DE247385C

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Publication number: DE247385C
Application number: DENDAT247385D
Authority: DE
Priority date: 1909-11-03
Also published as: GB191025470A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

^PATENTSCHRIFT

- M 247385 KLASSE 46 a. GRUPPE

WALTHER SCHMIED in GENF.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Juli 1910 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Viertaktverbrennungsmaschine, bei welcher unter der Einwirkung eines Exzenters, welchem den Kurbelbzw. Kolbenzapfen umschließt und um denselben drehbar ist, der Kolbenhub während des Ganges der Maschine geändert wird. Von anderen bekannten Maschinen, bei welchen eine derartige Veränderung mittels Zahnräder oder anderer sonstigen Mechanismen herbeigeführt

ίο wird, zeichnet sich der Erfindungsgegenstand dadurch aus, daß das Exzenter sich unter Ausschluß irgendwelcher mechanischen Antriebsvorrichtung dreht.
. In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Fig. 1 bis 7 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher die exzentrische Scheibe im Kopfe der Pleuelstange am Kurbelzapfen angeordnet ist, und die verschiedenen Stellungen dieses Exzenters während des Betriebes der Maschine mit Schnitt durch den Arbeitskolben und den Zylinder. Die Fig. 8 bis 10 zeigen eine Ausführungsform mit Anordnung einer exzentrischen Scheibe im Kopfe der Pleuelstange am Kolbenzapfen und verschiedene ■ Stellungen des Exzenters während des Ganges der Maschine. Endlich zeigt Fig. 11 eine Ausführungsform mit kleiner Kurbel, welche anstatt eines Exzenters verwendet werden kann, und Fig. 12 eine Anordnung, welche eine rationelle Schmierung des am Kurbelzapfen angebrachten Exzenters gestattet.

In den Fig 1 bis 7 bedeutet α schematisch den Zylinder, b den Arbeitskolben, beide im Schnitt, c den Kolbenzapfen, welcher Pleuelstange und Arbeitskolben miteinander verbindet, d die Pleuelstange, e das in dem Kopfe der Pleuelstange d drehbar angeordnete Exzenter. Die Exzentrizität der Scheibe e ist ungefähr gleich der halben Länge der Verbrennungskammer des Zylinders a. Das Exzenter e sitzt drehbar auf dem Kurbelzapfen f¹ der Kurbel f, welche die vom Arbeitskolben b abgegebene Energie auf die Motorwelle g überträgt.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Wenn im Zylinder auf der Arbeitsseite ein von dem der Atmosphäre nicht sehr verschiedener Druck herrscht, wie in der Zeit des Auspuffs und des Ansaugens, so wird das Exzenter e unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft eine Lage einnehmen, wie sie in den Fig. 1 bis 5 angedeutet ist. Die Zentrifugalkraft hat das Bestreben, den Exzentermittelpunkt e² möglichst weit vom Kurbelkreiszentrum oder der Achse der Motorwelle g zu entfernen, so daß der Exzentermittelpunkt e² außerhalb des Kurbelkreises, aber konzentrisch zu demselben, einen neuen Kreis zu beschreiben sucht, dessen Durchmesser um die doppelte Exzentrizität der exzentrischen Scheibe e vergrößert ist. Dadurch wird aber auch der Hub des Arbeitskolbens um denselben Betrag vergrößert, und da die Exzentrizität gleich der halben Länge der Verbrennungskammer ist, wird diese Kammer vom Arbeitskolben in ihrer ganzen Länge bis an den Zylinderboden durchlaufen und alle Abgase aus dem Zylinder α hinausgeschoben (Kg· 3)·

In der ersten Hälfte des Auspuffhubes, während der Beschleunigung, wirkt die Trägheit der Masse des Arbeitskolbens b zwar teilweise der Zentrifugalkraft entgegen, so daß die exzentrische Scheibe gezwungen ist, eine Stellung einzunehmen, welche der Richtung der resultierenden Kraft von Zentrifugalkraft und Kolbenreaktion entspricht. In der Hubmitte jedoch wird die letztere gleich Null, so daß die

ίο Zentrifugalkraft allein wirkt und dem Exzenter e eine rein radiale, nach außen gerichtete Lage erteilt (Fig. i). In der zweiten Hälfte des Auspuffhubes, da die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens wieder verlangsamt wird, bewirkt nun die Beschleunigung der Kolbenmassen statt eines Nacheilens des Exzenters e, wie in der ersten Hubhälfte, ein gewisses Voreilen desselben (Fig. 2). Im Totpunkte (Fig 3) am Ende des Auspuffhubes ist dieses Voreilen jedoch wieder gleich Null, da Kolbenverzögerungskraft und Zentrifugalkraft dieselbe Richtung haben und sich deshalb einfach addieren.

