DE253591C - - Google Patents

Description

Elften -- (Exemplar

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 253591 KLASSE 46 b. GRUPPE

RUDOLF HOFFMANN in MÜLHAUSEN i.Els.

Auspuffventilsteuerung für Zweitaktverbrennungsmotoren. Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Januar 1911 ab.

Bei Zweitaktverbrennungsmotoren erfolgt bekanntlich die Steuerung für den Auspuff der Verbrennungsgase meistens durch den Arbeitskolben selbst, indem dieser an dem dem Zylinderkopf entgegengesetzten Hubende Schlitze abdeckt, durch welche diese Gase entweichen. Die Dauer des Austritts vor und nach der Totpunktlage ist dabei gleich groß. Gleichzeitig werden meistens auch Schlitze

ίο durch den Arbeitskolben abgedeckt, durch welche die Spule und Verbrennungsluft in den Zylinder eintritt. Auch für diese Schlitze ist die Dauer der Öffnung vor und nach dem toten Punkt die nämliche. Es muß aber zweckmäßig die Öffnung der Auspuff schlitze wesentlich früher beginnen als diejenige der Spülluftschlitze, damit die Verbrennungsgase rechtzeitig entweichen und auf annähernd atmosphärischen Druck hinunter expandieren können, bevor die Spülluftschlitze öffnen, sonst ist Gefahr vorhanden, daß Verbrennungsgase in den Spülluftbehälter hineingelangen. Um ebensoviel aber, als die Auspuffschlitze vor den Spülluftschlitzen öffnen, um ebensoviel schließen sie später als diese letzteren, so daß ein dem betreffenden Hubvolumen entsprechender Teil von reiner Spülluft wieder durch die Auspuffschlitze ausgestoßen wird, statt komprimiert und für die Verbrennung nutzbar zu werden. Ist aber der Zeit- und Hubvolumenunterschied zwischen Schluß der Auspuff- und der Spülluftschlitze, also auch zwischen deren Öffnungspunkten ein geringer, dann muß die Spülluft vor dem Eintritt in den Zylinder stark genug komprimiert werden, damit keine Auspuffgase in den Spülluftbehälter gelangen.

Bei Öffnung der Spülluftschlitze expandiert dann aber die Spülluft mit den Auspuffgasen zusammen durch die Auspuffschlitze hinaus, bis auf atmosphärischen Druck hinunter, und es muß nacher diese Spül- und Verbrennungsluft im Arbeitszylinder neuerdings von atmosphärischer Spannung an aufwärts komprimiert werden. Die in diesem Falle nicht unwesentliche Kompressionsarbeit in der Spülluftpumpe geht also verloren.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, obige Ubelstände zu vermeiden. Es soll die Ausströmung der Verbrennungsgase so rechtzeitig erfolgen, daß dieselben auf atmosphärischen Druck hinunter expandieren können, bevor die Spülluftschlitze öffnen, so daß also an Druck und Kompressionsarbeit der Spülluft gespart werden kann. Andererseits soll die Ausströmöffnung ungefähr gleichzeitig mit den Spülluftschlitzen abgesperrt werden, damit durch diesen frühzeitigen Schluß des Auspuffs ein möglichst großer Teil des Hubvolumens des Arbeitszylinders für Luftkompression verwendet und möglichst viel Arbeit aus dem Zylinder erzielt werden kann.

Diesen Bedingungen kann genügt werden durch ein Auspuffventil mit besonderem Antrieb (Kurbel, Exzenter oder gleichwertigem Hebelmechanismus), welcher der Bewegung der Maschinenkurbel um einen gewissen Winkel voraneilt. Läßt man das betreffende Exzenter dagegen um den gleichen oder auch etwas größeren Winkel nacheilen, so erfolgt die öffnung des Auspuffs ungefähr gleichzeitig oder sogar etwas später als die Öffnung des Zutritts der Spül- (und Verbrennungs-) Luft, der

Abschluß des Auspuffs findet aber wesentlich später statt als der Luftabschluß, und die Kompression wird beträchtlich vermindert. Diese Exzenterstellung mit Nacheilung kann daher wegen der geringen Kompressionsarbeit zweckmäßig für das Anlassen des Motors in der gegebenen Drehrichtung benutzt werden. Die Bewegungsdiagramme auf der beiliegenden Zeichnung (Fig. ι für das Anlassen und Fig. 2 für die Arbeitsstellung des Exzenters) erläutern deutlich das Gesagte.

