EP0635095A1 - Drehschieberventil - Google Patents

Drehschieberventil

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EP0635095A1
EP0635095A1 EP94906168A EP94906168A EP0635095A1 EP 0635095 A1 EP0635095 A1 EP 0635095A1 EP 94906168 A EP94906168 A EP 94906168A EP 94906168 A EP94906168 A EP 94906168A EP 0635095 A1 EP0635095 A1 EP 0635095A1
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EP
European Patent Office
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shaft
passage
bore
rotary slide
slide valve
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EP94906168A
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Christoph Conradty
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CONRADTY, CRISTOPH EN GLOCKE, SVEN
Original Assignee
Individual
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/026—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with two or more rotary valves, their rotational axes being parallel, e.g. 4-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a rotary slide valve according to the preamble of claim 1.
  • a rotary slide valve of this type is known from DE-AS 20 62 323.
  • This rotary slide valve represents the inlet valve in a two-stroke engine.
  • the shaft rotatably mounted in the cylinder head has a passage bore which connects a cylinder-side channel with a bore leading to the cylinder chamber over a predetermined range of rotation of the shaft.
  • the rotary slide valve rotates at the same speed as the crankshaft of the two-stroke engine. Since the filling of the cylinder with fresh charge is relatively poor, a single-stage or multi-stage turbine is interposed between the carburetor and the rotary valve.
  • Another two-stroke engine with rotary slide valves can be found in DE-OS 38 21 617.
  • two rotary slide valves are provided on the inlet side, the control times of which overlap one another, one of the valves serving to supply the purge air and the other to supply the charge air.
  • different loaders or blowers are provided for flushing and loading.
  • the shaft of the rotary slide valves has approximately the shape of a half moon to form a passage.
  • An exhaust valve in the form of a rotary slide valve in a two-stroke engine is the subject of FR-OS 25 31 139.
  • the shaft has a bore as a passage.
  • the object is to improve the rotary slide valve so that long valve opening times can be achieved, which can extend over more than 180 crankshaft degrees.
  • FIG. 1 shows a section through a cylinder with a cylinder head in a schematic representation at the beginning of the intake stroke
  • FIG. 2 shows a section corresponding to FIG. 1 in the middle of the compression stroke
  • FIG. 3 shows a section corresponding to FIG. 1 in the middle of the working stroke
  • FIG. 4 shows a section corresponding to FIG. 1 in a position at the beginning of the exhaust stroke
  • Fig. 5 is a plan view of the rotary valve shaft
  • Fig. 6 shows a section through this shaft
  • Fig. 7 is a plan view of an embodiment of this shaft.
  • a cylinder 1 a cylinder head 2 and a piston 3.
  • a first rotary slide valve 4 is rotatably mounted, which is designed as an intake valve.
  • the cylinder head 2 rotatably supports a second rotary slide valve 5, which is designed as an exhaust valve.
  • the rotary slide valve 4 has a shaft 6 with a passage 7.
  • the shaft 6 is sealed in the cylinder head 2.
  • the rotary slide valve 5 also has a shaft 8, which is mounted in a sealed manner in the cylinder head 2 and also has a passage 23, only the axis 9 of which is shown in FIG. 1.
  • the cylinder head 2 is provided with a first channel 10, through which the fuel-air mixture is supplied. On the side opposite the channel 10, the cylinder head 2 has a bore 12 leading to the cylinder or combustion chamber 11. Furthermore, there is a further channel 13 which discharges the exhaust gases, as well as a further bore 14 lying opposite to the cylinder chamber 11.
  • Both shafts 6, 8 are driven by the crankshaft (not shown) of the engine and thereby execute half the speed of the crankshaft.
  • the shaft 6 rotates counterclockwise, while the shaft 8 rotates clockwise.
  • the axis 15 of the passage 7 runs obliquely to the axis 16 of the shaft 6 and intersects it.
