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Steuerung für Viertaktexplosionsmotoren mit sternförmig angeordneten,
um eine feststehende Achse kreisenden Zylindern. Die vorliegende Erfindung betrifft
einen ventillosen Viertaktrotationsmotor mit sternförmig angeordneten, um eine feststehende
Achse kreisenden Zylindern, bei welcher die Zu- und Ableitung des Betriebsmittels
durch die hohlen Kolbenstangen erfolgt.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die fest finit
den Arbeitskolben verbundenen hohlen Kolbenstangen an ihren den Kurbelzapfen zugekehrten
Enden mit einem ringförmigen Kranze verbunden sind, in welchem ein zwangläufig angetriebener
hohler Drehschieber rotiert, der an seinem Umfange mit Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen
versehen ist, die während der Ansauge- und Auspuffperiode die Verbindung der hohlen
Kolbenstangen und somit der Zylinder mit der durch die hohle Kurbelwelle geführten
Frischgasleitung bzw. mit dem in das Kurbelgehäuse mündenden Auspuffraume herstellen.
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Die am Umfange des Drehschiebers befindliehen Einlaßöffnungen schließen
sich an hohle Arme an, die in Verbindung stehen mit einer in der Nabe des Drehschiebers
vorgesehenen ringförmigen Nut, in welche das Explosionsgemisch durch eine Öffnung
und eine in die hohle Kurbelwelle führende Leitung gelangt. Ein exzentrisch auf
dem Kurbelzapfen der feststehenden Motorwelle sitzendes Zahnrad ist durch eine Stange
und einen Mitnehmer so mit einer der Kolbenstangen verbunden, daß es die Drehbewegung
der Kolben um die Kurbelwelle mitmacht und mit einer an dem Kranze des Steuerschiebers
vorgesehenen Innenverzahnung kämmt, wobei das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder
derart gewählt ist, -daß die Steuerung eines Viertaktexplosionsmotors in richtiger
Weise erfolgt.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform
des ventillosen Motors gemäß der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.
i eine Schnittansicht nach der Linie 1-I der- Fig. 2 von einem Motor gemäß der Erfindung.
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Fig.2 zeigt eine Schnittansicht nach der Linie II-II der Fig. i desselben
Motors. Fig. 3 ist eine zu Fig.2 ähnliche Ansicht, teilweise im Schnitt nach Linie
III-III der Fig. i, während in Fig. 4 15 Schemas dargestellt sind, aus denen die
Arbeitsweise der Steuervorrichtung in ihren Einzelheiten ersichtlich ist.
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In -seiner Gesamtheit weist der in Frage kommende Motor eine Anzahl
von Arbeitskolben pl ... p-, auf, die an einem Kranz C angeschlossen sind,
der aus einem Stücke mit den hohlen Kolbenstangen t'! ... t7 hergestellt
ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist angenommen worden, daß der
Motor sieben Kolben aufweist, deren Achsen, die selbstverständlich gleichfalls die
Achsen der Zylinder c' ... c' sind, gleichmäßig um die Achse'
der
Kurbel V der feststehenden Motorwelle X, Y verteilt sind.
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In dem Innern des Kranzes C ist ein Drehschieber D angeordnet, der
vollständig dicht in den ersten Kranz eingepaßt ist. Dieser Drehschieber D dient
als Steuerorgan für das Explosionsgemenge und verteilt dasselbe an die verschiedenen
zu speisenden Motorzylinder. Gleichzeitig steuert er den Auspuff. Zu diesem Zweck
ist derselbe wie folgt ausgebildet: An einer Nabe in, die auf der Kurbel V der Motorwelle
M sitzt, ist eine ringförmige Kammer d ausgebildet, welche durch einen Kanal c und
eine Öffnung o an einen Kanal A in der hohlen Kurbelwelle angeschlossen ist. Durch
diesen Kanal wird das zur Speisung des Motors dienende Explosionsgemenge zugeführt.
