Steuereinrichtung an Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung an Zweitakt-Einspritz- brennkraftmaschinen mit grossem Drehzahl bereich und mit unmittelbar angetriebenem Spül- und Ladegebläse, bei denen zwischen dem Arbeitszylinder und dem Auspuffkanal ein bewegliches Abschlussorgan vorgesehen ist, das von der Maschine unter Zwischen schaltung einer die Verschiebung des Schliess zeitpunktes ermöglichenden Verstellvorrich- tung angetrieben wird.
Bei Zweitaktmaschinen ist es bekannt, den Schliesszeitpunkt der Auslassöffnung vor den Schliesszeitpunkt der Einlassöffnung zu legen, um hierdurch eine Nachladung des Arbeitszylinderraumes zu erreichen. Bei der vorgenannten Maschinengattung wurde ins besondere schon vorgeschlagen, den Schliess zeitpunkt des Auslasskanals in Abhängigkeit von der Motordrehzahl selbsttätig so zu ver schieben, dass mit sinkender Motordrehzahl der Abschluss des Auspuffes früher erfolgt. Hierdurch wird bei kleinem Spülverlust der höchstmögliche Aufladedruck erreicht.
Weiterhin ist eine Anordnung bekannt geworden, bei welcher die den Schliesszeit punkt verstellende Vorrichtung von einer Membrandose so beeinflusst wird, dass bei zu nehmender Betriebshöhe, das heisst bei ab nehmendem Aussenluftdruck, der Abschluss des Auspuffes vorverlegt wird.
Erfindungsgemäss werden die Vorteile der beiden bekannten Einrichtungen gleichzeitig auf einfache Weise dadurch erreicht, dass der Schliesszeitpunkt für das Auspuffabsperr- organ selbsttätig in Abhängigkeit von der durch das Gebläse geförderten Luftmenge so verstellt wird, dass bei abnehmender Luft menge der Abschluss des Auspuffes früher erfolgt. Die vom Gebläse geförderte Luft menge ist nämlich sowohl von der Motor drehzahl als auch vom Aussenluftdruck ab hängig, und zwar nimmt sie mit sinkender Drehzahl und abnehmendem Aussenluftdruck ab, so dass bei der erfindungsgemässen Steuer einrichtung die Verstellung des Schliesszeit punktes im Sinne beider bekannten Ausfüh rungen erfolgt.
Die Verstellvorrichtung wird dabei vorteilhaft von einem federbelasteten Steuerorgan betätigt, welches unter der Ein wirkung einer von der geförderten Luftmenge abhängigen Druckhöhe steht. Beispielsweise kann hierzu der mit. der geförderten Luft menge sich ändernde Aufladedruck oder der Unterdruck eines im Ansaugstutzen des Ge bläses angebrachten Venturirohres verwendet werden.
Auf der Zeichnung sind mehrere Aus führungsbeispiele der Steuereinrichtung nach der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Steuereinrichtung an einer Brennkraft- maschine in teilweisem. senkrechtem Quer schnitt.
Fig. 2 ist die Seitenansicht der Fig. 1 in teilweisem Längsschnitt.
Fig. 3 ist ein zugehöriges Schaubild. Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Ma schine mit einer weiteren Ausführungsform der Steuereinrichtung.
Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch Steuer organ der Verstellvorrichtung.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 be wegt sich in dem Arbeitszylinder 1 der Ar beitskolben 2. Der Zylinder 1 ist mit einem Lufteinlasskanal 3 versehen, der mit den in der Zylinderwand vorgesehenen Schlitzen 4 in Verbindung steht, die für den Eintritt der Spül- und Ladeluft in den Zylinder dienen. Der Einlasska.nal 3 wird durch ein von der Maschine angetriebenes Drehkolbengebläse 5 mit Luft beliefert.
Durch eine entsprechende Ausbildung der Einlassschlitze 4 ist erreicht, dass die Spülluft den Zylinder 1 etwa in der eingezeichneten Richtung durchströmt und die Verbrennungsgase durch die in der gegenüberliegenden Zylinderwand angebrach ten Auslassschlitze 6 in den Abgaskrümmer 7 ausschiebt. Der Arbeitskolben 2 legt beim Abwärtsgang zunächst die Auslassschlitze 6 frei, so dass die Verbrennungsgase im Zy linder sich vollends entspannen können. Dann legt der Kolben die Einlassschlitze 4 frei, so dass die vom Gebläse 5 geförderte Spülluft in den Zylinder einströmen kann.
