DE3608925A1

DE3608925A1 - Gaswechselsteuerung fuer eine kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3608925A1
Application number: DE19863608925
Authority: DE
Inventors: Udo Neumann
Original assignee: Individual
Current assignee: Neumann Udo 2179 Neuhaus De
Priority date: 1986-03-18
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1987-10-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaswechselsteuerung für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Ober begriff des Patentanspruches 1.

Der dem 4-Takt-Ottomotor zugrunde liegende Gleichraumpro zeß liefert im Vergleich zum Gleichdruck- bzw. Seiligerpro zeß des Dieselmotors bei gleicher Verdichtung den besseren Wirkungsgrad. Die Erfindung soll beim Ottomotor ein betriebs sicheres Verdichtungsverhältnis von 14-16 : 1 ermöglichen, um dadurch im Vollastbereich einen gleich hohen effektiven Wirkungsgrad wie ein ca 22 : 1 verdichteter Dieselmotor zu erreichen. Das Verdichtungsverhältnis wird beim Ottomotor durch Klopfen, unkontrollierten Glüh- und Selbstzündungen durch zu hohe Temperaturen beim Verdichtungshub begrenzt.

Die Erfindung zielt deshalb dahin, die thermisch besonders hoch belasteten Teile im Brennraum wie Auslaßventil(e) und Zündkerze(n) intensiv zu kühlen.

Erfindungsgemäß wird das (bzw. werden die) im Zylinderkopf hängende(n) Ventil(e) (5) sowohl als Einlaß- als auch als Auslaßventil(e) benutzt. Ein Arbeitsspiel eines einventili gen Zylinders läuft folgendermaßen ab: mit Beginn des An saughubes wird bei geschlossenem Auslaßschieber (8) Frisch luft durch den Einlaßkanal (9) und den sich öffnenden Ein laßschieber (7) und das voll geöffnete Pilzventil (5) über Vor- und Brennraum in den Zylinder gebracht, wobei inter mittierende Benzineinspritzung in den Einlaßkanal erfolgt. Durch Frischluftzufuhr und Benzinverdampfung wird das Ventil intensiv gekühlt, ebenso die in einer Nische (20) etwas zu rückgesetzte Zündkerze (Fig. 8). Nach dem Ansaughub schließen sich Pilzventil und Einlaßschieber. Es folgt der Verdich tungshub, gegen dessen Ende eine Quetschkante für Verwir belung und Kühlung des Luft/Kraftstoffgemisches sorgt. Ge gen Ende des nachfolgenden Arbeitshubes öffnet sich das Pilzventil und die Abgase strömen während des Ausschubhubes durch den geöffneten Auslaßschieber in den Auslaßkanal (10). Im Übergang zum erneuten Ansaughub schließt sich der Aus laßschieber und der Einlaßschieber öffnet sich, das Pilz ventil bleibt in dieser Phase (im OT) voll geöffnet (Fig. 1).

Die Schiebersteuerung kann im Prinzip nach 2 Modellen ver laufen: 1. kann sie sich nach einer (fiktiven) Gasströmung richten, die genau der Kolbenbewegung entspricht. Bezüglich des Einlaßschiebers im Ansaughub bedeutet dies, daß der Schieber in OT-Stellung des Kolbens noch geschlossen, nach 90° Kurbelwellenwinkel voll geöffnet und in UT-Stellung des Kolbens wieder geschlossen ist (Fig. 1 zeigt den Ansaughub 90° nach OT). Bezüglich des Auslaßschiebers beim Ausschub hub gilt entsprechendes: im UT ist der Schieber noch ge schlossen, 90° nach UT voll geöffnet, bei Kolben im OT ist der Schieber wieder geschlossen. Bei dieser Schiebersteuer ung läßt sich einlaßseitig durch Vergrößerung des Schieber fensters in Drehrichtung und auslaßseitig durch Schieber fenstervergrößerung gegen seine Drehrichtung ein Überschnei dungs- und damit Vorraumspüleffekt für das Abgas im OT zwischen Ausschub- und Ansaughub erreichen. Einlaßseitig ist jedoch ein Nach strömen nach dem UT des Ansaughubes bei geöffnetem Pilzven til zur Füllungsverbesserung oder Vorraumspülung von Luft/ Treibstoffgemisch nicht möglich, auslaß seitig ergibt sich der Nachteil, daß zu Beginn des Ausschub hubes bei sich öffnendem Pilzventil der Auslaßschieber auch gerade erst öffnet, so daß im Vorraum Gas- und Hitzestau auftreten; 2. kann die Schieberöffnungsdauer (auf Kurbel wellenwinkel bezogen) gegenüber Modell 1 verdoppelt werden, auch ohne Schieberfenstervergrößerung ist eine Überschnei dungsphase möglich. Der Einlaßschieber öffnet sich also schon vor OT des Ansaughubes, ist nach 90° Kurbelwellenwin kel als gleichförmig bewegter Schieber mehr als die Hälfte geöffnet, erreicht knapp vor UT die maximale Öffnung, um sich dann über weitere 180° Kurbelwellenwinkel wieder zu schließen. Zum Nachströmen nach UT steht nahezu der volle Schieberquerschnitt zur Verfügung. "Einlaß schließt" be wirkt das Pilzventil. Wenn das Pilzventil "Auslaß öffnet" ist der Auslaßschieber nahezu voll geöffnet, seine maximale Öffnung erreicht er kurz nach UT, um sich bis nach OT wie der zu schließen. Dies ermöglicht Überschneidung und ver meidet Abgasstau im Vorraum. Für den Auslaßschieber ist eine Steuerung nach Modell 2 sehr vor Vorteil, während für den Einlaßschieber beide Modelle in Frage kommen. Bei den Ansprüchen entspricht die schnellere Schieberun tersetzung (meist 1 : 1) dem Modell 1, die langsamere (meist 1 : 2) dem Modell 2.