Die für das Anlassen zweckmäßige Nacheilstellung des Exzenters oder gleichwertigen Mechanismus eignet sich aber auch zur Betätigung der Anlaßdruckluftventile, welche, durch irgendeinen Handhebel eingerückt, in der Anfangsperiode des Abwärts- (Arbeits-) Hubes des Kolbens geöffnet werden und die Druckluft nachher noch durch Expansion auf den Kolben wirken lassen.

Bezeichnet die in den Fig. 1 und 2 angegebene Drehrichtung der Welle den Vorwärtsgang der Maschine, so erhellt aus der Betrachtung dieser Figuren ohne weiteres, daß deren Spiegelbilder (Fig. 3 und 4) für den Rückwärtsgang gelten. Fig. 5 gibt das Anlaßarbeitsdiagramm der Druckluft, Fig. 6 das normale Arbeitsdiagramm, das durch Erwärmung der komprimierten Luft erhalten wird infolge Verbrennung des im oberen toten Punkte eingeführten Brennstoffs. Beide letzteren Figuren gelten gleicherweise für Vor- und Rückwärtsgang. Fig. 7 gibt eine Zusammenstellung der verschiedenen Exzenter-Stellungen für Vor- und Rückwärtsgang, für Anlassen und Normalarbeit. Es ist dabei angenommen, daß die Voreilwinkel α für »Arbeiten« um einen Betrag γ kleiner seien als die Nacheilwinkel β. des Exzenters beim »Anlassen«. Die dem Winkel γ entsprechende Bewegung des Stellzeugs, welche das Exzenter auf der Kurbelwelle verschiebt, kann dann zweckmäßig einerseits zum öffnen oder Schließen der Brennstoffzufuhr verwendet werden, andererseits dazu, die Bewegungsvorrichtung der Anlaßdruckluftventile in Eingriff zu bringen mit der Bewegung der Auspuffventilhebel. Fig. 8 gibt das Beispiel eines (einzylindrisch gezeichneten) Zweitaktmotors. Die Spülluftpumpe ist nicht angegeben, weil für das oben Gesagte ohne Belang. In diesem Beispiel wird die Verdrehung des auf der Kurbelwelle sitzenden Exzenters 1 in bekannter Weise bewirkt durch eine Schiebehülse 2, in deren schraubenlinienförmige Nuten 3, 3 die Schrauben 4, 4 der Exzenternabe eingreifen. Die durch Keil von der Welle mitgenommene Schiebehülse 2 wird durch Hebel 5 mit Stellknagge auf der Kurbelwelle längsweg bewegt, wodurch das Exzenter gedreht wird. Der Punkt 7 des Handhebels arbeitet mittels Stange 8 auf den Zwischenhebel 9 derart, daß den Anfahrstellungen I und III die gleiche Stellung von Hebel 9 entspricht. Das Druckluftventil 10 mit Rückzugfeder 11 trägt auf seiner Spindel einen Hebel 12 mit Vorsprung oder Anschlag 13, der durch die Verbindungsstange 14 vom Hebel 9 so eingestellt wird, daß in den Anfahrstellungen I und III der Vorsprung 13 nach oben steht und in den Bereich des zweiarmigen Hebels 15 kommt, mittels dessen das Exzenter ι das Auspuffventil 16 bewegt. Im unteren Totpunkt des Arbeitskolbens drückt Hebel 15 auf Ventil 16, und es findet Auspuff statt, und zwar für alle Stellungen des Handhebels 5, allerdings mit verschiedenen Zeitpunkten für Beginn und Schluß. In Nähe des oberen Totpunktes des Arbeitskolbens stehen Exzenter ι und der mit ihm direkt verbundene Arm des Hebels 15 nach unten, und der Hebei 15 drückt auf die Knagge 13, wenn diese für die Anfahrstellungen I und III nach oben steht. Es wird dadurch das Druckluft ventil 10 geöffnet. In den Arbeitsstellungen II und IV dagegen ist die Knagge 13 ausgerückt in die punktierte Lage, so daß sie vom Hebel 15 nicht, berührt werden kann und das Anlaßdruckluftventil geschlossen bleibt. Der Zwischenhebel 9 kann mittels Stange 17 auch mit dem Brennstoffhahn 18 so verbunden werden, daß derselbe geschlossen wird für die Anfahrstellungen I und III und geöffnet für die Arbeitsstellungen II und IV. Statt des Hahnes

18 kann man sich auch ein Ventil denken oder den Antriebsmechanismus einer Pumpe, die den Brennstoff fördert.