Von der Nabe in gehen hohle Arme b1, b2, b8, b4 aus. Diese Arme stellen eine Verbindung
-der Kammer d mit den am Umfang des Drehschiebers befindlichen Einlaßöffnungen al,
a=, a8, a4 her. Der Einlaß in die Motorzylinder erfolgt, wenn eine der Öffnungen
a1 ... 0 des Steuerschiebers D
gegenüber einer der Öffnungen o1, 02
. . . 07 zu liegen kommt, die an den Enden der entsprechenden hohlen Kolbenstangen
vorhanden sind.
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Um den Auspuff der Verbrennungsgase zu ermöglichen, sind einerseits
in den Zylindern Öffnungen f vorgesehen und andererseits in dem Schieber
D Öffnungen e1, e2, es, e4. Die Öffnungen f werden geschlossen und
freigegeben durch die Arbeitskolben, während die Öffnungen e1, e2, es, e4
zeitweise vor die Kanäle der hohlen Kolbenstange gebracht werden, so daß der Rest
der verbrannten Gase zunächst in das Kurbelgehäuse und von hier ins Freie entweichen
kann.
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Zwecks Antriebs des Steuerschiebers D ist an ihm eine Innenzahnung
E vorgesehen, mit der ein Zahnrad R kämmt, das exzentrisch auf der Kurbel V der
Welle _M sitzt. Dieses Zahnrad R trägt eine Stange B, welche in eine Gabel F greift,
die an einer der Kolbenstangen vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Stange sich
in der Achsenrichtung des Kolbens ungehindert verstellen, wobei jedoch die geeignete
Drehung des Steuerschiebers D und des Kranzes C gesichert wird.
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Während der Arbeit des Motors müssen die Zylinder cl ... c7,
deren Achsen selbstverständlich ständig mit denen der hohlen Kolbenstangen zusammenfallen,
sich in der Drehebene senkrecht zu ihren Achsen verstellen können, und zwar um einen
Betrag, welcher der Exzentrizität gleichkommt, die zwischen der Kurbel V und der
Achse X-Y der Motorwelle vorhanden ist. Zu diesem Zweck sind die mit Ansätzen P1,
Pl versehenen Zylinder auf parallelen Seitenwänden h, 7Z angeordnet, die ihnen unter
Zwischenschaltung von Kugellagern B', B2 als Träger dienen, wobei die Kugellager
auf jeder Seitenwand parallel zu den Seitenkanten des von den Seitenwänden gebildeten
Polygons sitzen, um eine leichte Durchführung der Verschiebungen der Zylinder zu
ermöglichen.
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Die Seitenwände T, Il sind unter sich durch Bolzen ia verbunden, welche
durch Öffnungen entsprechend angesetzter Ohren hindurchgehen. Sie ruhen unter Zwischenschaltung
der Kugellager B1, BZ auf den festen Zapfen T1, T2 der Welle M auf. Die vereinigten
beiden Seitenwände bilden so ein Traggestell für die Zylinder des Motors, welches
die Form eines regulären Polygons hat mit so viel Seiten, als der Motor Zylinder
aufweist.
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Um das Verständnis für die Bewegung der Zylinder cl ... c°
mit Bezug auf die Seitenwände Il, I2 entlang der Laufbahnen der Kugeln B1, BZ zu
erleichtern, ist eine derselben in Fig. 3 im Schnitt gezeigt, und zwar nach Linie
III-III der Fig. i.
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Die Seitenwand 11 ist mit parallelen Randleisten il, j1 versehen,
wobei die letztere eine fest am Käfig der Laufkugeln B1 angeordnete Platte q1 trägt.
Der vorspringende Ansatz P1 eines jeden Zylinders ruht einerseits auf der Randleiste
il der Seitenwand h und andererseits unter Zwischenschaltung eines fest auf ihm
sitzenden Stückes hl auf den Laufkugeln.
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Die andere Seitenwand ist in gleicher Weise ausgebildet.
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Mit Rücksicht auf die sich ergebende Zentrifugalkraft ist es nicht
erforderlich, zwischen den Ansätzen P1. PZ des Zvlinders und den unteren Randleisten
il der Seitenwände h, I= Kugellaufkörper anzuordnen, denn die Randleisten
wirken nur zur fast reibungslosen Führung der Ansätze P', P2 sowie zur Abstützung
des Zylinders beim Stillsetzen des Motors, während der gesamte Reibungsdruck beim
Gange des -Motors 7Zi 1-schen den Laufteilen hl und den Kugeln auftritt.
