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Brennkraftmaschine, deren Gaswechsel durch Flachschieber gesteuert
wird Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, bei welcher der Gaswechsel
durch rotierende Flachschieber gesteuert wird, insbesondere für luftgekühlte Brennkraftmaschinen
mit gegenüberliegenden Zylinderreihen.
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Bei den bekannten Ausführungen ist ein gemeinsamer Flachschieber zur
Steuerung des Ein- und Auslasses der Arbeitsräume der Maschine vorgesehen. Die Drehachse
der Flachschieber erstreckt sich in der Achse der Arbeitszylinder, und der Schieber
bildet den oberen Abschluß des Arbeitsraumes. Dadurch kann weder der Brennraum günstig
ausgebildet noch den zu erwartenden Kühlschwierigkeiten, insbesondere bei luftgekühlten
Brennkraftmaschinen, wirkungsvoll entgegengewirkt werden. Dies ist im wesentlichen
darauf zurückzuführen, daß infolge der Lage der Flachschieber und der erforderlichen
Lagerausbildung derselben das Kühlmittel nur in unzulänglichem Maße an die besonders
gefährdeten Zonen des Zylinderkopfes herangeführt werden kann. Es wurde auch schon
vorgeschlagen, für die Ein- und Auslaßsteuerung getrennte Flachschieber vorzusehen,
die in Seitenwänden des Zylinderkopfes eingebrachten Nuten geführt und über Stößel
von der Nockenwelle aus betätigt werden. Dadurch kann zwar der Zylinderkopf im Bereich
des Arbeitsraumes frei ausgebildet werden, nicht jedoch die thermisch hochbelasteten
Bereiche, in welchen die Schieber angeordnet sind, so daß eine ausreichende Kühlung
derselben in Frage gestellt ist. Des weiteren ist es bekannt, den Gaswechsel derartiger
Maschinen durch beiderseits des Arbeitszylinders sich erstreckende Walzenschieber
zu steuern. Diese Anordnung wurde ausschließlich gewählt, um symmetrische Gaswechselleitungen
und damit geringe Spülverluste zu erhalten. Einer Kühlung des thermisch hoch belasteten
Zylinderkopfccs im Bereich zwischen den Schiebern und ebenso einer günstigen Brennraumgestaltung
steht entgegen, daß durch die gewählte spitzwinklige Anordnung der Schieber der
zur Verfügung stehende Raum für die Brennraumausbildung und die erforderliche Kühlfläche
mit zunehmender Bauhöhe sich stetig verringert.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile darin, eine günstige Brennraumform mit großen Ein- und Auslaßquerschnitten,
d. h. eine Maschine spezifisch hoher Leistung zu schaffen, welche bei gedrungenem
Aufbau eine große Kühlfläche für die hoch beanspruchten Kopfteile besitzt, um eine
wirkungsvolle und sichere Kühlung der Maschine zu gewährleisten. Erfindungsgemäß
wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Einlaß und dem Auslaß der Arbeitszylinder
je ein Flaschieber zugeordnet ist, deren Drehachsen im Winkel mit dem Schnittpunkt
nahe der Kurbelwellenachse zueinander angestellt sind. Durch diese Anordnung kommen
die Flachschieber dachförmig über dem Arbeitszylinder zu liegen, so daß der Brennraum
ohne weitere Hilfsmaßnahmen besonders strömungsgünstig hinsichtlich des Verbrennungsablaufes
ausgebildet werden kann. Des weiteren eignet sich eine derartige Anordnung insbesondere
für luftgekühlte Maschinen, da man in der Lage ist, die Kühlluft an die heißen Stellen
der Brennraumwandung, insbesondere in den Bereich der Zündkerze zu führen, was bei
den bisherigen Ausführungen mit einem gemeinsamen Flachschieber nicht möglich ist.
Die den Ein- und Auslaß des Brennraumes steuernden Flachschieber weisen vorzugsweise
gleichen Durchmesser auf, wobei der Schnittpunkt ihrer Drehachsen im wesentlichen
in der Achse der Arbeitszylinder liegt. Den Flachschiebern ist vorzugsweise ein
Brennraum in Form eines Kugelabschnittes mit zwei die Ein- und Auslaßöffnungen enthaltenden,
im wesentlichen zylindrischen Teilräumen zugeordnet, wobei der die Einlaßöffnung
begrenzende Teilraum im wesentlichen durch einen Ansatz des Arbeitskolbens ausgefüllt
ist. Diese Ausbildung ermöglicht die Vorsehung eines ungeklüfteten Brennraumes und
erlaubt es, ein hohes Verdichtungsverhältnis zu wählen, wodurch große Literleistungen
erreicht werden.