Die Fig. 9 und 10 geben ein anderes Beispiel von Bewegungsmechanismus zur Verdrehung des Exzenters. Sie erfolgt hier, ebenfalls in bekannter Weise, durch Verschieben der Hülse %^a, welche, auf einen Winkelhebel

19 drückend, durch Vermittlung der Stange

20 das Exzenter i^a dreht.

Die Fig. 8 bis 10 und zugehörige obige Beschreibung sind nur als schematische Beispiele für Erreichung des gewünschten Zweckes aufzufassen, nämlich sinngemäß für die Änderung der theoretischen Winkelstellung des Exzenters (oder gleichwertigen Mechanismus) zum Zweck des bequemen Anlassens und des rationellen Arbeitens des Motors. Der gleiche Zweck kann auch durch Kombination anderer bekannter Maschinenelemente erreicht werden.

Eine Spülluftpumpe für im Zweitakt arbeitende Zylinder von Verbrennungsmaschinen kann namentlich in kleineren Verhältnissen' zweckmäßig geschaffen werden durch Anfügung eines Stufenkolbens zum Arbeitskolben. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß ein besonderes Antriebsgestänge nicht nötig wird und daß man den Stufenkolben beliebig groß machen, also mehr Spülluft fördern kann, -us

das Volumen des Arbeitszylinders ausmacht, was z. B. bei denjenigen Anordnungen nicht der Fall ist, welche die Rückseite des Arbeitskolbens und den Kurbelräum als Spülluftpumpe verwenden. Für die geförderte Spülluft ist ein Zwischenbehälter nötig, aus welchem dieselbe im vorderen (unteren) Totpunkte in den Arbeitszylinder überströmt. Je größer dieser Behälter ist, desto gleichmäßiger ist der

ίο Druck in demselben, auf desto kleineren Druck braucht die Spülluftpumpe zu fördern und um so weniger Arbeit wird sie zu leisten brauchen.

Werden nun zwei (oder mehr) Arbeitszylinder mit zugehörigen Stufenkolben zu einer Maschine vereinigt, so gleichen sich die von den verschiedenen Stufenkolben geförderten und die in die Arbeitszylinder abströmenden Spülluftmengen aus, und es genügt bei gegebenen Druckunterschieden ein gemeinsamer Luftbehälter, der für alle Zylinder zusammen nicht größer ist als für einen einzelnen Arbeitszylinder der gegebenen Dimension.

Werden speziell zwei Arbeitszylinder zu einer Gruppe vereinigt, so kommen die beiden Kurbeln unter 180 ° zueinander zu stehen, was neben dem Ausgleich der bewegten Massen den weiteren Vorteil hat, daß die beiden Auspuffventile und die beiden Druckluftanfahrventile von einem gemeinsamen Exzenter bewegt werden können.

Die Fig. 11 und 12 geben im Vertikalschnitt und in Seitenansicht das Beispiel einer solchen Zweigliedermaschine. Unterhalb der Arbeitskolben 21-21 sind die Stufenkolben 22-22 für Förderung der Spülluft angegliedert, welche in den gemeinsamen Zwischenbehälter 23 gepreßt wird. Durch die Schlitze 24-24 in den Wänden der Arbeitszylinder tritt die Spülluft während der unteren Totpunktlagen der betreffenden Kolben in die Zylinder ein. Diese Spülluft dient auch zur nachherigen Verbrennung.

Während in den Beispielen der Fig. 8 bis 10 die Exzenter nur veränderlichen Voreil winkel hatten (positiven oder negativen), dagegen konstanten Hub, so ist im Beispiel der Fig. 11 und 12 die Maschine mit einer Einexzenter-Kulissensteuerung gezeichnet nach dem Prinzip der Steuerungen von Solms, Hackworth, Brown u. a. Bei dieser wie bei fast allen anderen Ein- und Zweiexzenter - Kulissen-Steuerungen (deren Kulissen auch durch einen Lenker ersetzt sein können) sind sowohl Hub wie Voreilwinkel veränderlich, derart, daß den größeren theoretischen Voreil- bzw. Nacheilwinkeln auch die größeren Hübe entsprechen. Es ist also auch hier (s. Fig. 12) für die Anfahrstellungen I und III der Hub der Exzenterstange 25 größer als für die Arbeitsstellungen II und IV. Es hat dies den Vor teil, daß das Hebelwerk, und Gestänge 12, 13, 14 der Fig. 8 hier fortfallen kann, denn nur in jenen Anfahrstellungen I und III werden die durch die Zugstange 27 verbundenen Auspuffventilwinkelhebel 26^ und z6^b die Spin- ·■ dein der beiden Anfahrdruckluftventile 38, 38 wechselseitig treffen und die Ventile öffnen können. In den Arbeitsstellungen II und IV dagegen, mit verkleinertem Hub des Gestänges 25-27, ist dies, wie auch erforderlich, nicht . ■ mehr der Fall.

