordnet. Die Mutter 46 ist in einem Halter 48 ge­ halten, der in einer Aussparung 49 in dem Zylinderkopf 21 an­ geordnet ist. Mittels mehrerer Schrauben 51 ist der Halter 43 an dem Zylinderkopf 21 befestigt. Eine Ringdichtung 53 ist zwischen der Mutter 46 und dem Halter 48 angeordnet. Ein Keil 54 zwischen der Mutter 46 und dem Halter 48 verhindert, daß sich die Mutter 46 relativ zu dem Halter 48 dreht. Die Zünd­ kerze 42 übt, wenn sie in die Mutter 46 eingeschraubt ist, keine axiale Belastung auf die Buchse 28 aus, so daß sich die Buchse nicht verzieht. Die Mutter 46 verhindert außerdem, daß sich die Buchse 28 in der Bohrung 23 dreht. Die Zündkerze 42 kann durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht darge­ stellt) ersetzt werden, wodurch die Verbrennung durch Kompres­ sionszündung in dem Schieberbrennraum eingeleitet würde. Statt dessen können eine Kraftstoffeinspritzdüse und eine Zündkerze statt der Zündkerze 42 benutzt werden, um einen Einspritzmotor mit Funkenzündung für das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Dreh­ schieberbrennraum zu schaffen.

Ein zylindrischer Drehschieber 56 ist in der Buchse 28 ange­ ordnet. Der Drehschieber 56 hat eine äußere zylindrische Ober­ fläche 57 im Abstand benachbart zu der inneren zylindrisches Oberfläche 29 der Buchse 28. Ein ringförmiger zylindrischer Raum 30 trennt die äußere zylindrische Oberfläche 57 des Dreh­ schiebers 56 von der inneren zylindrischen Oberfläche 29 der Buchse 28. Die Oberfläche 57 braucht keine genaue maschinelle Oberflächenglättung zu haben, weil sie die Oberfläche 29 der Buchse 28 nicht berührt. Es gibt keine Reibung zwischen den Oberflächen 57 und 29. Das untere Ende des Drehschiebers 56 hat eine ebene Stirnseite 58, die der Kopfplatte 17 zugewandt ist. Die Stirnseite 58 kann einen keramischen Überzug haben, der ihre Verschleißbeständigkeit verbessert. Gemäß den Fig. 3 und 5 hat die Kopfplatte 17 eine kreisrunde Nut 59, welche die Öffnung 18 umgibt. Eine Ringdichtung 61, die in der Nut 59 an­ geordnet ist, wird durch eine Andrückeinrichtung in Form einer ringförmigen Feder 62 gegen die Stirnseite 58 des Drehschie­ bers 56 gedrückt. Die Ringdichtung 61 ist eine durch Druck ak­ tivierte Dichtung oder Anpreßflächendichtung, die während der Kompressions- und Arbeitshübe des Kolbens 13 eine große Kraft pro Flächeneinheit auf die Stirnseite 58 ausübt. Diese große Flächeneinheitskraft wird durch die Übertragung von Hochdruck­ gasen in der ringförmigen Dichtkammer 60 beeinflußt, welche durch die ringförmige Feder 62 umgeben ist. Die Ringdichtung 61 besteht vorzugsweise aus keramischem Material. Statt dessen können ein geteilter Ring, der in einer Ringnut in der Kopf­ platte 17 angeordnet und mit der Ringdichtung 61 in Berührung bringbar ist, und eine Feder in der Nut benutzt werden, um die Ringdichtung 61 an der Unterseite des Schiebers 56 in Anlage zu halten. Weiter kann auch die Ringdichtung 61 durch einen geteilten Ring ersetzt werden. Eine Feder kann benutzt werden, um den geteilten Ring in Anlage an die Unterseite des Dreh­ schiebers 56 zu drücken.

Der Drehschieber 56 hat eine insgesamt ebene obere Wand 63, die der Unterseite des Teils 36 zugewandt ist. Das Teil 36 hat eine nach unten offene Ringnut 64, die einen Dichtring 66 und eine ringförmige Feder 67 aufnimmt. Die Feder 67 drückt den Dichtring 66 in dichte Berührung an die obere Wand 63. Der Dichtring 66 kann eine herkömmliche ringförmige Öldichtung sein.