  • the inclined position of the axis 15 is selected so that the right edge 17 of one passage opening 18 is offset from the opposite left edge 19 of the other passage opening 20 in the direction of the shaft axis 16 at a distance. This distance is designated by 22 in FIG.
  • schematically illustrated sealing elements 21 are provided, which seal the passage openings against each other and towards the outside.
  • ERSA ⁇ ZB ⁇ T (RULE 26)
  • the passage 23 of the rotary slide valve 5 has an axis 9 with an inclined position like the axis 15.
  • the passage 7 connects the channel 10 to the bore 12. If the shaft 6 is rotated relative to the channel 10 and the bore 12, there is no connection between the channel and the bore.
  • the passage openings 18, 20 each an angle ⁇ and the opening 12 an angle ⁇ , also based on the shaft axis 16, this means that with a full rotation of the shaft 6, the channel 10 and the opening 12 are connected to each other via the passage 7 when the shaft 6 passes through an angular path a plus ⁇ .
  • the bores 12, 14 are preferably slit-shaped in the direction of the shaft axes 16.
  • the passages 7, 23 can also be slit-like in the direction of the shaft axes 16.
  • the walls of the passages 7, 23 can taper in the center, as can be seen in FIGS. 1, 5 and 6.
  • the minimum passage cross section must not be smaller than the passage cross section of the bores 12 or 14.
  • the shaft 6 can be displaceable in the direction of the axis 16. This shift can be controlled electronically depending on the operating parameters of the engine.
  • the angle ⁇ plus ⁇ is therefore preferably greater than 90 °. If there are slot-like bores 12, 14 and slot-like passages 7, 23, this ensures that the rotary slide valves 4, 5 open very quickly and are fully open over the greater part of the angle of rotation plus ⁇ .
  • the shafts 6, 8 are preferably made of a ceramic material. This can also be the case for the mounting of the shafts 6, 8 in the cylinder head 2.

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Abstract

Um bei einem Drehschieberventil für kolbenbetriebene Verbrennungsmotoren lange Ventilöffnungszeiten zu erhalten, dreht sich die den Ventildurchlaß (7) aufweisende Welle (6) mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors. Der Durchlaß (7) verläuft so schräg zur Wellenachse (16), daß die Ventildurchlaßöffnungen in Projektion gesehen einander nicht überdecken. Die von den Ventildurchlaßöffnungen eingenommenen Winkelbereiche α und der von der Bohrung (12) im Zylinderkopf (2) eingenommene Winkelbereich β schließen zusammen einen Winkelbereich von etwa 90° ein. Die Welle (6) ist nicht nur beidseits der Durchlaßöffnungen, sondern auch zwischen den Durchlaßöffnungen abgedichtet im Zylinderkopf (2) gelagert.

Description

Drehschieberventil
Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Drehschieberventil dieser Art ist aus der DE-AS 20 62 323 bekannt. Dieses Drehschieberventil stellt das Einlaßventil bei einem Zweitaktmotor dar. Die im Zy¬ linderkopf drehbar gelagerte Welle weist eine Durchlaßbohrung auf, die über einen vorgegebenen Drehbereich der Welle einen zylinderseitigen Kanal mit einer zum Zy¬ linderraum führenden Bohrung verbindet. Das Drehschieberventil dreht sich hierbei mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle des Zweitaktmotors. Da die Füllung des Zylinders mit frischer Ladung relativ schlecht ist, ist zwischen Vergaser und Drehschieberventil eine ein- oder mehrstufige Turbine zwischengeschaltet.
Ein weiterer Zweitaktmotor mit Drehschieberventilen ist der DE-OS 38 21 617 ent¬ nehmbar. Hierbei sind einlaßseitig zwei Drehschieberventile vorgesehen, deren Steu¬ erzeiten einander überschneiden, wobei eines der Ventile der Zufuhr der Spülluft und das andere der Zufuhr der Ladeluft dient. Um die Füllung zu verbessern, sind für Spülung und Ladung unterschiedliche Lader oder Gebläse vorgesehen. Die Welle der Drehschieberventile weist zur Bildung eines Durchlasses jeweils etwa Halbmondform auf.
