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Steuerschieber für Verbrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschiebersteuerung und im besonderen für
Viertaktmaschinen ; sie kann auch mit einigen Abänderungen für Zweitaktmaschinen, sowie für Dampfmaschinen und Maschinen verwandt werden, die mit verdichteter Luft arbeiten, sowie für Kompressoren, Pumpen u. dgl. Der Drehschieber der Erfindung, der sphärisch gekrümmt ist, arbeitet in einem entsprechend gekrümmten Sitz und führt eine doppelte
Bewegung aus, nämlich eine schwankende Bewegung, welche als kreisende oder wälzende
Bewegung zu bezeichnen ist, und ausserdem eine Drehbewegung. Der Schieber arbeitet mit
Kanälen des Schiebersitzes zusammen und kann selbst Kanäle aufweisen. Die Kanäle des
Schiebersitzes können durch die Kante des Schiebers oder durch dessen Kanäle hierbei geöffnet und geschlossen werden.
Bei der einen Ausführungsform des Drehschiebers werden die Kanäle durch die kreisende Bewegung des Drehschiebers geöffnet und geschlossen, wobei seine Drehbewegung nebensächlich ist und in der Hauptsache dafür vorgesehen ist, ein mögliches Einfressen des Schiebers in seinen Sitz zu vermeiden, ein Einschleifen während der Arbeitsweise herbeizuführen und um ein Schmiermittel über die Arbeitsflächen zu verteilen. Bei einer anderen Ausführungsform des Drehschiebers werden die Kanäle durch dessen Drehbewegung geöffnet und geschlossen, wobei die kreisende Bewegung nebensächlich ist und demselben Zwecke dient, wie die Drehbewegung der erst genannten Ausführungsform.
In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht, wobei die Fig. i bis 5 einen Drehschieber veranschaulichen, der eine Drehbewegung mit einer nebensächlichen kreisenden Bewegung ausführt. Fig. i zeigt einen lotrechten Schnitt durch den oberen Teil einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Drehschieber der Efindung. Fig. 2 veranschaulicht eine teilweise Draufsicht einer Mehrzylindermaschine mit dem Drehschieber nach Fig. i und im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1- Fig. 3 veranschaulicht eine Einzelansicht der Antriebsvorrichtung für den Drehschieber.
Fig. 4 zeigt einen lotrechten Schnitt durch den oberen Teil eines Maschinenzylinders mit dem Drehschieber der Fig. i und mit einer Abänderung. Fig. 5 veranschaulicht einen lotrechten Schnitt durch den oberen Teil des Zylinders mit dem Drehschieber der Fig. i und einer weiteren Abänderung. Fig. 6 bis 12 zeigen einen Drehschieber, der in der Hauptsache eine kreisende Bewegung ausführt, wobei die Drehbewegung nebensächlich ist. Fig. 6 stellt hierbei eine Draufsicht auf eine Mehrzylindermaschine im Schnitt nach der Linie x-x der Fig. 7 dar. Fig. 7 veranschaulicht einen lotrechten Schnitt durch einen der Zylinder der Fig. 6. Fig. 8 zeigt in der Einzelansicht die Antriebsvorrichtung für die Nockenwelle der Fig. 6.
Fig. 9 zeigt in der Endansicht und Fig. 10 im Schnitt einen der Nocken, Fig. 11 veranschaulicht schematisch die Wirkungsweise des Drehschiebers der Fig. 12 und Fig. 12 ist eine Schnittansicht durch den Zylinder mit einer weiteren Abänderung.
Mit Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 1 bezeichnet 1 den Maschinenzylinder, 2 den abnehmbaren Kopf, 3 den sphärisch gekrümmten Drehschiebersitz und 4 den Drehschieber, dessen Achse 6 durch eine Öffnung 5 des Kopfes 2 hindurchgeht. 7 und 8 sind die üblichen Wassermäntel. In dem Zylinderkopf sind die Zu-und Ableitungskanäle 9 und 10 (s. Fig. 2) angebracht. Der Drehschieber 4 hat einen Kanal 11, der mit den Kanälen 9 und 10 in Übereinstimmung kommen kann.
