DE3812988A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungsraum, der gegenüber einem Einlaß­ kanal und einem Auslaßkanal abdichtbar ist.

Verbrennungskraftmaschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und arbeiten zumeist nach dem Viertaktverfahren, wobei ein Luft- Treibstoffgemisch in den Zylinderraum eingebracht, verdichtet, gezündet und anschließend ausgestoßen wird.

Bei bekannten Verbrennungskraftmaschinen erfolgt die Abdichtung des Einlaßkanals bzw. des Auslaßkanals gegen­ über dem Verbrennungsraum jeweils durch ein separates Ventil. Diese Bauart erweist sich unter bestimmten Be­ triebsbedingungen als nachteilig, da der jeweilige Ein­ laß- bzw. Auslaßquerschnitt im Ventilbereich zu gering ist, um eine zufriedenstellende Füllung des Verbren­ nungsraumes mit Frischluft zu gewährleisten. Um diesem Problem abzuhelfen, werden für den Einlaß- bzw. den Auslaßkanal mehrere Ventile verwendet. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß die Steuerung der Ventile wesentlich komplizierter wird und daß der fertigungstechnische Aufwand, bedingt durch die Viel­ zahl der Ventile, steigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbren­ nungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem und betriebssicherem Aufbau eine Verbesserung des Verbrennungsvorganges er­ möglicht und bei welcher insbesondere eine verbesserte Füllung bzw. Spülung des Verbrennungsraums möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Einlaßkanal und der Auslaßkanal in einen gemeinsamen, in den Verbrennungsraum mündenden Verbindungskanal über­ gehen, welcher mittels eines Ventils verschließbar ist, und daß im Übergangsbereich von dem Einlaßkanal bzw. dem Auslaßkanal zu dem Verbindungskanal jeweils eine Ver­ schließeinrichtung vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Da sowohl der Einlaßkanal als auch der Auslaßkanal in den Verbindungskanal übergehen, steht nur dieser mit dem Verbrennungsraum in Verbindung. Auf diese Weise ist es möglich, praktisch den gesamten Zylinderquerschnitt zur Füllung bzw. Entleerung des Verbrennungsraumes auszu­ nutzen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine liegt darin, daß lediglich ein ein­ ziges Ventil erforderlich ist, um den Verbrennungsraum gegenüber den Kanälen abzudichten. Dies erweist sich zum einen aus Herstellungsgründen als besonders günstig, da, im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Mehrventilanordnungen nur ein einziges Ventil gelagert bzw. bewegt werden muß. Weiterhin ist es aus Dichtungs­ gründen günstig, wenn nur ein einziges Ventil vorgesehen ist, da nur dieses eingeschliffen und auf einen dichten Sitz zu überprüfen ist, während beim Stand der Technik eine Vielzahl von Ventilen jeweils einzeln für sich ein­ geschliffen und eingestellt werden müssen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine liegt darin, daß der obere Bereich des Brennraums von dem Ventil selbst gebildet wird, so daß nur ein relativ schmaler, ringförmiger Bereich des Zylinderkopfes eine Wandung des Verbrennungsraumes bildet. Dies erweist sich insbesondere im Hinblick auf thermische Belastungen des Zylinderkopfes als vorteilhaft, da die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme, wie etwa Risse durch Thermo­ schockbeanspruchung bei der erfindungsgemäßen Verbren­ nungskraftmaschine nicht oder nur in sehr geringem Maße auftreten.

Erfindungsgemäß sind im Übergangsbereich des Einlaß­ kanals bzw. des Auslaßkanals jeweils eine Verschließein­ richtung vorgesehen, welche den jeweiligen Kanal gegen­ über dem Verbindungskanal abdichten kann. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß die Verschließeinrichtungen nicht den im Verbrennungsraum wirkenden thermischen oder kraftmäßigen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Die Verschließeinrichtungen können des­ halb wesentlich einfacher ausgestaltet und dimensioniert werden, wobei es auch möglich ist, hinsichtlich der Dichtigkeit dieser Verschließelemente geringere Anfor­ derungen zu stellen, als bei den bekannten Ventilen von Verbrennungskraftmaschinen.