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Hiernach ergibt sich,. daß, sobald sich der Motor in Richtung des
Pfeiles w dreht (Fig. ,j), die Achsen p1, p2 ... p7 der Kolben und demzufolge
auch diejenigen der Zylinder beständig durch die Kurbelachse I' führen, die auch
mit derjenigen des Kranzes C zusammenfällt, welcher die Kolben trägt. Andererseits
drehen sich die Seitenwände 71, I2 sowie die darauf befestigten Kugellaufbahnen
um die Achse X-I', und (lemzar()l"l inuß notgedrungen eine Verschiebong
der
Zylinder mit Bezug auf die Seitenwände parallel zu den von letzteren getregencn
Laufbahnen auftreten.
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Es ergibt sich folgendes: Wenn beispielsweise angenommen wird. claß
die Fig. 3 sieben aufeinanderfolgende Stellungen eines bestimmten Zylinders angibt.
so sieht man, daß in der-Anfangsstellung die Achse p1 des betrachteten Zylinders
nnit dein Radius m' zusammenfällt, welcher durch die 'Mitte der ersten Seite des
regulären Siebenecks hindurchgeht, das von den Kanten der Seitenwände gebildet wird.
Ain Ende von % Umdrehung kommt die Z_vliiiderachse nach p= und hat sich gegen den
Radius nc= uni den Betrag d= nach rechts verschoben. Am Ende von ='I; Umdrehung
hat sich die Achse p' noch weiter nach rechts gegen den Radius in-' verschoben,
und zwar uni den Abstand cS3. Am Ende von sl; LTmdrehung ist die Achse des Zylinders
nach p4 ,gedreht. Dabei hat sie sich nach rechts gegen den Radius in' nur mehr uni
den Betra- c54 verschoben. Von da ab erfolgen die @'rr-5chiebungen der genannten
Achse nacheinander um die Beträge 6s, c511 und d', die den zugehörigen Werten 61,
63, 62 gleich sind, wobei die Achse die Stellungen p", p" und p' zu den Radien in',
in' und m' einnimmt. Am Ende einer vollständigen Umdrehung kommt die dem Kolben
und dem Zylinder gemeinsame Achse wieder in die ursprüngliche Stellung, in welcher
sie mit dem Radius in' zu-
::ammenfällt. Diese verschiedenen Verschiebungen
der Zylinder bei ihrer Umdrehung sind in Fig. 3 dargestellt, und man ersieht aus
der Zeichnung, daß dieselben in der oberen Hälfte der Fig. 3 sehr weit voneinander
abstehen, während sie in der unteren; Hälfte dieser Figuren näher aneinandergerückt
sind.
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Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung bei der
dargestellten Ausführungsform, nach welcher sieben Zylinder vorgesehen sind mit
einem Steuerschieber D, welcher vier hohle Arme aufweist und der mit einer Geschwindigkeit
umläuft, die "s der des Kranzes. C beträgt, verläuft wie folgt (Fig.4).
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Wenn man die nacheinander während zweier vollständiger Umdrehungen
durch einen der Zylinder und den Drehschieber eingenommenen Stellungen in Betracht
zieht und als Ausgangspunkt die Stellung nach Fig. z nimmt, so ergibt sich folgendes:
r. Jedesmal, wenn der Zylinder und der 1,7-ranz C, der mit den Kolben durch die
Kol-Lenstangen in Verbindung steht, 1l; Umdrehung ausführen, dreht der Steuerschieber
in derselben Richtung nur um 113 Umdrehung wegen des gewählten Übersetzungsverhältnisses
zwischen den Zahnrädern E und r. Geht man nun von der ursprünglichen Stellung (-1-D1
des Zylinders und des Steuers:hiebers aus, so kann man feststellen, daß dieselben
nacheinander die Stellungen C=-D2, C'-D3 und C4-D4 einnehmen. Diese Stellun-`en
entsprechen dem Auspuff der Verbrenitungsgase, welcher in dem Augenblicke beginnt,
in dem der Kolben p1 die Öffnung f freigibt und weiterhin durch die Öffnung cl unmittelbar
nach der Stellung GI-Dl erfolgt. bis die Stellung C4-D4 erreicht ist. Während dieser
Periode steht nämlich die Öffnung o1 des Kranzes C in Verbindung mit der Öffnung
cl des Steuerschiebers D, wobei der Kolben sich dem Boden des Zylinders nähert.
