[0001] )ie Erfindung betrifft eine Mehrfachschiebersteuerung, insbesondere für Zwei- und
Viertaktmotoren in Ein- oder Aehrzylinderausführung, mit mindestens zwei steuernden,
in Drehschiebern vorgesehenen Dichtflächen, welche Schieber gleichsinnige Bewegungen
vollführen, Durchtrittsöffaungen für die zu steuernden Medien aufweisen und zur Steuerung
die Drehschieber mit unterschiedlichen Drehzahlen umlaufen gelassen werden, wobei
der sich langsamer drehende äußere Schieber mehr Durchtrittsöffnungen aufweist als
der sich schneller drehende innere Schieber.
[0002] Im Bereich des Brennraumes von Hubkolbenmotoren zur Steuerung von Gaswechselvorgänge
dienendes Element ist der Drehschieber ein bekanntes solches Konstruktionselement.
Drehbar gelagert und in einem rationellen Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle rotierend
dient der Drehschieber im Zylinderkopf und/oder in der Zylinderwand der periodischen
Freigabe von Ein- und Auslaß.
[0003] Bisher standen die Probleme der Kühlung (DE-PS 678 268) und der Dichtung (DE-PS 678
268, AT-PS 307 158) im Vordergrund. Die Reaktionskräfte infolge der Zünddrücke (AT-PS
184 777) wurden in einigen Anordnungen direkt über die Dichtfläche (DE-PS 678 268)
in anderen über externe Lagerungselemente (AT-PS 184 777) z.B. Wälzlager an der Antriebswelle
abgefangen. Das führt im ersten Fall zu zu großem Dichtflächenverschleiß, im zweiten
Fall zu thermischen Problemen aus den oft beträchtlichen Stützlängen,da sich der Leichtmetallzylinderkopf
und der Stahldrehschie
- ber mit Welle im Temperaturwechsel stark unterschiedlich verhalten und so auch weite
Dichtspalten erforderlich sind. Ein weiteres Merkmal bekannter Drehschieberkonstruktionen,
besonders des Flachdrehschiebers, ist die starke gegenseitige Kopplung von Kanalquerschnitt
und Steuerzeiten sowie der gegenüber dem Hubventil zwar relativ weit, aber für diesen
Typ dennoch unzureichende Kanalquerschnitt welcher bei Vorgabe von zudem extremen
Steuerzeiten und Kolbendurchmessern - konzentrische Bauweise vorausgesetzt - streng
limitiert ist. Der Gaswechsel in unmittelbarer Umgebung der Zündkerze beeinflußt den
Verbrennungsverlauf wesentlich. Sein Einfluß auf die Leistungsgrenzen, auf iie Schadstoffemission
der Abgase, auf die Treibstoffausnützung und den Wirkungsgrad bleibt in den bekannten
Konstruktionen unbeachtet. Erweiterungsmöglichkeiten der an sich schon dem Hubventil
überlegenen Drehschieberkonstruktion wurden früher nicht erkannt.
[0004] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Gaswechsel mit dem Drehschieber zu optimieren,
durch eine drallbehaftete Gasströmung die Totzonen zu reduzieren, Ein- und Auslaß
thermisch zu entkoppeln, es zu ermöglichen mit Hilfe der Phasenverschiebung die Steuerzeiten
im Betrieb zu verändern, eine einfache Möglichkeit zur Schichtladung zugeben, die
vorhandenen Probleme der Drehschieber wie Abdichtung, Kühlung und Reaktionskräfte
einer Lösung zuzuführen und die Kanalquerschnitte zu vergrößern.
[0005] Die obengenannte Aufgabe wird in erster Linie dadurch gelöst, daß der äußere Drehschieber
bei Verwendung von zwei ineinandergeschachtelten Drehschiebern bzw. der mittlere Drehschieber
bei Verwendung von drei ineinandergeschachtelten Drehschiebern mit der halben Drehzahl
umlaufen gelassen wird als der innere und die Öffnung des sich langsamer drehenden
Drehschiebers als getrennte Ein- oder Auslaßventile ausgeführt sind. Ein weiteres
Kennzeichen der Erfindung ist, daß der äußere Drehschieber eine wesentlich größere
Wandstärke, insbesondere eine vier Mal so große Wandstärke aufweist als der innere.
Fernerhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehzahlen der drei
Drehschieber von innen nach außen im wesentlichen rerhalten wie 2 : 1 : 2. Erfindungsgemäß
sind der äußere and der innere Drehschieber im Zylinderkopf angeordnet und zum Antrieb
beider Drehschieber sind Zahnräder vorgesehen. Nach einem weiteren Kennzeichen der
Erfindung weist der innere Drehschieber eine größere Wandstärke auf als der äußere.
Weiters ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb über zwei voneinander
unabhängig zu bewegende Zahnräder erfolgt. Fernerhin erfolgt der Antrieb über zwei
auf einer gemeinsamen Achse befestigten Zahnräder. Fernerhin ist die Erfindung gekennzeichnet
durch eine strömungstechnisch gelöste Schichtladung, wobei durch Fliehkraftseparation
, noch während des Einströmvorganges,durch einen Strömungteiler die fetteren Gemischanteile
in die unmittelbare Nähe der Zündkerze durch die Öffnung gebracht werden. Das heißt,
die schwereren Gemischanteile werden im Zuge des Ansaugvorganges aufgrund ihres Beharrungsvermögens
nicht in axialer Richtung umgeleitet, sondern prallen gegen die Krümmeraußenwand und
gelangen schließlich durch die Zuströmöffnung zur Zündkerze, womit der Zylinderraum
im Bereich der Zündkerze in vorteilhafter Weise ein reicheres Gemisch erhält.
[0006] In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einigen Ausführungsformen beispielsweise
dargestellt. Die Figuren sind zum Teil schematisch gehalten.
[0007] In den Fig. 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel veran schaulicht. Aus Fig.
5 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform zu ersehen. Die Fig. 6 bis 9 stellen
eine weitere solche Ausführungsform dar. Die Fig. 10 bis 13 lassen weitere Ausführungsbeispiele
in mehr konstruktiver Darstellung erkennen.
[0008] In den Fig. 1 bis 4 ist eine Drehschiebereinheit mit zwei ineinandergesteckten Drehschiebern
1 und 2 innerhalb des Zylinderkopfes bzw. des Zylinders 6 dargestellt. Diese beiden
Drehschieber 1 und 2 drehen sich gleichsinnig, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
dreht sich der innere Drehschieber doppelt so schnell, Doppelpfeil 12 als der äußere
Drehschieber 1, Einfachpfeil 13. Die verschiedenen vier Takte dieser Drehschiebereinheit
seien wie folgt erklärt:
Auslaßbeginn Fig. 1. Der Auslaß 5 liegt im Sinne der Drehrichtung vor dem Auslaßkanal
14 im Zylinder 6. Die öffnung 11 des inneren Drehschiebers 2 ist deckungsgleich mit
dem Auslaß 5. Der Auslaßkanal 14 und der Einlaßkanal 15 sind durch die vollen Teile
der Drehschieber 1 und 2 geschlossen. Beim Weiterdrehen beider Drehschieber 1 und
2 wird der Auslaßkanal 14 über den Auslaß 5 und die Öffnung 11 geöffnet. Da, wie schon
gesagt, sich der innere Drehschieber 2 schneller dreht als der äußere Drehschieber
1, ist die Öffnung 11 größer, um den Auslaß 5 bei diesem Takt stets voll offen zu
halten. Der Einlaßkanal 15 ist jeweils verschlossen. Es sei schon jetzt darauf hingewiesen,
daß der innere Drehschieber 2 zwei Öffnungen 11 trägt, die sowohl den Einlaß wie auch
den Auslaß steuern.
