EP1092842A1 - Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil - Google Patents

Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil Download PDF

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EP1092842A1 EP00119618A EP00119618A EP1092842A1 EP 1092842 A1 EP1092842 A1 EP 1092842A1 EP 00119618 A EP00119618 A EP 00119618A EP 00119618 A EP00119618 A EP 00119618A EP 1092842 A1 EP1092842 A1 EP 1092842A1
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axis
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    • 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
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    • F01L7/021—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with one rotary valve

Definitions

  • the invention relates to a four-stroke internal combustion engine with a rotary slide valve the preamble of claim 1.
  • FR 26 62 214 describes a two-stroke internal combustion engine with one Rotary slide valve, in which a fuel injector in the channel between one Compressor and the valve shaft is arranged.
  • the fuel jet of the injector is on directed a passage opening of the passage of the valve shaft when this passage Connection between the channel and the bore leading to the combustion chamber manufactures.
  • this passage is three-dimensionally curved so that the fuel is not can enter the combustion chamber directly. Rather, the droplets of the Fuel jet entrained by the air compressed by the compressor.
  • a valve shaft 2 is rotatably mounted in a cylinder head 1. This valve shaft turns with half the number of revolutions of the crankshaft 21.
  • This valve shaft 2 has a Inlet acting passage 3, which extends obliquely to the valve shaft axis 4.
  • At a Rotation of the valve shaft 2 connects the passage 3 leading to the valve shaft 2 Channel 5 in the cylinder head 1 with a bore 6 in the cylinder head 1, which of the Valve shaft 2 runs to the combustion chamber 7 of the cylinder.
  • a fuel injector 8 is arranged in the wall of the channel 5 .
  • the Angular range ⁇ of the passage opening 9 about 90 °, while related to the axis 4 Angular range ⁇ of the bore 6 is approximately 35 °. This results in a course of the Opening and closing of the valve according to FIG. 3.
  • valve opens over a rotation angle of the valve shaft 2 of approximately 35 °, is then fully opened over an angular range of approximately 50 ° and over another Angle of rotation of about 35 ° closes.
  • the fully open angular range is 10 in FIG designated.
  • the injection nozzle 8 generates a conical fuel jet 11, the axis of which is 12 is designated.
  • This fuel jet 11 is directed onto the surface 13 of the cylinder 20.
  • the beam 11 is oriented so that its axis 12 is at an angle ⁇ to the axis 4, which is greater than the angle ⁇ that the passage axis 14 makes to the axis 4. This is based on the case that axes 4, 12 and 14 lie in a common plane.
  • the cone angle ⁇ of the beam 11 is approximately 20 °, which means is achieved that it has a width in the region of the bore 6 which is somewhat less than the width 18 of the bore 6.
  • the jet 11 can thus be unhindered by the injection nozzle 8 enter the combustion chamber 7 through the passage 3 and the bore 6.
  • the injection should take place within the range of rotation 10 of the valve shaft 2.
  • the Injection area covers approximately the area of FIGS. 5a to 5d.
  • the injection area begins when seen in the direction of rotation 17 of the valve shaft 2, the leading edge 15 of the passage Bore 6 has swept and ends when the trailing edge 16 bores 6 starts painting.
  • the piston surface 13 is preferably concave in accordance with FIG. 4, preferably in the form of a piston concave on both sides with an elliptical recess 19.
  • the duration of the injection can be varied, but should be within the angular range 10 take place.
  • the injected per unit time Amount of fuel can be varied.
  • a piston shape according to FIG. 4 it forms in the middle of the cylinder the injection jet a turbulent vortex, the distance from the piston to the cylinder head depends.
  • This vortex can be fully formed if the piston has a large one Distance to the cylinder head.
  • a single well-formed vortex 22 in the middle of the cylinder thereby the combustion process is improved.
  • the valve Since the valve is open over a relatively long phase 10, one arises constant flow. When the valve is fully open, the efficiency of the flow coincides conforms to the geometry of the inlet, d. H. there is no flow separation.