Eine zylindrische Nabe 68, die an dem oberen Ende des Dreh­ schiebers 56 angeformt ist, ist an einer auf rechten zylindri­ schen Welle 69 befestigt. Ein erstes reibungsarmes Kugellager 71 ist zwischen der Nabe 68 und dem Teil 36 angeordnet. Ein zweites Kugellager 72 ist zwischen der Welle 69 und dem Teil 37 angeordnet. Mittels der Lager 71 und 72 ist der Drehschie­ ber 56 drehbar befestigt, so daß er um eine insgesamt verti­ kale Achse gedreht werden kann, die mit der vertikalen Achse der Kolbenkammer 12 ausgerichtet ist. Eine Buchse 73, welche die Welle 69 umgibt, ist zwischen den Lagern 71 und 72 ange­ ordnet. Ein Axiallager 74 ist zwischen der Buchse 73 und dem Teil 37 angeordnet, um die axiale Position des Drehschiebers 56 innerhalb der Buchse 28 aufrechtzuerhalten, wie es in Fig. 3, gezeigt ist. Eine ringförmige Feder 75 in Form einer Kegel­ scheibe ist zwischen dem Teil 37 und dem Lager 72 angeordnet. Die Feder 75 dient zum axialen Vorspannen des Drehschiebers 56 gegen das Axiallager 74, um auf die Lager ausgeübte Stoßkräfte zu minimieren, die Wärmeausdehnung zu gestatten und weniger enge Bearbeitungstoleranzen zuzulassen.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 dient ein insgesamt mit 76 bezeichneter Schieberantrieb zum Drehen der Drehschie­ ber in einem zeitlichen Verhältnis von 1 : 2 zu der Drehung der Kurbelwelle 14. Der Antrieb 76 weist eine Welle 77 auf, die oben auf dem Zylinderkopf 21 drehbar gelagert ist. Lagerhalter 78, 79 und 80 nehmen Lager 81, 82 bzw. 83 zum drehbaren Befe­ stigen der Welle 77 in Längsrichtung über dem Zylinderkopf 21 auf. Das Lager 81 oder 82 kann ein in zwei Richtungen wirken­ des Axiallager zum Aufnehmen der auf die Welle 77 einwirkenden Axialkräfte sein. Die Lagerhalter 78, 79 und 80 sind zweitei­ lige Gebilde, die die Lager 81, 82 und 83 aufnehmen. Schrauben 84 und 86 halten die Lagerhalter 78 und 79 auf dem Kopf 21. Die Welle 77 steht in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle 14 durch einen endlosen Treibriemen 87. Der Treibriemen 87 ist um eine erste Zahnriemenscheibe 88 gelegt, die auf der Kurbel­ welle 14 befestigt ist, und um eine zweite Zahnriemenscheibe 89, die auf der Welle 77 befestigt ist. Eine Schraube 91 hält die Riemenscheibe 89 auf der Welle 77. Ein Keil 92 stellt eine formschlüssige Verbindung zwischen der Riemenscheibe 89 und der Welle 77 her. Die Welle 77 kann mit der Kurbelwelle 14 statt dessen auch durch ein Rädergetriebe verbunden sein. Zwei Kegelräder 93 und 94 stellen die Antriebsverbindung zwischen der Welle 77 und der Schieberwelle 69 her. Das Kegelrad 93 ist auf dem oberen Ende der Welle 69 befestigt und wird auf dieser durch eine Schraube 96 festgehalten. Das Kegelrad 94 ist auf der Welle 77 befestigt. Kegelradpaare 97, 98, 99, 101, 102 und 103 sind in Antriebsverbindung mit der Welle 77, um diese mit den Schieberwellen der Drehschiebervorrichtungen 25, 26 bzw. 27 zu verbinden. Bei der Drehung der Welle 77 werden die Dreh­ schieber der Drehschiebervorrichtungen 24 bis 27 in der Rich­ tung der Pfeile 104, 105, 106 und 107, die in Fig. 1 gezeigt sind, gedreht.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 hat der Drehschieber 56 einen Schieberbrennraum 108 zum Fördern des Luft/Kraftstoff-Gemi­ sches zu der Kolben- oder Kompressions- und Expansionskammer und zum Ableiten der Abgase aus derselben. Der Schieberbrenn­ raum 108 hat ein erstes offenes Ende 109, das auf die Öffnung 18 in der Kopfplatte 17 ausgerichtet ist. Das entgegengesetzte Ende 111 des Schieberbrennraums 108 ist zu der Buchse 28 hin offen und auf die darin vorgesehenen Einlaß- und Auslaß­ schlitze ausgerichtet. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 hat der Drehschieber 56 zwei aufrechte Schultern 112 und 113, die auf entgegengesetzten Seiten des offenen Endes 111 angeordnet sind. Aufrechte Nuten 114 und 116 sind an den äußeren Seiten der Schultern 112 und 113 angeordnet. Die Schultern 112 und 113 erstrecken sich zwischen einer oberen Lippe 117 und einer unteren Lippe 118, wie es in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist.

Eine Segmentdichtung, die insgesamt mit 119 bezeichnet ist, ist zwischen den Lippen 117 und 118 angeordnet. Die Segment­ dichtung 119 hat eine durch Druck aktivierte ringförmige Dich­ tung 133, die Dichtkräfte, welche zu dem Druck proportional sind, der innerhalb der Dichtung wirkt, auf die Oberfläche der Segmentdichtung ausübt, die mit der Buchse 28 in Berührung ist. Wenn die Dichtkräfte zunehmen, nehmen die Kontaktkräfte pro Flächeneinheit an allen Segmentdichtflächen entsprechend zu. Umgekehrt, wenn der in der Segmentdichtung 119 wirkende Druck abnimmt, nehmen die Dichtkraft und die sich ergebenden Kräfte pro Flächeneinheit ab. Die Segmentdichtung 119 kann sich frei bewegen, um relativen Versatz zwischen dem Dreh­ schieber 56 und der geschlitzten Buchse 28 zu kompensieren, so daß die Segmentdichtung 119 konstanten Oberflächenkontakt mit der inneren Oberfläche der Buchse aufrechterhält. Die Segment­ dichtung 119 gewährleistet, daß der ringförmige Spalt 30 zwi­ schen dem Drehschieber 56 und der Buchse 28 nicht mit einem Kraftstoff/Luft-Gemisch gefüllt wird. Dadurch wird das unver­ brannte Kraftstoff/Luft-Gemisch in der Drehschiebervorrichtung wesentlich reduziert.