Der Spül vorgang ist nun so lange im Gange, bis nach Umkehr im untern Totpunkt der Kolben beim Aufwärtsgang die Einlassschlitze 4 wieder schliesst. Es ist nun aber ersichtlich, dass dann immer noch die Auslassschlitze 6 offen stehen. Erst nach einer weiteren Aufwärts bewegung des Arbeitskolbens 2 werden auch die Auslassschlitze 6 geschlossen.
Zwischen dem Abschluss der Einla.ss- schlitze 4 und der Auslassschlitze 6 wird vom Kolben 2 ein Teil der frischen Zylinder ladung nach der Auslassseite zu aus dem Zy linder geschoben. Ohne besondere Massnahmen ist eine Nachladung des Zylinders also nicht möglich. Die hierbei erzielbare Leistung ist deshalb ohne besondere Vorkehrungen sehr beschränkt. Um nun ein grösseres Luft gewicht im Zylinder zurückhalten zu können, ist im Auspuffkanal 7 ein von der Maschine aus angetriebenes Absperrorgan 8 eingebaut.
Bei der dargestellten Ausführungsform besteht dieses Absperrorgan aus einer Dreh klappe 8, die mit der Drehzahl der Maschine umläuft. Mit dieser an sich bekannten Mass nahme ist ermöglicht, die Verbindung zwi schen Auspuffkanal 7 und Zylinder 1 zu unterbrechen, bevor vom Arbeitskolben beim Aufwärtsgang desselben die Einlassschlitze 4 und die Auslassschlitze 6 geschlossen werden. Vom Augenblick des Abschlusses des Aus puffkanals 7 durch die Drehklappe 8 bis zum Abschluss der Einlassschlitze 4 durch den Ar beitskolben 2 kann Luft vom Gebläse 5 in den Zylinder nachgefüllt, also nachgeladen werden.
Die Anordnung eines Absperrorganes im Auspuffkanal verhindert somit das sonst in der Periode zwischen Abschluss der Einlass schlitze 4 und der Auslassschlitze 6 durch den Arbeitskolben 2 auftretende Ausschieben frischer Zylinderladung in den Auspuffkanal und ermöglicht sogar bei entsprechender Aus bildung ein Nachladen von Luft in den Zy linder, so dass der Druck im Zylinder von dem dort während des Spülvorganges herrschen den Wert angenähert auf den im Einlasskanal 3 vom Gebläse 5 erzeugten Druck gesteigert werden kann.
Ist bei Maschinen dieser Bau art der Antrieb des Absperrorganes während des Betriebes nicht verstellbar, so erfolgt bei jeder Drehzahl der Abschluss des Aus puffkanals im gleichen Punkt des ,Steuer diagrammes. Bei raschlaufenden Maschinen, die in einem grossen Drehzahlbereich zu lau fen haben, ergibt sich infolge der bei kleiner Drehzahl ungünstigen Spül- und Auflade- v erhältnisse ein sehr schlechter Drehmoment verlauf.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 wird von dem unmittelbar von der Ma schine angetriebenen Gebläse 5 die Spül- und Ladeluft durch eine Leitung den einzelnen Zylindern zugeführt. Diese Leitung, in wel cher der Spül- und Ladedruck P$ herrscht, steht nun über eine Leitung 49 (Fig. 1) mit dem Druckluftzylinder 50 (Fig. 2) in Verbin dung, in welchem als Steuerorgan ein Druck kolben 51 dicht eingepasst ist. Der Druck kolben kann auch durch eine Biegehaut er setzt werden.