Die Konzeption des bisher angesprochenen Motors ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

- eine hohe Verdichtung und ein kompakter Brennraum,
- eine Quetschkante zur Verwirbelung des Luft/Treibstoff gemisches,
- ein Luftverhältnis zwischen 1,1 u. 1,3 das zur voll ständigen Gemischverbrennung führt, wobei der Luftüber schuß eine Verminderung der Verbrennungsgeschwindigkeit bewirkt, wodurch im Kompaktbrennraum ein zu schneller Druckanstieg und zu harter Motorenlauf vermieden wird. Ein hoher Luftüberschuß vermindert zudem Schadstoffe (CO, KW, NOx) im Abgas,
- vorzugsweise intermittierende Benzineinspritzung zur ge naueren Dosierung des Treibstoffes und zur Vermeidung von Gemischtotraumverlusten,
- oder Gemischaufbereitung durch Vergaser, zur Vermeidung von Gemischverlusten im Vorraum a) durch Anwendung von Einlaßschiebern mit Spülluftkanal (Prinzip des Spülvor ganges s. Anspruch 3. b) Vorraumspülung durch Abgasrück führung (s. Anspruch 7), Maßnahme a u. b können auch bei de sich verstärkend gleichzeitig zum Einsatz kommen, c) durch Anschluß des Vergasers bei vielventiligen Brennräu men nur an reine Einlaßventile, nicht an solche mit Doppel funktion.

Das angestrebte Ziel dieser Motorenkonzeption ist eine möglichst optimale Treibstoffausnutzung bei einer mittle ren Hubraumleistung (ca. 50/PS/L für PKW-Motoren, ca. 55-70 /PS/L für Motorradmotoren).

Ein 2. Anwendungsbeispiel der Erfindung ist die Verbesserung des Gaswechsels bei Motoren mit höherer Leistung. Der Stan dard auf diesem Gebiet ist der 4-Ventilzylinderkopf, in dem sich je ein Paar parallele, in Reihe angeordnete Einlaß- bzw. Auslaßventile in einem dachförmigen Brennraum gegen überliegen.

Durch Einsatz von Ventilen mit Doppelfunktion nach Anspruch 1 in einem 4-Ventilzylinderkopf ergeben sich 3 leistungs steigernde Versionen:

1) Zylinderkopf mit 4 Einlaß- und 4 Auslaßfunktionen (4 Ven tile (5) s. Fig. 61. Der Antrieb der Ventile erfolgt durch 2 obenliegende Nockenwellen. Die Anwendung von Cross-Schiebern erlaubt eine zentrale Zündkerze. (Wird der Zylinderkopf soweit abgeflacht, daß alle Ventile parallel stehen, ist bei Verwendung von 2 speziellen Stößeln nur eine Nockenwelle erforderlich).
2) Zylinderkopf mit 4 Einlaß- und 2 Auslaßfunktionen (2 Ventile (5) und 2 Ventile (6 a) (Einlaßventile), s. Fig. 61, wenn anstelle einer der beiden Cross-Schieber nur ein einfacher Einlaßtrakt für 2 parallele Ventile zur Anwendung kommt (s. Fig. 61 in Verbindung mit Fig. 63) oder Fig. 64, mit der räumlichen Anordnung der Schieber um die Ventile (5) nach Anspruch 2, Satz 1. Als Einlaß schieber käme ein querdurchströmter ( 29/Fig. 23 z. B) in Frage, ebenso für den Auslaßschieber, dieser könnte aber auch ein einfacher längsdurchströmter Walzenschieber (18/Fig. 8) sein. Wegen des Raumbedarfs der Schieber käme wohl keine zentrale Zündkerze, sondern Zündung durch 2 gegenüberliegende Zündkerzen zwischen den Ven tilen 5 und 6 a.
3) Zylinderkopf mit 3 Einlaß- und 3 Auslaßfunktionen (= 2 Ventile (5), 1 Ventil (6 a), 1 Ventil (6 b). Die Ventile (5) steuert ein Cross-Schieber (Fig. 62).