Gemäß den Fig. 6 bis 10 weist die Segmentdichtung 119 als Dichtteil einen einstückigen Keramikkörper 121 auf, der zwei aufrechte Zungen 122 und 123 hat. Die Zungen 122 und 123 ragen in die Nuten 114 und 116 und berühren die äußeren Ränder der Schultern 112 und 113. Der Keramikkörper 121 hat eine ebene obere und eine ebene untere Oberfläche, welche die obere Lippe 117 bzw. die untere Lippe 118 berühren. Die Segmentdichtung 119 hat als Durchlaß ein mittiges Loch 124, das mit dem Schie­ berbrennraum 108 in Verbindung steht. Das mittige Loch 124 hat ein kreisförmiges inneres Ende 126 und ein insgesamt quadrati­ sches äußeres Ende 127. Gemäß den Fig. 5 und 7 umgibt ein Oberflächenteil in Form einer gekrümmten äußeren und radial vorstehenden Oberfläche 128 das quadratische äußere Ende 127. Die gekrümmte Oberfläche 128 hat seitliche zentrale gekrümmte und ebenfalls radial vorstehende Oberflächenteile 129 und 130, die gasdichte Abdichtungen aufrechterhalten, während sich der Keramikkörper 121 an der Zündöffnung 41 in der Buchse 28 vor­ beidreht. Die gekrümmten oder bogenförmigen Konfigurationen der Oberflächenteile 128 bis 130 folgen insgesamt der gekrümm­ ten inneren Oberfläche 29 der Buchse 28. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist die gekrümmte Oberfläche 128 in Flächenkontakt mit der Oberfläche 29. Die übrige äußere Oberfläche des Kera­ mikkörpers 121 ist ein zurückgesetzter, gekrümmter Oberflä­ chenteil 131. Der Oberflächenteil 131 hat eine derartige Kon­ figuration, daß er nicht mit der inneren Oberfläche 29 der Buchse 28 in Flächenkontakt ist. Fig. 8 zeigt deutlich den Ab­ stand zwischen dem Oberflächenteil 131 und der Oberfläche 128.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6 hat der Keramikkörper 121 eine ebene innere Wand 132, welche die kreisförmige Öffnung 126 um­ gibt. Gemäß den Fig. 9 und 10 ist eine ringförmige Dichtung 133 zwischen der inneren Wand 132 und dem Schieber 56 angeord­ net. Die Dichtung 133 ist eine ringförmige Andrückeinrichtung, die einen insgesamt U-förmigen Querschnitt hat. Die Dichtung 133 drückt den Keramikkörper 121 in dichte Berührung mit der inneren Oberfläche 29 der Buchse 28. Eine ringförmige Abschirmeinrichtung 134 ist konzentrisch innerhalb der ring­ förmigen Dichtung 133 angeordnet, um die Ansammlung von Luft/Kraftstoff-Gemisch und Abgasen zwischen der Dichtung 119 und dem Drehschieber 56 zu minimieren und die Dichtung 133 vor Strahlungswärmeübertragung während der Verbrennung zu schüt­ zen. Die Dichtung 133 und die Abschirmeinrichtung 134 reduzie­ ren die Kompression durch die Drehschiebervorrichtung. Statt dessen können ein geteilter Ring, der in einer Ringnut in dem Drehschieber 56 um den Schieberbrennraum 108 angeordnet und mit dem Keramikkörper 121 in Berührung bringbar ist, und eine Feder in der Nut benutzt werden, um den Keramikkörper 121 mit der Buchse 28 in Berührung zu halten. Der geteilte Ring kann in Verbindung mit einem durchgehenden Ringdichtelement benutzt werden.

Die Auswirkungen von verschiedenen Drehschieberstellungen sind schematisch in den Fig. 11 bis 16 dargestellt. Fig. 11 zeigt den Drehschieber 56, der im durch den Pfeil angegebenen Gegen­ uhrzeigersinn gedreht wird. Der Schieberbrennraum 108 und die Segmentdichtung 119 sind an dem Zwischensegment 28A der Buchse 28 zwischen dem Einlaßschlitz 31 und dem Auslaßschlitz 33 an­ geordnet. Der Schieberbrennraum 108 ist größer als das Segment 28A, so daß er die Öffnungen 136 und 137 für den Einlaßschlitz 31 bzw. den Auslaßschlitz 33 überlappt. Die Überlappung ge­ stattet den Ansauggasen, die Abgase aus dem Schieberbrennraum 108 hinauszudrücken. Das Ausmaß der Überlappung und die Zeit­ steuerung der Einlaß- und Auslaßperioden können verändert wer­ den, indem die Länge des Einlaßschlitzes 31 und des Auslaß­ schlitzes 33 geändert wird. Mit anderen Worten, die Buchsen­ schlitzkanten können geändert werden, um die Zeitsteuerung festzulegen, nämlich den Beginn und das Ende des Einlaß- und des Auslaßvorganges. Diese Änderungen können während der Fer­ tigung des Motors 10 gemacht werden, um einen Motor zu schaf­ fen, der bei einer gewählten Drehzahl einen optimalen Wir­ kungsgrad hat.

Fig. 12 zeigt den Drehschieber 56 am Ende des Einlaßhubes und am Beginn des Kompressionshubes des Motors. Der Kompressions­ hub ist beendet, wenn der Drehschieber 56 in die in Fig. 13 gezeigte Position bewegt wird. Der Schieberbrennraum 108 ist in Deckung mit der Zündkerze 42 und/oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Zündkerze 42 zündet das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Schieberbrennraum 108, damit der Arbeits- oder Expansionshub des Kolbens 13 beginnt. Fig. 14 zeigt die Position des Drehschiebers 56 während des Ar­ beitshubes. Fig. 15 zeigt die Position des Drehschiebers 56 während der Öffnungsperiode des Auslaßschlitzes 33. Der Dreh­ schieber 56 dreht sich weiter, wodurch die Abgase über den Auslaßschlitz 33 abgelassen werden. Fig. 16 zeigt die Position des Drehschiebers 56 am Ende des Auslaßhubes.

Die Zündelektroden der Zündkerze 42 sind gegenüber dem Luft/Kraftstoff-Gemisch während der Kompression desselben in dem Schieberbrennraum 108 abgeschirmt. Die einzige Zeit, zu der die Zündkerze 42 dem Schieberbrennraum 108 ausgesetzt ist, ist die, zu der der Drehschieber 56 in der in Fig. 13 gezeig­ ten Position ist. Das ergibt eine Abschirmung vor Quellen hei­ ßer Flecken, wodurch vorzeitige Zündung und/oder Klopfen redu­ ziert werden. Der sich drehende Drehschieber 56 mit dem Schie­ berbrennraum 108 bewirkt eine Schichtung des Luft/Kraftstoff-Gemisches aufgrund der Fliehkräfte, die auf den reicheren Teil des Gemisches einwirken, zu der Zündkerze 42 hin. Das verbes­ sert die magere Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Schieberbrennraum 108. Der sich drehende Schieber 56 ver­ größert außerdem die Turbulenz des Luft/Kraftstoff-Gemisches, welche die Gefahr des Klopfens verringert.

Der Kolben 13 mit seinem Vorsprung 19 vergrößert das Kompres­ sionsverhältnis des Motors. Der Vorsprung 19 sorgt außerdem für eine turbulente Bewegung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Schieberbrennraum 108. Der Kolben 13 gibt dem Luft/Kraftstoff-Gemisch über dem Kolben eine Quetschwirbeltur­ bulenz, wenn sich der Kolben der Kopfplatte 17 nähert, wodurch das Klopfen reduziert und die wirksame Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches verbessert werden.