Vor dem Kolben 51 herrscht immer der Spül- und Ladedruck P5. Hinter dem Kolben ist eine Druckfeder 52 vorge sehen, die dem Spüldruck entgegenwirkt. Der s Kolben 51 ist über eine Stange 53 mit dem Hebel 14 verbunden, der in eine Mtnehmer- rille der Verstellmuffe 10 eingreift, so dass je nach Lage des Kolbens 51 die Verstell muffe 10 eine bestimmte Stellung einnimmt und jeder Drehzahl der Maschine ein be stimmter Schliesspunkt des Absperrorganes 8 im Auspuffkanal 7 zugeordnet ist. Je nach Höhe des Spül- und Ladedruckes befindet sich der Kolben 51 in einer bestimmten Gleichgewichtslage. Sinkt infolge Drehzahl abfalles der Spüldruck, so verschiebt die Fe der 52 den Kolben 51.
Gleichzeitig wird das im Auspuffkanal vorgesehene Absperrorgan beim Absinken des Spüldruckes so verstellt, dass es den Auspuffkanal früher absperrt. Der totale Zeitquerschnitt für den Spülluft durchfluss wird dadurch verkleinert. Die pro Arbeitsspiel durch die Maschine strömende Luftmenge nimmt ab, der Spüldruck steigt wieder an. Steigt infolge anwachsender Dreh zahl der Spüldruck an, so wird der Kolben 51 nach rechts bewegt, und das Absperrorgan im Auspuffkanal wird so verstellt, dass des- sen Abschluss später erfolgt.
Der Gesamtzeit querschnitt für den Spülluftdurchfluss wird wieder vergrössert, die pro Arbeitsspiel durch den Motor strömende Spülluftmenge nimmt wieder zu, und der Spül- und Ladedruck fällt.
Je nach Wahl der Charakteristik der Druckfeder 52 ist das Gesetz, nach welchem sich der Spül- und Ladedruck für die Ma schine über den ganzen Drehzahlbereich ver hält, beeinflussbar. In Fig. 3 ist beispiels weise eine solche Federcharakteristik darge stellt, wobei als Abszisse der Weg s des Kol bens 51 und damit auch der Verstellwinkel a für das Absperrorgan aufgetragen sind, als Ordinaten die Spannung F der Feder 52 und, weil sich stets ein Gleichgewichtszustand ein stellen wird, der Spüldruck Pe*. Je flacher die Charakteristik der Feder 52 ist, umso weniger sinkt der Spüldruck mit abnehmen der Drehzahl der Maschine ab.
Der zulässige Druckverlauf und damit die anzuwendende beste Federcharakteristik hängt natürlich von der Gebläsecharakteristik und dem für guten Spülverlauf bei jeder Drehzahl notwendigen Spülüberschuss ab. Es kann auch durch Kom bination mehrerer Federn die Charakteristik den Verhältnissen der Maschine angepasst wer den. Die Federcharakteristik kann auch da durch beeinflusst werden, dass die rechte Seite des Kolbens 51 noch zusätzlich mit einer im bestimmten Verhältnis zu einer Betriebsgrösse der Maschine stehenden Druckquelle in Ver bindung gesetzt wird.
Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Zwei taktmaschine, bei welcher die Verstellung des Absperrorganes im Auspuff in Abhängig keit eines auf der Ansaugseite des Gebläses in einem Venturirohr erzeugten Unterdruckes erfolgt. Für dieses Beispiel ist eine Zwei taktmaschine mit Längsspülung gewählt, bei der im Arbeitszylinder zwei gegenläufige, von zwei Kurbelwellen angetriebene Arbeits kolben die Steuerung der an beiden Enden des Zylinders vorgesehenen Einlass- bezw. Auslassöffnungen besorgen.
Durch Verset zung der an sich starr über Gestänge, Zahn räder oder Kette gekuppelten beiden Kurbel- wellen kann wohl ein unsymmetrisches Steuerdiagramm und damit eine Nachlade- periode erzielt werden.
Es ist. aber wieder eine Veränderung des Schliesszeitpunktes der vom obern Kolben gesteuerten Auspuff schlitze in Abhängigkeit von einer Betriebs grösse der Maschine nicht möglich, weil dies einerseits mechanisch eine zu komplizierte Bauart ergeben würde und weil anderseits durch Verstellung des Schliesszeitpunktes der Auslassschlitze auch wieder die Steuerzeiten für den Auslassbeginn und damit der Vor ausla,sswinkel verändert werden würde, und zwar so, dass derselbe mit steigender Dreh zahl kleiner ausfallen würde. Dies ist un statthaft, da für eine steigende Drehzahl eher eine Vergrösserung des Vorauswinkels anzu streben ist.