[0009] Einlaßbeginn Fig. 2. Beim Weiterdrehen der Drehschieber 1 und 2 hat sich der äußere
Drehschieber 2 um zwei Mal 22,5° das ist um 45° und der innere Drehschieber 1 um vier
Mal 22,5° das ist um 90° weitergedreht. Der Auslaßkanal 14 ist geschlossen. Der Einlaß
4 liegt im Sinne der Drehrichtung vor dem Einlaßkanal 15, die Öffnung 11 ist deckungsgleich
mit dem Einlaß 4. Beim Weiterdrehen öffnen 4 und 11 den Einlaßkanal 15, sodaß Einlaß
erfolgen kann.
[0010] Kompressionsbeginn Fig. 3. Der Einlaßkanal 15 ist geschlossen und die Öffnung 11
des inneren Drehschiebers 2 zieht am Einlaß 14 vorbei, sodaß dann der Einlaßkanal
15 jedenfalls durch den vollen Teil des inneren Drehschiebers verschlossen bleibt
und Kompression erfolgen kann.
[0011] Beginn des Arbeitstaktes, Fig..4. Die Öffnungen 11 des inneren Drehschiebers 2 sind
durch die vollen Teile des äußeren Drehschiebers 1 geschlossen, ebenso Auslaß 5 und
Einlaß 4 durch die Wandung des Zylinders 6.
[0012] Wie man schon beim übergang vom Kompressionsbeginn zum Arbeitstakt feststellen kann,
treffen die Öffnungen 11 des inneren Drehschiebers 2 und die öffnungen 4, 5 des äußeren
Drehschiebers 1 einerseits und die Öffnungen 4, 5 des äußeren Drehschiebers 1 im Hinblick
auf die Wandung des Zylinders 6 andererseits, erst am Beginn des Auslaßtaktes zusammen.
Das heißt, die Spaltlängen des inneren Drehschiebers 2 und des äußeren Drehschiebers
1 addieren sich, das gleiche gilt für die Spaltlängen des äußeren Drehschiebers 1
und die Kanalöffnungen 14, 15 im Zylinder 6.
[0013] Im Zuge der obenstehenden Erklärungen sind im wesentlichen jeweils nur die eine Position
dieser Drehschiebereinheit beschrieben worden. Wie man aus den Zeichnungen ersieht,
spielen sich diese Positionen jeweils auch auf der gegenüberliegenden Seite spiegelbildlich
ab.
[0014] Beim Ausführungsbeispiel Fig. 5 weist der äußere Drehschieber 1 eine etwa vier Mal
so große Wandstärke auf als der innere. Die Wirkungsweise dieser Drehschiebereinheit
(Auslaßbeginn, Einlaßbeginn, Kompressionsbeginn und Beginn des Arbeitstaktes) ist
sinngemäß die gleiche wie oben beim Beschreiben der Fig. 1 bis 4 auseinandergesetzt.
Diese Ausführung Fig. 5 bietet eine Möglichkeit zur Vergrößerung des Öffnungswinkels.
Hierbei wird der Radius 16 des äußeren Drehschiebers 1 vergrößert, wie dargestellt.
Es ergibt sich hier ein Verhältnis des Radius 17 des inneren Drehschiebers 2 zum Radius
16 des äußeren Drehschiebers 1 wie 1 : 2. Dadurch kann der öffnungswinkel 18 gemessem
am Radius des nicht dargestellten Kolbens (= 17) auf zwei Mal 45° je Ein- und Auslaß
4, 5 gesteigert werden. Weiters zeigt Fig. 5 die Stellung von Auslaß 5 und-der Öffnung
11 im inneren Drehschieber 2 zu Auslaßkanal 14 nach 90° Kurbelwinkelauslaß. Die Öffnung
11 im inneren Drehschieber 2 ist immer noch deckungsgleich zum Auslaß 5 und der Auslaß
5 ist deckungsgleich mit dem Auslaßkanal 14. Nach weiteren 90° wird der Auslaßkanal
14 durch die vollen Wandteile des inneren Drehschiebers 2 geschlossen. Auch bei dieser
Ausführungsform rotiert der innere Drehschieber 2 doppelt so rasch, Doppelpfeil 12,
als der äußere Drehschieber 1, Einfachpfeil 13.