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Von der Stellung C4-Di an hört der Auspuff auf, und die aufeinanderfolgenden
Stellungen C5-D@', CI-DI;, C'-D' entsprechen der Einlaßperiode, welche etwas vor
der Stel-Iuiig C'-D' beginnt und etwas vor der Stellung C''-D3 endigt. Während dieser
Periode steht nämlich die Öffnung o' des Kranzes C ständig in Verbindung mit der
Öffnung a1, wol;c.i der Kolben sich von dein Boden -des Zylinders entfernt.
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3. Etwas nach der Stellung C$-D' bis annähernd zur Stellung Cl"-D"
entsprechen die r.ufeinanderfolgenden Lagen der beiden Teile der Kompression. Während
dieser Periode ist die Öffnung o1 des Kranzes C durch den ollen Teil des Drehschiebers
D verschlossen, wobei der Kolben sich dem Boden des Zylinders nähert.
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4. Etwas vor der Stellung C"-D12 bis etwas vor der Stellung C'5-D"5
entsprechen die aufeinanderfolgenden Lagen von C und D der Explosionsperiode. Während
dieser Zeit verbleibt die Öffnung o' des Kranzes C stäncl ig verschlossen durch
den vollen Teil des Steuerschiebers D, wobei der Kolben sich vom Zylinderboden entfernt,
um zum Schlusse die Öffnung f des Zylinders freizugeben. In diesem Augenblicke haben
Zylinder und Kranz C zwei volle Umdrehungen um die Achse I' ausgeführt; also 14/,
Umdrehungen. Der Steuerschieber D, welcher jedoch, wie schon erwähnt, nur 'IS der
Drehbewegung des Kranzes C ausführt, wegen des gewählten übersetzungsverhältnisses
zwischen den Zahnrädern E und R, hat also nur 141'-X '& = 14/g - 714 Umdrehungen
zurückgelegt. Der Steuers-#hieber ist somit um x14 Umdrehung, also go °, hinter
der Stellung D7 zurückgeblieben, welche er zu Beginn der in Betracht gezogenen Arbeitsperiode
innehatte. Da nun die Arme b1, b2, bs, _h4 und die Öffnungen 11l, e',,
113; 114 in Winkeln von 9o ° mit Bezug zueinander an dem Steuerschieber D
versetzt sind, so befinden sich am Ende der zweiten
Umdrehung des
Motors die Öffnung e2 und der Arm b=, die unmittelbar rechts von der Öffnung el
und dem Arm bl gelegen sind, nunmehr gegenüber der Öffnung ol- des Kranzes C in
der Stellung, welche die Öffnung e' und der Arm b1 bei Beginn der eben beschriebenen
Arbeitsperiode einnahmen.
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Hieraus folgt, daß der vollständige Arbeitszvklus der vier obenerwähnten
Perioden wieder beginnen wird, wodurch die Kontinuierlichkeit des Betriebes gesichert
ist.
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Derselbe . Arbeitskreis gilt offenbar für jeden der '.L\Iotorzy lin(ler.
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Um den dichten Abschluß zwischen C und P an den unteren öffnungen
ol, o= . . . o'
der hohlen Kolbenstangen zu sichern, sind Verschlußkolben
sl, s= . . . s7 vorgesehen, die in entsprechenden Kammern angeordnet und finit Dichtungsringen
versehen sind.
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Um des weiteren die auf diesen Z'erschlußkolben während des Betriebes
des Motors einwirkende zentrifugale Kraft auszugleichen, können noch an dem Kranz(
C geeignete Vorrichtungen vorgesehen werden, die einen vollständig dichten Kontakt
zwischen dem 1)relischieber I? und den Verschlußkolbeil s1 . . . s7 sichern. Zu
diesem Zwecke kann nian z. B. kleine Druckstücke t( vorsehen, die durch Federn r
gegen die Verschlußkolbeil gedrückt wer(leii (Fig. 2).