Wegen des Nachteils des Cross-Schiebers durch verstärkte Aufheizung der Frischgase käme als Hochleistungsmotor nur Fig. 64 in Frage, bei optimaler Abstimmung bräuchten auch kaum Totraumverluste aufzutreten: kurz vor UT des beginnen den Ausschubhubes öffnen sich die beiden Pilzventile mit Doppelfunktion (5), die unter Druck stehenden Abgase strö men in den Vorraum und durch den nahezu voll geöffneten Auslaßschieber in den Auslaßkanal. Vor dem folgenden OT öffnen sich die beiden Einlaßventile (6 a), Frischgas wird angesaugt und treibt die Abgase aus dem Brennraum und teil weise auch aus dem Vorraum entsprechend der Spülung eines Querstromzylinderkopfes. Der sich ebenfalls öffnende Ein laßschieber treibt das restliche Abgas aus dem Vorraum in den Auslaßschieber, bevor dieser (erst) nach OT schließt. Im folgenden Ansaughub erhält der Zylinder Frischgas über die 4 Ventile, die sich nach UT des Ansaughubes schließen. Zweckmäßigerweise arbeitet der Motor mit Benzineinspritz ung in die Einlaßkanäle.

Die Antriebe der Schieber erfolgt zweckmäßig über die Noc kenwellenkette der obenliegenden Nockenwelle(n). Der An trieb des Schiebers aus Fig. 43 erfolgt über Antriebsritzel und Antriebswelle aus dem (obenliegenden) Nockenwellenraum.

Die Abdichtung des Schiebers 29/Fig. 23 kann dadurch erfol gen, daß der innere Schieberteil 29 b in einem "Dichtkäfig" aus wenigen zusätzlichen, schmalen, axial gerichteten Schiebermantelstreifen des äußeren Schieberteils (29 a) läuft.

Ergänzung zum Hochleistungsmotor: während die Firma Honda mit ihrem Rennmotor NR 500 (mit ovalen Kolben u. 8 Ventilen pro Zylinder nach Angaben des Motorrad-Magazins März 86 ein Flächenverhältnis der Einlaßventile zur Kolbenfläche von 12,0 : 34,5 (ca. 35%) erreicht ist nach Fig. 61/64 ein Verhält nis von 45% und mehr zu erreichen!

Verwendete Literatur bezüglich
Schiebersteuerung: Wolf-Dieter Bensinger, Die Steuerung des Gaswechsels in schnellaufenden Ver brennungsmotoren (1. oder 2. Auflage).

Brennräume: Werner K. Strobel, Der moderne Automobilmotor 4. Auflage.

Wärmetechnischer Grundlagen/Vergleichsprozesse: Heinz Grohe, Otto- und Dieselmotoren, 6. Auflage. Fritz A. Schmidt, Verbrennungskraftmaschinen 4. Auflage.

Thermodynamisch optimierter Porsche-Motor (TOP-Motor) Fortschrittberichte der VDI Zeitschriften Reihe 6, Nr. 69 Mai 1980.

Claims

1. Gaswechselsystem für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit den folgenden Merkmalen:

- einem Zylinderblock (1) mit einer darin ausgebildeten Zylinderbohrung (1 a),
- einem Kolben (2), der in entgegengesetzten Richtungen in dem Zylinder beweglich ist,
- einem Zylinderkopf (3), der am oberen Ende des Zylin ders angeordnet ist,
- einem Brennraum (4), der sich aus dem Volumen zwischen Kolbenoberseite und der gegenüberliegenden Zylinder kopfwand in der OT-Stellung des Kolbens ergibt,
a Gemischverdichtung,
b Fremdzündung,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1 Pilzventil (5) mit der entsprechenden Ventilöffnung (5 a) im Brennraum angeordnet ist, wobei das Pilzventil sowohl als Einlaß- als auch als Auslaßventil fungiert und deshalb über die Gesamtdauer des Auslaß- und des sich anschließenden Ein laßvorganges (d. h. über mindestens 360° Kurbelwellenwin kel) geöffnet ist. An die Ventilöffnung schließt sich in Richtung Ventilschaft ein kurzer, gemeinsamer Ein- und Auslaßkanal, Vorraum (11) genannt, an, der durch einen oder mehrere gleiche oder unterschiedliche Schie ber oder durch eine Membransteuerung in Verbindung mit einem Schieber oder einer Schiebereinheit begrenzt wird. Die Schieber- bzw. Membran/Schiebersteuerung teilt die gemeinsame Gasführung im Vorraum einerseits in einen Einlaß- andererseits in einen Auslaßkanal, wobei so ge steuert wird, daß (von einer möglichen Überschneidung im OT zwischen Ausschub- und Ansaughub abgesehen) beim Ausschubhub nur der Auslaßschieber (8) mit dem sich an schließenden Auslaßkanal (10) und beim Ansaughub nur der Einlaßschieber (7) mit dem Einlaßkanal (9) geöffnet ist (Fig. 1).

2. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß 2 gleich oder verschieden große, bauartgleiche Schieber sich in horizontaler Richtung parallel gegen überliegen und durch den Vorraum räumlich getrennt sind. Der Einlaßwalzenschieber (7) und der Auslaßwalzenschie ber (8) sind quer zu ihrer Längsachse in Größe der Kanal querschnitte durchbrochen. Wegen der Querschnittsver größerung sollen der Einlaßschieberkanal (7 a) und der Auslaßschieberkanal (8 a) möglichst quadratisch sein. Die Schieber laufen 1 : 2 oder 1 : 4 zur Kurbelwelle untersetzt ( Fig. 1).

3. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, räumliche Anord nung der Schieber nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekenn zeichnet, daß im Einlaßwalzenschieber (12) neben dem Luft/Treibstoffgemischkanal (12 a) sich noch ein 2., im Querschnitt gleichgroßer Spülluftkanal (12 b) befindet, der folgendermaßen angeordnet ist: die Schieberspülluft kanaleintrittsöffnung (12 b 1) und die entsprechende Aus trittsöffnung (12 b 2) sind in radialer Richtung zu der Schiebergemischkanaleintrittsöffnung (12 a 1) und der ent sprechenden Austrittsöffnung (12 a 2) um die Spülluftkanal höhe gegen die Schieberdrehrichtung (nachlaufend) ver setzt. In axialer Richtung ist die Eintrittsöffnung (12 b 1) zu der Eintrittsöffnung (12 a 1) um etwas mehr als die Schieberspülkanalbreite versetzt, die Austrittsöff nung (12 b 2) und die Austrittsöffnung (12 a 2) sind zueinan der axial nicht versetzt, sondern liegen in einer Flucht. Der Schieber läuft 1 : 2 untersetzt zur Kurbelwelle. (Fig. 2-5 zeigen Querschnitt, Seitenansicht von rechts und links, sowie Draufsicht des Schiebers).
Verlauf des Ansaughubes mit Spülvorgang: beim Ansaughub beginnen im OT die Schiebergemischkanalöffnungen (12 a 1 u. 12 a 2) sich zum Gemischkanal (9) und zum Vorraum (11) zu öffnen und 90° nach OT ist der größte Öffnungsquer schnitt erreicht. Jetzt beginnt der Schieberspülluftka nal (12 b) sich zu Spülluftkanal (9 a) und zum Vorraum zu öffnen und hat im folgenden UT maximalen Öffnungsquer schnitt, während der Schiebergemischkanal (12 a) jetzt wieder geschlossen ist. Von 90° nach OT bis UT hat so eine ständig verstärkte Gemischabmagerung stattgefunden und beim Nachströmen nach UT (bei noch geöffnetem Pilz ventil (5)) treibt reine Spülluft die Luft/Treibstoffge mischreste aus dem Vorraum in den Zylinder.

4. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Einlaßwalzenschieber (13) und der Auslaßwalzenschieber (14) zur Gasführung u. Gassteuerung im Querschnitt eine halbkreisförmige Ausnehmung in Kanal breite haben. Bei gleichem Kanalquerschnitt verringert sich der Schieberdurchmesser im Vergleich zum Schieber in Anspruch 2. Die Schieber werden quer zur Längsachse durchströmt u. laufen 1 : 1 oder 1 : 2 untersetzt (Fig. 6).

5. Gaswechselsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß der ein zelne Schieber (13 oder 14) aus Anspruch 4 durch eine Schiebereinheit aus 2 gleichen Schiebern (15 u. 16) er setzt wird. Die Schieber (15 u. 16) sind den Schiebern (13 oder 14) bauartgleich, besitzen jedoch nur deren halben Durchmesser. Die Schieber (15/16) liegen senkrecht zur Kanalmittellinie und bezüglich der Schieberausneh mungen spiegelsymmetrisch zueinander. Die Schieber lau fen 1 : 1 oder 1 : 2 untersetzt, ihre Drehachsen liegen in der oberen, bzw. unteren Kanalbegrenzung (s. Fig. 7).

6. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Einlaßschieber (17) und der bauart gleiche Auslaßschieber (18) in der Längsachse durchströmt werden. Der Gaswechsel zwischen dem Vorraum und den Schiebern erfolgt über das Einlaßsteuerfenster (17 a) und das Auslaßsteuerfenster (18 a) im Umfang der entspre chenden Walzenschieber (17 u. 18) (Fig. 8). Die Verbindung zwischen Einlaßschieber und Einlaßkanal bzw. Auslaßschie ber und Auslaßkanal erfolgt entweder durch Anschluß am offenen Walzenschieberende in axialer Richtung oder über ein 2. Steuerfenster (einlaßseitig 17 b, auslaßseitig 18 b Fig. 9) im Walzenschieberumfang, das gegenüber dem Vor raumfenster um mehr als eine Fensterbreite versetzt ist. Die Fig. 8 zeigt die Stellung der Steuerelemente (Schie ber, Ventil) 90° nach OT im Ansaughub, die Schieber lau fen in dieser Stellung 1 : 1 untersetzt (können aber auch mit halber Kurbelwellendrehzahl laufen).
Die Fig. 9 zeigt eine Reihenmehrzylinderausführung in der o. a. Schieber für einen Zylinderabschnitt eingezeichnet sind. Beide Schieber (17, 18) stehen zur Verdeutlichung der Gasstromwege auf Durchlaß, was natürlich nicht dem Betriebszustand des Motors entspricht.

7. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß im Vergleich zum Auslaßfenster (18 a, Fig. 8, Anspruch 6) das Auslaßfenster (21 a, Fig. 10) bei gleichem Schieberdurchmesser in Drehrichtung bis zu 50% vergrö ßert ist. Dadurch kann 1. der Auslaßschieber, wenn er 1 : 1 untersetzt läuft bei "Auslaß öffnet" (Aö)-Stellung im UT schon halb geöffnet sein, was den Gasausschub er leichtert (Fig. 11, Zeile 2), 2. spült in derselben Schie berstellung 360° später angesaugtes Abgas das sich noch im Vorraum befindende Luft/Treibstoffgemisch in den Brennraum (Fig. 11, Zeile 2). In Fig. 11 zeigt Zeile 1 die Stellungen des Einlaßschiebers (17) aus Fig. 10 und Zeile 2 die winkelmäßig entsprechenden Stellungen des Auslaßschiebers (21) aus Fig. 10.

8. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieber anordnung wie in Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeich net, daß der Einlaßschieber aus 2 separaten Teilen be steht, die mit verschiedener Drehgeschwindigkeit zuein ander laufen können. Der Schieberteil (22) enthält das Schieberfenster (22 a) zum Vorraum, der sich axial an schließende Schieberteil (23) enthält zum Fenster (22 a) benachbart das Spülluftfenster (23 a) und daneben das Ge mischeinlaßfenster (23 b). Die axiale Stellung von 23 a u. 23 b kann auch vertauscht sein. Alle Fenster sind zuein ander in axialer Richtung um etwas mehr als Fensterbrei te versetzt (Fig. 13).
Eine effektive Betriebsweise des Schiebers erfolgt bei Antrieb des Schieberteils (22) 1 : 2 untersetzt und des Schieberteils (23) 1 : 1 untersetzt. Die entsprechenden Schieberfensterstellungen sind aus Fig. 22, Zeile 2, 3, 4 zu ersehen. Der Spülvorgang verläuft im Prinzip wie in Anspruch 3, Abschnitt 2 geschildert.
Läuft der Schieberteil (23) 1 : 2 und der Schieberteil (22) 1 : 1 untersetzt, so zeigt Fig. 22, Zeile 5', 6, 1 die Fen sterstellungen. Die restliche Vorraumspülung kann über Abgasspülung ( Fig. 10, 11, Zeile 2, Anspruch 7) erfolgen. Besteht der Schieber in Fig. 13 aus einer Einheit (d. h. keine Trennung in Teil 22/23), so kann er 1) 1 : 1 und 2) 1 : 2 untersetzt laufen. Die Fensterstellungen zu 1) sind aus Fig. 22, Zeile 1, 3, 4 zu ersehen. Die restliche Vorraumspülung kann wieder durch Abgasspülung erfolgen. Die Fensterstellungen zu 2) sind aus Fig. 22, Zeile 2, 5, 6' zu ersehen. Nachteilig ist, daß der Gemischeinlaßquer schnitt schon unmittelbar nach OT (Eö) abnimmt. Die Fig. 13 zeigt die Fensterstellungen 2, 3, 4 im Ansaug hub 90° nach OT.
Erklärung der Schieberstellungen in Fig. 22.
Zeile 1: Einlaßschieberfenster zum Vorraum läuft 1 : 1 untersetzt,
2: Einlaßschieberfenster zum Vorraum läuft 1 : 2 untersetzt,
3: Einlaßschiebergemischfenster läuft 1 : 1 untersetzt,
4: Einlaßschieberspülluftfenster läuft 1 : 1 untersetzt,
5: Einlaßschiebergemischfenster läuft 1 : 2 untersetzt,
5': wie 5, jedoch um 45° Schieberwinkel nachlaufend,
6: Einlaßschieberspülluftfenster läuft 1 : 2 untersetzt,
6': wie 6, jedoch um 45° Schieberwinkel vorlaufend,
7: radial übereinander und in einer Flucht angeordnete Einlaßschiebergemisch- u. Spülluftfenster laufen 1 : 1 untersetzt (zur Kurbelwelle).

9. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieber anordnung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeich net, daß der Einlaßschieber aus 2 separaten Teilen be steht, die mit verschiedener Drehgeschwindigkeit zuein ander laufen können. Der Schieberteil (24) enthält das Spülluftfenster (24 a) und das Vorraumfenster (24 b). Der Schieberteil (25) enthält das Gemischeinlaßfenster (25 a). Alle Fenster sind zueinander in axialer Richtung um etwas mehr als Fensterbreite versetzt. Da das Vorraumfen ster axial in der Schiebermitte liegt, deckt sich die Schieberlänge besser mit dem Zylinder (Fig. 14). Eine effektive Betriebsweise des Schiebers erfolgt bei Antrieb des Schieberteils (25) 1 : 1 und des Schieberteils (24) 1 : 2 untersetzt. Die Fensterstellungen zeigt Fig. 22 Zeile 3, 2, 6). Möglich ist auch das Betreiben des Schie berteils (25) 1 : 2 und des Schieberteils (24) 1 : 1 unter setzt. Dies erfordert Vorraumspülung durch Abgas, wie in Anspruch 7 beschrieben (Fensterstellungen s. Fig. 22, Zeile 5', 1.4.). Sind die Schieberteile (24 u. 25) als Ein heit verbunden und laufen 1 : 1 untersetzt, so ist eben falls Vorraumspülung durch Abgas erforderlich (s. Fig. 22, Zeile 1, 3, 4). Läuft der Schieber als Einheit 1 : 2 unter setzt, so führt das entweder zu Gemischverlusten im Vorraum (s. Fig. 22, Zeile 2, 5', 6) oder zu schneller Quer schnittsverringerung des Gemischeinlasses (s. Fig. 22/2, 5, 6'). Die Fig. 14 zeigt den Einlaßschieberschnitt gemäß Schnittlinie in Fig. 12, mit den Fensterstellungen 2, 3, 6 im UT Fig. 22.

10. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieberan ordnung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzeneinlaßschieber (26) in axialer Folge das Vorraumfenster (26 a), das Spülluftfenster (26 b) und das Gemischeinlaßfenster (26 c) aufweist. Der Schieber läuft 1 : 2 untersetzt. Fig. 15 zeigt ihn im Ansaughub, 90° nach OT. Die zugehörigen Fensterstellungen sind aus Fig. 22, Zeile 2, 6 sowie aus Fig. 16a-c (diese zeigt den Gemisch einlaßschieber a) im OT, b) 90° nach OT, c) im UT des Ansaughubes) zu ersehen. Der Walzenschieber ist im Be reich des Gemischeinlaßfensters auf den doppelten Umfang gegenüber dem übrigen Schieber erweitert, wodurch eine verdoppelte Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit er reicht wird.

11. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieber anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzeneinlaßschieber (27) im Bereich des Vorraumfen sters (27 a) einen "normalen" Durchmesser besitzt, der im Bereich eines weiteren, axial versetzten Fensters (27 b) verdoppelt ist. Der Schieber läuft 1 : 2 untersetzt, die Stelllung des Vorraumfensters zeigt Fig. 22, Zeile 2, 90° nach OT. Die Fig. 18 zeigt in entsprechender Stellung den Schieberteil mit dem Fenster (27 b), das im Verlauf des Ansaughubes zuerst den Luft/Treibstoffgemischkanal (9) und dann den radial in Drehrichtung darüber liegen den Spülluftkanal (9 a) überstreicht. Darstellung des Schiebers siehe Fig. 17.

12. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieber anordnung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeich net, daß der Walzeneinlaßschieber (28) ein Vorraumfenster (28 a) und ein weiteres, axial versetztes Fenster (28 b) besitzt, das 1 : 1 untersetzt im Verlauf des Ansaughubes zuerst den Gemischkanal (9) und dann den radial in Dreh richtung darüber liegenden Spülluftkanal (9 a) über streicht (s. Fig. 19, 20, 21, der Schieber steht 90° nach OT im Ansaughub, die Stellung von (28 a) zeigt Fig. 22, Zeile 1). Die restliche Vorraumspülung erfolgt durch Abgas (s. Anspruch 7).

13. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieber anordnung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einlaßschiebereinheit (29) bzw. die Auslaß schiebereinheit (30) aus je 2 ineinander, gegenläufigen, 1 : 2 oder 1 : 4 untersetzten Walzenschiebermantelsegmente (29 a u. b) bzw. (30 a u. b) bestehen. Die Schiebereinhei ten werden quer durchströmt. Die Fig. 23 zeigt die Schie ber im Ansaughub 90° nach OT 1 : 2 untersetzt.

14. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Walzenschiebermantelsegmente (29 a/b) und (30 a/b) eine gegenläufige Oszillationsbewegung über einen Winkelbereich von 90° zwischen folgenden Umkehr punkten ausführen: 1) die beiden Schiebersegmente liegen sich an den Kanalwänden gegenüber, der Kanal ist vollge öffnet (s. Fig. 24, Einlaßschieber links), 2) die Schieber segmente haben sich bis zur Deckung übereinander gescho ben und versperren den Kanal (s. Fig. 24, Auslaßschieber rechts). Die Fig. 24/25 zeigen den Ansaughub 90° nach OT, bei dem gleichen Oszillationsbereich von 90° beträgt die Oszillationsgeschwindigkeit der Schieber in Fig. 24 90°, die der Schieber in Fig. 25 45° pro 180° Kurbel wellendrehung. Nach Beendigung des Ansaughubes im UT ist der Einlaßschieber in Fig. 24 wieder geschlossen, in Fig. 25 noch nahezu voll geöffnet. Oszillierende Schieber können bei Einzylinder u. um 360° versetzten Zylindern angewendet werden. Sie bieten große Öffnungsquerschnitte.

15. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieberan ordnung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßschiebereinheit (31) aus gegenläufig rotie renden Schiebersegmenten (31 a/b) bestehen, die neben dem Gemischkanal (9) noch einen axial benachbart liegenden Spülluftkanal (9 a) steuern und die Spülluft zum Vorraum leiten (s. Fig. 26/27). Die Fig. 28 zeigt die Schieberfens terstellungen zu den Fig. 27/28.
Zeile 1: Gemischkanal- und Vorraumsteuerung,
2: Spülluftkanalsteuerung,
3: Auslaßsteuerung (einfacher Walzenschieber 1 : 2 un tersetzt, Schieber (18) in Fig. 8/9 oder Schieber (21) in Fig. 10.
Bei den Schiebern ist auch Oszillationsbetrieb möglich.

16. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, mit der Schieberan ordnung nach Anspruch 2, Satz 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßschieber aus 2 quer zu ihrer Längsachse in sich gekrümmten Plattenschiebern (32/33, mit den ent sprechenden Schieberfenstern 32 a und 33 a) bestehen, die sich im Einlaßkanal (9) gegenüberliegen, geführt durch einen Führungsstab (34), der für die beiden Schieber die notwendigen Aussparungen aufweist. Der Schieber (32) steuert den Zugang zum Vorraum, Schieber (33) den Spül luftkanal (9 a) und den Gemischkanal (9). Beide Schieber führen eine Oszillationsbewegung in Richtung ihrer Längsachse in der Größe der Fensterbreite aus. Die Fig. 29/32 zeigen den Ansaughub 90° nach OT, der Auslaßschie ber ist geschlossen. Die Schiebersteuerung erfolgt nach den Prinzipien wie in Anspruch 1 und Anspruch 3 (Spülvor gang) beschrieben.
Ist durch intermittierende Benzineinspritzung kein Spül vorgang nötig, kann einlaßseitig der Spülluftkanal (9 a) und der Schieber (33) entfallen, der Einlaßschieber ist dann mit dem Auslaßschieber (35, s. Fig. 29) identisch. (Führungsstab (36) des Auslaßschiebers s. Fig. 31).

17. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß im Anschluß an den Vorraum der Einlaß und (oder) der Auslaß durch einen Flachdrehschieber (37) ge steuert wird, dessen Schieberfläche quer zum Kanal (9 oder 10) verläuft. Der Einlochschieber läuft 1 : 1 oder auch 1 : 2, (wenn der Einlaßschieber beim Ansaughub im UT, bzw. der Auslaßschieber beim Ausschubhub im UT voll geöffnet sind) untersetzt. Ein 2-Lochschieber, mit um 180° ver setzten Löchern kann 1 : 4 untersetzt laufen (Fig. 33). Bei einem Mehrzylindermotor mit 180° versetzten Kolben steuert ein Einlochdrehschieber (37) 1 : 1 untersetzt die Einlaß (9)- oder Auslaßkanäle (10) zweier benachbarter Zylinder. Der Schieber läuft in einem horizontal geteil ten Zylinderblock (Teil 3 enthält Brenn- und Vorraum, Teil 3a enthält Kanäle (9/10), Schieberführung und Ventilführ ungen (s. Fig. 34).

8. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein etwas über einlaß (9)- oder auslaßkanal(10) breiter Plattenschieber (38) durch eine Oszillationsbe wegung Einlaß und (oder) Auslaß steuert (s. Fig. 35).

19. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sich an den gekrümmten Vorraum ein be züglich der Steuerwinkel modifizierter Cross-Schieber (39) anschließt, der 1 : 1 (Fig. 36, Kolbenstellung 90° nach OT im Ansaughub) oder 1 : 2 (Fig. 27, Kolbenstellung wie oben, der Schieberdurchmesser ist zur Querschnitts vergrößerung verdoppelt) zur Kurbelwelle untersetzt laufen kann (Schieber 39 a).
Beim Cross-Schieber schließen sich Ein- und (oder) Aus laßkanal entweder in axialer Richtung an den beiden Schieberenden an (s. Fig. 39) oder werden durch zusätz liche Ein- bzw. Auslaßfenster im Schiebermantel geregelt (Fig. 41).

20. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Auslaßfenster des 1 : 1 untersetzten Cross-Schiebers (40) in Drehrichtung bis zu 50% vergröß ert ist. Bei Beginn des Ausschubhubes ist die vom Schie ber überstrichende Vorraumöffnung dann nahezu halb geöff net. Andererseits beginnt ab etwa 45° vor UT des Ansaug hubes Abgas durch das sich öffnende Auslaßfenster (40 a) in den Vorraum, zur Spülung desselben, zurückzuströmen (s. Fig. 39/40, vergleiche Fig. 11, Zeile 2).

21. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der 1 : 1 untersetzte Cross-Schieber 2 oder mehr Zylinder steuert (Fig. 41). Beim 2-Zylindermotor be findet sich der Einlaßkanal axial in der Schiebermitte, die Auslaßkanäle befinden sich an den Schieberenden. Das Gemisch gelangt vom Einlaßkanal (9) durch das Schie berfenster (41 a 1) in den Schieber (41) und durch das Schieberfenster (41 a 2) in den Vorraum und Brennraum. Beim Ausschubhub gelangt das Abgas durch den Vorraum über das Fenster (41 b 2) in den Schieber (41) und durch das Fenster (41 b 1) in den Auslaßkanal (10).

22. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 19 und 21, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Fehlen von intermittierender Ben zineinspritzung zur Totraumspülung des Schiebers und des Vorraumes gegen Ende des Ansaughubes der 1 : 1 unter setzte Cross-Schieber (41) bzw. der 1 : 2 untersetzte Schie ber (39 a) mit ihrem Einlaßschieberfenster (41 a 1) bzw. (39 a 1) nicht nur den Gemischeinlaßkanal (9) sondern danach auch den in Drehrichtung radial darüberliegenden Spülluftka nal (9 a) überstreichen (s. Fig. 38/42). Diese Anordnung ist natürlich auch bei einem Einzylindermotor möglich.

23. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Walzenschieber im Vorraum senkrecht um den Ventilschaft rotiert. Das zum Brennraum gerich tete, offene, axiale Ende des Schiebers (42) schließt sich räumlich so eng wie möglich an die Ventilöffnung an, wobei ein im Schiebermantel sitzendes Fenster (42 a) die Verbindung zu Ein- (9) und Auslaßkanal (10) herstellt (Fig. 43/44). In Fig. 43 u. 44 läuft der Schieber 1 : 1, in Fig. 45 1 : 2 untersetzt. In Fig. 43-45 sind die Schieber stellungen im Ansaughub 90° nach OT dargestellt. Fig. 46 zeigt die Vergrößerung des Schieberfensters (42 a) von ca. 100-110° auf ca. 120-130° des Schieberfensters (43 a). In Verbindung mit etwas winkelig zueinander verlaufen den Kanälen (9/10) ergibt sich bei einer Untersetzung von 1 : 1 eine 40-50% Schieberöffnung bei "Auslaß öffnet" im UT.
Die Schieberkonstruktion ähnelt dem "Aspin-Schieber", bildet jedoch nicht den Brennraum, sondern den Vorraum. Die Anordnung von 2 Schiebern (42 oder 43) über 2 paral lele, in Reihe angeordneten Ventilen in einem Zylinder kopf ist möglich.

24. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß der Einlaß zum Vorraum durch eine Membran steuerung geregelt wird (Fig. 47). Der 4fach durchbroche ne, giebeldachförmige Membranträger (45) trägt insgesamt 4, sich paarweise gegenüberliegende Membranen (44) (Modell Yamaha). Die Auslaßsteuerung übernimmt eine der bisher beschriebenen Schieberkonstruktionen.

25. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die an den Vorraum grenzenden Ein- und Auslaß schieber nicht bauart- oder funktionsgleich sind, son dern eine Kombination der ab Anspruch 2 beschriebenen Schieber darstellen.

26. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein, in der Verlängerung (oder parallel zur Verlängerung) der Zylinderachse, im Zylinderkopf hän gendes Ventil (5) einen kompakten, totationssymmetrischen Brennraum (4) mitbegrenzt (Fig. 1).

27. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein zur Zylinderachse schräg im Zylinderkopf hängendes Ventil einen in der Draufsicht ungefähr kreis runden, in der Seitenansicht keilförmigen Brennraum (46) mitbegrenzt (Fig. 48).

28. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß 2 parallele, in Reihe angeordnete, parallel zur Zylinderachse im Zylinderkopf hängende Ventile einen wannenförmigen Brennraum (47) mitbegrenzen (Fig. 49).

29. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß 2 parallele, in Reihe angeordnete, schräg zur Zylinderachse im Zylinderkopf hängende Ventile einen keilförmigen Brennraum (48) mitbegrenzen (Fig. 50/51). Die Fig. 51/52 zeigen die Anordnung eines Cross-Schie bers (39 b) über den Ventilen.

30. Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß 2 oder mehr schräg und symmetrisch zur Zylin derachse im Zylinderkopf hängende Ventile sich in einem (möglicherweise abgerundeten (pyramidenstumpfförmigen Brennraum gegenüberliegen. Die Fig. 53 zeigt einen Schnitt durch einen 2-ventiligen Kopf mit Brennraum (49) und darüberliegenden Cross-Schiebern. Die Fig. 54/55 zeigen die Untenansicht eines 2-ventiligen (49) und eines 4-ventiligen Brennraumes (50). Es sind auch 3,5 u. 6 Ventilanordnungen im Brennraum möglich.

31. Gaswechselsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß in ei nem Zylinderkopf ein oder mehrere Ventil(e) (5) nach Anspruch 1 fungieren, während ein oder mehrere weitere(s) Ventil(e) in demselben Zylinderkopf in herkömmlicher Weise ent weder nur als Einlaß- (6 a) oder als Auslaßventil (6 b) ar beitet(arbeiten). Die Fig. 57-60 zeigen einen Zylinder mit stufenförmigem Brennraum (51). Fig. 56 zeigt die Un tenansicht dieses Brennraumes. Das in der Quetschzone sitzende Ventil (6) fungiert nur als Einlaßventil, das Ventil (5) im Brennraum besitzt Doppelfunktion als Einlaß- und Auslaßventil. In Fig. 57/58 steuern 2 querdurchströmte Schieber (wie z. B. in Fig. 23-25) den Ein- und Auslaßgasstrom für das Ventil (5). In Fig. 59/60 kommen einfache Walzen schieber (17/18) s. Fig. 9 zur Anwendung, einlaßseitig überstreicht der Schieber neben dem Gemischkanal (9) auch den Spülluftkanal (9 a). Die richtigen Schieberfensterstel lungen zeigt Fig. 60 (wobei der Auslaßschieber 18 zwecks Vorraumspülung durch Abgas durch einen Auslaßschieber (21) s. Fig. 10 u. 11, Zeile 2, ersetzt werden kann), in Fig. 59 stehen die beiden Schieber (17/18) zur Verdeutlichung der Verläufe der Gasströme auf Durchlaß (so nicht betriebs fähig).