Eine besonders günstige Weiterbildung der erfindungs­ gemäßen Verbrennungskraftmaschine ist dadurch gegeben, daß die Verschließeinrichtungen jeweils in Form einer Drosselklappe ausgebildet sind. Durch diese Ausgestal­ tung wird bei geöffneter Verschließeinrichtung die Durchströmung des jeweiligen Kanales nur minimal beein­ trächtigt, andererseits ist es möglich, die Drossel­ klappe bis zu einem vollständig schließenden Zustand stufenlos zu verstellen.

Erfindungsgemäß kann es weiterhin vorteilhaft sein, zumindest eine Nockenwelle zur Betätigung des Ventils und der Verschließeinrichtungen zu verwenden. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, daß das Öffnen und Schließen des Ventils und der Verschließeinrich­ tungen in exakter Weise aufeinander abstimmbar sind. Es ist jedoch auch möglich, zur Betätigung jeder Ver­ schließeinrichtung jeweils eine Nockenwelle vorzusehen, wobei beide Nockenwellen gleichzeitig mit dem Ventil in Wirkverbindung stehen. Bei dieser Ausbildung der erfin­ dungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine wird jede der Verschließeinrichtungen direkt betätigt, während das Ventil so gesteuert wird, daß sein Öffnungs- bzw. Schließzustand den Stellungen der jeweiligen Drossel­ klappen angepaßt ist. Dadurch wird eine Synchronisie­ rung der Bewegungen der Drosselklappen und des Ventils gewährleistet.

Erfindungsgemäß kann die Verbrennungskraftmaschine in vorteilhafter Weise auch so weitergebildet sein, daß jede Nockenwelle jeweils mit dem freien Ende eines Kipp­ hebels zusammenwirkt, an dessen Endbereich schwenkbar eine Stößelstange gelagert ist, welche über einen Hebel mit der Drosselklappe in Verbindung steht, und daß der mittlere Bereich jedes Kipphebels mit dem Ventil in Zusammenwirkung bringbar ist. Mittels der Stößelstangen und der an den Drosselklappen befestigten Hebel ist es auf besonders einfache Weise möglich, die Drosselklappen zu verschwenken. Da die zur Betätigung der Stößelstangen jeweils vorgesehenen Kipphebel zugleich mit dem Ventil in Zusammenwirkung bringbar sind, ist es nicht erfor­ derlich, zusätzliche Betätigungselemente für das Ventil zu verwenden. Durch die Kipphebel ist vielmehr sicher­ gestellt, daß das Ventil jeweils in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Drosselklappe geöffnet bzw. ge­ schlossen wird. Da beide Kipphebel mit dem Ventil zusam­ menwirken, ist zudem gewährleistet, daß die Betätigung des Ventiles stets exakt zu den Stellungen beider Drosselklappen erfolgt.

Erfindungsgemäß erweist es sich als günstig, wenn jede der Drosselklappen durch Längsverschiebung der Stößel­ stange um im wesentlichen 90° verschwenkbar ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Drosselklappe jeweils von einer vollständig geöffneten Stellung, in welcher der Durchströmung des jeweiligen Kanales nur ein mini­ maler Widerstand entgegengesetzt wird, in eine voll­ ständig geschlossene Stellung zu verschwenken.

Weiterhin kann es sich als günstig erweisen, die beiden Nockenwellen parallel zueinander anzuordnen und die Kipphebel jeweils mit einem Endbereich schwenkbar koaxial zur jeweils anderen Nockenwelle zu lagern. Es ist somit möglich, den Kipphebel jeweils mit seinem anderen Endbereich, welches nicht mit der Stößelstange zusammenwirkt, direkt an der anderen Nockenwelle zu lagern. Dies ermöglicht zum einen eine optimale Aus­ nutzung des zur Verfügung stehenden Raumes im Zylin­ derkopf, andererseits ist es nicht erforderlich, zu­ sätzliche Lagerungsbauteile zu verwenden.