Die druckaktivierten Dichtungen 61 und 119, die dem Drehschie­ ber 56 zugeordnet sind, erzeugen nur die notwendige Dichtkon­ taktkraft, die erforderlich ist, um wirksame Abdichtungen vor­ zunehmen. Die Dichtungen 61 und 119 haben ein Minimum an Glei­ treibung und gestatten Versatz oder Einschleifen während des Betriebes der Drehschiebervorrichtung. Im Betrieb wird den An­ preßdichtungen 61 und 119 somit ermöglicht, sich in bezug auf den Drehschieber 56 frei zu bewegen. Das ermöglicht größere Fertigungstoleranzen und gleichzeitig einen Ausgleich von thermischen Längenänderungen und eines Versatzes der Dreh­ schiebervorrichtung. Die Dichtungen 61 und 119 sind relativ zu dem Drehschieber 56 so angeordnet, daß sie Spiel zwischen dem Drehschieber 56 und der Innenoberfläche 29 der Buchse 28 und der Kopfplatte 17 gestatten. Der dadurch gebildete Spalt 30 nimmt kein Luft/Kraftstoff-Gemisch auf, wodurch die Menge an gewünschtem Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Schieberbrennraum 108 reduziert wird, und reduziert die Lagerbelastungen an der Welle 69 durch Reduzieren des druckbeaufschlagten Bereiches des Drehschiebers 56. Die Geometrie der Drehschiebervorrich­ tung gestattet den Ansaug- und Abgasen, mit minimaler Behinde­ rung in die und aus der Arbeits- oder Kolbenkammer zu strömen. Der erste Einbau und aufsummierte Verschleißauswirkungen an den Drehschiebervorrichtungen erfordern keine Justierung. Alle Passungen und Spiele werden durch Fertigungsabmessungen fest­ gelegt.

Die Drehschiebervorrichtung 24 ist so ausgebildet, daß sie di­ rekt aus dem Zylinderkopf 21 entfernt werden kann. Das erfolgt durch Entfernen der Antriebswelle 77 zusammen mit den auf ihr befestigten Kegelrädern 94, 98, 101, 103. Der Ring 38 wird von dem Zylinderkopf 21 entfernt. Der Drehschieber 56 kann zusam­ men mit der Buchse 28 aus der Bohrung 23 in dem Zylinderkopf 21 nach oben herausgezogen werden. Der Zündkerzenhalter 48 wird von dem Zylinderkopf entfernt, um das Entfernen der Buchse 28 zu gestatten. Das kann erfolgen, ohne die Ansaug- und Auspuffleitungen und das Kühlsystem von dem Motor 10 zu entfernen.

Fig. 17 zeigt einen insgesamt mit 200 bezeichneten Verbren­ nungsmotor des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Typs. Der Motor 200 hat einen Zylinderblock 201 mit einer Kolbenkammer 202. Ein hin- und herbewegbarer Kolben 203 ist in der Kolbenkammer 202 angeordnet. Das obere Ende des Kolbens 203 hat einen nach oben gerichteten Vorsprung 204. Ein Pleuel 206 verbindet den Kolben 203 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle des Motors. Der Motor 200 kann weitere Kolbenkammern in dem Zylinderblock 201 mit zugeordnetem Kolben haben, welche mit der Kurbelwelle verbunden sind. Eine Kopfplatte 207 mit einer Öffnung 209 ist über dem Zylinderblock 201 angeordnet. Eine Dichtung 208 ist zwischen der Kopfplatte 207 und der Oberseite des Zylinder­ blockes 201 angeordnet. Nicht dargestellte Kopfschrauben die­ nen zum Befestigen des Zylinderkopfes 211 und der Platte 207 an dem Zylinderblock 201. Der Zylinderkopf 211 ist ein metal­ lischer Körper, welcher eine vertikale Bohrung 212 hat, die auf die Öffnung 209 in der Kopfplatte 207 ausgerichtet ist. Eine insgesamt mit 213 bezeichnete Drehschiebervorrichtung ist in der vertikalen Bohrung 212 angeordnet und dient zum Steuern der Strömung des Einlaß-Luft/Kraftstoff-Gemisches zur Kompres­ sion und Expansion in die Kolbenkammer 202 und der Abgase aus derselben. Eine ringförmige Buchse 214 aus keramischem Mate­ rial ist in der Bohrung 212 unmittelbar oberhalb der Kopf­ platte 207 angeordnet. Gemäß der Darstellung in Fig. 18 hat die Buchse 214 einen Einlaßschlitz 216, der mit einem Einlaß­ kanal 218 in dem Zylinderkopf 211 ausgerichtet ist. Die Buchse 214 hat einen Auslaßschlitz 217 mit Umfangsabstand von dem Einlaßschlitz 216. Der Auslaßschlitz 217 ist auf einen Auslaß­ kanal 219 in dem Zylinderkopf 211 ausgerichtet. Der Einlaßka­ nal 218 und der Auslaßkanal 219 sind in dem Zylinderkopf 211 angeordnet, um Luft und Kraftstoff aus einer Einlaßleitung der Drehschiebervorrichtung 213 zuzuführen und Abgase aus der Drehschiebervorrichtung in eine Auspuffleitung abzuleiten.

Die Buchse 214 hat eine innere zylindrische Oberfläche 221, die durch die in gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten Einlaß- und Auslaßschlitze 216 bzw. 217 und durch eine Zünd­ öffnung 222 unterbrochen ist. Die Buchse 214 ist vorzugsweise aus einem einstückigen Keramikmaterial, wie beispielsweise Si­ liciumnitrat, Siliciumcarbid, oder aus einer Keramik herge­ stellt, die Silicium, Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff und andere Materialien enthält. Die Buchse 214 dient als Wärmeiso­ lator, um die Wärmeableitung zu dem Zylinderkopf 211 zu dros­ seln. Die Buchse 214 kann aus anderen Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus Metall oder Pyrolit-Kohlenstoff.

