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Viertaktbrennkraftmaschine Gegenstand der Erfindung ist eine Viertaktbrennkraftmaschine,
die mit Brennstoffvergasung oder mit Brennstoffeinspritzung nach dem Otto- bzw.
Dieselverfahren arbeitet, mit Kurbelgehäusepumpe, bei der die Kolben je zweier Zylinder
gleichzeitig den oberen bzw. den unteren Totpunkt erreichen und das angesaugte Gemisch
bzw. die Luft wechselweise dem jeweils zu füllenden Zylinder zugeleitet wird, bei
der ferner sowohl das Einströmen der Ansaugluft bzw. eines Brennstoff-Luft-Gemisches
in das Kurbelgehäuse als auch das überströmen vom Kurbelgehäuse zu den Zylindern
durch Drehschieber gesteuert wird.
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Es sind Viertaktbrennkraftmaschinen bekannt, bei welchen zum Erreichen
einer Vorverdichtung unter Zusammenwirkung von zwei Kolben das in das Kurbelgehäuse
angesaugte Gemisch abwechselnd dem jeweils zu füllenden Zylinder zugeleitet wird.
Der Einlaß der Ansaugluft bzw. des Ansauggemisches erfolgt bei den bekannten Ausführungen
zumeist durch Drehschieber, die an der Steuerwelle, der Kurbelwelle oder einem hohlen
Kurbelwellenschenkel angeordnet sind. Motoren dieser Art zeigen Füllungsverluste
dadurch, daß während des Ansaugvorganges der Überstömkanal zu den Ventilen mit dem
Kurbelgehäuseinneren in Verbindung steht und der im überströmkanal in Bewegung befindliche
Gasstrom in das Kurbelgehäuse zurückgesaugt wird.
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Zwar hat man versucht, diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß man
an der Kurbelwelle einen Scheiben-Diehschieber anbrachte, der durch die Kurbelgehäusewand
und darin befindliche Schlitze den Gasstrom in außenliegende Überströmkanäle steuert.
Diese Maßnahme kann erfahrungsgemäß nicht befriedigen, da auf der Kurbelwelle befindliche
Scheiben-Drehschieber gegenüber der Kurbelgehäusewand schwer abzudichten sind, insbesondere
deshalb, weil die Kurbelwelle infolge der ungleichmäßigen Druckimpulse zu Schwingungen
neigt, die sich unvermeidbar auf die Scheiben-Drehschieber übertragen.
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In Erkenntnis der noch vorhandenen Nachteile bei der Arbeitsweise
von Viertaktbrennkraftmaschinen mit Ansaugen über das Kurbelgehäuseinnere und je
zwei zusammenwirkende Kolben wurde erfindungsgemäß die Nockenwelle als Träger für
zwei Drehschieber für die überströmkanäle und in bekannter Weise als Träger eines
Drehschiebers für den Ansaugvorgang zum Kurbelgehäuse ausgebildet. Die Drehschieber
in dieser Anordnung auf de-Nockenwelle bieten den besonderen Vorteil der guten Abdichtungsmöglichkeit
für das durchströmende Brennstoffgemisch, womit einerseits saubere Laufeigenschaften
des Motors, insbesondere im Leerlauf, erreichbar sind und infolge der relativ geringen
Umfangsgeschwindigkeit der gleitenden Flächen halber Kurbelwellendrehzahl der Drehschieber
auch eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist.
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Beim Aufwärtsgehen beider Kolben wird damit die vollkommene Füllung
des Kurbelgehäuseinneren ermöglicht, desgleichen ein vollkommener Verdichtungsvorgang
im Kurbelraum beim Herabgehen der Kolben. Durch die Anordnung der Drehschieber bleibt
die vom letzten Ansaugtakt noch vorhandene Vorverdichtung im überströmkanal erhalten
und die Gassäule sogar in Richtung der Ventile in Bewegung. Sie erzeugt den notwendigen
Stau vor dem noch geschlossenen Einlaßventil, während auf der Einströmseite des
überströmkanals ein relativ großes Vakuum entsteht, das für den Zustrom von neuem
Gemisch für den nächsten Arbeitstakt von Vorteil ist.
