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Steuerung für Viertaktverbrennungskraftmasehinen.
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für Viertaktverbrennungskraftmaschinen, die in einfacher Weise den Ein-und Auslass regelt und gleichzeitig den Vorteil der Umkehrbarkeit bei Änderung der Marschrichtung der Maschine besitzt. Gemäss der Erfindung arbeitet der Maschinenkolben mit einem für Ein-und Auslass gemeinsamen oder mit je einem für den Ein-bzw. Auslass vorgesehenen, mit halber Maschinengeschwindigkeit angetriebenen Hilfsorgan in Reihenschaltung derart gegenüber ein oder mehreren gegen Hubende angeordneten Zylinderkanälen zusammen, dass das oder die Hilfsorgane als einfache Verteiler für Ein-bzw. Auslass wirken und der Arbeitskolben einzig und allein die Dauer des durch sie vorbereiteten Ein-und Auslasses als Eröffnungsund Abschlussorgan der Zylinderkanäle bestimmt.
Es sind zwar bereits Viertaktmaschinen bekannt, bei denen der Arbeitskolben für Einbzw. Auslass dienende Zylinderöffnungen beherrscht, z. B. zu dem Zweck, die in diesen Kanälen angeordneten Steuerventile im Augenblicke der Zündung vom Explosionsraum abzuschliessen und damit der schädlichen Einwirkung der heissen Gase zu entziehen. Ferner liegen Viertaktmaschinen vor, bei denen über eine gegen Hubende gelegene Zylinderöffnung ein Hilfsauslass von Verbrennungsgasen sowie durch Vermittlung der Injektorwirkung des Vorauspuffes ein Hilfseinlass einer kleinen Menge Zusatzluft stattfindet.
Das Neue und Eigenartige des Erfindunggegenstandes besteht gegenüber diesen und ähnlichen Anordnungen darin, dass die Steuerung selbst durch den Arbeitskolben in Verbindung mit einem zusätzlichen Schaltorgan in der Art der an sich bekannten Steuerungssysteme bewirkt wird, bei denen zwei Schieber oder ähnliche Organe mit normalem Bewegungsantrieb sowohl für Ein-bzw. Auslass in Reihenschaltung bezüglich einer gemeinsamen Zwischenwandöffnung arbeiten.
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der Ein-und Auslass sich durch ein und dieselbe Zylinderöffnung vollziehen und ein mit halber Geschwindigkeit gesteuerter Kolben als Verteilerorgan wirkt. Im Zylinder 1 der Viertaktmaschine bewegt sich der Kolben 2. der mit der Kurbelwelle 5 durch Stange 3 und Kurbel 4 verbunden ist.
Der Zylinder besitzt an seinem unteren Ende eine oder mehrere Öffnungen 6, die sowohl für die Einleitung frischer wie für den Auspuff verbrannter Gase dienen und durch den Kolbenschieber 11 mit der Einlassleitung 9 bzw. mit dem Auspuff 8 abwechselnd in Verbindung gesetzt werden.
Der Arbeitskolben 2 besitzt eine Nase- ? zur Ablenkung der Frischgase in die Zylindermitte.
Die Anordnung nach Fig. i arbeitet in der Weise, dass der Hilfskolben 11 sich seinem unteren Totpunkt nähert und die Verbindung zwischen dem Kanal 6 und dem Auspuff 8 herstellt, wenn der Arbeitskolben 2 den Kanal 6 gegen Ende des Explosionshubes öffnet. Der Auspuff ist beendet, wenn der hochgehende Kolben 2 den Kanal 6 wieder abschliesst ; er kann dadurch verbessert werden, dass, wie in Fig. i angegeben, ein Ventilator 13 in der Auspuffleitung vorgesehen wird, der eine grössere Menge Verbrennungsgase ansaugt. Es lässt sich natürlich auch irgendein anderes geeignetes Mittel zur Erzielung dieser Wirkung verwenden. Ein Rest von Verbrennungsgasen bleibt im Zylinder und wird während des weiteren Kolbenhubes verdichtet, um sich beim folgenden Auswärtshube wieder auszudehnen.