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Abstract

Bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil als Einlaßventil weist der Zylinderkopf (1) eine quer zur Zylinderachse gelagerte Ventilwelle (2) auf, die einen schräg zur Wellenachse (4) verlaufenden Durchlaß (3) aufweist und sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors dreht. Im Zylinderkopf (1) ist weiterhin ein zur Ventilwelle (2) führender Kanal (5) vorgesehen. Im Kanal (5) ist eine Kraftstoffeinspritzdüse (8) angeordnet, deren Strahlachse (12) auf das ventilwellenseitige Ende der Bohrung (6) gerichtet, die zwischen Ventilwelle (2) und dem Verbrennungsraum (7) vorgesehen ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse (8) gibt einen Kraftstoffstrahl (11) ab, wenn die Bohrung (6) vom Durchlaß (3) übergriffen wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Motor ist Gegenstand der EP 0 635 095 B1. Dieses dort beschriebene Drehschieberventil weist den Vorteil auf, daß lange Ventilöffnungszeiten erreicht werden, die sich über mehr als 180 Kurbelwellengraden erstrecken. Hierdurch wird erreicht, daß eine optimale Füllung des Verbrennungsraumes während des Ansaughubs erreicht wird.
Bei diesem Viertaktverbrennungsmotor wird davon ausgegangen, daß dem Verbrennungsraum über das Einlaßventil ein konventionell erzeugtes Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird. Dieses wird üblicherweise von einem Vergaser erzeugt.
Die FR 26 62 214 beschreibt einen Zweitaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil, bei welchem eine Kraftstoffeinspritzdüse im Kanal zwischen einem Kompressor und der Ventilwelle angeordnet ist. Der Kraftstoffstrahl der Einspritzdüse ist auf eine Durchlaßöffnung des Durchlasses der Ventilwelle gerichtet, wenn dieser Durchlaß die Verbindung zwischen dem Kanal und der zur Verbrennungsraum führenden Bohrung herstellt. Dieser Durchlaß ist jedoch dreidimensional gekrümmt, so daß der Kraftstoff nicht direkt in den Verbrennungsraum eintreten kann. Vielmehr werden die Tröpfchen des Kraftstoffstrahles von der vom Kompressor komprimierten Luft mitgerissen.
Es besteht die Aufgabe, einen Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum ermöglicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1:
einen Vertikalschnitt durch den oberen Teil eines Zylinders in einer durch die Ventilwellenachse gehenden Ebene;
Figur 2:
einen Vertikalschnitt gemäß Figur 1 in einer rechtwinklig zur Ventilwellenachse verlaufenden Ebene;
Figur 3:
ein Diagramm des Ventilöffnungsverlaufs;
Figur 4:
einen der Figur 2 entsprechenden Schnitt zur Darstellung einer bevorzugten Kolbenform und
Figur 5:
verschiedene Phasen des Einlaßtaktes.
In einem Zylinderkopf 1 ist drehbar eine Ventilwelle 2 gelagert. Diese Ventilwelle dreht sich mit der halben Umdrehungszahl der Kurbelwelle 21. Diese Ventilwelle 2 weist einen als Einlaß wirkenden Durchlaß 3 auf, der schräg zur Ventilwellenachse 4 verläuft. Bei einer Umdrehung der Ventilwelle 2 verbindet der Durchlaß 3 einen zur Ventilwelle 2 führenden Kanal 5 im Zylinderkopf 1 mit einer Bohrung 6 im Zylinderkopf 1, welche von der Ventilwelle 2 zum Verbrennungsraum 7 des Zylinders verläuft. In der Wand des Kanals 5 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 8 angeordnet. Wie der Figur 2 entnehmbar, beträgt der Winkelbereich α der Durchlaßöffnung 9 etwa 90°, während der auf die Achse 4 bezogene Winkelbereich β der Bohrung 6 etwa 35° beträgt. Hierdurch ergibt sich ein Verlauf des Öffnens und Schließens des Ventils entsprechend der Figur 3.
Dies bedeutet, daß über einen Drehwinkel der Ventilwelle 2 von etwa 35° das Ventil öffnet, anschließend über einen Winkelbereich von etwa 50° voll geöffnet ist und über einen weiteren Drehwinkel von etwa 35° schließt. Der voll geöffnete Winkelbereich ist in Figur 3 mit 10 bezeichnet.
Die Einspritzdüse 8 erzeugt einen kegelförmigen Kraftstoffstrahl 11, dessen Achse mit 12 bezeichnet ist. Dieser Kraftstoffstrahl 11 ist auf die Oberfläche 13 des Zylinders 20 gerichtet. Der Strahl 11 ist so ausgerichtet, daß seine Achse 12 einen Winkel γ zur Achse 4 einnimmt, der größer ist als der Winkel δ, den die Durchlaßachse 14 zur Achse 4 einnimmt. Dies ist bezogen auf den Fall, daß die Achsen 4, 12 und 14 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Kegelwinkel ε des Strahles 11 etwa 20°, womit erreicht wird, daß er im Bereich der Bohrung 6 eine Breite aufweist, die etwas geringer ist als die Breite 18 der Bohrung 6. Der Strahl 11 kann somit ungehindert von der Einspritzdüse 8 durch den Durchlaß 3 und die Bohrung 6 in den Verbrennungsraum 7 eintreten.
Die Einspritzung soll innerhalb des Drehbereiches 10 der Ventilwelle 2 stattfinden. Der Einspritzbereich erfaßt etwa den Bereich der Figur 5a bis 5d. Der Einspritzbereich beginnt, wenn in Drehrichtung 17 der Ventilwelle 2 gesehen, die Vorderkante 15 des Durchlasses die Bohrung 6 überstrichen hat und endet, wenn die Hinterkante 16 die Bohrung 6 zu überstreichen beginnt.
Die Kolbenoberfläche 13 ist bevorzugt entsprechend der Figur 4 konkav ausgebildet, bevorzugt in Form eines beidseits konkaven Kolbens mit einer elliptischen Vertiefung 19.
Die Dauer der Einspritzung kann variiert werden, sollte jedoch innerhalb des Winkelbereichs 10 stattfinden. Außerdem kann die pro Zeiteinheit bei der Einspritzung zugeführte Kraftstoffmenge variiert werden.
Wird eine Kolbenform gemäß Figur 4 gewählt, bildet sich in der Mitte des Zylinders durch den Einspritzstrahl ein turbolenter Wirbel aus, der vom Abstand Kolben-Zylinderkopf abhängt. Dieser Wirbel kann vollständig ausgebildet werden, wenn der Kolben einen großen Abstand zum Zylinderkopf hat. Im Fall des beidseitig konkaven Kolbens entsteht ein einzelner gut ausgebildeter Wirbel 22 in der Zylindermitte, wodurch der Verbrennungsprozeß verbessert wird. Da das Ventil über eine relativ lange Phase 10 geöffnet ist, entsteht eine konstante Strömung. Bei ganz geöffnetem Ventil stimmt der Wirkungsgrad der Strömung mit der Geometrie des Einlasses überein, d. h. es kommt zu keiner Strömungsseparation. Findet das Einspritzen bei voll geöffnetem Ventil statt und wird insbesondere eine Kolbenform wie in Figur 4 gewählt, kommt es zu keiner Benetzung der Wände des Zylinders. Es findet jedoch ein starkes Auftreffen des Strahles auf der Kolbenoberfläche 13 statt. Weiterhin ist von Vorteil, daß mit relativ niedrigem Einspritzdruck gearbeitet werden kann und die Einspritzdüse 8 außerhalb des heißen Verbrennungsraumes 7 angeordnet ist.