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Die erfinderische Aufgabe war es weiter, einen Weg zu finden, daß
in einfachster Bauweise alle Drehschieber räumlich mit der Nockenwelle vereinigt
werden können, wobei der Ansaugdrehschieber für das Kurbelgehäuseinnere bei jeder
Kurbelwellenumdrehung einmal geöffnet und geschlossen wird, und daß die Kanäle für
die zu füllenden Zylinder bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung einmal geöffnet
und geschlossen werden.
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Es können mit gleicher Arbeitsweise und Wirkung auch voneinander getrennte
Nocken- und Drehschieberwellen verwendet werden, die, wenn es sich z. B. um eine
sogenannte obenliegende Nockenwelle handelt, zweckmäßig von einem Kettentrieb im
Dreieck angetrieben werden.
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In der Zeichnung ist in beispielhaften Darstellungen eine Ausführung
eines Motors in vier Figuren gezeigt, bei welcher die Drehschieber mit der Nockenwelle
in einfacher und zweckmäßiger Weise vereinigt sind.
Das Beispiel
ist ein luftgekühlter Zweizylindermotor, wie er sich für stationäre Zwecke, aber
auch für den Einbau vornehmlich in Kleinfahrzeuge eignet. Die dargestellte Anordnung
ist in konstruktiver Umgestaltung auch für wassergekühlte Motoren verwendbar, auch
für Reihenmotoren mit weiteren Zylindern, wobei je zwei Zylinder ein getrenntes
Kurbelgehäuse besitzen. Die Anordnung ist auch für V-Motoren bzw. solche mit gegenüberliegenden
Zylindern geeignet, auch wenn Nocken- und Drehschieberwellen getrennt angeordnet
sind.
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Das in den vier Figuren dargestellte Beispiel zeigt eine einfache
und zweckmäßige Unterbringung der Nockenwelle und der Drehschieber mit ihren Strömungskanälen.
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Mit dieser Steuerung können Motoren mit Brennstoffvergasung betrieben
werden, ebenso wie mit Einspritz- oder Dieselverfahren, wobei eine Druckölschmierung
vorgesehen ist, die in diesem Fall als sogenannte Trockensumpfschmierung arbeitet.
Hierbei werden, wie üblich, getrennte Schmierkanäle für die Nockenwelle, für die
Ventilstößel sowie für die Drehschieber angeordnet. Auch kann, was besonders für
Motoren mit kleinerem Hubvolumen in Frage kommt, Benzin-Öl-Gemisch, wie für Zweitakter
üblich, verwendet werden. In diesem Falle werden die Triebwerksteile des Kurbelgehäuseinneren,
die Drehschieber und auch die Rollenlager der Pleuelstangen durch Frischöl geschmiert.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Zylinder und den dazu gehörenden
Überströmkanal; Fig.2 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Kurbelraum, etwa durch
die Mitte der Nockenwelle; Fig.3 zeigt eine Seitenansicht des Motors mit einem Schnitt
durch einen Zylinder und mit einem Überströmkanal am zweiten Zylinder, Fig.4 eine
Gestaltung der Ein- und Auslaßkanäle im Zylinderkopf.
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Im Kurbelgehäuse 1, in welchem die Kurbelwelle 2 gelagert ist, die
zur Verminderung des Totraumes den Kurbelgehäuseinnenraum ausfüllt und bei der in
dem gezeigten Beispiel (Fig. 2) das zwischen den beiden Zylindern befindliche Kurbelwellenmittelteil
3 als Gegengewicht ausgebildet sein kann und zur Füllung des Kurbelraumes Leichtmetallverkleidungen
besitzen kann, bewegen sich im Gleichklang die Pleuelstangen 4 und somit die Kolben
5. Zur Betätigung der Ventile 6 ist die Nockenwelle 7 nahe dem Kurbelgehäuseinnenraum
gelagert und trägt den Ansaugdrehschieber 8, der einen durch seine Mitte durchgehenden
Ansaugkanal 9 aufweist, der in einer Stellung des Drehschiebers mit einer in der
Kurbelgehäusewand befindlichen Einströmöffnung 10 übereinstimmt. An den beidseitigen
Enden der Nockenwelle 7 befinden sich die beiden Drehschieber 11 und 12 mit
den schräg durchgeführten Kanälen 14 und 13, die bei je einer Umdrehung der Nockenwelle
7 mit den in der Kurbelgehäusewand befindlichen überströmöffnungen 16 und 15 übereinstimmen.