Diese Gasreste werden durch die Zylinderwandungen während des zweiten und dritten Taktes abgekühlt, so dass ihre Anfangstemperatur von ungefähr 7000 etwa auf die Temperatur der Zylinderwandung von 800 vermindert
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wird. Diese Temperaturerniedrigung ruft eine entsprechende Volumen Verkleinerung der Gasreste hervor, so dass ein beträchtlicher Unterdruck im Zylinder in dem Augenblicke herrscht, wo der Arbeitskolben von neuem den Kanal 6 freigibt.
Dieser Unterdruck, der durch den Ventilator J. 3 oder in sonst geeigneter Weise verbessert werden kann, bewirkt das Ansaugen der frischen Ladung von Luft und Brennstoff über die Einlassleitung 9, wobei der Hilfskolben 11 sich nunmehr seinem oberen Totpunkte nähert und die Verbindung zwischen den Kanälen 6 und 9 herstellt. Nach Wiederabschluss des Kanals 6 durch den Kolben 2-erfolgt die Verdichtung des Gemischen und hierauf im geeigneten Augenblick die Zündung.
Ein Verfolgen der Wirkungsweise der Viertaktmaschine nach Fig. i zeigt vor allem, dass die Ein-und Auslasssteuerung in äusserst einfacher Weise bewirkt wird. Trotz Verwendung nur eines einzigen zusätzlichen Steuerorgans lässt sich der Antrieb desselben von der Maschinenwelle aus mittels vollkommen normaler Bewegungsübertragung verwirklichen. Der Hilfskolben arbeitet ausserdem unter sehr günstigen Bedingungen, indem er nur auf seiner Kopffläche der Wirkung der heissen Abgase ausgesetzt ist und seine gleitende Mantelfläche stets gekühlt wird. Die jeweiligen Öffnungsweiten für Ein-und Auslass sind immer durch die gegenseitige Lage eines beweglichen Organs, des Arbeitskolbens, und eines festen Teiles, der Zylinderwand, bestimmt.
Die Relativbewegung des Kolbens 11 zum Arbeitskolben 2 kann derart gewählt, werden, dass beide Kolben im gleichen Augenblick ihre äusseren Totpunkte erreichen ; dies erlaubt die Steuerung nach der Erfindung ohne weiteres auch für beide Drehrichtungen der Maschine zu benutzen, ohne dass besondere Umkehrsteuerungen vorzusehen sind. Dieser Vorteil des Erfindung'gegenstandes wird gerade dadurch möglich, dass das Hilfsorgan in keiner Weise von bestimmendem Einfluss auf die Dauer des Ein-und Auslasses ist und als blosses Schaltorgan arbeitet, während der Arbeitskolben die Zylinderöffnungen gegen Ende des Auswärts- und gegen Beginn des
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Bedeutung für eine Viertaktmaschine, indem dadurch ihre Verwendung z. B. beim Fahrzeugantrieb erleichtert wird.
Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung, bei der für Ein-und Auslass gesonderte Kanäle in verschiedener Höhe vorgesehen sind und der Arbeitskolben in Gestalt eines Stufenkolbens als Kompressor für die Frischluft arbeitet. Der Arbeitskolben 19 besitzt hier eine zylindrische Verlängerung, die einen in der Kammer 23 arbeitenden Kompressorkolben trägt. Die Kammer 2. 3 steht über das Ventil. ? ? mit der Atmosphäre in Verbindung. Die zylindrische Verlängerung des Arbeitskolbens 19 weist an ihrem unteren Teile eine Einschnürung 20 auf, über die die Kammer 23 in Verbindung mit dem Behälter 25 in der inneren Totlage des Kolbens gesetzt wird.