Zur Abstimmung der Öffnungszustände der jeweiligen Drosselklappen und um einen Viertaktverbrennungs­ vorgang durchführen zu können, kann es sich als vor­ teilhaft erweisen, bei geöffnetem Ventil jeweils eine der Verschließeinrichtungen im wesentlichen geschlos­ sen zu halten. Es wird dadurch vermieden, daß Gase direkt aus dem Auslaßkanal in den Einlaßkanal oder umgekehrt strömen können. Durch diese Maßnahme ist es nicht erforderlich, weitere strömungstechnische Maß­ nahmen zu treffen, so daß der gesamte Querschnitt des Verbindungskanals zum Einströmen bzw. zum Ausströmen dienen kann. Durch geeignete Ausgestaltung der Dros­ selklappen ist es weiterhin möglich, eine strömungs­ günstige Ausbildung der Wandung des Verbindungskanals zu schaffen, wenn die jeweilige Drosselkappe geschlossen ist.

In besonders günstiger Weise ist die Verbrennungskraft­ maschine so ausgestaltet, daß an der dem Verbrennungs­ raum zugewandten Seite des Ventils Elektroden zur Er­ zeugung einer elektrischen Funkenstrecke angeordnet sind. Das Ventil umfaßt somit eine Zündkerze. Diese Maßnahme ermöglicht es, praktisch den gesamten oberen Bereich des Verbrennungsraumes mit dem Ventil abzu­ decken, so daß lediglich ein sehr schmaler Randbereich des Zylinderkopfes, welcher als Ventilsitz ausgebildet sein kann, an den Verbrennungsraum grenzt. Insbesondere bci Aluminiumzylinderköpfen kann sich diese Ausgestal­ tung als besonders vorteilhaft erweisen, da bei Ver­ wendung eines üblichen Ventilsitzringes das eigentliche Material des Zylinderkopfes nicht an den Verbrennungs­ raum grenzt und deshalb auch den dort auftretenden Kräften oder thermischen Belastungen nicht ausgesetzt ist. Dies bringt den Vorteil, daß für den Zylinderkopf selbst die Verwendung von Legierungen möglich ist, die eine geringere Thermoschockbeständigkeit oder Festigkeit aufweisen.

Zum Anschluß der zündkerzenartigen Elektroden kann es vorteilhaft sein, zumindest eine dieser Elektroden durch eine Ausnehmung im Ventilschaft zu führen und mit einem Stromanschluß zu verbinden. Die andere Elektrode kann als Erdungselektrode ausgebildet sein und direkt mit dem Ventil in Verbindung stehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrie­ ben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Zylinder und den zugeordneten Bereich des Zylin­ derkopfes der erfindungsgemäßen Verbren­ nungskraftmaschine, wobei ein Einlaß­ kanal zum Verbrennungsraum hin geöffnet ist;

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, wobei der Verbrennungsraum zu dem Einlaßkanal bzw. dem Auslaßkanal hin geschlossen ist;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich den Fig. 1 und 2, wobei der Auslaßkanal zum Verbrennungs­ raum hin geöffnet ist.

In Fig. 1 ist in vereinfachter Weise eine Schnittansicht durch einen Zylinder 19 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbrennungmotors dargestellt. In dem Zylinder 19 ist ein in üblicher Weise ausgestalteter Kolben 20 angeordnet, der über eine nicht dargestellte Kurbelwelle mit einer Pleuelstange 21 verbunden ist. Der Zylinder 19 ist zur Kühlung mit einem Wassermantel 22 versehen. Oberhalb des Zylinders 19 ist ein Zylinderkopf 23 angeordnet, welcher in üblicher Weise mittels einer nicht dargestellten Zylinderkopfdichtung abgedichtet ist. Der Zylinderkopf 23 weist einen Einlaßkanal 2 und einen Auslaßkanal 3 auf. Der Einlaßkanal 2 und der Aus­ laßkanal 3 münden in einen gemeinsamen Verbindungskanal 4, welcher wiederum in einen Verbrennungsraum 1 übergeht oder mündet. Der Verbindungskanal 4 ist mittels eines Ventils 5 gegenüber dem Verbrennungsraum 1 abdichtbar. Das Ventil 5 ist in bezug auf den Ventilteller und die Dichtflächen in üblicher Weise ausgebildet und weist einen Ventilschaft 17 auf, welcher im Zylinderkopf 23 so geführt ist, daß das Ventil 5 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Mittels einer Feder 24 ist das Ventil in den geschlossenen Zustand vorgespannt.