Ein Auslaßventil in Form eines Drehschieberventils bei einem Zweitaktmotor ist Gegenstand der FR-OS 25 31 139. Hierbei weist die Welle als Durchlaß eine Bohrung auf.
Wie sich aus diesem Stand der Technik ergibt, drehen sich die Wellen der Drehschie¬ berventile mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle des Motors. Dies bedeutet, daß der Durchlaß des Drehschieberventils die Verbindung zwischen dem zylindersei¬ tigen Kanal und dem Zylinder- bzw. Brennraum nicht über einen ausreichend großen Hubweg des Kolbens des Motors herstellt. Die Füllung des Motors ist daher schlecht,
ERSÄΓZBLAΓT (REGEL 26) so daß der Einsatz von Ladern erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Ladung des Motors zu erhalten.
Da der Ladungsgrad bei Viertaktmotoren wesentlich höher ist als bei Zweitaktmo¬ toren sind daher kaum Vorschläge für den Einsatz von Drehschieberventilen anstelle von Tellerventilen nicht gemacht worden.
Es besteht die Aufgabe, das Drehschieberventil so zu verbessern, daß lange Ventilöff¬ nungszeiten erreichbar sind, die sich über mehr als 180 Kurbelwellengrade erstrecken können.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ausführungsbeispiele bei einem Viertaktmotor werden nachfolgend anhand der Zeich¬ nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinder mit Zylinderkopf in schematischer Dar¬ stellung zu Beginn des Ansaugtakts;
Fig. 2 einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt in der Mitte des Verdichtungshu¬ bes;
Fig. 3 einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt in der Mitte des Arbeitshubes;
Fig. 4 einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt in einer Stellung zu Beginn des Auspufftakts;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Drehschieberwelle;
Fig. 6 einen Schnitt durch diese Welle und
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Ausführungsvariante dieser Welle. Gemäß Figur 1 ist ein Zylinder 1, ein Zylinderkopf 2 und ein Kolben 3 vorhanden. Im Zylinderkopf 2 ist ein erstes Drehschieberventil 4 drehbar gelagert, welches als Einlaßventil ausgebildet ist. Weiterhin lagert der Zylinderkopf 2 drehbar ein zweites Drehschieberventil 5, welches als Auslaßventil ausgebildet ist. Das Drehschieberven¬ til 4 weist eine Welle 6 mit einem Durchlaß 7 auf. Die Welle 6 ist im Zylinderkopf 2 abgedichtet gelagert. Das Drehschieberventil 5 weist ebenfalls eine Welle 8 auf, die abgedichtet im Zylinderkopf 2 gelagert ist und ebenfalls einen Durchlaß 23 aufweist, von dem nur dessen Achse 9 in Figur 1 dargestellt ist. Der Zylinderkopf 2 ist mit einem ersten Kanal 10 versehen, über welchen das Kraftstoff- Luftgemisch zugeführt wird. An der dem Kanal 10 gegenüberliegenden Seite weist der Zylinderkopf 2 eine zum Zylinder- bzw. Verbrennungsraum 11 führende Bohrung 12 auf. Weiterhin ist im Zylinder ein weiterer die Auspuffgase abführender Kanal 13 vorhanden sowie eine weitere dazu gegenüberliegende zum Zylinderraum 11 führende Bohrung 14.
Beide Wellen 6, 8 werden von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors ange¬ trieben und führen dabei die halbe Drehzahl der Kurbelwelle aus. Im dargestell¬ ten Ausführungsbeispiel dreht sich die Welle 6 im Gegenuhrzeigersinn, während die Welle 8 sich im Uhrzeigersinn dreht.
Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, verläuft die Achse 15 des Durchlasses 7 schräg zur Achse 16 der Welle 6 und schneidet diese. Die Schräglage der Achse 15 ist so gewählt, daß der rechte Rand 17 der einen Durchlaßöffnung 18 zum gegenüberlie¬ genden linken Rand 19 der anderen Durchlaßöffnung 20 in Richtung der Wellenachse 16 mit Abstand versetzt angeordnet ist. Dieser Abstand ist in Figur 5 mit 22 bezeich¬ net. Beidseits der Durchlaßöffnungen 18, 20 und zwischen den Durchlaßöffnungen 18, 20 sowohl in radialer als auch axialer Richtung sind schematisch dargestellte Dichtungselemente 21 vorgesehen, die eine Abdichtung der Durchgangsöffnungen gegeneinander und nach außen bewirken.
In Figur 1 ist der Durchlaß 7 der besseren Übersichtlichkeit halber in Projektions¬ richtung A dargestellt.
ERSAΓZB ΓT (REGEL 26) Der Durchlaß 23 des Drehschieberventils 5 hat eine Achse 9 mit einer Schräglage wie die Achse 15.
Wie aus der Figur 6 ersichtlich, verbindet in der dargestellten Drehstellung der Welle 6 der Durchlaß 7 den Kanal 10 mit der Bohrung 12. Ist die Welle 6 gegenüber dem Kanal 10 und der Bohrung 12 verdreht, dann ist keine Verbindung zwischen Kanal und Bohrung vorhanden.
Nehmen, bezogen auf die Achse 16 der Welle 6, die Durchlaßöffnungen 18, 20 jeweils einen Winkel α ein und die Öffnung 12 einen Winkel ß, ebenfalls bezogen auf die Wellenachse 16, dann bedeutet dies, daß bei einer vollen Umdrehung der Welle 6 der Kanal 10 und die Öffnung 12 über den Durchlaß 7 miteinander verbunden sind, wenn die Welle 6 einen Winkelweg a plus ß durchläuft.
In Figur 1 ist der Fall dargestellt, daß der Kolben 3 kurz vor dem oberen Totpunkt steht. Hier beginnt das Drehschieberventil 4 zu öffnen. Das Drehschieberventil 5 nimmt eine Stellung ein, bei der der Durchlaß 23 verschlossen ist. Nach Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens 3 schließt das Drehschieberventil 4, nachdem die Welle 6 den Winkel weg a plus ß durchlaufen hat. Während des Verdichtungshubs sind gemäß Figur 2 beide Drehschieberventile 4, 5 verschlossen. Dies gilt ebenfalls für den Arbeitshub gemäß Figur 3. Kurz vor Beginn des Auspuffhubes öffnet das Drehschieberventil 5, während das Drehschieberventil 4 nach wie vor verschlossen ist. Führt also die Kurbelwelle zwei Umdrehungen aus, dann drehen sich die Wellen 6, 8 um 360°, wobei die Durchlässe 7, 23 über einen Winkelweg a plus ß der Wellen
6, 8 geöffnet sind, d.h. der Kanal 10 mit der Bohrung 12 und die Bohrung 14 mit dem Kanal 13 verbunden sind. In allen anderen Drehstellungen sind die Durchlässe
7, 23 verschlossen und zwar durch die Bohrungswandungen für die Wellen im Zylin¬ derkopf.
Die Bohrungen 12, 14 sind bevorzugt in Richtung der Wellenachsen 16 schlitzförmig ausgebildet. Die Durchlässe 7, 23 können ebenfalls in Richtung der Wellenachsen 16 schlitzartig ausgebildet sein. Die Wandungen der Durchlässe 7, 23 können sich mittig verjüngen, wie dies den Figuren 1, 5 und 6 zu entnehmen ist. Der minimale Durchlaßquerschnitt darf hierbei nicht kleiner sein als der Durchlaßquerschnitt der Bohrungen 12 bzw. 14.