Gemäß Fig. 17 wird die Buchse 214 in fester Position an der Kopfplatte 207 durch eine Buchse 223 und einen Ring 224 gehal­ ten, die in der vertikalen Bohrung 212 angeordnet sind. Eine Federscheibe 226 ist zwischen der Buchse 223 und dem Ring 224 angeordnet, um die Wärmeausdehnung des Zylinderkopfes 211 re­ lativ zu der Buchse 214 zu gestatten. Eine ringförmige Platte 227, die oben auf dem Zylinderkopf 211 angeordnet ist, erfaßt den Ring 224. Mittels mehrerer Schrauben 228 ist die Platte 227 an dem Zylinderkopf 211 befestigt, um die Buchse 223, den Ring 224 und die Buchse 214 in dem Zylinderkopf 211 zu halten. Die Schrauben 228 können von dem Zylinderkopf 211 entfernt werden, damit die Buchse 223, der Ring 224 und die Buchse 214 aus dem Zylinderkopf 211 entfernt werden können. Das erlaubt, die gesamte Drehschiebervorrichtung 213 zur Reparatur und War­ tung aus dem Zylinderkopf 211 zu entfernen, ohne den Zylinder­ kopf 211 von dem Zylinderblock 201 oder die Einlaß- und Aus­ laßleitungen zu entfernen.

Eine Zündkerze 229 hat ein Zündende 231, das in der Zündöff­ nung 222 angeordnet ist. Das Zündende 231 ist in eine Mutter 232 eingeschraubt, die an einem Halter 233 befestigt ist. Der Malter 233 ist in einer Aussparung 234 in dem Zylinderkopf 211 angeordnet. Der innere Teil des Zündendes 231 ist im wesentli­ chen bündig mit der inneren Oberfläche 221 der Buchse 214. Ge­ mäß der Darstellung in Fig. 18 ist der Halter 233 mittels meh­ rerer Schrauben 236 an dem Zylinderkopf 211 befestigt. Die in die Mutter 231 eingeschraubte Zündkerze 229 übt keine Axial­ kraft auf die Buchse 214 aus. Das verhindert ein Verziehen der Buchse 214 und gewährleistet eine durchgehende kreisrunde Dichtfläche 221 an der Buchse 214. Die Zündkerze 229 kann durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder durch eine mit einer Zündkerze kombinierte Kraftstoffeinspritzdüse ersetzt werden, um einen Einspritzmotor mit Funkenzündung für das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Drehschieberbrennraum zu schaf­ fen.

Ein zylindrischer Drehschieber 237 ist in der Buchse 214 ange­ ordnet. Der Drehschieber 237 hat eine äußere zylindrische Wand 238, die mit Abstand einwärts von der inneren Oberfläche 221 der Buchse 214 angeordnet ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 18 schafft ein durchgehender Ringspalt 239 Abstand zwischen dem Drehschieber 237 und der Buchse 214. Die äußere Wand 238 des Körpers 237 braucht keine genaue maschinelle Oberflächen­ bearbeitung zu haben, da sie von der Innenwand der Buchse 214 durch einen Ringspalt getrennt ist. Der Drehschieber 237 hat eine ebene untere Wand 241, die mit einer Ringdichtung 242 in Berührung ist. Eine Feder, die auf der Kopfplatte 207 befe­ stigt ist, drückt die Ringdichtung 242 in Dichtberührung mit der unteren Wand 241. Die Ringdichtung 242 ist eine druckak­ tive Flächendichtung, die eine hohe Flächeneinheitslast auf der unteren Wand 241 während der Kompressions- und Arbeitshübe des Kolbens 203 hat. Die Ringdichtung 242 ist vorzugsweise ein Keramikring.

Der Drehschieber 237 hat eine insgesamt ebene obere Wand 244, die der Unterseite der Buchse 223 zugewandt ist. Ein Dichtring 246 ist zwischen der Buchse 223 und der oberen Wand 244 ange­ ordnet. Eine Feder 247 drückt den Dichtring 246 in Berührung mit der oberen Wand 244. Der Dichtring 247 kann eine herkömm­ liche ringförmige Öldichtung sein.

Eine nach oben gerichtete Welle 248 ist an dem oberen Ende des Drehschiebers 237 befestigt. Ein Lager 249, das die Welle 248 umgibt, dient zum drehbaren Befestigen der Welle 248 und des Drehschiebers an der Buchse 233. Ein zweites Lager 251 dient zum drehbaren Befestigen des oberen Endes der Welle 248 an dem Ring 224. Ein Axiallager 252 ist zwischen einer Buchse 253 und dem Ring 224 angeordnet, um die Axialposition des Drehschie­ bers 237 in der Buchse 214 aufrechtzuerhalten. Die Buchse 253, die die Welle 248 umgibt, ist zwischen den Lagern 249 und 251 angeordnet und mit diesen in Berührung. Eine ringförmige Feder 254 in Form einer Tellerscheibe ist zwischen dem Ring 224 und dem Lager 251 angeordnet. Die Feder 254 dient zum axialen Vor­ spannen des Drehschiebers 237 gegen das Axiallager 252, um Stoßkräfte an dem Lager 252 zu minimieren, die Wärmeausdehnung der metallischen Teile zu gestatten und weniger enge Bearbei­ tungstoleranzen zuzulassen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 17 ist der Drehschieber 237 über zwei Kegelräder 257 und 258 in Antriebsverbindung mit einer Welle 256. Das Kegelrad 258 ist auf dem oberen Ende der Welle 248 durch eine Schraube 259 befestigt. Die Welle 256 ist in zeitgesteuerter Verbindung mit der nicht dargestellten Kurbel­ welle des Motors. Die Welle 256 dient zum Drehen des Dreh­ schiebers 237 im Verhältnis von 1 : 2 bezüglich der Drehung der Kurbelwelle.