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Die Vorrichtung zur Drehung und zur kreisenden Ausschwingung des Drehschiebers 4 befindet sich in den Kammern l S und H, die in dem oberen Ansatz 15 des Zylinderkopfes vorgesehen sind. Diese Vorrichtung besteht aus einem Stirnrad 16, das auf der lotrechten Welle 17 aufgekeilt ist, die mit Kurbelarm 18 versehen ist, der seinerseits den innei en Kegeltrieb 19 trägt. Ein geeignetes Kugellager 20 ist zwischen der Kurbel 18 und dem Tl ieb 19 eingeschaltet. Die Stange 6 des Schiebers 4 ist an dem Kegeltrieb 19 festgelegt, so dass sie einen Teil von ihm darstellt. Ein Kegelrad 21 steht mit dem Kegeltrieb 19 in Eingriff und wird von einer Platte 22 getragen, die von dem oberen Ansatz 15 des Zylinderkopfes unterstützt wird.
Es ist ersichtlich, dass infolge der Räder 19 und 21 eine Drehung der Ku : bel J ! < S und somit eine Drehbewegung und eine kreisende Bewegung des Schiebers 4 verursachen wird.
Die Platte 22 wird durch eine oder mehrere Stellschrauben 23 festgehalten ; sie ist jedoch nach Lösung dieser Schrauben behufs Einstellung des Drehschiebers 4 drehbar.
Kugellager 24, 25 sind für die Welle 17 in der Platte 26 und in der Platte 22 vorgesehen.
Die Kopfplatte 26 ruht auf der Platte 22 auf und somit auf dem oberen Ansatz 13 des Zylinderkopfes. Die Kopfplatte wird in ihrer Lage durch Schrauben 27 gehalten. Das obere Ende der Weile 17 weist Schraubengewinde. auf und auf ihm sind die Schraubenmuttern 28 und 29 aufgesch aubt, so dass die Welle 17 so unterstützt wird, dass sie behufs Einstellung des Drehschiebers 4 auf seinem Sitz 3 gehoben und gesenkt werden kann. Die Kurbel 18, die einen Teil der Welle 17 bildet, ist in ihrem mittleren Teile offen. Durch die Welle 17 erstreckt sich ein Brennstoffzuführungskanal 30, der an seinem unteren Ende in eine Verbreiterung 31 ausläuft, die teilweise in dem offenen Teile der Kurbel 18 liegt.
'Mit dieser Verbreiterung ist ein Kanal verbunden, der an seinem unteren Ende eine Zerstäubungsvorrichtung 33 aufweist. Irgendeine geeignete Zerstäubungsvorrichtung für die verschiedensten Öle kann hierbei zur Anwendung kommen. An seinem oberen Ende geht der Kanal 30 durch eine Stopfbüchse 34 hindurch, die in einem Gestell 35 der Platte 26 unterstützt wird und oberhalb dieser Stopfbüchse 34 sind Muttern 36 vorgesehen. In der Stange 6 ist eine Ausnehmung 37 für eine Packung angebracht und der Kanal 32 ist in der Längsrichtung in der Ausnehmung verschiebbar. Durch Anziehen der Muttern 36 wird die
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Kanal 32 geschaffen.
Die Stopfbüchse 34 besteht aus einer aussen genuteten Scheibe 38, die den Kanal 30 umgibt ; zu beiden Seiten dieser Scheibe befindet sich Packungsmaterial. Die Nut dieser Scheibe steht durch eine Bohrung mit einem Brennstoffzuführungsrohr 40 in Verbindung.
Die Scheibe 38 weist eine Bohrung 41 auf, welche die änssere Nut mit der Bohrung des Kanals 30 verbindet. Der Brennstoff wird unter Druck dem Rohre 40 durch eine nicht dargestellte Pumpe zugeführt, die synchron mit der Maschine arbeitet und den Brennstoff durch den Kanal 30, 32 in den Zylinder in dem richtigen Zeitpunkte einführt.