Da Verbrennungsmotoren mit den üblichen hohen Kompressionen, wenn einmal im Gang befindlich, sehr leicht »umspringen«, so wird j eine Zweizylinder-Zweitaktmaschine nach Fig. 11 .· j und 12 sehr leicht in vielen Verwendungsfällen als Reversiermaschine benutzt werden können. Nur beim Anfahren aus der Ruhestellung wird es nötig sein, die Kurbeln vorher in einen gewissen günstigen Winkel einzustellen. In der Regel bleiben aber die Maschinen beim Stillsetzen so stehen, daß immer wenigstens in -der einen von den zwei Drehrichtungen angefahren werden kann; wenn nötig, kann man dann nachher in die gewünschte Drehrichtung umsteuern.

Um in absolut jeder Kurbelstellung und in jeder der beiden Drehrichtungen direkt anfahren zu können, sind aber vier Zweitaktzylinder erforderlich, derart, daß nach je 90° Drehung der Kurbelwelle ein Arbeitsimpuls erfolgt. Zu diesem Zweck können zwei Gruppen nach Fig. 11 zu je zwei Zylindern nebeneinandergestellt werden nach Art von Fig. 13, wobei je zwei Zylinder ein besonderes Steuerexzenter erhalten.

Zum Umsteuern der Maschine, z. B. aus Arbeitsstellung II in Vorwärtsgang, genügt es, den Umsteuerhebel erst in Stellung III zu bringen, wodurch der Brennstoff abgestellt wird und bei kleiner Kompression »rückwärts« die Druckluftventile »rückwärts« arbeiten. Nach dem Umspringen der Maschine und genügender Beschleunigung wird der Hebel in Stellung IV »Arbeiten rückwärts« gebracht, wobei der wieder zugeführte Brennstoff bei hoher Kompression zur Zündung kommt.

Die Bewegung der Auspuffventile kann auch durch eine hochliegende Steuerwelle 28 (Fig. 14 und 15) erfolgen, wobei Nocken oder Exzenter 30 auf die doppelarmigen Hebel 31 und durch diese auf die Ventilspindeln 32 drücken. Sind die Schraubenräder 33 und 34 der Antriebszwischenwelle 29 rechts- und linksgängig ge- 115. schnitten und wird diese Zwischenwelle mittels Winkelhebel 35 gehoben oder gesenkt, so wird Welle 28 relativ zur Kurbelwelle gedreht und die Exzenter oder Nocken 30 eilen gegenüber den zugehörigen Kurbeln vor oder nach. Statt Welle 29 zu heben oder zu senken, kann auch nur ein einzelnes Schraubenrad, z. B.

Rad 36, auf seiner Welle, in diesem Falle Welle 28, längs eines Parallelkeils verschoben werden, um die Umsteuerung zu bewirken. Der Hub der Exzenter oder Nocken 30 bleibt dabei konstant und es müssen die Anfatirdfuckluftventile entweder durch besonderen Handgriff oder automatisch mit Hilfe eines Gestänges nach Art von 12, 13, 14 (Fig. 8) zum Eingriff mit den Hebeln 31 gebracht werden.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Auspuff ventilsteuerung für Zweitaktverbrennungsmotoren mit Auspuffventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsorgan des Auspuffventils (16) beim Anlassen der Maschinenkurbel zwecks Kompressionsverminderung nacheilt und beim Betrieb voreilt, um nach rascher Entleerung des Zylinders die Kompression einer möglichst. großen Menge von Spül- und Verbrennungsluft zu ermöglichen.
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, bei welcher die Vergrößerung des Hubes des Auslaßventilantriebes beim Anlassen zur Steuerung des Druckluftventils nutzbar gemacht wird.
3. 3. Steuerung nach Anspruch 1, bei welcher die Vorrichtung zur Änderung des Voreilwinkels oder Nacheilwinkels des Auspuffventils auch zum Umsteuern dient. _

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.