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Bei Brennkraftmaschinen mit Luftkühlung ist es vorteilhaft, die Flachschieber
unmittelbar zwischen Kopfflächen der Arbeitszylinder und die Ein- bzw. Auslaßleitungen
umfassenden, mit Kühlrippen besetzten Deckeln um Bolzen drehbar zu lagern, wobei
der Bolzen des Auslaßschiebers hohl ausgebildet ist und vom Kühlmittel der Maschine
durchsetzt wird.
Dadurch wird eine einwandfreie Kühlung der Drehschieber
sowie eine einfache Lagerung derselben erhalten. Die Lagerung ist mit wenigen einfach
geformten Teilen durchzuführen und besitzt den weiteren Vorteil einer einfachen
Montage. Der Antrieb eines der Flachschieber erfolgt von der Kurbelwelle aus durch
eine Königswelle, von welcher zwischen deren Antriebsritzel und dem Schieber der
Antrieb einer Steuerwelle eines weiteren Flachschiebers abgeleitet wird. Dadurch
wird mit nur einem einzigen Zahneingriff pro Zylinderreihe an der Kurbelwelle eine
exakte Steuerung für den Gaswechsel erhalten.
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In der Zeichnung, welche eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
zeigt, ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen Arbeitsszylinder mit den angrenzenden
Teilen des Kurbelgehäuses einer luftgekühlten Brennkraftmaschine, mit gegenüberliegenden
Zylinderreihen und der erfindungsgemäßen Flachschieberanordnung.
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Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung R der Fig. 1, wobei der Zylinderdeckel
der Einlaßseite zur übersichtlichen Darstellung des Steuerungsantriebes abgenommen
ist, und Fig. 3 eine Ansicht des Steuerungsantriebs der Flachschieber von der Kurbelwelle
aus, teilweise im Schnitt.
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Im Kurbelgehäuse 1 ist ein mit Kühlrippen 2 versehener Arbeitszylinder
3 befestigt, in welchem ein mit der Kurbelwelle 4 verbundener Kolben 5 gleitet.
Der Arbeitszylinder 3 besitzt eine Kopffläche 6 mit einer Einlaßöffnung 7 und eine
Kopffläche 8, welche eine Auslaßöffnung 9 enthält. Die (Öffnungen 7, 9 bilden Teilräume
7', 9' eines Brennraumes 10, welcher in Form eines Kugelabschnittes 11 ausgeführt
ist. In den Brennraum 10 ist eine Zündkerze 12 und eine weitere Zündkerze
13 (Fig. 2) eingesetzt, welche gegenüber der ersteren angeordnet ist. Die
Einlaßöffnung 7 wird von einem Flachschieber 14 mit Hilfe einer entsprechenden Ausnehmung
15 gesteuert. Ein weiterer Flachschieber 16 steuert mit seiner Ausnehmung
17 die Auslaßöffnung 9. Auf der Ausnehmung 17 ist ein diese schützender
Keramiküberzug 17' aufgetragen. Die Schieber 14, 16 sind zwischen den Kopfflächen
6, 8 und Deckeln 18, 19 unter einem Winkel x von 44° zueinander angeordnet. Die
Schieber 14, 16, welche gleichen Durchmesser besitzen, sind um Bolzen
20, 21 drehbar gehalten, welche fest in den Deckeln 18, 19 eingesetzt
sind. Die Anordnung ist derart gewählt, daß sich die Drehachse x-x des Einlaßschiebers
14 und die Drehachse y-y des Einlaßschiebers 16 ungefähr in der Achse
a-a des Arbeitszylinders 3 schneiden. Der Deckel 18 umfaßt zugleich
einen Teil der Gemischleitung 22, während der Deckel 19 einen Auslaßstutzen
23 besitzt. Die Deckel 18, 19 sind mit einer Vielzahl von Kühlrippen
24 besetzt und durch Schrauben 25 an den Kopfflächen 6, 8 des Zylinders
3 befestigt. Zur Abdichtung der Schieber 14, 16 sind federnde Dichtringe
26, 27 vorgesehen, welche in die Wandungen der Öffnungen 7, 9 eingebracht sind.