Der Schieber 4 besitzt eine Mehrzahl von Vorsprüngen 42, die während der ersten Takte der Maschine erhitzt werden und somit zur Entzündung des Brennstoffgemisches dienen. Für die Entzündung des Brennstoffgemisches beim Anlassen der Maschine kann eine gewöhnliche Zündkerze zusammen mit den üblichen Zündvorrichtungen verwendet werden. Es ist jedoch vorteilhaft, eine Zündeinrichtung 43 zu verwenden, die in einer
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gelangt. Durch diese Zündvorrichtung 43 wird der Brennstoff beim Anlassen der Maschine entzündet. Die Zündung wird dadurch erleichtert, dass der Schieber so gekippt wird, dass der Brennstoffstrahl schräg zur Zündeinrichtung gerichtet ist.
Wenn jedoch die Dämpfe von einem schweren Öl, für welche die Maschine besonders bestimmt ist, nicht in die Tasche oder Ausnehmung gelangen sollten, um die Entzündung herbeizuführen, kann die Maschine mit Gasolin angelassen werden, dessen Dämpfe sich in die fragliche Tasche ausbreiten. Nach Erwärmung der Maschine kann die Maschine mit schwerem Brennstoff gespeist werden.
Ein Rohr 44 führt ein Schmiermittel nach einer Tasse 45, die durch ein Loch 46 mit dem ringförmigen Schmierraum der Welle 17 in Verbindung steht. Dieses Schmiermittel fliesst durch die Welle in den hohlen mittleren Raum der Kurbel 18 und in die Ausnehmung, die an dem oberen Teile der Stange 6 vorgesehen ist. Von hier wird das Schmiermittel zentrifugal nach den Zähnen der Räder 19 und 21 und nach dem Kugellager 20 geschleudert. Das Schmiermittel erreicht weiterhin den Kanal 32, wo es durch die Stopfbüchse 37 hindurchgeht.
Für die Zuleitung des Schmiermittels nach den Lagerflächen des Schiebersitzes 3 und des Schiebers 4 ist ein Zuleitungsrohr 46'vorgesehen, das mittels eines
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kombinierten Dreh-und kreisenden Bewegung des Drehschiebers und infolge seiner geringen Verschiebung nach bzw. von seinem Sitz während seiner Arbeitsweise wird das Schmier-
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Der Drehschieber hat infolge seiner kombinierten Bewegung das Bestreben, sich selbst auf seinem Sitze einzuschleifen. Hieraus folgt, dass für den Drehschieber der Erfindung ein Nachschleifen nicht notwendig ist, da im Gegenteil der Drehschieber sich immer besser einpasst.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 und 3 ist eine Dreizylindermaschine veranschaulicht, zusammen mit einer Einrichtung zum Antrieb des Drehschiebers für jeden Zylinder. In Fig. 3 bezeichnet 48 die Kurbelwelle, 49 eine lotrechte Welle, die von der Kurbelwelle mittels der Räder 50 und 51 angetrieben wird, und 52 ein Stirnrad auf der Welle 49, das mit dem Stirnrade 16 des nächsten Zylinders kämmt. Die Stirnräder 16 der einzelnen Zylinder stehen der Reihe nach in Eingriff und bilden ein kontinuierliches Getriebe von dem ersten bis zum letzten Zylinder, Da die Drehungsrichtung der Räder 16 zweier henachbarter Zylinder entgegengesetzt ist, so wird auch die Drehbewegung der entsprechenden Schieber 4 dieser Zylinder entgegengesetzt sein.
Aus diesem'Grunde werden die Ein-und Auslasskanäle 9 und 10 eines jeden Zylinders entgegengesetzt zu denen des benachbarten angeordnet und die Einlassstutzen 53 und Auslassstutzen 54. werden'entsprechend angebracht.
Bei der Ausführungsform nach der Fig, 4 bezeichnet 4 a einen Drehschieber, dessen kreisende Bewegung nur nebensächlich ist. Der Antrieb ist etwas abgeändert. Der Zylinder, der Zylinderkopf und die Kanäle sind dieselben, wie bei der Ausführungsform nach der Fig. I. 16 a bezeichnet ein Stirnrad, das dem Schieber seine Bewegung erteilt. Dieses Stirnrad wird durch dieselben Einrichtungen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 angetrieben. Das genannte Stirnrad besitzt Kugellager 24 a und : 25 a und trägt mittels eines Kugellagers 20 a einen inneren Kegeltrieb 79 a, der mit einem feststehenden Kegelrade 21 a auf der Welle 17 a in Eingriff steht, welch letztere feststehend ist.