Der Drehschieber 237 hat einen Schieberbrennraum 261 mit einem offenen ersten Ende 262, das über einer darauf ausgerichteten Öffnung 209 in der Kopfplatte 207 angeordnet ist, und mit ei­ nem offenen zweiten Ende 263, das zu dem Einlaßschlitz, dem Auslaßschlitz und der Zündöffnung in der Buchse 214 hin offen ist und auf diese ausgerichtet ist. Der Drehschieber 237 ist ein einstückiges, insgesamt zylindrisches Teil aus Metall oder Keramik. Gemäß der Darstellung in Fig. 25 hat der Drehschieber 237 eine Nut 264, die sich quer zwischen einer gekrümmten obe­ ren Wand 266 und einer gekrümmten unteren Wand 268 erstreckt. Der mittlere Teil der Wand 266 hat einen radial nach innen ge­ richteten Schlitz 267, der mit einem radial gerichteten Schlitz 269 in der unteren Wand 268 ausgerichtet ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 19 ist eine insgesamt mit 271 bezeichnete Segmentdichtung zwischen der oberen Wand 266 und der unteren Wand 268 in der Nut 264 angeordnet (Fig. 25). Die Segmentdichtung 271 ist eine druckaktivierte Dichtung, die Dichtkräfte, welche zu dem Druck proportional sind, der inner­ halb der Dichtung herrscht, an den Oberflächen des Dichtseg­ ments erzeugt, die in Gleitberührung mit der inneren zylindri­ schen Oberfläche 221 der Buchse 214 sind. Wenn der Druck in der Dichtung vergrößert wird, nimmt die Kontaktflächenein­ heitslast an allen Segmentdichtungsgrenzflächen mit der Buchse 214 entsprechend zu. Umgekehrt, wenn der Druck, der in der Segmentdichtung herrscht, abnimmt, nehmen die Dichtkraft und die sich ergebende Flächeneinheitslast ab. Die Segmentdichtung 271 kann sich frei bewegen, um Relativversatz zwischen dem Drehschieber 237 und der geschlitzten Buchse 214 zuzulassen. Die Segmentdichtung 271 kann sich frei um eine Achse drehen, die parallel zu der inneren Oberfläche 221 ist, wenn sich die Dichtung um die Oberfläche 221 bewegt. Die Segmentdichtung 271 hat außerdem eine begrenzte Bewegung in radialer Richtung, so daß die Segmentdichtung einen konstanten Flächendichtkontakt mit der inneren zylindrischen Oberfläche 221 der Buchse 214 aufrechterhält. Die Segmentdichtung 271 gewährleistet, daß der Ringspalt zwischen dem Drehschieber 237 und der Buchse 214 nicht mit einem Luft/Kraftstoff-Gemisch gefüllt wird. Dadurch wird un­ verbranntes Kraftstoff/Luft-Gemisch in der Drehschiebervor­ richtung wesentlich reduziert.

Gemäß den Fig. 22, 23 und 24 ist die Segmentdichtung 271 ein einstückiger Keramikkörper, der einen zentralen Durchlaß 273 hat, welcher sich zwischen der hinteren Wand 274 und der kon­ vex gekrümmten vorderen Wand 279 erstreckt. Eine kreisförmige Öffnung 276 in der hinteren Wand 274 umgibt den Durchlaß 273. Die hintere Wand 274 hat eine kreisrunde Aussparung um den Durchlaß 273 zur Aufnahme einer ringförmigen Dichtung 292 (Fig. 17). Gemäß der Darstellung in den Fig. 23 und 24 hat die vordere Wand 279 ein gekrümmtes Segment oder eine konvex ge­ krümmte Form mit einer zentralen, insgesamt quadratischen Öff­ nung 281, die den Durchlaß 273 umgibt. Die Öffnung 281 ist in Deckung mit den quadratischen Einlaß- und Auslaßschlitzen 216 bzw. 217 in der Buchse 214. Das ermöglicht schnelles Öffnen und Schließen des Einlaß- und des Auslaßschlitzes. Die verti­ kale Abmessung des Durchlasses zwischen der Segmentdichtung 271 sowie dem Einlaß- und dem Auslaßschlitz 216 bzw. 217 ist während der gesamten Öffnungs- und Schließperioden konstant.

Eine umfangsmäßig durchgehende Dichtfläche 282 umgibt die Öff­ nung 281. Die Dichtfläche 282 ist zwischen einem oberen und einem unteren Steg 283 bzw. 284 an der vorderen Wand 279 ange­ ordnet. Die Stege 283 und 284 sind gekrümmte Bänder oder ebene Rippen, die oberhalb und unterhalb der Dichtfläche 282 ange­ ordnet sind. Die obere Seite des Steges 283 endigt in der obe­ ren Oberfläche 244 des Drehschiebers 237. Die untere Seite des Steges 284 endigt in der unteren Oberfläche 241 des Drehschie­ bers 237. Die Umfangsdichtfläche 282 und die Stege 283 und 284 stehen von der Wand 279 vor und sind in Gleit- und Dichtberüh­ rung mit der inneren zylindrischen Oberfläche 221 der Buchse 214 angeordnet. Die übrigen Teile der vorderen Wand 279 sind zurückversetzt, um einen kleinen Spalt gegenüber der Oberflä­ che 221 zu schaffen. Das reduziert die Menge an Material der Segmentdichtung 271, das in Gleitkontakt mit der Buchse 214 ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 19, 22, 23 und 24 hat die Segmentdichtung 271 einen oberen und einen unteren Zapfen 286 und 288, die in die Schlitze 267 bzw. 269 passen. Der Zapfen 286 hat eine bogenförmige, konvex gekrümmte Seite 287, die einen zentralen Teil hat, der sich bis zu der äußeren Oberflä­ che des Steges 283 erstreckt. Der Zapfen 288 hat eine ähnliche konvex gekrümmte Seite 289, die sich bis zu der äußeren Ober­ fläche des Steges 284 erstreckt. Die Seiten 287 und 289 berüh­ ren die innere zylindrische Oberfläche 221 der Buchse 214, um der Segmentdichtung 271 eine begrenzte Schwenk- oder Drehbewe­ gung, die durch einen Pfeil 291 in Fig. 20 angedeutet ist, um eine Achse zu gestatten, die zu der inneren Oberfläche 221 der Buchse 214 parallel ist.

Gemäß den Fig. 20 und 21 ist eine ringförmige Dichtung 292, die einen insgesamt U-förmigen Querschnitt hat, zwischen der hinteren Wand 274 und dem Grund der Nut 264 des Drehschiebers 237 angeordnet. Die Dichtung 292 ist ein kreisrundes, Druck ausübendes Dichtteil, welches dazu dient, die Segmentdichtung 271 in dichte Berührung mit der inneren Oberfläche 221 der Buchse 214 zu drücken. Ein ringförmiges Band oder eine ring­ förmige Abschirmung 293, die konzentrisch an der Innenseite der Dichtung 292 angeordnet ist, minimiert das Ansammeln von Luft/Kraftstoff-Gemisch und von Abgasen zwischen der Dichtung 292 und dem Drehschieber 237 und schirmt die Dichtung 292 vor Strahlungswärme ab, die während der Verbrennung übertragen wird. Die Dichtung 292 und das Band 293 reduzieren das komprimierte Volumen in der Drehschiebervorrichtung. Ein geteilter Ring an der hinteren Wand 274 kann benutzt werden, um die Seg­ mentdichtung 271 in Dichtberührung mit der inneren Oberfläche 221 der Buchse 214 zu halten.