Claims (7)

  1. Viertaktverbrennungsmotor mit einem Drehschieberventil als Einlaßventil, bestehend aus einer im Zylinderkopf (1) quer zur Zylinderachse gelagerten Ventilwelle (2), die einen schräg zur Wellenachse (4) verlaufenden Durchlaß (3) aufweist und die sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors dreht, mit einem zur Ventilwelle (2) führenden Kanal (5) im Zylinderkopf (1) und einer zwischen Ventilwelle (2) und dem Verbrennungsraum (7) verlaufenden Bohrung (6) im Zylinderkopf (1), eine die Bohrung (6) überstreichende Durchlaßöffnung (9) des Durchlasses (3) bezogen auf die Wellenachse (4) einen Winkelbereich (α) einnimmt, der mindestens gleich groß ist wie der auf die Wellenachse (4) bezogene Winkelbereich (β) der Bohrung (6), wobei bei einer vollen Umdrehung der Ventilwelle (2) nur einmal eine Verbindung über den Durchlaß (3) zwischen dem Kanal (5) und der Bohrung (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (5) eine Kraftstoffeinspritzdüse (8) angeordnet ist, deren Strahlachse (12) auf das ventilwellenseitige Ende der Bohrung (6) ausgerichtet ist und die einen Kraftstoffstrahl (11) abgibt, wenn die Bohrung (6) von der überstreichenden Durchlaßöffnung (9) im wesentlichen übergriffen wird.
  2. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Winkelbereich (α) einer Durchlaßöffnung (9) zuzüglich des kleineren Winkelbereichs (β) der Bohrung (6) größer als 90° ist und die Einspritzung innerhalb eines Drehbereichs (10) der Ventilwelle (2) stattfindet, der beginnt, wenn in Drehrichtung (17) der Ventilwelle (2) gesehen die Vorderkante (15) der Durchlaßöffnung (3) die Bohrung (6) überstrichen hat und der endet, wenn die Hinterkante (16) der Durchlaßöffnung (9) die Bohrung (6) zu überstreichen beginnt.
  3. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Geometrie, bei welcher der Durchlaß (3) anfängt, die Verbindung zwischen dem Kanal (5) und der Bohrung (6) herzustellen, wenn der Kolben sich in seinem oberen Totpunkt befindet, die Kraftstoffeinspritzung bewirkt wird innerhalb eines Winkelbereichs der Kurbelwelle, der zwischen etwa 80° und etwa 130° nach dem oberen Totpunkt liegt.
  4. Viertaktverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Achse (4) der Ventilwelle (2), die Achse (14) des Durchlasses (3) und die Strahlachse (12) in einer gemeinsamen Ebene liegen, die Strahlachse (12) einen größeren Winkel (γ) zur Achse (4) der Ventilwelle (2) einnimmt als der Winkel (δ) der Achse (14) der Durchlaßöffnung (3).
  5. Viertaktverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Achse (4) der Ventilwelle (2) gesehen im Bereich des verbrennungsraumseitigen Endes der Bohrung (6) die Breite des Kraftstoffstrahles (11) maximal der dortigen Breite (18) der Bohrung (6) entspricht.
  6. Viertaktverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Auftreffbereich des Kraftstoffstrahles (11) auf der Kolbenoberfläche (13) konkav ausgebildet ist.
  7. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als beidseits konkaver Kolben mit einer elliptischen Vertiefung (19) an der Kolbenoberfläche (13) ausgebildet ist.
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