WO2016173575A1 - Ventilvorrichtung mit langsam drehenden drehventilen für verbrennungsmotoren - Google Patents

Abstract

Technisches Problem welches der Erfindung zugrunde liegt: Ein durch Nockenwelle gesteuertes Ventilsystem für Verbrennungsmotoren ist eine mögliche Quelle für Motorschäden, falls deren Zeitsteuerung gestört wird (z. B. durch Abreißen der Keilriemen). Ventile in Kombination mit Nockenwelle und Steuerkette ist ein Teil der Lärmursache und Vibration im laufenden Betrieb. Die Herstellungskosten für diese konventionelle Ventilbauart und deren Steuerungsmechanismus sind hoch. Bedingt durch Konstruktion mittels Nockenwelle ist der Motor höher und schwerer. Lösung des Problems: Eine Ventilvorrichtung aus mehreren um die Zylinderwand langsam drehenden Ventile zum Gasaustausch. Jedes Drehventil, das getrennt gesteuert wird, hat symmetrische Öffnungen. Die Anzahl der Öffnungen des Drehventils entspricht der Anzahl Arbeitszyklen pro Umdrehung. Das heißt, je mehr Öffnungen ein Drehventil hat, desto langsamer muss es sich drehen. Durch einen getrennten Antrieb pro Drehventil und Größe seiner Öffnungen können unterschiedliche Phasenverschiebungen, Ventilüberschneidung und Öffnungsdauer realisiert werden. Anwendungsgebiet: Viertaktmotor

Description

Beschreibung

Ventilvorrichtung mit langsam drehenden Drehventilen

für Verbrennungsmotoren

Es ist bekannt, dass ein durch eine Nockenwelle gesteuertes Ventil für Verbrennungsmotoren eine mögliche Quelle für Motorschäden darstellt, falls deren Zeitsteuerung gestört wird (z. B. durch Abreißen der Keilriemen). Ventile in Kombination mit Nockenwelle und Steuerkette ist ein Teil der Lärmursache und Vibration in laufendem Betrieb. Die Herstellungskosten für diese konventionelle Ventilbauart und deren Steuerungsmechanismus sind hoch. Bedingt durch Konstruktion mittels Nockenwelle ist der Motor höher und schwerer.

Die im Patentanspruch 1,2 und 3 angegebene Erfindung liegt dieses Problem zugrunde, eine Ventilvorrichtung, bestehend aus kompakten und leicht herzustellenden Drehventilen. Sie verursacht keine Motorschäden der Art wie bei Ventilen mit Nockenwellen, falls die Steuerung nicht richtig funktioniert. Sie spart Kraft für ein Antrieb und gleichzeitig wird Vibration, Lärm, sowie Bauhöhe eines Verbrennungsmotors verringert.

Alle genannten Probleme von einem konventionellen Ventil werden durch alle in den

Patentansprüchen aufgeführten Merkmale {ggf. wörtliche Zitierung der Merkmale) gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich eine solche

Ventilvorrichtung durch weinige und kompakte Komponenten herstellen lässt. Ein

Verbrennungsmotor, der diese Ventilvorrichtung nutzt, wird durch Vermeidung der üblichen Nockenwellenkonstruktion niedriger, leichter, einfacher, leiser, vibrationsarm, wartungsfreundlich und schneller zu montieren ist.

Die Erfindung betrifft ein Drehventil (Fig.l), das seitlich mit gleichen Abständen symmetrisch angeordnete Öffnungen aufweist. Dadurch hat das Drehventil einen Schwerpunkt, der auf seiner Drehachse liegt. Darüber hinaus bewirkt die Druckdifferenz in einem gesamten Arbeitszyklus nur maximal eine axial resultierende Kraft entlang der Drehachse, da Einlassöffnungen (bzw.

Auslassöffnungen) der Zylinder auch eine symmetrische Anordnung aufweisen. Diese Faktoren verhindern eine Unwucht während des Betriebs eines Drehventils.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer

Ventilvorrichtung, in der ein oder mehrere Drehventile außen um die Zylinderwand herum eingesetzt werden und ihre Drehachse parallel zur Zylinderachse verläuft (Fig.4). Es besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Öffnungen der Zylinder und des Drehventils zu kombinieren. Zum Beispiel: a) Ein Zylinder hat nur Auslassöffnungen zu einem oberen Drehventil und Einlassöffnungen zu einem unteren Ventil (Fig.8). Oder b) ein Zylinder mit paarweisen Ein-und Auslassöffnungen in nur ein (oberes) Drehventil (Fig. 5, Fig.6).