Der nun folgende Saughub des Arbeitskolbens läuft direkt vom Zylinderboden aus, vollzieht sich also ohne den schädlichen Raum einer Verbrennungskammer. Infolge der Kolbenreaktionen eilt das Exzenter e in der ersten Hubhälfte nach (Fig. 4), in der zweiten vor, um im folgenden unteren Totpunkte am Ende des Saughubes wieder rein radial nach außen sich einzustellen (Fig. 5), indem das Exzenter sich im Pleuelstangenkopfe beständig dreht.

Im nun kommenden Verdichtungshub steigt der Druck im Innern des Motorzylinders α sehr rasch auf mehrere Atmosphären. Der Arbeitskolben b übt deshalb auf die Pleuelstange d und diese auf das Exzenter e einen starken Druck aus, welcher das Exzenter fortwährend zwingt, sich so einzustellen, daß der Abstand zwischen Kurbelzapfen f¹ und Kolbenzapfen c ein Minimum bleibt, was der Fall ist, wenn der Exzentermittelpunkt e² sich in der Verlängerung der Längsachse der Pleuelstange befindet, welche durch das Zentrum des Kolbenzapfens c und des Kurbelzapfens f¹ geht (Fig. 5, 6 und 7). Das Exzenter e verändert infolgedessen seine Lage relativ zum Pleuelstangenkopf nicht, da die Zentrifugal- und Kolbenbeschleunigungskräfte zu gering sind, um den Druck im Zylinderinnern zu überwinden. Der Hub des Arbeitskolbens b beträgt daher nur eine Länge, welche gleich ist dem Kurbelkreisdurchmesser, so daß der Arbeitskolben, im oberen Totpunkte angelangt, nur einen Teil der Zylinderbohrlänge durchlaufen hat und infolgedessen zwischen Kolbenboden und Zylinderboden ein Raum übrigbleibt, in welchem sich die verdichtete Gemischladung befindet (Fig. 7). Auch im auf die Verbrennung folgenden Ausdehnungshub

kann infolge des Überdruckes das Exzenter e seine Stellung relativ zur Pleuelstange nicht wechseln, so daß im unteren Totpunkte am Ende der Expansion das Getriebe die in Fig. 5 gezeichnete Stellung einnimmt.

Wird nun das Auspuffventil geöffnet, so verschwindet der Überdruck im Zylinderinnern. Im Auspuff hub können Zentrifugalkraft und Kolbenmassenkräfte wieder ihre Wirksamkeit geltend machen und das Exzenter e radial nach außen stellen, wodurch in der angegebenen • Weise der Hub des Kolbens b vergrößert wird und das ganze beschriebene Spiel sich wiederholt.

Um eine bessere Ausbalancierung der hin und her gehenden Massen der Maschine zu erreichen, kann das Exzenter mit einem Gegengewicht e¹ versehen werden, wie in Fig. 1 angedeutet ist.

Greifen mehrere Pleuelstangen bei Mehrzylindermaschinen an demselben Kurbelzapfen an, so erhält jede Pleuelstange ihr eigenes, besonderes Exzenter e.

Zu Montagezwecken kann das Exzenter in allen Anwendungen aus mehreren Stücken zusammengesetzt werden, welche sich mittels Schrauben oder ähnlichen Mitteln untereinander und miteinander verbinden lassen.

In den Fig. 8 bis 10 ist die Anordnung eines Exzenters in demjenigen Pleuelstangenkopf, welcher mit dem Arbeitskolben verbunden ist, dargestellt.

α bedeutet wiederum den Zylinder und b den Arbeitskolben,- beide schematisch und im Schnitt dargestellt, c den Kolbenzapfen, d. h. die Achse, welche Pleuelstange und Kolben b miteinander verbindet, d bedeutet die Pleuelstange, edas Exzenter mit einer Exzentrizität j gleich der halben Länge der Verbrennungskammer.

Dieses im Kolben gelagerte Exzenter e funktioniert ganz ähnlich wie dasjenige am Kurbelzapfen. Doch fällt hier die Wirkung der Zentrifugalkraft weg, und nur der jeweilige Kolbenverzögerungsdruck bewirkt die Verdrehung des Exzenters. .

Es sei der Arbeitskolben b im oberen Totpunkte am Ende des Auspuff- und im Anfange des Saughubes, wobei das Exzenter e die in Fig. 8 dargestellte Lage einnimmt.

Die geometrische Längsachse der Pleuelstange d, welche überdies durch das Zentrum des Kolbenzapfens c und durch den Mittelpunkt des Exzenters e geht, fällt in diesem Augenblicke mit der Achse des Zylinders zusammen. Im folgenden Saughub jedoch schwingt die Pleuelstange aus dieser Anfangslage heraus (Fig. 8). Während der ersten Hälfte des Saughubes macht das Exzenter e diese Bewegung mit, so daß der Exzentermittelpunkt ebenfalls aus der Achse des Arbeitskolbens, welche mit der Zylinderachse zusammenfällt, herausgeht. Dadurch verliert aber der Kolben b seinen Stütz-