Im Bereich des Übergangs von dem Einlaßkanal 2 bzw. dem Auslaßkanal 3 in den Verbindungskanal 4 ist jeweils eine Verschließeinrichtung angeordnet, welche in Form einer Drosselklappe 6 bzw. 7 ausgebildet ist. Die beiden Drosselklappen 6, 7 sind jeweils um eine Drehachse 6′ bzw. 7′ schwenkbar, wobei eine Schwenkbewegung um etwa 90° vorgesehen ist. Einstückig mit den Drosselklappen 6, 7 ist jeweils ein Hebel 13 verbunden, welcher gelenkig mit einer Stößelstange 12 verbunden ist. Die Stößel­ stange 12 erstreckt sich durch den Zylinderkopf 23 nach oben und ist an ihrem oberen Ende jeweils schwenkbar mit einem freien Ende 11 eines Kipphebels 10 verbunden. Es sind somit zwei Stößelstangen 12 und zwei Kipphebel 10 verwendet, um die beiden Drosselklappen 6, 7 zu betäti­ gen.

Am oberen Ende des Ventilschafts 17 ist an diesem ein Gleitschuh 25 gelagert, welcher mit einem mittleren Bereich 14 jedes der beiden Kipphebel 10 in Anlage bringbar ist.

Das jeweils andere Ende jedes Kipphebels 10, welches jeweils dem freien Ende 11 gegenüberliegt, ist schwenk­ bar koaxial zu einer Nockenwelle 8 bzw. 9 gelagert. Die Lagerung kann auch dadurch erfolgen, daß der jeweilige Kipphebel direkt auf der Nockenwelle gelagert ist. Die Nockenwellen 8, 9 weisen jeweils zumindest einen Nocken 8′, 9′ auf und werden in üblicher Weise in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle gedreht. Der Nocken­ wellentrieb entspricht hinsichtlich seines grundsätz­ lichen Aufbaus somit der üblichen Nockenwellenanordnung eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungs­ motors.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist somit jeweils eine einzelne Nockenwelle zur Betätigung jeweils einer Verschließeinrichtung vorgesehen. Beispielsweise be­ tätigt die Nockenwelle 8 über den zugeordneten Kipphebel 10, welcher koaxial zur Nockenwelle 9 gelagert ist, die Drosselklappe 6.

Da beide mittleren Bereiche 14 der beiden Kipphebel 10 gegen den Gleitschuh 25 in Anlage bringbar sind, erfolgt ein Öffnen des Ventils 5 immer dann, wenn eine der Dros­ selklappen 6 oder 7 in eine geöffnete Stellung ver­ schwenkt wird. Es ist somit gewährleistet, daß das Ventil 5 nicht gegen die Drosselklappen 6, 7 anschlägt.

Das Ventil 5 umfaßt eine zündkerzenartige Einrichtung, welche von Elektroden 15, 16 gebildet wird, wobei die Elektroden 16 einstückig oder fest mit dem Ventil 5 ver­ bunden und als Erdungselektroden ausgebildet sein können, während die Elektrode 15 über einen Anschluß 18 mit einer Stromquelle verbindbar ist. Der Anschluß 18 wird bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch eine Ausnehmung oder Bohrung des Ventilschafts 17 ge­ führt.