Auch bei einer solchen Maschine bleibt also, da die angedeutete Verstellung nicht in Frage kommt, der totale Zeitquerschnitt über den ganzen Drehzahlbereich konstant. Wenn die Maschine über einen grossen Drehzahl bereich zu arbeiten hat, so würde sich eine schlechte Zusammenarbeit zwischen Gebläse und Maschine bemerkbar machen, da auch bei ihr mit sinkender Drehzahl der Spülüber druck stark abfällt und der Spülüberschuss ansteigt und die damit verbundenen Nach teile sich einstellen werden.
Im Auspuffkanal 7 ist hier wieder ein Absperrorgan vorgesehen, in diesem Falle ein mit der Drehzahl der Maschine dauernd um laufender Schieber 36. Der Antrieb dieses Drehschiebers erfolgt von der Kurbelwelle bezw. von der von dieser angetriebenen Ge- bläsewelle aus mittels einer Steuerkette 37. Die Verstellung der Steuerzeiten des Dreh schiebers 36 gegenüber der Kurbelwelle ist durch eine an sich bekannte Vorrichtung er zielt. Die Antriebskette 37 ist über zwei auf einer Schwinge 38 gelagerte Rollen ge leitet.
Durch Schwenken der Schwinge 38 um ihren Drehpunkt in Pfeilrichtung wird der treibende Kettenteil verkürzt und der ablaufende Teil der Kette verlängert, so dass der Abschluss des Auspuffkanals durch den Drehschieber 36 später erfolgt. Die Schwinge 38 wird durch einen Verstellhebel 39 ver- schwenkt. Der Hebel ist durch eine Stange 40 mit einem Steuerorgan, das hier als Biege haut 41 ausgebildet ist, verbunden. Auf der Oberseite der Biegehaut herrscht Atmo sphärendruck.
Der Raum 42 unter der Biege haut ist über Leitung 43 rnit dem Venturi- rohr 44 verbunden; dieses Venturirohr ist in die Ansaugleitung 4] des von der Ma schine angetriebenen Spül-- und Ladegebläses 46 eingeschaltet.
Je nach der pro Zeiteinheit vom Gebläse <B>.</B> -tue -esa,ii-teiiLiiftniengestellisiehimVenturi- L, rohr 44 ein bestimmi:erl\nterdruelz ein, der sich über die Leitung 43 dem Raum 42 unter der Biegehaut 41 mitteilt. Die Biegehaut steht auch unter der Einwirkung einer Rückstell- feder 47. Je nach der vorn Gebläse angesaug ten Luftmenge nimmt: die Biegehaut 41 eine bestimmte Lage ein.
Steigt die Drehzahl der Maschine und damit die vom Gebläse an gesaugte Luftmenge, so nimmt der Unter druck im Venturirohr 44 und damit im Raum 42 zu, der atmosphärische Druck auf der Oberseite der Biegehaut vermag diese ent gegen der Spannung der Feder 47 nach unten zu drücken, so dass der Hebel 39 durch die Stange 40 nach unten gezogen wird. Die Schwinge 38 wird entgegen dem Uhrzeiger sinn verschwenkt. wodurch der treibende Ket tenteil verkürzt: und der ablaufende Teil ver längert wird. Der Drehschieber 36 sperrt daher den Auspuffkanal 7 erst später ab.
Da die Verst;ellvorrichtung zu ihrer Be tätigung unter Umständen grössere Kräfte verlangt, als sie von den beschriebenen Steuerorganen der Verstellvorrichtung unter Wahrung vernünftiger Abmessungen auf gebracht werden können, kann sinngemäss eine an sich bekannte Servoeinrichtung ein geschaltet werden.