Der Behälter 25 kann über den Kanal 26 und die Öffnung 17 bei entsprechender Stellung des Hilfskolbens 11 mit dem Zylinderillnern verbunden werden. Der Kanal 18 dient zur Ableitung der Abgase nach dem Auspuff 8. wenn das Hilfsorgan 11 seine untere Totlage erreicht. Am Kopf des Zylinders ist ein Ventil 21 angeordnet, über das die gesonderte Einführung des Brennstoffes erfolgt. Der Arbeitskolben besitzt eine Nase 12 zur geeigneten Führung der Einlassluft und ist mittels Stange-3 und Kurbel J mit der
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antreibt.
Die Anordnung nach Fig. 2, die insbesondere für den Betrieb mit schweren Brennstoffen bestimmt ist, arbeitet in folgender Weise : Wenn der Kolben 19 nach der Explosion auswärtsgeht, wird in die Kammer 23 über das Ventil 22 Luft angesaugt. Bei Eröffnung des Kanals 18 beginnt der Auspuff, wobei der Kolbenschieber 11 den Einlasskanal 17 abschliesst. Gegen Ende de, folgenden Hubes wird die in der Kammer 23 verdichtete Luftmenge über die Aussparung 20 und den Kanal 26 nach dem Behälter 25 überströmen. Beim dritten Takt wird wiederum über das Ventil 22 Luft in die Kammer 2. 3 gesaugt. Gleichzeitig wird infolge des im Zylinderinnern entstehenden Unterdruckes über das Ventil 21 Brennstoff in den Zylinder gesaugt werden.
Der Brennstoff ist dabei nur mit der kleinen, zu seiner Zerstäubung unbedingt notwendigen Luftmenge vermischt. Gegen Ende des Saughubes nimmt der Schieber 11, der sich seiner oberen Totlage nähert, eine derartige Stellung ein, dass die Verbindung des Kanals 18 mit dem Auspuff unterbrochen ist, ein freier Weg aber zwischen dem Behälter 25 und der Öffnung 17 entsteht. Bei Freigabe des Kanals 17 durch den Kolben 19 wird sich jetzt die verdichtete Verbrennungsluft des Behälters 25 in das Zylinderinnere entleeren.
Das Ventil 21 schliesst sich und beendet die Brennstoffeinführung. Nach Wiederabschluss des Kanals 17 durch den Kolben 19 erfolgt die Verdichtung der Ladung, wobei durch, den Schieber 11 ein Austritt der Ladung durch den Kanal 18 verhindert wird. Gegen Ende des vierten Hubes wird die in der Kammer 23 neuerdings verdichtete Luftmenge über die Aussparung 20 wieder nach dem Behälter 25 geschafft, der also stets eine dem doppelten Inhalt der Kammer 23 entsprechenden Luftmenge nach dem Zylinder entleert. Nach Zündung des Ladegemisches beginnt das Spiel von neuem.
Die Anordnung nach Fig. 2 weist gegenüber der Ausführungsform nach Fig. i den Vorteil auf, dass Einlass wie Auspuff sich günstiger gestalten, indem die Auspuffperiode vergrössert ist,
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was auch den Unterdruck der Saugperiode verbessert. Es lässt sich auch bei der Anordnung nach Fig. 2 die gegenseitige Versetzung des Arbeitskolbens und des Hilfsorgans derart wählen, dass beide gleichzeitig ihre äusseren Totpunkte erreichen und somit die Steuerung für beide Drehrichtungen symmetrisch arbeitet. Die Verwendung des Arbeitskolbens als Kompressor bietet in
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durch vermehrte Einführung von Verbrennungsluft und Brennstoff, was für viele Verwendungszwecke sehr wichtig ist, wie z.
B. für den Fahrzeugantrieb, wo es sich darum handelt, im Falle des Anfahrens und bei Steigungen ein drei-bis viermal grösseres Drehmoment als während der normalen, wagrechten Fahrt aufzubringen.