Die Innenwand des Drehventils bildet mit der Außenwand des Zylinders durch ihre gemeinsame identisch verlaufende Oberfläche eine Gleitfläche. Diese Gleitfläche ist nicht exakt parallel zur Drehachse, sondern leicht kegelförmig, damit das Drehventil durch die unterschiedliche

Wärmeausdehnung nicht festsitzt (Fig.3). Dieser Winkel wird außerdem klein gehalten, damit nur eine geringe Axiale-Anpresskraft genügt, um das Drehventil in seinem Sitz zu halten, auch wenn die Druckdifferenz zwischen Innen und Außen ein Maximum erreicht. Das gleiche Prinzip der leicht kegelförmigen Bauweise wird auch für die Außenwand des Drehventils und der Ein-/Auslasskanäle verwendet.

Die Öffnungswinkel des Ventils oder des Zylinders können durch Design vergrößert oder verkleinert werden, um verschiedene Öffnungsdauern für den Gasaustausch zu realisieren.

Es besteht die Möglichkeit, die Anzahl der Öffnungen des Drehventils zu erhöhen (Fig.5, Fig.6), um seine Drehgeschwindigkeit im Betrieb zu verringern. Die Anzahl der Öffnungen eines Drehventils entspricht der Anzahl der geleisteten Arbeitszyklen, bei einer vollen Umdrehung (360°). Das heißt, dass das Drehventil den Faktor 1/n zum Arbeitszyklus eines Motors hat, wobei n die Anzahl der Öffnungen eines Drehventils ist. Zum Beispiel: Bei einem Viertaktmotor, bei dem jeder Arbeitszyklus zwei Kurbelwellenumdrehungen benötigt, verlangsamt sich ein Drehventil um das Faktor l/(2*n) zum Kurbellwelle. Ein Drehventil mit 4 Öffnungen in einem Viertaktmotor benötigt daher nur eine Umdrehung, wenn sich die Kurbelwelle achtmal umdreht (Fig.6).

Mittels einer Ventilvorrichtung, die mehrere (in Fig. 8 zwei) voneinander getrennt gesteuerte Drehventile hat, kann eine Phasenverschiebung des Einlass und Auslasszeitpunktes realisiert werden (z.B. mittels Drehventilantrieb durch zylindrische Zahnräder mit Schrägverzahnung).

Claims

Patentansprüche Ventilvorrichtung (Fig.8) für ein Verbrennungsmotor, die aus mindestens zwei unabhängigen Drehventilen besteht, die sich um ihre Achse drehen und außen um die Zylinderwand oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens sitzen, wobei die Drehventile symmetrisch angeordneten Öffnungen (Fig.l) an ihrer Seitenwand und schrägen Schnitt an den seitlichen Gleitflächen (Fig.3) aufweisen und ihre Drehgeschwindigkeit für einen Arbeitszyklus abhängig von der Anzahl ihrer Öffnungen, um den Faktor der Öffnungszahl verlangsamt werden kann und wobei die Drehventile getrennt voneinander gesteuert werden, um die Phasenverschiebungen zu realisieren.

1.1. Ventilvorrichtung, die aus einem Drehventil entweder im Zylinderkopf (Fig.7) oder im Motorenblock besteht, das sich um seine Achse dreht und außen um die

Zylinderwand oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens sitzt, wobei das

Drehventil symmetrisch angeordneten Öffnungen (Fig.l) an ihrer Seitenwand und schrägen Schnitt an den seitlichen Gleitflächen (Fig.3) aufweist und sein

Drehgeschwindigkeit für einen Arbeitszyklus abhängig von der Anzahl ihrer

Öffnungen, um den Faktor der Öffnungszahl verlangsamt werden kann.

Drehventil, das Merkmale in den Patentansprüche 1 und 1.1 besitzt und in einer derartigen Drehventilvorrichtung eingesetzt wird.