Die Welle ist für die oben genannten Zwecke jedoch einstellbar. Das Rad 19 a trägt die Stange 6 a des Drehschiebes a. mittels der Muttern 28 a und 29 a wird die Welle 17 a unterstützt und verriegelt. Die Welle 17 a trägt mittels des Kugellagers 24a das Rad 16 a und unterstützt somit durch das Kugellager 20a den Trieb ? a :, die Stange 6a und den Schieber a. Bei dieser Ausführungsform wird der Drehschieber 4 a unmittelbar durch das Rad 19 a und infolge des Eingriffes des Rades 19 a mit dem feststehenden Kegelrade 21 a gedreht. Die Anordnung ist hierbei entgegengesetzt der der Fig. i. Die Bewegung des Drehschiebers ist jedoch dieselbe wie die des Schiebers 4.
Durch Lösung der Muttern 28 a und 29 a kann die Welle 17 a behufs Einstellung des Drehschiebers 4a gedreht werden, worauf die Muttern 28 a und 29 a wieder festgezogen werden. Ein Zeiger 55 an der Welle 17 a wirkt hierbei mit einer geeigneten Skala auf der Oberseite des Zylinderkopfes zusammen, wodurch die Einstellung des Drehschiebers angegeben wird.
Der Drehschieber der Fig. 5 ist im wesentlichen derselbe, wie der der Fig. i, mit der Ausnahme, dass das Hauptantriebsrad 16 b ein Schneckenrad ist und durch eine Schnecke 56 auf der Welle 57 angetrieben wird, die parallel zur Kurbelwelle der Maschine verläuft. Bei einer Mehrzylindermaschine werden hierbei alle Räder 16 b durch geeignete Schnecken 56 der Welle 57 angetrieben. Da die Steigung der einzelnen Schnecken 56 nach derselben oder entgegengesetzten Richtung verläuft, so können die Drehschieber 4 a in derselben oder nach entgegengesetzten Richtungen je nach Wunsch gedreht werden.
In den Fig. 6 bis 10, die, wie eingangs angegeben, einen Drehschieber veranschaulichen,
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Ventilstange und 30 b eine in geeigneten Lagern angeordnete Welle, die am unteren Ende mit einem Kurbelarm 31 versehen ist. Dieser enthält in seinem Kurbelzapfen 31e ein schräges Lager für die Ventilstange 6 b. Mit 16 b sind hohle, drehbar angeordnete Schneckengetriebe bezeichnet, von denen je eines für jeden Maschinenzylinder vorgesehen ist. Jedes dieser Schneckengetriebe ist an seinem Boden mit einem mehr oder weniger radialen Schlitz 16c versehen, in dem der Kurbelzapfen 31c des Kurbelarmes 31b arbeitet.
Diese Getriebe 16 b sind, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, auf hin und her schwingenden Armen 16 d angeordnet, die bei 16e am Zylindergestell drehbar befestigt sind. Die Getriebe 16 b werden durch Schnecken 56 gedreht, die auf einer Schneckenwelle 57 sitzen. Letztere wird von der Kurbelwelle 48 (Fig. 8) der Maschine durch Kegelräder 50, 51, eine lotrechte Welle 49 und Kegelräder 59, 60 angetrieben ; dieser Antrieb entspricht demjenigen nach Fig. 3.
Für jedes Getriebe 16b -und seinen Träger 16d ist auf der Welle zeine Daumenoder Kurvenscheibe 61 vorgesehen, die mit einer Rolle 62 des Trägers 16d in Eingriff steht.