Um die Füllung des Zylinders verändern zu können, kann die Welle 6 in Richtung der Achse 16 verschiebbar sein. Diese Verschiebung kann elektronisch in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Motors gesteuert werden.
Der Winkel α plus ß ist also bevorzugt größer als 90°. Liegen schlitzartige Bohrungen 12, 14 und schlitzartige Durchlässe 7, 23 vor, dann wird hierdurch erreicht, daß die Drehschieberventile 4, 5 sehr rasch öffnen und über den größten Teil des Drehwinkels plus ß voll geöffnet sind.
Die Wellen 6, 8 bestehen bevorzugt aus einem keramischen Material. Dies kann auch für die Lagerung der Wellen 6, 8 im Zylinderkopf 2 der Fall sein.
Es ist weiterhin möglich, die schlitzartigen Durchlässe 7, 23 keilförmig auszubilden, womit es bei einer Axialverschiebung der Welle 6, 8 möglich ist, die Offnungs- und Schließzeitpunkte der Drehschieberventile 4, 5 zu verändern, was in Abhängigkeit der Motorparameter erfolgt. Dies ist schematisch in Figur 7 gezeigt, wo die Welle 6 gegenüber der Bohrung 12 verschoben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Drehschieberventil bei einem kolbenbetriebenen Verbrennungsmotor, das eine im Zylinderkopf drehbar gelagerte Welle aufweist, die mit einem die Welle durchdringenden Durchlaß versehen ist, der bei der Drehung der Welle in mindestens einem Drehbereich einen zylinderseitigen Kanal mit einer zum Zy¬ linderraum führenden Bohrung im Zylinder köpf verbindet, die Welle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors sich dreht, der Durchlaß schräg zur Wellenachse verläuft und hierbei der rechte Rand der einen Durchlaßöff¬ nung zum gegenüberliegenden linken Rand der anderen Durchlaßöffnung in Richtung der Wellenachse mit Abstand versetzt angeordnet ist, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die die Bohrung (12, 14) überstreichende Durchlaßöffnung (18) zusammen mit dem an der Welle (6, 8) anliegenden Bereich der Bohrung (12, 14) bezogen auf die Wellenachse (16) einen Winkelbereich (a plus ß) einschließt, der mindestens 90° beträgt, die Durchlaßöffnung (18) größer als die Bohrung (12, 14) ist, der Durchlaß (7, 23) und die Bohrung (12, 14) in Richtung der Wellenachse (16) schlitzförmig und keilförmig ausgebildet sind, die Welle (6, 8) in Richtung der Wellenachse (16) verschiebbar ist und die Welle (6, 8) nicht nur beidseits der Durchlaßöffnungen (18, 20), sondern auch zwischen den Durchlaßöffnungen (18, 20) längs und quer zur Wellenachse (16) abgedichtet im Zylinderkopf (2) gelagert ist.
2. Drehschieberventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (7, 23) sich zur Wellenachse (16) verjüngt und eine Minimalquer¬ schnittsfläche aufweist, die mindestens der Minimalquerschnittsfläche der Boh¬ rung (12, 14) entspricht.
3. Drehschieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Welle (6, 8) aus einem keramischen Material besteht.
6
ERSAI7BLATT (REGEL 26)
4. Drehschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Wellenlagerung aus einem keramischen Material besteht.
EP94906168A 1993-01-30 1994-01-28 Drehschieberventil Expired - Lifetime EP0635095B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4302648 1993-01-30
DE4302648A DE4302648A1 (de) 1993-01-30 1993-01-30 Drehschieberventil
PCT/EP1994/000249 WO1994017287A1 (de) 1993-01-30 1994-01-28 Drehschieberventil

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Publication Number Publication Date
EP0635095A1 true EP0635095A1 (de) 1995-01-25
EP0635095B1 EP0635095B1 (de) 1999-04-14

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DE (2) DE4302648A1 (de)
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