Die dargestellten Ausführungsformen erschöpfen natürlich nicht alle Verwirklichungsmöglichkeiten der Erfindung. Im Falle einer mehrzylindrigen Viertaktmaschine mit ein oder mehreren Paaren von gegeneinander um 1800 versetzten Zylindern ergibt sich gemäss der Erfindung eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dadurch, dass die Gassteuerung für die beiden Zylinder eines Paares mittels nur eines oder zweier gemeinsamer Hilfsorgane geregelt werden kann. die abwechselnd mit dem Arbeitskolben des einen bzw. anderen Zylinders in Reihenschaltung für Ein-und Auslass zusammenarbeiten.
Die Fig. 3 bis, 6 zeigen eine beispielsweise Ausführungsform einer derartigen Maschine für den Fall eines einzigen Zylinderpaares, von denen natürlich auch mehrere in bekannter Weise vereinigt werden können. Die beiden Arbeitskolben. 31 und 32 in den Zylindern 33 bzw. 34 wirken mit einer Versetzung von 180"auf die Welle 3J. Jeder Zylinder besitzt eine oder mehrere Öffnungen 36 bzw. 37, die gegen Hubende angeordnet sind und abwechselnd mit dem Einlass 38 bzw. Auspuff 39 durch das Hilfsorgan 40 in Verbindung gesetzt werden. Der Verteiler 40 ist beispielsweise als Kolbenschieber dargestellt und wird von der Kurbelwelle 39 aus durch Vermittlung der Übersetzung 11, 42 mit halber Geschwindigkeit angetrieben.
Das Diagramm nach Fig. 6 zeigt den Kurbelkreis des Verteilerorgans mit Bezug auf die Öffnungen der beiden Zylinder. Die Kanäle sind in gleicher Ebene und mit einer Höhe a angenommen und die Versetzung des Verteilers 40 ist beispielsweise zu 450 hinter dem äusseren Totpunkt des Kolbens 32 gewählt. Die gegeneinander um 90"verschobenen Punkte A, B, C, D kennzeichnen die vier Stellungen, die der Verteiler 10 bei den verschiedenen Totpunkten der Kolben 31 und 32einnimmt.
Die einzelnen Steuervorgänge vollziehen sich gemäss Fig. 6 in folgender Weise :
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<tb>
<tb> Verteiler <SEP> Kolben <SEP> 31 <SEP> Kolben <SEP> 32
<tb> Stellung <SEP> A. <SEP> Oberer <SEP> Totpunkt, <SEP> Unterer <SEP> Totpunkt,
<tb> ', <SEP> Explosion, <SEP> Kanal <SEP> 36 <SEP> durch <SEP> Auspuff, <SEP> Kanal <SEP> 37 <SEP> vom
<tb> Verbindung <SEP> mit <SEP> Auspuff-den <SEP> Kolben <SEP> geschlossen.'Kolben <SEP> freigegeben.
<tb>
Stellun"'B'Unterer <SEP> Totpunkt, <SEP> Oberer <SEP> Totpunkt,
<tb> Verbindung <SEP> @ <SEP> Auspuff, <SEP> Öffnung <SEP> 36 <SEP> vom <SEP> Kanal <SEP> 37 <SEP> durch <SEP> den
<tb> Verbindung <SEP> mit <SEP> Auspuff <SEP> Kolben <SEP> freigegeben. <SEP> Kolben <SEP> verdeckt.
<tb>
Stellung <SEP> C-Oberer <SEP> Totpunkt, <SEP> Unterer <SEP> Totpunkt,
<tb> @ <SEP> Kanal <SEP> 36 <SEP> durch <SEP> den <SEP> Ansaugen. <SEP> Kanal <SEP> 36 <SEP> Explosion,Kanal37
<tb> durchVerbindung <SEP> mit <SEP> Einlass <SEP> Kolben <SEP> verdeckt. <SEP> Kolben <SEP> freigegeben.