In Fig. 1 ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem die Drosselklappe 6 des Einlaßkanals 2 geöffnet ist, so daß Frischluft, bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel zusammen mit Kraftstoff, dem Verbrennungsraum 1 zugeführt werden kann. Das Ventil 5 ist zu diesem Zweck geöffnet, während die Drosselklappe 7 zur Abdichtung des Auslaßkanals 3 geschlossen ist.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigte Anordnung in einem Betriebszustand dargestellt, in welchem das Ventil 5 geschlossen und der Kolben 20 in seine obere Totpunkts­ lage verschoben sind. Dies entspricht dem Verdichtungs­ takt einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine. Die bei­ den Drosselklappen 6, 7 sind geschlossen, um zum einen die Kanäle 2, 3 zum Verbindungskanal 4 hin abzudichten und um zum anderen ein Anstoßen an das Ventil 5 zu ver­ meiden. Aus Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß die beiden Nockenwellen 8, 9 so verschwenkt sind, daß die Feder 24 das Ventil 5 in den geschlossenen Zustand vor­ spannt, wobei der Gleitschuh 25 nicht von den Kipphebeln 10 mit Kraft beaufschlagt wird.

Die Fig. 3 zeigt einen Betriebszustand, bei welchem der Einlaßkanal 2 durch die Drosselklappe 6 geschlossen ist, während der Auslaßkanal 3 über die geöffnete Drossel­ klappe 7 und das geöffnete Ventil 5 mit dem Brennraum 1 verbunden ist.

Die Erfindung ist nicht auf eine Einzylinder-Verbren­ nungskraftmaschine beschränkt, es ist auch möglich, in üblicher Weise mehrere Zylinder nebeneinander anzuord­ nen. Weiterhin ist es möglich den Ein- und Auslaßkanälen jede gewünschte Querschnittsform zu geben, da hier kein Abschließen unter Arbeitsdruck zu erfolgen hat.

Claims (10)

1. Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungs­ raum, der gegenüber einem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal abdichtbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einlaßkanal (2) und der Auslaßkanal (3) in einen gemeinsamen, in den Verbrennungsraum (1) mündenden Verbindungskanal (4) übergehen, wel­ cher mittels eines Ventils (5) verschließbar ist, und daß im Übergangsbereich von dem Einlaßkanal (2) bzw. dem Auslaßkanal (3) zu dem Verbindungskanal (4) jeweils eine Verschließeinrichtung (6, 7) vorgesehen ist.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtungen (6, 7) jeweils in Form einer Drosselklappe ausgebildet sind.

3. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Nockenwelle (8, 9) zur Betätigung des Ventils (5) und der Verschließeinrichtungen (6, 7) vorgesehen ist.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung jeder Verschließ­ einrichung (6, 7) jeweils eine Nockenwelle (8, 9) vorgesehen ist und daß beide Nockenwellen (8, 9) zugleich mit dem Ventil in Wirkverbindung stehen.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nockenwelle (8, 9) jeweils mit dem freien Ende (11) eines Kipphebels (10) zu­ sammenwirkt, an dessen Endbereich schwenkbar eine Stößelstange (12) gelagert ist, welche über einen Hebel (13) mit der Drosselklappe (6, 7) in Verbin­ dung steht, und daß der mittlere Bereich (14) jedes Kipphebels (10) mit dem Ventil (5) in Zusammenwir­ kung bringbar ist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Drosselklappen (6, 7) durch Längsverschiebung der Stößelstange (12) um im wesentlichen 90° verschwenkbar ist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Nockenwellen (8, 9) parallel zueinander angeordnet sind und daß die Kipphebel (10) jeweils mit einem Endbereich schwenkbar koaxial zur Nockenwelle (8, 9) gelagert sind.

8. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Ventil (5) jeweils eine der Verschließeinrichtungen (6, 7) im wesentlichen geschlossen ist.

9. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Ver­ brennungsraum (1) zugewandten Seite des Ventils (5) Elektroden (15, 16) zur Erzeugung einer elektrischen Funkenstrecke angeordnet sind.

10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Elektroden (15) mittels eines durch den Ventilschaft (17) ge­ führten Anschlusses (18) mit Energie beaufschlagbar ist.