[0015] Die Fig. 6 bis 9 veranschaulichen einen Mehrfachdrehschieber in Dreifachausführung.
Dieser Mehrfachschieber ist in zwei Gruppen unterteilt; die erste Gruppe umfaßt den
inneren Drehschieber 2 und eine Blende 19, die zweite Gruppe besteht aus dem mittleren
Drehschieber 3 und dem äußeren Drehschieber 1. Diese zweite Gruppe liegt zwischen
der Blende 19 und der Wandung des Zylinders 6. Durch die Aufteilung in zwei Gruppen
lassen sich öffnungswinkel von jeweils 45° erreichen. Der Sinn dieser Konstruktion
liegt somit ebenfalls in der Vergrößerung der Kanalquerschnitte. Wiederum läuft der
innere Drehschieber 2 schneller um (Doppelpfeil 12) als der mittlere Drehschieber
3 (Einfachpfeil 13). Die Wirkungsweise dieses Dreifachdrehschiebers ist die folgender
[0016] Auslaß, Fig. 6. Die Öffnung 20 des äußeren Drehschiebers 1 und die Öffnung 21 des
inneren Drehschiebers 2 liegen in der Drehrichtung gesehen vor dem Auslaßkanal 14.
Der Auslaßkanal 14 ist durch die festen Wandungsteile des äußeren Drehschiebers 1
und des inneren Drehschiebers 2 geschlossen. Einlaß 4 und Auslaß 5 des mittleren Drehschiebers
3 schliessen einen Winkel 21 von 90° ein. Im Betrieb bewegt sich nun der mittlere
Drehschieber 3 um zweimal 22,5°, das ist um 45° weiter, siehe auch Fig. 7. Der äußere
Drehschieber 1 und der innere Drehschieber 2 drehen sich um zweimal 45°, das ist um
90° weiter. Die Öffnungen 20 und 21 sind nach 45° (nicht 90
0) Kurbelwinkel deckungsgleich mit dem Auslaßkanal 14, Einlaß 4 und Auslaß 5 sind dabei
ebenfalls deckungsgleich mit diesem Auslaßkanal 14. Es kann somit Auslaß erfolgen.
[0017] Einlaß, Fig. 7. Die Öffnungen 20 und 21 liegen in der Drehrichtung gesehen, vor dem
Einlaßkanal 15. Der Einlaßkanal 15 ist durch die festen Wandungsteile des äußeren
Drehschiebers 1 und des inneren Drehschiebers 2 geschlossen. Einlaß und Auslaß 4,
5 des mittleren Drehschiebers 3 sind für den Einlaß offen.
[0018] Kompression, Fig. 8. Während der ersten 90° Kurbelwinkel dichtet die Öffnung 21 des
inneren Drehschiebers 2 gegen die Blende 19 ab. Bei den darauf folgenden weiteren
90° Kurbelwinkel dichten die festen Wandungsteile des mittleren Drehschiebers 3 gegen
den äußeren Drehschieber 1.
[0019] Arbeitshub, Fig. 9. Im Moment der Zündung dichtet wiederum der mittlere Drehschieber
3 gegen den äußeren Drehschieber 1 bis zum nächsten Auslaß.
[0020] Die Fig. 10 und 11 betreffen eine konstruktive Ausführungsmöglichkeit der Drehschieberkonstruktion
nach den Fig. 1 bis 4. Wie man sieht, befinden sich hier der äußere Drehschieber 1
und der innere Drehschieber 2 im Zylinderkopf 6 und werden von außen über Zahnräder
7, 8 angetrieben. Die Fig. 11 zeigt einen Schnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 10.
Dies ist die einfachste Einbaumöglichkeit der Drehschiebereinheit. Die Zündkerze 23
wird frei von einströmenden Frischgasen umspült. Der Antrieb erfolgt, wie gesagt,
über die getrennt laufenden Zahnräder 7 und 8.