Diese Daumenscheiben sind in Fig. 9 und I0 besonders veranschaulicht. Federn 63 streben die Rollen 62 gegen jene Daumenscheiben zu drücken. Es ist ersichtlich, dass bei Drehung der
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Welle'67 jede Daumenscheibe sur geeigneten Zeit den entsprechenden Tragarm 16 9 in der Richtung der Fig. 6 nach links entgegen der Wirkung der entsprechenden Feder 63 drückt, und dass später bei jedem Kreislauf diese Daumenscheibe die Rückkehr des Armes 16d
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der Getriebe 16 und 56 findet diese Bewegung des Armes 16d und die entsprechende Bewegung seines Schneckenrades 16 b statt, ohne dass dieses ausser Eingriff mit dem entsprechenden Getriebe 56 kommt.
Die Schlitze 16c gestatten eine derartige Seitwäjtsbewegung der Getriebe 16 b.
Es ist offensichtlich, dass bei der Drehung der Welle 57 diese ihre Bewegung durch jedes Getriebe 56 dem entsprechenden Schneckenrad 16b mitteilt und dass letzteres bei seiner Drehung die zugehörige Ventilstange 6b mitnimmt und demgemäss auch das zugehörige Ventil 4b, von dem die Stange einen Teil bildet, da der Kurbelzapfen Mc des Kurbelarms 31 im Schlitz 16e des Getriebes 16b angeordnet ist. Es ist ferner klar, dass, während die Ventilstange 6 b in einer kreisförmigen Bahn sich herum bewegt, die Bewegung, die sie dem sphärisch gekrümmten Ventilkörper selbst eiteilt, eine schwankende oder sich windende (gyratorische) mehr als eine Drehbewegung ist.
Indessen findet auch eine geringe Drehung des Ventilkörpers selbst statt (eine Drehung, die zurückbleibt hinter dem Fort-
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der Ventilköper während seiner kreisenden Bewegung immer nach der einen Seite gekippt ist, auf der einen Seite der Achse ein grösserer Teil der Ventilfläche der Reibung gegen den Ventilsitz ausgesetzt ist als auf der anderen Seite der Achse, indem sich ein grosser Teil der Ventiloberfläche auf dieser anderen Seite der Achse der Öffnung im Zylinderkopf gegenüber befindet. Aus dieser geringen Drehung des Ventils folgt, dass verschiedene Teile der Kanten des Ventilkörpers während der verschiedenen Auspuffhübe den Auspuffgasen ausgesetzt werden, wodurch eine Überhitzung des Ventilkörpers vermieden wird.
Da weiterhin der offene Mittelteil des Zylinderkopfes, in dem die Stange 6b des Ventilkörpers arbeitet, vergleichsweise grösser ist als die Öffnung in dem sphärisch gekrümmten Ventilkörper, so ist die Folge, dass jener offene Mittelteil des Zylinderkopfes in wirksamer Weise eine Hitzeausstrahlung vom Ventilkörper hervorruft und infolgedessen dieser vergleichsweise kühl gehalten wird. Das Gleiche ist auch der Fall, bei der in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigten Form des Drehschiebers.
Wie wohl bekannt, bildet die Erhaltung der Ventile oder Schieber von Maschinen mit innerer Verbrennung in vergleichsweise kühlem Zustand einen sehr wichtigen Faktor für die Wirksamkeit derartiger Maschinen ; und der offene Mittelteil der Zylinderköpfe der verschiedenen Maschinenformen, die hier gezeigt sind, ist ein solcher wichtiger Faktor zur Erhaltung der Ventile in kühlem Zustande. Weiterhin unterschützt die Drehbewegung des in Fig. 7 gezeigten Ventils, die neben der wälzenden Bewegung desselben erfolgt, erheblich die Verteilung des Schmiermittels über die Berührungsflächen von Ventilköper und Ventilsitz.
Fig. 6 zeigt die Drehschieber für vier Zylinder einer Maschine, wobei einer dieser Schieber abgebrochen veranschaulicht ist ; es ist klar, dass jeder dieser in Fig. 6 angedeuteten Maschinenzylinder mit einem Schieber der in Fig. 7 veranschaulichten Bauart versehen ist.
Der in den Fig. 11 und 12 veranschaulichte Drehschieber ist besonders für die Maschinen von Luftfahrzeugen geeignet. Der hier durch das Bezugszeichen 16f bezeichnete Ventilkörper befindet sich dabei ausserhalb des Zylinderkopfes und infolgedessen in einer Lage, die besonders günstig dafür ist, ihn in verhältnismässig kühlem Zustand zu erhalten.