Hierdurch wird bei jeder Nockenwellenumdrehung im Abstand von 180=' einmal der Kanal
13, 15 und einmal der Kanal 14, 16 geöffnet, was dem Viertaktverfahren entspricht
und wobei bei einer Kurbelwellenumdrehung einmal der Überströmkanal 14, 16 geöffnet
und bei der nächsten Kurbelwellenumdrehung dieser Kanal geschlossen ist, jedoch
der zweite Zylinder über den Kanal 13, 15 gespeist wird. Zur Vermeidung von Einströmverlusten
ist der An-Saugstutzen 17 im Kurbelgehäuse nahe dem Ansaugdrehschieber 8 angeordnet
und sind die überströmkanäle 18 zum Vermeiden von Erwärmung und zum Erreichen von
günstigen Strömungsverhältnissen an den Außenrändern der Kühlrippen vorbeigeführt.
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Der Arbeitsvorgang nach der Erfindung bewirkt also, daß beim Aufwärtsgehen
beider Kolben eine Füllung durch die Einströmöffnungen 17, 9, 10 in das Kurbelgehäuse
angesaugt wird, die, abgesehen vom Totraum, dem Hubvolumen der zwei Zylinder entspricht.
Wenn die Kolben den oberen Totpunkt erreicht haben, ist der Einströmschieber 8 eben
geschlossen, und es beginnt die Öffnung des Kanals 18 für das Überströmen in einen
Zylinder etwa gleichzeitig mit dem Öffnen des Einlaßventils dieses Zylinders. Beim
Herabgehen der Kolben wird nun die angesaugte Luft bzw. das angesaugte Brennstoff-Luft-Gemisch
durch den geöffneten Überströmschieber in den Zylinder gedrückt, unterstützt durch
das Saugbestreben des Kolbens. Dabei wird das vom Kurbelraum her größere Volumen
verdichtet und gleichmäßig in die untereinander in Verbindung stehenden Räume, den
Kurbelgehäuseinnenraum, den Überströmkanal und den Hubraum plus Verdichtungsraum,
verteilt. Beim Erreichen des unteren Totpunktes beider Kolben ist der Füllvorgang
des Zylinders beendet und auch durch das geschlossene Einlaßventil und den geschlossenen
Überströmschieber 12 der überströmkanal 18 vom Kurbelgehäuseinneren getrennt, hierdurch
verbleibt die Vorverdichtung im überströmkanal18, und es erfolgt bei der folgenden
Kurbelwellenumdrehung der Saugvorgang im Kurbelgehäuseinneren für den zweiten Zylinder
in gleicher Weise, wie geschildert.
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Auf diese Weise wird eine Vorverdichtung von mehr als 1,2 at ermöglicht,
wobei bereits ein Verlust von angesaugtem Gemisch berücksichtigt ist, das durch
die Ventilspalten während der öffnungsüberschneidung beider Ventile entweicht.
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Es wird ferner bewirkt, daß bei normalem Betrieb mit gedrosseltem
Ansaugstrom sich ein Unterdruck im Kurbelgehäuse befindet und die Vorverdichtung
und Überladung nur dann eintritt, wenn die Ansaugdrossel voll geöffnet ist. Die
erreichte Vorverdichtung wirkt sich prozentual auf die Verbrennungsdrücke entsprechend
dem Verdichtungsverhältnis des arbeitenden Motors aus.
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Es ist auch Gegenstand der Erfindung, daß für den Fall der Verwendung
der beschriebenen Steuerung für V-Motoren und für solche mit gegenüberliegenden
Zylindern für jede Zylinderseite eine eigene Drehschieberwelle angeordnet ist.