Der über die Kopfflächen 6, 8 seitlich vorstehende Teil der Schieber 14, 16 ist
durch zu beiden Seiten angebrachte Schalen 28, 29 abgedeckt.
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Zur Kühlung der Arbeitszylinder 3, 3' und der Ein-und Auslaßschipber
14, 16 ist die gesamte Zylinderreihe von Luftleitblechen 30 umgeben,
welche in eine gemeinsame Abströmöffnung 31 münden. Die von einem nicht gezeigten
Kühlluftgebläse geförderte Luft strömt in der durch Pfeile in der Fig. 1 gezeigten
Richtung und durchsetzt dabei die Arbeitszylinder 3, 3' und die großen Kühlflächen
der Deckel 18, 19.
Die erwärmte Luft wird durch die Öffnung 31, z.
B. beim Einbau der Maschine in ein Kraftfahrzeug, ins Freie abgeleitet. Zur Innenkühlung
des Auslaßschiebers ist in den Deckeln 19 eine Bohrung 32 eingebracht und der Lagerbolzen
21 des Flachschiebers 16 hohl ausgeführt. Der Bolzen 21 endet vor einer Ausnehmung
33 in der Kopffläche 8 des Arbeitszylinders 3, von welcher gegabelte Ableitungen
34, 34'
(Fig. 2) abgezweigt sind. Ein Teilstrom der Kühlluft durchsetzt den
Lagerbolzen 21 und vereinigt sich nach dem Durchströmen der Zweigleitungen
34, 34' wiederum mit dem Hauptstrom. Der Auslaßschieber 16 ist über einen
Teil seines Umfanges mit einer durch eine Platte 35 abgedeckten Ausnehmung 36 versehen,
in welche eine Natriumfüllung 37 eingebracht ist.
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Der Antrieb der Ein- und Auslaßschieber 14,16 erfolgt von der Kurbelwelle
4 aus durch eine Königswelle 38 (Fig. 3) über einen Kegelsatz 39 mit halber Maschinendrehzahl.
Der Schaft 40 der Welle 38 erstreckt sich durch das Kurbelgehäuse
1 und trägt an seinem freien Ende ein Zahnrad 41, welches mit einem gezahnten
Außenkranz 42 des Auslaßschiebers 16 im Eingriff steht. Der Zahnkranz
42 kämmt gleichzeitig mit einem Zahnkranz 42' des Auslaßschiebers
16', welcher den Gaswechsel für den Arbeitszylinder 3' steuert. Zum
Antrieb des Einlaßschiebers 14
ist eine Steuerwelle 43 vorgesehen, welche
über einen weiteren Kegelradsatz 44 mit der Königswelle 38 im Eingriff
steht. Die Steuerwelle 43 besitzt an ihrem freien Ende ein Zahnrad 45, welches mit
einem Außenkranz 46 des Einlaßschiebers 14 in treibender Verbindung
steht. Der Außenkranz 46 ist mit dem Zahnkranz 46' des Einlaßschiebers 14'
des Arbeitszylinders 3' im Eingriff.
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Beim Lauf der Maschine wird von der Kurbelwelle 4 über den
Kegelradsatz 39 die Königswelle 38 und damit gleichzeitig durch den Kegelradsatz
44 die Steuerwelle 43 in Umlauf versetzt. Die Zahnräder 41
bzw.
45 an den Enden dieser Welle treiben die Schieber 14, 14' bzw. 16, 16' an,
wodurch abwechselnd die Ein- oder Auslaßöffnungen 15, 17 der Schieber den
Gaswechsel für den Brennraum 10 steuern. Der Teilraum 7' des Brennraumes
beim Einlaßschieber 14
wird dabei, wenn der Kolben 5 in seine obere Totpunktlage
gelangt, durch ein entsprechendes Formstück 5' des Kolbens nahezu vollständig ausgefüllt.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern in gleicher Weise auch für Reihen- oder V-Maschinen anwendbar. Außerdem
ist es möglich, die Schieber in einem Zylinderkopf anzuordnen, welcher als besonderes
Bauteil zusammen mit den Arbeitszylindern am Kurbelgehäuse der Maschine befestigt
ist.