[0021] Gemäß Fig. 12 befinden sich der äußere Drehschieber 1 und der innere Drehschieber
2 im Zylinderkopf 6 und werden von außen über Zahnräder 9, 10 angetrieben. Der Schnitt
ist so geführt, wie dies bei der anderen Ausführungsform, Fig. 10 bei XII-XII angedeutet
ist. Der dicker ausgeführte innere Drehschieber 2 trägt die öffnungll, die krümmerförmig
ausgeführt ist und das einströmende Frischgas in Richtung Zy- . linder umleitet. Krümmeraußen
liegt die Öffnung 24 und der Strömungsteiler 25. Die hier befindlichen fetteren Gemischanteile
werden zur unmittelbaren Nähe der Zündkerze 23 abgezweigt. Durch die Größe des inneren
Drehschiebers 2 ist Platz für die Kühlung geschaffen.
[0022] Fig. 13 stellt einen Schnitt dar, der so geführt ist, wie dies bei der anderen Ausführungsform
Fig. 10 unter XI-XI angedeutet ist. Der äußere Drehschieber 1 und der innere Drehschieber
2 befinden sich im Zylinderkopf 6 und werden von außen über getrennte Zahnräder 7,
8 angetrieben. Hier wird die Strömungsaufteilung durch dieselben Prinzipien , jedoch
an Elementen des Zylinderkopfes 6, erreicht. Das heißt, Strömungsteiler 25 und Öffnung
24 sind Bestandteile des Zylinderkopfes 6.
1. Mehrfachschiebersteuerung, insbesondere für Zwei- und Viertaktmotoren in Ein- oder
Mehrzylinderausführung, mit mindestens zwei steuernden, an Drehschiebern vorgesehenen
Dichtflächen, welche Schieber gleichsinnige Bewegungen vollführen, Durchtrittsöffnungen
für die zu steuernden Medien aufweisen und zur Steuerung die Drehschieber mit unterschiedlichen
Drehzahlen umlaufen gelassen werden, wobei der sich langsamer drehende äußere Schieber
mehr Durchtrittsöffnungen aufweist als der sich schneller drehende innere Schieber,
dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Drehschieber (1) bei Verwendung von zwei ineinandergeschachtelten
. Drehschiebern (1, 2) (Fig. 1 bis 4 und 10 bis 13) bzw. der mittlere Drehschieber
(3) bei Verwendung von drei ineinandergeschachtelten Drehschiebern (Fig. 6 bis 9)
mit der halben Drehzahl umlaufen gelassen wird als der innere (2) (Fig. 3), und die
öffnungen (Einlaß 4, Auslaß 5) des sich langsam drehenden Schiebers (1) als getrennte
Ein- oder Auslaßventile ausgeführt sind.
2. Mehrfachschiebersteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere
Drehschieber (1) eine wesentlich größere Wandstärke, insbesondere eine vier Mal so
große Wandstärke aufweist als der innere (Fig. 5).
3. Mehrfachschiebersteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Drehzahlen der drei Drehschieber (1,2,3) von innen nach außen im wesentlichen verhalten
wie 2 : 1 : 2 (Fig. 6 bis 9).
4. Mehrfachschiebersteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der äußere und der innere Drehschieber (1,2) im Zylinderkopf (6) angeordnet sind
und zum Antrieb beider Drehschieber (1,2) Zahnräder (7,8) vorgesehen sind (Fig. 10
bis 13).
5. Mehrfachschiebersteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Drehschieber (2) eine größere Wandstärke aufweist als der äußere (1) (Fig. 12).
6. Mehrfachschiebersteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb über zwei voneinander unabhängig zu bewegende Zahnräder (7,8) erfolgt
(Fig. 10, 11, 13).
7. Mehrfachschiebersteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb über zwei auf einer gemeinsamen Achse (11) befestigten Zahnräder (9,
10) erfolgt (Fig. 12).
8. Mehrfachschiebersteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine strömungstechnisch gelöste Schichtladung, wobei durch Fliehkraftseparation,
noch während des Einströmvorganges, durch einen Strömungsteiler (25) die fetteren
Gemischanteile in die unmittelbare Nähe der Zündkerze (23) durch die Öffnung (24)
gebracht werden.