In Fig. 5 ist beispielsweise eine solche Möglichkeit für die Maschine nach Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt. Der in diesem Fall verhältnismässig klein ausführbare Steuer kolben 54, der einerseits über die Leitung 49 mit der Spülluftleitung in Verbindung und damit unter dem Spüldruck P" steht, ander- seits durch die den Spüldruckverlauf bestim mende Feder 55 belastet ist, hat eine Kolben stange 56, die mit zwei kleinen Vorsteuer kolben 5 7 und 58 versehen ist. Diese gleiten in einem mit dem Kraftkolben 59 verbundenen Steuerzylinder 60.
Der Vorsteuerkolben 58 steuert die im Steuerzylinder 60 vorgesehenen <B>(</B> .)ffnunben 61, durch die dem Druckraum 62 vor dem Kraftkolben 59 die zum Antrieb die ses letzteren notwendige Druckflüssigkeit zu geführt oder entzogen wird. Durch die Lei tung 63 und im Steuerzylinder 60 vorgese hene Offnungen 64 wird die Hilfsdruckflüs- sigkeit (z. B. Schmieröl vom Schmierölkreis- lauf oder jedes andere vorhandene hydrau lische Druckmittel) hinter den Vorsteuer kolben 58 gebracht.
Der Kraftkolben 59 ist auf der Gegenseite durch eine Rückstellfeder 65 belastet. Der Kraftkolben 59 steht auch durch die Kolbenstange 66 mit der an der Maschine zur Verstellung des Absperrorganes im Auspuffkanal vorgesehenen Vorrichtung in fester Verbindung.
Senkt sich der Spüldruck P" so schiebt die Feder 55 den Steuerkolben 54 und damit den Vorsteuerkolben 58 nach rechts, so dass die Offnungen 61 freigelegt werden, da durch ist der Druckraum 62 über den Zylin der 60, die Öffnungen 64 und den Ringraum 67 mit der Leitung 63 in Verbindung gesetzt, so dass Druckflüssigkeit nachfliessen kann. Der Kraftkolben 59 wird nun durch die Druckflüssigkeit ebenfalls nach rechts ver- sehoben. Bei dieser Bewegung werden die (ffnungen 61 durch die Verschiebung des mit dem Kraftkolben verbundenen, als Steuerschieber wirkenden Zylinders 60 wieder geschlossen.
Der Kraftkolben kommt zum Stillstand und hat genau den gleichen Weg zurückgelegt wie der Steuerkolben 54.
Steigt der Spüldruck Pg, so wird der Steuerkolben 54 nach links gedrückt, durch den V or.steuerkolben 58 werden die Offnun- gen 61 freigelegt, und der Druckraum 62 wird mit einem Raum 68 in Verbindung ge- -#etzt, der durch Bohrungen mit dem Raum 69 hinter dem Kraftkolben in Verbindung steht. Der Raum 69 ist aber drucklos und an eine Rücklaufleitung 70 für die Druck flüssigkeit angeschlossen.
Durch die Feder 65 wird nun der Kraftkolben 59 nach links bewegt, wobei die Druckflüssigkeit durch die Gffnungen 61 nach Raum 68 und von da nach dem drucklosen Raum 69 und dem Rücklauf 70 verdrängt wird. Die Verstell vorrichtung für das Absperrorgan im Aus puffkanal, mit dem der Kraftkolben 59 über die Stange 66 in Verbindung steht, wird im Sinne eines späteren Schlusses des Absperr- organes verstellt.
Der Kraftkolben bewegt sich wieder so weit, bis die an dem mit ihm laufenden Steuerzylinder 60 vorgesehenen Öffnungen 61 wieder vom Vorsteuerkolben 58 geschlossen werden; er hat dann genau den gleichen Weg nach links ausgeführt wie der Steuerkolben 54.
Die Charakteristik der Feder 55 bestimmt also auch die Bewegung des Kraftkolbens 59. Die Bewegungsvorgänge werden vom Druck der Hilfsflüssigkeit nicht beeinflusst, vorausgesetzt, dass derselbe gross genug ist, um überhaupt eine Bewegung des Kraft kolbens gegenüber den Verstellwiderständen zu veranlassen. Sinngemäss kann die oben beschriebene Einrichtung auch für die in Fig. 4 dargestellte Maschine Verwendung finden.