Claims

punkt, und es entsteht ein kleiner Hebelarm, der in der Zeichnung (Fig. 8) gleich ist der Horizontalprojektion der Strecke Exzentermittelpunkt e²-Kolbenzapfenmittelpunkt c, welcher Hebelarm im Exzentermittelpunkt e² seinen Drehpunkt hat, während der Kolbenzapfenmittelpunkt den Angriffspunkt der Kraft darstellt. Die Exzenterstellung wird bis zur Mitte des Saughubes beibehalten, da die Trägheit

ίο der Kolbenmasse eine Änderung der Exzenterstellung verhindert. Nachdem nun der Arbeitskolben b die Hubmitte und damit das Geschwindigkeitsmaximum erreicht hat und die Pleuelstange d anfängt, ihre vertikale Geschwindigkeit wieder zu verlangsamen, sucht der Arbeitskolben b seinen Weg infolge der Beschleunigung der Kolbenmasse fortzusetzen und übt einen Druck aus auf den Kolbenzapfen. Derselbe wird aber durch den Exzentermittelpunkt nicht mehr gestützt; es entsteht ein Drehmoment aus Kolbenbeschleunigungsdruck und dem Hebelarm e²-c, welches nun das Exzenter e zunächst in die Lage der Fig. 9 und darauf in die in Fig. το auf Druck stabile Lage dreht. Am Exzenter e kann ein Gegengewicht e¹ angebracht werden, welches die Verdrehung erleichtert.

Im folgenden Verdichtungshub kann das Exzenter seine Stellung nicht verändern, da der im Zylinder herrschende Verdichtungsdruck die Kolbenbeschleunigungskraft aufhebt, ebenso im folgenden Ausdehnungshub, wo der Verbrennungsdruck jede Änderung der Exzenterstellung verhindert. Es entsteht daher am Ende des Verdichtungshubes im Zylinder eine Verbrennungskammer.

Dagegen kommt im Auspuffhub die Kolbenbeschleunigungskraft wieder zur Geltung, so daß das Exzenter in die Lage der Fig. 8 verdreht, der Hub verlängert und die ganze Verbrennungskammer von demselben durchlaufen wird. ·

In Fig. 11 ist gezeigt, daß statt der Exzenter auch Kurbeln e verwendet werden können; der Kurbelradius beträgt dann gleichfalls die Hälfte der Länge der Verbrennungskammer des Zylinders, und das Spiel dieser Anordnung vollzieht sich in gleicher Weise wie die Vorrichtung mit Exzentern.

Um die Kurbel im Kolben montieren zu kön-'' nen, muß derselbe aus zwei Stücken bestehen,

z. B. wie dies in der Fig. 11 angegeben ist, welche mittels Schrauben oder anderen Mitteln nachher miteinander verbunden werden.

Die Reibungsflächen des Exzenters bedürfen einer reichlichen Schmierung, besonders wenn dasselbe am Kurbelzapfen angreift. In Fig. 12 wird, gezeigt, wie diese Schmierung erreicht werden kann.

Es sind f die Kurbelarme, f¹ der Kurbelzapfen, e das Exzenter, d die Pleuelstange. Das Exzenter e, im Schnitt gezeichnet, enthält Hohlräume β³, welche zugleich dessen Gewicht herabsetzen. Von den Hohlräumen führen Schmierlöcher zu den Reibungsflächen des 6g Exzenters, durch welche das Öl von der Zentrifugalkraft und den' Beschleunigungs- und Verzögerungskräften hindurchgetrieben wird.

Die Kurbelarme f sind ihrerseits mit Kanälen f² versehen. Da das Kurbelgetriebe sich im Ölbad bewegt, sind die Kurbelarme stets mit Öl behaftet, das infolge der Zentrifugalkraft denselben entlang radial nach außen fließt. Ein Teil dieses Öles gelangt in die Kanäle f'² und von diesen in die Hohlräume β³ des Exzenters, welche auf diese Weise stets mit Öl mehr oder weniger gefüllt werden.

Paten τ-An spruch:

Viertaktverbrennungskraftmaschine mit einem im Pleuelstangenkopf angeordneten Exzenter, welches den Kurbel- bzw. Kolbenzapfen umschließt und um denselben drehbar ist, und dessen Exzentrizität ungefähr gleich der halben Länge der Verbrennungskammer ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenter unter Ausschluß irgendwelcher mechanischen Antriebsvorrichtung sich während des Auspuff- und des Saughubes des Arbeitskolbens selbsttätig relativ zum Pleuelstangenkopf derart verdreht, daß der Hub des Arbeitskolbens um die doppelte Exzentrizität des Exzenters verlängert wird, jedoch in der Zeit des Verdichtungs- und des Ausdehnungshubes des Arbeitskolbens durch den im Arbeitszylinderinnern herrschenden und auf das Getriebe zurückwirkenden Überdruck an jeder wesentlichen Verdrehung relativ zum Pleuelstangenkopf verhindert wird, so daß der Hub des Arbeitskolbens die normale Länge behält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.