<tb>
Stellung <SEP> D. <SEP> Unterer <SEP> Totpunkt, <SEP> Oberer <SEP> Totpunkt,
<tb> Stellung <SEP> D <SEP> : <SEP> Ansaugen, <SEP> Kanal <SEP> 36 <SEP> vom <SEP> ! <SEP> Explosion, <SEP> Kanal <SEP> 37 <SEP> durch
<tb> Verbindung <SEP> mit <SEP> Einlass <SEP> Kolben <SEP> freigegeben. <SEP> den <SEP> Kolben <SEP> verdeckt.
<tb>
Der zum Ansaugen der Frischladung notwendige Unterdruck wird wie bei Fig. i im Zylinder dadurch erzeugt, dass die nach dem Auspuff dort verbleibenden Gasreste während des folgenden Ein-und Auswärtshubes durch Abkühlung eine grosse Volumenverkleinerung erfahren. Dieser Unterdruck kann natürlich wieder dadurch verbessert werden, dass in irgendeiner Weise für Abführung einer grösseren Menge von Verbrennungsgasen gesorgt wird, indem z. B. ein Saugventilator in der Auspuffleitung vorgesehen wird. Der gleiche Zweck kann auch hier dadurch erreicht werden, dass die Einführung der Frischladung unter Überdruck erfolgt, der z, B. von dem als Stufenkolben ausgebildeten Arbeitskolben erzeugt wird.
Wie ersichtlich, wird bei der Steuerung nach Fig. 3 bis 6 trotz Verwendung eines einzigen zusätzlichen Hilfsorgans die Steuerung des Zylinderpaares in vollkommen sicherer und regel-
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Verbindung setzt,
Die Phasenverschiebung zwischen Verteiler und Arbeitskolben kann in geeigneter Weise verändert werden. Bei der in Fig. 6 angenommenen Versetzung ergibt bich der besondere Vorteil, dass auch diese Steuerung für beide Drehrichtungen der Maschine brauchbar ist, ohne dass die sonst üblichen Umkehrvorrichtungen notwendig sind. Ferner kann auch im Falle der Doppelzylindermaschine statt eines Kolbens irgendein anderer Typ von Verteilerorgan, z. B. ein Drehschieber, Verwendung finden.
Weiterhin lässt es sich auch hier denken, dass für Ein-und Auslass besondere Öffnungen vorgesehen werden, und zwar vorteilhafterweise derart. dass der Auspuffkanal über dem Einlasskanal in der Zylinderwand angeordnet wird. wobei der Verteiler einmal die eine und dann die andere Öffnung abdeckt. Ebenso kann auch bei einer Maschine mit ein oder mehreren Zylinderpaaren ein besonderer Verteiler je für den Ein-wie für den Auslass hei jedem Zylinderpaare angewendet werden und schliesslich lässt sich wieder die Einführung der Frischladung in der Weise vornehmen, dass durch den Zylinderkanal gegen Hubende nur die Luft
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notwendigen Luftmenge über ein am Zylinderkopf vorgesehenes selbsttätiges Ventil während des Einlasshubes angesaugt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Steuerung für Viertaktverbrennungskraftmaschinen mit vom Kolben überlaufenen Einund Auslasskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben und ein für Ein-und Auslass gemeinsames oder je ein für Ein-bzw. Auslass vorgesehenes, mit halber Geschwindigkeit der Kurbelwelle angetriebenes Hilfsorgan einen oder mehrere gegen Ende des Auswärtshubes angeordnete Zylinderkanäle derart steuern. dass das oder die Hilfsorgane als einfache Schaltorgan für Ein-bzw. Auslass wirken und der Arheitskolben allein die Dauer der Eröffnung dieser Zylinder- kanäle bestimmt.