Claims (17)

1. Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock (11), in dem zy­ lindrische Kolbenkammern (12) vorhanden sind, und mit Kolben (13), die in den Kolbenkammern hin- und hergehend angeordnet sind, wobei die Kolben (13) über Pleuel (16) mit einer Kurbel­ welle (14) verbunden sind, und der Verbrennungsmotor weiterhin folgende Merkmale aufweist:
einen Zylinderkopf (21), welcher auf dem Zylinderblock (11) befestigt ist, wobei der Zylinderkopf (21) einen Luft- und Kraftstoffeinlaßkanal (32) und einen Auslaßkanal (34) hat,
Drehschiebervorrichtungen (24 bis 27), die dem Zylinderkopf (21) zugeordnet sind, um die Strömung von Luft und Kraftstoff in den Kolbenkammern (12) und die Strömung von Abgas aus den Kolbenkammern (12) zu steuern, wobei der Zylinderkopf (21) Bohrungen (23) aufweist, die zu den Kolbenkammern (12) hin Durchgangsbohrungen darstellen und die Dreh­ schiebervorrichtungen (24 bis 27) aufnehmen, wobei jede Dreh­ schiebervorrichtung (24 bis 27) ein Gehäuse (28) aufweist, das einen Drehschieber (56) aufnimmt, wobei das Gehäuse (28) in einer der Bohrungen (23) angeordnet ist und der Drehschieber (56) einen Schieberbrennraum (108) aufweist, der zu der ihm zugeordneten Kolbenkammer (12) hin ständig, zu dem Luft- und Kraftstoffeinlaßkanal (32) und dem Auslaßkanal (34) jedoch nur alternierend offen ist, wobei der Drehschieber (56) eine äu­ ßere Oberfläche (57) mit Abstand von der inneren zylindrischen Oberfläche (29) des Gehäuses (28) hat,
eine erste Dichteinrichtung (119), die an dem Drehschieber (56) angebracht und mit der inneren zylindrischen Oberfläche (29) des Gehäuses (28) in Berührung bringbar ist, wobei die erste Dichteinrichtung (119) einen Durchlaß (124) hat, welcher abwechselnd den Einlaßkanal (32) und den Auslaßkanal (34) mit dem Schieberbrennraum (108) verbindet,
eine ringförmige zweite Dichteinrichtung (61), die zwischen dem Zylinderblock (11) und der Stirnseite (58) des Drehschie­ bers (56) angeordnet ist,
eine Zündkerze (42) oder eine Einspritzvorrichtung, die jeder Drehschiebervorrichtung (24 bis 27) zum Einleiten der Verbren­ nung des Luft- und Kraftstoffgemisches in dem Schieberbrenn­ raum (108) zugeordnet ist, und
eine die Kurbelwelle (14) mit den Drehschiebervorrichtungen (24 bis 27) verbindende Einrichtung (88, 87, 89, 77, 69) zum Drehen jedes Drehschiebers (56) in Abhängigkeit von den Bewe­ gungen der Kolben (13), so daß der Verbrennungsmotor (10) einen Einlaß-, einen Kompressions-, einen Arbeits- und einen Auslaßhub hat.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchlaß (124) der ersten Dichteinrichtung (119) in einem Dichtteil (121) befindet, das einen ersten äußeren, vorstehen­ den Oberflächenteil (128, 129, 130) hat, der mit der inneren Oberfläche (29) des Gehäuses (28) in Berührung bringbar ist, und einen zweiten äußeren, zurückgesetzten Oberflächenteil (131) hat, der benachbart zu dem ersten äußeren, vorstehenden Oberflächenteil (128, 129, 130) und mit Abstand von der inne­ ren Oberfläche (29) des Gehäuses (28) angeordnet ist (Fig. 6 bis 10).

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) für die Drehschiebervorrichtung eine zylindrische Buchse (28) ist, die einen Einlaßschlitz (31), welcher auf den Einlaßkanal (32) ausgerichtet ist, einen Aus­ laßschlitz (33), der auf den Auslaßkanal (34) ausgerichtet ist, und eine Zündöffnung (41) hat, die zu der inneren Ober­ fläche (29) der Buchse (28) hin offen ist (Fig. 4).

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Zündkerze (42) an dem Gehäuse (28) be­ festigt ist, um einen Funken in dem Schieberbrennraum (108) zu erzeugen.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Nut- und Federanordnung (114, 116; 122, 123), an der als Segmentdichtung ausgebildeten ersten Dichteinrichtung (119) und an dem Drehschieber (56) zur Drehbewegung der ersten Dichteinrichtung (119) mit dem Drehschieber (56) und um der ersten Dichteinrichtung (119) zu gestatten, sich in Richtung der Drehachse des Drehschiebers (56) zu bewegen (Fig. 6 bis 9).

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Kopfplatte (17), die an dem Zylinderblock (11) über den Kolbenkammern (12) und über einer Zylinderkopfdichtung angeordnet ist, wobei die Kopfplatte (17) Öffnungen (18) hat, die mit den Kolbenkammern (12) in Verbindung stehen.