Dies ist besonders erwünscht, wenn es sich um Maschinen mit sehr hoher Geschwindigkeit handelt, wie sie gewöhnlich bei Luftfahrzeugen benutzt werden.
Bei dieser Ausführung hat der Maschinenzylinder eine gemeinsame Ein-und Auslass- öffnung 64 sowie einen Einlasskanal 65 und einen Auslasskanal 66. Der Ventilkörper 161 besitzt eine Nut 67, die gleichzeitig mit der Öffnung 64 und dem Einlasskanal 65 und zu einer anderen Zeit mit der Öffnung 64 und dem Auslasskanal 66 zur Deckung gebracht werden kann, während zu noch anderen Zeiten die Nut 67 überhaupt nicht mit der Zylinderöffnung 64 in Verbingung steht. Das Diagramm der Fig. 11 macht die Beziehungen zwischen der Nut 67 und der Öffnung 64 bzw. den Kanälen 65,66 deutlich.
Dabei ist die Nut 67 in Fig. 11 durch einen strichpunktierten Kreis angedeutet.
Die kreisende oder wälzende Bewegung wird dem Ventil 16/durch ein Schneckenrad 16 g und eine Schnecke 56 der Welle 57 mitgeteilt, ähnlich wie nach Fig. 6, sowie weiterhin durch eine Ventilstange 6c. Eine Feder 68'drückt das Ventil gegen seinen Sitz.
Die Stange 6c ist hohl und ein Schmiermittelkanal 69 führt der hohlen Bohrung der Ventilstange und weiterhin durch eine Rohre 70 den Lagerflächen des Ventilkörpers und Ventilsitzes Öl zu. Ebenso findet die Ölzuführung von dem Kanal 69 zu den Kugellagern 71 des Getriebes 16 g statt. Während die Hauptbewegung des Ventilkörpers 16/die kreisende
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oder wälzende ist, besitzt dieser Ventilkörper doch auch eine geringe Drehbewegung aus den oben bezüglich des Ventilkörpers nach Fig. 7 angegebenen Gründen.
In dem Diagramm nach Fig. 11, das die Wirkung des Schneckengetriebes der Fig. 12 veranschaulicht, ist der Kreis 72 entsprechend den verschiedenen Phasen einer Viertaktmaschine geteilt. Dabei bezeichnet 75 den Punkt des Auspuffbeginnes, 76 den Punkt der Auspuffschliessung und Einlasseröffnung, 77 den Punkt der Einlassschliessung. Der Viertelkreis 78 entspricht dem Verdichtungshube und der Viertelkreis 79 dem Ausdehnungshube.
In dem Halbkreis 80 bezeichnet 81 den Beginn des Auspuffs, d. h. den Punkt, in dem die Ventilnut 67 die Zylinderöffnung 64 zu überdecken beginnt, während sie bereits den Auspuffkanal 66 überdeckt ; die Ventilnut 67 ist deswegen in Fig. 11 so veranschaulicht, dass sie ein wenig über diesen Punkt der Auspufföffnung hinausragt. Es ist ersichtlich, dass, wenn die Nut 67 bei der Wälzbewegung über die Öffnung 64 hin geht, die Auspufföffnung allmählich grösser und dann allmählich kleiner werden wird, bis, wenn Nut 67 aufhört, den Auspuffkanal 66 zu überdecken, das Schliessen des Auspuffs eintritt, worauf die Nut 67 beginnt, den Einlasskanal 65 zu überdecken und das Einlassen anfängt, das sich fortsetzt, bis die Nut 67 den Einlasskanal 65 nicht mehr deckt.
In dem Halbkreis 80 bezeichnet 82 den Punkt des Auspuffschliessens und den Beginn des Einlasses und 83 das Ende des Einlassens.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Steuerschieber für Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der sphärisch gekrümmte Schieber auf dem entsprechend gekrümmten Sitz eine kreisende oder wälzende Bewegung ausführt.