7. Drehschiebervorrichtung zur Anbringung an einer Maschine, mit einem Gehäuse (28), das mit einer inneren, zylindrischen Oberfläche (29) und mit Fluideinlaß- und -auslaßschlitzen (31, 33) versehen ist, die zu der inneren Oberfläche (29) offen sind, mit einem Drehschieber (56), der innerhalb des Gehäuses (28) zum Steuern des Fluidstroms in das und aus dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Drehschieber (56) eine äußere Oberfläche (57) mit Abstand von der inneren Oberfläche (29) des Gehäuses (28) und eine Stirnseite (58) aufweist, sowie einen Schieberraum (108) zum Aufnehmen des Fluids umfaßt, wo­ bei sich der Schieberraum (108) zwischen der äußeren Oberflä­ che (57) und der Stirnseite (58) erstreckt und zu einer Einrichtung (32) zum Zuführen des Fluids offen ist, und wobei die Drehschiebervorrichtung weiterhin folgende Merkmale auf­ weist:
eine erste Dichteinrichtung (119), die an dem Drehschieber (56) angebracht und mit der inneren Oberfläche (29) des Gehäu­ ses (28) in Berührung bringbar ist, wobei die erste Dichteinrichtung (119) einen Durchlaß (124) hat, der in Ver­ bindung mit dem Schieberraum (108) und offen zur inneren Ober­ fläche (29) des Gehäuses (28) ist, so daß das Fluid in den und aus dem Schieberraum (108) strömen kann,
eine formschlüssige Einrichtung (114, 116; 122, 123) an der ersten Dichteinrichtung (119) und an dem Drehschieber (56), um die erste Dichteinrichtung (119) mit dem Drehschieber (56) zu drehen und der ersten Dichteinrichtung (119) eine Bewegung re­ lativ zu dem Drehschieber (56) zu gestatten,
eine Andrückeinrichtung (133), die zwischen dem Drehschieber (56) und der ersten Dichteinrichtung (119) angeordnet ist, um die erste Dichteinrichtung (119) mit der inneren Oberfläche (29) des Gehäuses (28) in Berührung zu halten,
eine zweite Dichteinrichtung (61), die zwischen der Stirnseite (58) des Drehschiebers (56) und der Maschine angeordnet ist, wobei die zweite Dichteinrichtung (61) einen Durchgang auf­ weist, der auf den Schieberraum (108) und eine ihm zugeordnete Öffnung (18) in der Maschine ausgerichtet ist, und
eine Einrichtung (69, 77, 87, 88, 89) zum Drehen des Dreh­ schiebers (56), wodurch sich der Schieberraum (108) nach­ einander in Deckung mit den Fluideinlaß- und -auslaßschlitzen (31, 33) bewegt, so daß das Fluid in Fluideinlaß- und -aus­ laßkanälen (32, 34) und in den und aus dem Schieberraum (108) strömen kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Einrichtung Nut- und Federanordnungen (114, 116; 122, 123) an der ersten Dichteinrichtung (119) und an dem Drehschieber (56) umfaßt, um der ersten Dichteinrichtung (119) zu gestatten, sich in Richtung der Drehachse des Drehschiebers (56) zu bewegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchlaß (124) der ersten Dichteinrichtung (119) in einem Dichtteil (121) befindet, das einen ersten äußeren, vorstehenden Oberflächenteil (128, 129, 130) hat, der den äußeren Teil des Durchlasses (124) umgibt und mit der inneren Oberfläche (29) des Gehäuses (28) in Berührung bringbar ist, und einen zweiten äußeren zurückgesetzten Oberflächenteil (131) benachbart zu dem ersten äußeren, vorstehenden Oberflä­ chenteil (128, 129, 130) mit Abstand von der inneren Oberflä­ che (29) des Gehäuses (28) hat (Fig. 6 bis 10).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (28) für die Drehschieber­ vorrichtung eine Buchse (28) ist, die einen Fluideinlaßschlitz (31) und einen Fluidauslaßschlitz (33) hat, die entsprechend zu dem Fluideinlaßkanal (32) und dem Fluidauslaßkanal (34) des Gehäuses (28) hin offen sind (Fig. 4).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drehschieber (237) jeweils eine in Um­ fangsrichtung angeordnete, nach außen gerichtete obere Lippe (266) und eine untere Lippe (268) hat, wobei die erste Dicht­ einrichtung (271) zwischen der oberen und unteren Lippe ange­ ordnet ist und wobei die formschlüssige Einrichtung einen Schlitz (267, 269) in jeder Lippe (266, 268) und Zapfen (286, 288) aufweist, die sich in die Schlitze (267, 269) des Dreh­ schiebers (237) erstrecken, um der ersten Dichteinrichtung (271) eine Bewegung in Richtung der Drehachse des Drehschiebers (237) zu gestatten (Fig. 22 bis 25).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Andrückeinrichtung (133) eine kreisrunde Federeinrichtung aufweist, die den Durchlaß (124) umgibt und mit dem Drehschieber (56) und der ersten Dichteinrichtung (119) in Berührung bringbar ist, wobei die Federeinrichtung zusätzlich eine Dichtung zwischen dem Drehschieber (56) und der ersten Dichteinrichtung (119) bildet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die formschlüssige Einrichtung Zungen (122, 123) auf entgegengesetzten Seiten der ersten Dichteinrichtung (119) und Nuten (114, 116) an den zugehörigen Seiten des Dreh­ schiebers (56) umfaßt, wobei die Zungen (122, 123) in den Nu­ ten (114, 116) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Vorrichtung in einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, gekenn­ zeichnet durch eine Funkenerzeugungseinrichtung (42), die an dem Gehäuse (28) befestigt ist und mit der ein Funken zur Zün­ dung von Brennstoff in dem Schieberraum (108) erzeugbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die formschlüssige Einrichtung an der ersten Dichteinrichtung (119) und dem Drehschieber (56) jeweils eine sich in Umfangsrichtung des Drehschiebers (56) erstreckende und nach außen gerichtete obere Lippe (117) und eine untere Lippe (118), sowie Nuten (114, 116) auf entgegengesetzten Sei­ ten des Durchlasses (124) umfaßt, welche (114, 116) sich zwi­ schen der oberen und der unteren Lippe (117, 118) am Dreh­ schieber (56) erstrecken, und daß die formschlüssige Einrich­ tung weiterhin Zungen (122, 123) an der ersten Dichteinrich­ tung (119) umfaßt, welche in den Nuten (114, 116) angeordnet sind (Fig. 3, 9).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Andrückeinrichtung (133) eine kreisring­ förmige Federeinrichtung umfaßt und daß eine ringförmige Ab­ schirmeinrichtung (134), welche innerhalb der kreisrunden Fe­ dereinrichtung angeordnet ist, zwischen dem Drehschieber (56) und der ersten Dichteinrichtung (119) vorgesehen ist (Fig. 9).

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, gekenn­ zeichnet durch eine weitere Andrückeinrichtung (62), die die zweite Dichteinrichtung (61) an die Stirnseite (58) des Dreh­ schiebers (56) drückt.